Nghiên cứu phương pháp thiết kế hệ điều khiển vi khí hậu theo quan điểm bền vững và chất lượng cao

Ph−ơng pháp thực nghiệm Ziegler và Nichols

Trong trường hợp không thể xây dựng mô hình cho đối tượng thì phương pháp thiết kế thích hợp là ph−ơng pháp thực nghiệm, Thực nghiệm chỉ có thể tiến hành nếu hệ thống đảm bảo điều kiện: Khi đ−a trạng thái làm việc của hệ. Trước khi tiến hành thực nghiệm hệ thống phải được lắp đặt theo sơ đồ, bao gồm đối t−ợng và bộ điều khiển theo luật PID. - Tăng hệ số khuyếch đại của luật điều khiển P cho đến khi hệ thống ở biên giới ổn định.

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện, cho phép hệ thống làm việc ở mức độ chấp nhận đ−ợc nh−ng không phải ở chế độ tối −u. Ngoài ra trong nhiều trường hợp việc xác định chu kỳ dao động riêng gặp khó khăn và không đảm bảo độ chính xác.

Ph−ơng pháp điều khiển mờ

- Trong nhiều trường hợp bộ điều khiển làm việc ổn định hơn, bền vững hơn và có chất l−ợng cao hơn. - Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào và ra là bước đặt tên cho các tín hiệu vào và ra. - Định nghĩa tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho các biến vào và ra đây là b−ớc xây dựng tập các giá trị có thể có của các biến này.

- Chọn phương pháp giải mờ là bước sử dụng một quy luật nào đó để lấy một giỏ trị rừ đại diện cho tập mờ đó đ−ợc xỏc định của tớn hiệu ra. - Không kiểm soát đ−ợc sự ổn định và hơn nữa là dự trữ ổn định của hệ thèng. Qua trên ta thấy ph−ơng pháp điều khiển mờ đ−ợc thực hiện dựa trên logic mờ và đối t−ợng chính của chúng là có cấu trúc không xác định hoặc rất khó xác định và các đối t−ợng này có yêu cầu chất l−ợng điều chỉnh không cao.

Còn đối t−ợng của hệ thống điều khiển nhiệt độ buồng vi khí hậu theo quan.

Phương pháp tính theo mô hình đối tượng đơn giản

Theo mô hình (1.1a) ng−ời ta tính các thông số dẫn xuất tối −u Kx, TIx, TDx cho hàng loạt giá trị Tdx khác nhau. Theo cách làm tương tự như trên đối với mô hình xấp xỉ (Hình 1.1b) của các đối tượng không có tự cân bằng người ta cũng dựng được các biểu đồ xác. Các kết quả tính theo điều kiện qúa độ trên đồ thị độ quá điều chỉnh bằng 20%.

Ph−ơng pháp tính toán các thông số tối −u của bộ điều chỉnh trình bày trong mục này mang bản chất xấp xỉ khá thô thiển nên kết quả của nó chỉ mang tính chất định hướng hay hiệu chỉnh sơ bộ. Tuy nhiên một số tác giả có ý định tăng độ chính xác của phương pháp bằng cách chia độ trễ τ chung thành trễ tuyệt đối và trễ dung tích. Dù trong trường hợp nào đi nữa phương pháp này cũng không cho lời giải triệt để.

Phương pháp chỉ số biên độ M

Nh− vậy chỉ số dao động M cũng đặc tr−ng cho độ dự trữ ổn định của hệ kín. Giả sử phương trình đặc tính của hệ hở không có nghiệm nằm bên phải trục ảo, thì điều kiện để hệ thống điều chỉnh đã cho có độ dự trữ ổn định theo chỉ số dao động Mz cho trước là đường cong đặc tính tần số biên độ pha của hệ thống ở trạng thái hở không bao điểm (-1,j0), đồng thời tiếp xúc với đường tròn “cấm” (tâm tại điểm (. Nếu thực hiện quá trình trên với nhiều cặp giá trị TI và TD khác nhau, sẽ xác.

Ph−ơng pháp −u điểm là dễ hiểu về mặt hình học, dễ làm nh−ng chỉ dùng. Lý do là vì khi đó các thông số của cả hệ thống là không cùng tối −u tức là chỉ số M của các vòng là khác nhau. Ngoài ra chỉ số biên độ M cũng không đại diện cho chất l−ợng điều chỉnh và độ ổn.

Phương pháp chỉ số dao động nghiệm m

Để cho hệ thống bảo tồn dự trữ ổn định m ở trạng thái kín thì đặc tính tần số biên độ pha mở rộng WH(- mω +jω) của hệ hở không bao điểm (-1, j0) trên mặt phẳng phức. Phương pháp chỉ số dao động nghiệm m về bản chất ứng dụng đươc cho hệ thống một chiều, nhiều chiều và nhiều tầng, chỉ số này đại diện cho cả. Độ dự trữ ổn định đươc đánh giá bằng tiêu chuẩn Nyquit và chất l−ợng đ−ợc thể hiện qua độ tắt dần của hệ thống.

