Nhƣ đã phân tích để điều khiển nhiệt độ cho lò nung đạt nhiệt độ yêu cầu và giữ sao cho nhiệt độ ổn định nhất chính là ta điều khiển cho các vùng của lò nung đạt trị số đặt trƣớc. Ở đây ta sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển và sử dụng phần mềm Matlab Simulink để xác định các thông số KP, KI, KD:
Hình 3.11. Điều khiển với bộ điều khiển PID
Sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ vùng đều nhiệt
58
Xây dựng sơ đồ hệ thống trên Matlab Simulink với hàm truyền của bộ PID và sơ đồ cấu trúc điều khiển của vùng nung đều nhiệt Wđn đã đƣợc xác định:
Hình 3.13. Mô phỏng trên Matlab Simulink vùng đều nhiệt
Có nhiều phƣơng pháp khác nhau để điều chỉnh vòng lặp PID. Những phƣơng pháp hữu hiệu nhất thƣờng bao gồm những triển khai của vài dạng mô hình xử lý, sau đó chọn P, I, và D dựa trên các thông số của mô hình động học. Các phƣơng pháp điều chỉnh thủ công tƣơng đối không hiệu quả lắm, đặc biệt nếu vòng lặp có thời gian đáp ứng đƣợc tính bằng phút hoặc lâu hơn
Phƣơng pháp Ƣu điểm Khuyết điểm
Điều chỉnh thủ công Không cần hiểu biết về toán. Phƣơng pháp online
Yêu cầu nhân viên có kinh nghiệm.
Ziegler – Nichols Phƣơng pháp chứng minh. Phƣơng pháp online.
làm rối loạn quá trình, một số thử nghiệm và lỗi, phải điều chỉnh nhiều lần Các công cụ phần mềm Điều chỉnh chắc chắn.
Phƣơng pháp online hoặc offline. Có thể bao gồm phân tích các van và cảm biến. Cho phép mô phỏng
Giá cả cao, và phải huấn luyện.
59
trƣớc khi tải xuống để thực thi.
Cohen – Coon xử lý các mô hình tốt. Yêu cầu kiến thức toán học. Phƣơng pháp offline. Chỉ tốt đối với các quá trình bậc một.
Bảng 3.1. Bảng các phương pháp điều chỉnh hệ số của bộ điều khiển PID
Ở đây tôi sử dụng phần mềm PID tune và tinh chỉnh và thu đƣợc kết quả nhƣ sau : v
Hình 3.14. Kết quả tìm thông số P,I,D vùng đều nhiệt bằng PID tune
Với các thông số P = 6.6024 , I = 0.0092425, D = 7.3576 thì ta thu đƣợc: - Thời gian quá độ là 40.2 s
60 - Độ quá điều chỉnh là 2.52 %
Các kết quả này là phù hợp với yêu cầu công nghệ. Ta chạy mô phỏng vào hệ thống điều khiển vùng đều nhiệt và thu đƣợc kết quả nhƣ sau :
Hình 3.15. Mô phỏng vùng đều nhiệt (Không có nhiễu) khi nhiệt độ đặt 1250°C.
Nhƣ vậy nhiệt độ vùng đều nhiệt ổn định ở nhiệt độ đặt với thời gian trễ (30s) và độ quá điều chỉnh (1.9%< 10%) thỏa mãn yêu cầu công nghệ.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
61
Hình 3.16.Mô phỏng vùng đều nhiệt (Có nhiễu tác động)
khi nhiệt độ đặt 1250°C.
Nhƣ vậy nhiệt độ vùng đều nhiệt sau khi đạt đƣợc nhiệt độ đặt 1250ºC thì ở thời gian 350s có nhiễu tác động. Nhiệt độ của vùng bị tăng lên 1300°C và sau 125s trở lại vị trí xác lập.
=>Kết luận : Bộ điều khiển PID thỏa mãn yêu cầu bài toán
Sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ vùng nung
Tƣơng tự với việc sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ vùng đều nhiệt. Ta tiếp tục tiến hành với vùng nung
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
62
Hình 3.17. Mô phỏng trên Matlab Simulink vùng nung
Tính toán với PID tune
Hình 3.18. Kết quả tìm thông số P,I,D vùng nung bằng PID tune
63 - Thời gian quá độ là 101 s - Thời gian xác lập là 195 s - Độ quá điều chỉnh là 1.94 %
Các kết quả này là phù hợp với yêu cầu công nghệ. Ta chạy mô phỏng vào hệ thống điều khiển vùng nung và thu đƣợc kết quả nhƣ sau :
Hình 3.19. Mô phỏng vùng nung(Không có nhiễu) khi nhiệt độ đặt 1280°C.
Nhƣ vậy nhiệt độ vùng nung ổn định ở nhiệt độ đặt với thời gian trễ (60s) và độ quá điều chỉnh (2.68%< 10%) thỏa mãn yêu cầu công nghệ.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
64
Hình 3.20.Mô phỏng vùng nung (Có nhiễu tác động) khi nhiệt độ đặt 1280°C.
Nhƣ vậy nhiệt độ vùng đều nung sau 350s đạt đƣợc nhiệt độ đặt 1280ºC thì ở thời gian 650s có nhiễu tác động. Nhiệt độ của vùng bị tăng lên 1330°C và sau 190s trở lại vị trí xác lập.
=>Kết luận : Bộ điều khiển PID thỏa mãn yêu cầu bài toán
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 200 400 600 800 1000 1200 1400
65
Sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển nhiệt độ vùng nung sơ bộ
Hình 3.21. Mô phỏng trên Matlab Simulink vùng nung sơ bộ
Tính toán với PID tune
66
Với các thông số P = 5.3733 , I = 0.0072688, D = 12.3524 thì ta thu đƣợc: - Thời gian quá độ là 56.9 s
- Thời gian xác lập là 189 s - Độ quá điều chỉnh là 4.06 %
Các kết quả này là phù hợp với yêu cầu công nghệ. Ta chạy mô phỏng vào hệ thống điều khiển vùng nung sơ bộ và thu đƣợc kết quả nhƣ sau :
Hình 3.23. Mô phỏng vùng nung sơ bộ (Không có nhiễu)
khi nhiệt độ đặt 1100°c.
Nhƣ vậy nhiệt độ vùng đều nhiệt ổn định ở nhiệt độ đặt với thời gian trễ (50s) và độ quá điều chỉnh (2.15% < 10%) thỏa mãn yêu cầu công nghệ.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 200 400 600 800 1000 1200
67
Hình 3.24.Mô phỏng vùng nung sơ bộ(Có nhiễu tác động)
khi nhiệt độ đặt 1100°c.
Nhƣ vậy nhiệt độ vùng nung sơ bộ sau khi đạt đƣợc nhiệt độ đặt 1100ºC thì ở thời gian 550s có nhiễu tác động. Nhiệt độ của vùng bị tăng lên 1300°C và sau 125s trở lại vị trí xác lập.
=> Kết luận : Bộ điều khiển PID thỏa mãn yêu cầu bài toán