c. Thiết bị điều chỉnh PID dựa trên PLC
4.2.1.2 Chọn thiết bị đo
Đối tượng ở đây là lị nhiệt do vậy ở đây em chọn thiết bị đo là cạp nhiệt điện:
a. Nguyên lý làm việc:
Cặp nhiệt điện là một cảm biến nhiệt độ, chuyển tín hiệu điện sang tín hiệu điện áp dựa trên hiện tượng nhiệt điện.
b. Chọn cặp nhiệt điện:
Các cặp nhiệt điện được gọi là tiêu chuẩn nếu cĩ tính thay thế cao, nghĩa là các cặp nhiệt cùng loại mà cĩ nguồn gốc xuất xứ khác nhau đều cĩ hể thay thế cho nhau. Sau đây là tình chất cơ bản của của một số cặp nhiẹt điện đĩ. ở đây tồn tại khái niệm: Đo ngán hạn và đo dài hạn. Đo ngán hạn là đo cảm biến chỉ nhúng vào mơi trường đo khơng lâu, thơng thường mỗi lần đo khơng quá vài giờ. Cịn đo dài hạn thì cảm biến đo cắn cố định vào trong mơi trường đo.
Đế đáp ứng được những yêu cầu đạt ra ở đây em chọn thiết bị đo nhiệt độ là: Cặp nhiệt điện: Platinordi- Platin (ký hiệu nn -1, PtRh hoặc S)
Dây dương là họp kim 90%Pt + 10%Rh, dây âm 100%Pt. Nhiệt độ cực đại khi
đo dài hạn là 1300°c, cịn đo ngắn hạn lên đến 1600°c . Đặc tuyến của PtRh là phi tuyến tính, E(100 0)= 0.643 mV; E(600 500)= 1.002 mV; E(1000 900)= 1.136 mV;
E(130O 1200)= 1-206 mV và E(1300 0)= 13.129 mV. Đây là kim loại quý, đắt
tiền, vì vậy
các dây điện cực chế tạo trong cơng nghiệp cĩ đường kính nhỏ từ 0,35 đến 0,5 mm phụ thuộc vào độ dài can nhiệt điện.
Cặp nhiệt điện Platinordi- Platin cĩ độ chính xác cao nên sử dụng làm cặp nhiệt điện mẫu. Khi t < 300°c, AE = +0,01 mV cịn khi nhiệt độ t > 300°c sai số đo được xác định theo cơng thức:
~(5k ca JêX fìỉịỊÙnh: (Điều khiên tư ĩtồnụ
Đưa về vịng phản hồi -1 ta được:
K M = K Ắ P K Ắ P ) = 125.0,008- 60. p 220P + 1 ' e 1 - 60.P 220P + 1 ' e
Ta thực hiện quy đổi thành phần e 60 p sang dạng khâu quán tính bậc nhất ta được hàm tryền cĩ dạng như sau:
wdll(p)=---!--- (220P + 1)(60.P + 1) Trong đĩ hằng số thời gian lớn là: T, = (s);
4.2.2.2 Thiết kê bộ điều khiển tương tự (PI).
Vì đối tượng là khâu quán tính bậc nhất cĩ trễ nên em chọn bộ điều khiển cho đối tượng là khâu PI, và thực hiện thiết kế theo tiêu chuẩn phảng. Các bước thiết kế bộ điều khiển được trình bày như sau:
Trong đĩ ta cĩ: Tn = T, = 220
X = 2.K.T =2.1.60= 120 Vậy bộ điều khiển cĩ dạng: Wdc(p) =
220.P + 1 120.P
So đồ cấu trúc với bộ điều khiển PI tương tự
Với tín hiệu vào là x(t) = 10 tq thu được kết quả như sau:
~(5k ca JêX íỉỉựành: rf)iỉn hhiên tư ĩtồnụ
Đặc tính đối tượng khi cĩ BĐK PI kinh điển
4.2.3 Thiết kê bộ điều khiển mờ
4.2.3.1 Thiết kê bộ điều khiển mờ tĩnh Sơ đồ cấu trúc như sau:
Oaln2
Scope3
Miền giá trị vật lý của các biến ngơn ngữ nhu sau:
Sai lệch E được chọn trong miền giá trị từ -3đến 10 Sai lệch Udk được chọn trong miền giá trị từ -5 đến 20
a. Sơ lượng tập mờ
E e {E1 ,E2,E3,E4,E5}
I-Iie tdic viewFIS Variables Membership tunction plotsplot points:
mm
inpul variable He" Curre ntVati able Name Type Rang 1-3101 1-3101 Current Membeíship Function (cíck on MF to select) Name Type Help H Renaming MF 5 lo "E5"
c. Hàm liên thuộc của Udk cĩ dạng:
~(5k ca JêX íỉỉựành: rf)iỉn hhiên tư ĩtồnụ Fíe Eđit View
FIS Variables Mernbership íunction plotspk)t pomts: [ 181
output variable "u” Current Vaiiable
Name Type
Currenl Membership Funclion (click on MF lo selecl) Typ e Renaming MF 5 lo ‘’Udk5" d. Xây dựng các luật điều khiển
*) Rule Editor: avsFile Edit View Options |fn]f~x~