Khi đó tiêu chuẩn Nyquit không đánh giá đ−ợc độ dự trữ ổn định của hệ thống, tức là hệ thống làm việc không đáng tin cậy về độ dự trữ ổn. Vậy để tối ưu hoá các bộ điều chỉnh chúng ta sẽ áp dụng phương pháp chỉ số dao động mềm mM vì chúng đáp ứng đ−ợc yêu cầu về độ chính xác và khả. Các hệ thống điều chỉnh mà chúng ta cần tối −u hoá là những bộ điều chỉnh hai vòng khá phức tạp, khi đó khối l−ợng công việc tính toán là rất lớn vì thế chúng ta phải giải quyết bài toán d−ới sự trợ giúp của máy tính.

Khi giải bài toán bằng máy tính chúng ta vấp phải một thực tế là tiêu chuẩn Nyquit không thể số hoá đươc vì tiêu chuẩn này đánh giá độ ổn định hệ thống bằng trực quan.

Giới thiệu tóm tắt bộ ch−ơng trình tổ hợp thiết kế hệ điều khiển CADM

Mỗi hệ thống cụ thể đ−ợc hình thành trên cơ sở sơ đồ cấu trúc (hình 1.8) bằng cách chọn và nhập vào số liệu của những khâu cần thiết. Trên cơ sở những phần tử đã chọn vào máy. CADM tự xác định cấu trúc hệ thống theo quy tắc và logic cấu trúc của một hệ thống tự động thông thường mỗi phần tử của hệ đ−ợc nhập vào theo một trong những dạng hàm truyền sau:. Dạng các nhân tử – Nhị thức:. Dạng các nhân tử – Tam thức:. Dạng đa thức:. s: Biến số phức. l: Bậc phi tĩnh. .,k) có thể khai báo là thành phần biến thiên bất định của Oi hoặc là khai báo như một khâu bình thường mắc song song với Oi. Các đặc tính tần số của hệ hở và hệ đóng theo các kênh: G→ Y, Li→ Y, tính theo công thức hàm truyền theo các đầu t−ơng ứng, dựa trên cơ sở các nguyên tắc chung truyền tín hiệu và biến đổi sơ đồ cấu trúc. - Mô hình hoá hệ thống với các đường cong đặc tính bất định của nó và vẽ các đồ thị đặc tính tần số và đặc tính thời gian của hệ theo các kênh khác nhau.

(5)- Khối hàm mục tiêu: Tính các giá trị hàm mục tiêu tối −u hoá tham số hệ thống hoặc hàm mục tiêu tối −u hoá mô hình (khi nhận dạng đối t−ợng). Cần nhớ là trước khi chuyển sang chế độ “Opimize” để giải bài toán tối ưu hoá tham số hệ thống nhất thiết phải xác định trước hai dải tần số: Một cho việc đánh giá độ dự trữ ổn định của hệ thống trong không gian tham số và một cho việc thực hiện phép tích phân sai số điều chỉnh của hệ. Đối với các bài toán nhận dạng hàm truyền của đối t−ợng cần xác định trước các giá trị đặc tính tần số (ví dụ từ đặc tính thời gian thực nghiệm) với dải tần căn bản của nó, tức là dải tần ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống (th−ờng là góc phần t− thứ III, một phần góc thứ t− thứ II và một phần góc phần tư thứ IV).

Nếu các giá trị tần số của đối tượng đã cho dưới dạng tệp trong đĩa, có thể thực hiện quá trình nhận dạng đối t−ợng ngay sau khi khởi động CADM.

Phô lôc 4

Ch−ơng trình CADM đ−ợc viết bởi tác giả Nguyễn Văn Mạnh trên nền ngôn ngữ PASCAL, nhằm mục đích hỗ trợ tính toán trong quá trình thiết kế bộ điều chỉnh nhiều chiều. Ch−ơng trình CADM là sự phát triển một số chức năng của chương trình thiết kế hệ thống tự động một chiều CADM áp dụng cho hệ nhiều chiều. Cho phép tiến hành nhận dạng ma trận truyền của đối t−ợng trên cơ sở các bộ số liệu thực nghiệm.

Tối −u hoá tham số hệ nhiều chiều (cụ thể tới 5 chiều) theo thuật toán quy hoạch phi tuyến v−ợt khe. Chương trình cho phép mô phỏng tính động học của hệ thống (tới 5 chiều) thông qua các đồ thị: đặc tính định thức tần số pha, đặc tính định thức mềm,. Trên cơ sở các hàm truyền thu đ−ợc ở b−ớc 1, tiến hành vào số liệu của đối t−ợng cho mô hình mô phỏng hệ thống.

O-1, phần này làm bên ngoài ch−ơng trình: Nếu cấu trúc có bậc cao chọn cấu trúc gồm các luật điều chỉnh. Vào mô hình hệ thống dạng cấu trúc của ma trận điều chỉnh Rđ (lúc này trong mô.