RI: nếu E = E1 thì Udk = Udkl R2: nếu E = E2 thì Udk = Udk2 R3 nếu E = E3 thì Udk = Udk3 R4: nếu E = E4 thì Udk = Udk4 R5: nếu E = E5 thì Udk = Udk5 R6: nếu E = E5 thì Udk = Udk4 R7: nếu E = E4 thì Udk = Udk5 R8: nếu E = E3 thì Udk = Udk2 R9: nếu E = E2 thì Udk = Udk3 R10: nếu E = E1 thì Udk =
e. Ta cĩ quan hệ của tín hiệu vào và ra như hình vẽ
(mamdani) ~(5k ca JêX íỉỉựành: rf)iỉn hhiên tư ĩtồnụ
Chọn luật hợp thành là max- min Chọn phương pháp giải mờ centroid Cụ thể như sau: FIS Na And metho d Or metho d "3 ■ Curren t Variabl e Name Ready
Sau khi thiết kế và chạy thử ta thu được kết quả như sau:
Đặc tinh của đối tượng với BĐK mờ tĩnh
4.2.3.2 Thiết kê bộ điều khiển mờ động, a. Sơ đồ cấu rúc cĩ dạng như sau:
Miền giá trị vật lý của các biến ngơn ngữ đầu vào
Sai lệch E được chọn trong miền giá trị từ -0.1 đến 10 Sai lệch D được chọn trong miền giá trị từ -0.08 đến 0,003
Sai lệch Udk được chọn trong miền giá trị từ -0.1 đến
Scope3
~(5k ca JêX íỉỉựành: rf)iỉn hhiên tư ĩtồnụ E e {E1,E2,E3,E4,E5} E e {D1,D2,D3,D4,D5} FIS Variables E Udk XX
Membership tunction plotsplot points:
Curren t Variabl e Name Type E input I [-0110] I [- Currenl Membership Function (click on MF lo selecl) Name Type E 1 [-0 05151.57] Help u
d. Hàm liên thuộc của D cĩ dạng:
File Edit View FIS Variables
D
Membership tunction plotsplot points:181
Current Membership Function (click on MF to select) D1 Ty pe Pa ra zmf 3 [-0.04011 -0.01971] Help Close e. Hàm liên thuộc của Udk cĩ dạng:
File Edit View
Current Membership Function (cliek on MF to select) Udk1 Ty pe Pa ra í 2mf Help Close
~(5k ca JêX fìỉịỊÙnh: (Điều khiên tư ĩtồnụ
Cụ thế như sau:
RI: nếu E = E1 và D = DI thì ưdk = ưdkl R2: nếu E = E2 và D = D2 thì Udk = Udk2 R3: nếu E = E3 và D = D3 thì Udk = Udk3 R4: nếu E = E4 và D = D4 thì Udk = Udk4 R5: nếu E = E5 và D = D5 thì Udk = Udk5 R6: nếu E = E5 và D = D4 thì Udk = Udk5 R7: nếu E = E4 và D = D5 thì ưdk = Ưdk4 R8: nếu E = E3 và D = D2 thì Udk = Udk2 R9: nếu E = E3 và D = D2 thì Udk = Udk3 R10: nếu E = E2 và D = D3 thì Udk = Udk3 RI 1: nếu E = E2 và D = D3 thì Udk = Ưdk2 R12: nếu E = E1 và D = D2 thì Udk = Ưdk2 R13: nếu E = E1 và D = D2 thì ưdk = Udkl RI4: nếu E = E2 và D = DI thì ưdk = Udk2 R15: nếu E = E3 và D = D4 thì Udk = Udk4 R16: nếu E = E4 và D = D3 thì ưdk = Udk3 Chọn luật hợp thành là max- min
Chọn phương pháp giải mờ centroid
Ta cĩ quan hệ của tín hiệu vào và ra nhu hình vẽ
~(5k ca JêX íỉỉựành: rf)iỉn hhiên tư ĩtồnụ
Sau khi thiết kế và chạy thử ta thu được kết quả như sau:
Đặc tĩnh đối tượng với BĐK mờ động
Ỡain2
Tín hiệu đầu ra của lị ứng với các bộ ĐK khác nhau (giá trị đặt x(t)=10)
Đặc tính đối tượng với các bộ điều khiển khác nhau
~(5k ca JêX íỉỉựành: rf)iỉn hhiên tư ĩtồnụ
4.2.4 Các kết quả mơ phỏng với nhiễu đầu vào và đầu ra.
Scope3 |T~ỊỊHỊỊXỊ
ảnh hưởng của nhiễu tin hiệu trễ với tín hiệu e'20t.
4.2.5 So sánh giữa tín hiệu ra của bộ điều khiển mờ và bộ điềukhiển thiết kê theo phương pháp kinh điển: khiển thiết kê theo phương pháp kinh điển:
So sánh đặc tính của hai bộ điều khiển ta thấy:
Bộ điều khiển thiết kế theo phương pháp kinh điển tác động nhanh hơn bộ điều
khiển mờ, khơng cĩ sai lệch tĩnh
Với bộ điều khiển mờ tĩnh nĩ chỉ ổn định tại một lân cận nào đĩ của tín hiệu đặt, tồn tại sai lệch tĩnh.
Với bộ điều khiển mờ động (PI) thi nĩ triệt tiêu được sai lệch tĩnh, triệt tiêu được nhiễu nhưng tác động chậm hơn bộ điều khiển tương tự
~(5k ca JêX fìỉịỊÙnh: (Điều khiên tư ĩtồnụ