Lò nhiệt ở đây chính là tải bóng đèn sợi đốt 220VAC – 60W. điều khiển nhiệt chính là điều khiển điện áp xoay chiều đặt trên tải (bóng đèn). Bóng đèn là tải thuần trở nên điều khiển tương đối dễ hơn so với tải điện cảm hay động cơ.
Có nhiều phương pháp để điều áp có thể điều khiển theo tuyến tính (góc mở), điều khiển theo xung (đóng ngắt) để đạt được nhiệt độ yêu cầu. Có thể dùng 2 IC Thysistor đấu ngược hoặc TRIAC để làm van đóng mở.
điều khiển việc mở van sử dụng optotriac MOC3020 và AVR. Phương pháp điều khiển tuyến tính (góc mở).
Điện áp xoay chiều 220VAC được qua biến áp đưa vào khâu đồng bộ (opamp 741) lấy ra tín hiệu hình vuông, xung này được đưa vào chân ngắt INT0 của AVR (đây chính là mạch detect zero crossing), tại hàm ngắt của AVR sẽ tính toán duty cylcle đảm bảo kích xung mở cho MOC3020. Tính toán mờ được thực hiện trên vi điều khiển. MOC3020 mở cũng chính là lúc Triac thông, thời điểm kích mở quyết định điện áp ra tải. Việc xử lý nhiệt độ được thực hiện một cách tự động.
4.4.1 Mờ hóa
Trong bộ điều khiển quá trình mờ hóa đầu vào đầu ra được thực hiện như sau:
Đầu vào DT là sai lệch nhiệt độ thực tế đo được với nhiệt độ do người dùng cài đặt: DT=Tđo-Tđặt.
Đầu vào DT được xác định qua 5 thông số: âm nhiều, âm ít, bằng không, dương ít, dương nhiều.
Đầu ra tỉ số độ rộng xung dµ được xác định qua 5 giá trị biến ngôn ngữ là: giảm mạnh, giảm, giữ nguyên, tăng, tăng mạnh. Được mô tả tập mờ có hàm liên thuộc sau:
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 0 , , , / / A khi x a hay x c x a b c x a b a khi a x b c x c b khi b x c µ ≤ ≥ = − − < ≤ − − ≤ <
Hình 4.11: Thuật toán điều khiển
Xây dựng luật điều khiển: Với bộ điều khiển mờ một đầu vào và một đầu ra ta sử dụng nguyên lý bộ điều khiển mờ tỉ lệ P. Ta đặt ra 5 luật điều khiển như sau: R1: Nếu DT=AM thì dµ=TM R2: Nếu DT=AI thì dµ=T R3: Nếu DT=BK thì dµ=GN R4: Nếu DT=DI thì dµ=G R5: Nếu DT=DN thì dµ=GM
Gọi H1 là độ phụ thuộc của DT vào AM, nghĩa là H1=µAN(DT)
H2 là độ phụ thuộc của DT vào AI, nghĩa là H2=µAI(DT)
H3 là độ phụ thuộc của DT vào BK, nghĩa là H3=µBK(DT)
H4 là độ phụ thuộc của DT vào DI, nghĩa là H4=µDI(DT)
H5 là độ phụ thuộc của DT vào DN, nghĩa là H1=µDN(DT)
Chọn luật hợp thành, hay luật điều khiển là Max-min ta có:
1 {min(H1; TM(-50));min(H1; TM(-49));....;min(H1; TM(50))}
R = µ µ µ
2 {min(H2; (-50));min(H2; (-49));....;min(H2; (50))}T T T
R = µ µ µ
3 {min(H3; GN(-50));min(H3; GN(-49));....;min(H3; GN(50))}
R = µ µ µ
4 {min(H4; G(-50));min(H4; G(-49));....;min(H4; G(50))}
R = µ µ µ
5 {min(H5; GM(-50));min(H5; GM(-49));....;min(H5; GM(50))}
R = µ µ µ
[j]=max{ 1[ ], 2[ ], 3[ ], 4[ ], 5[ ]}
R R j R j R j R j R j với j∈[0,100]
4.4.3 Giải mờ
Chọn phương pháp giải mờ là trọng điểm trọng tâm. Kết quả thu được xác định theo công thức sau:
100 0 100 0 [ ] [j] jR j d R µ =∑ ∑
Giá trị này sử dụng để tạo xung vuông có tỷ số độ rộng xung µ+dµ.Ban đầu µcó độ rộng bằng 50%. Sau đó tùy vào sai lệch mà cộng thêm một lượng
dµ để phù hợp với nhiệt độ lò và nhiệt độ đặt bằng nhau.
4.5 Thiết kế cơ khí
Mô hình lò nhiệt với yêu cầu nhỏ gọn và tính thẩm mỹ, bảo đảm nội dung đồ án bao gồm các chi tiết sau:
3.Quạt 4. Bóng đèn
Hình 4.12: Các chi tiết cơ khí
Hình 4.13: Mô hình tổng thể
4.6 Kết luận chung
4.6.1 Kết quả thực hiện
Sau 3 tháng tích cực với sự cố gắng của bản thân và sự hướng dẫn giúp đỡ của thầy TS. Trịnh Xuân Long em đã hoàn thành đồ án đúng tiến độ tuy nhiên do thời gian hạn hẹp và khả năng còn hạn chế nên vẫn còn nhiều thiếu sót, kết quả thực hiện như sau:
*Nghiên cứu lý thuyết
-Tìm hiểu được các phương pháp đo nhiệt độ, các cảm biến đo, nguyên tắc hoạt động lò nhiệt.
- Tìm hiểu phương pháp điều khiển mờ, cách thức thực hiện trong bài toán điều khiển lò nhiệt.
- Củng cố các kiến thức chuyên ngành cơ điện tử đã được học. * Thực nghiệm
- Thiết kế được mô hình lò nhiệt đơn giản.
- Thiết kế được các mạch công suất điều khiển nhiệt độ.
- Viết giao diện theo dõi và code điều khiển trên vi điều khiển.
4.6.2 Những hạn chế
- Mô hình cơ khí còn sơ sài.
- Chương trình điều khiển chưa ổn định.
- Chỉ mới điều khiển mờ với một đầu vào là sai lệch nhiệt độ, chưa thực hiện được đầu vào đạo hàm sai lệch nhiệt độ.
4.6.3 Hướng phát triển
- Chế tạo mô hình hoàn thiện hơn.
- Hướng tới điều khiển thiết bị lò nhiệt trong thực tế.
- Kết hợp các phương pháp điều khiển khác để mang lại kết quả tốt hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS.Nguyễn Tăng Cường –Lý thuyết điều khiển tự động. HVKTQS. 2. Nguyễn Phương Hà. Giáo trình điều khiển mờ. Đại học Đà Nẵng.
3. TS Huỳnh Thái Hoàng. Lý thuyết điều khiển tự động. NXB Đại học Bách Khoa Hồ Chí Minh.
4. Nguyễn Phùng Quang. Matlab & Simulink. NXB khoa học và kỹ thuật 2004.
5. http://ww.dientuvietnam.com 6. http://www.picvietnam.com 7. http://www.tme.com.vn 8. http://www.pcb.com.vn 9. http://www.spkt.net/diendan 10. http://www.hocavr.com 11. http://www.datasheetarchive.com 12. http://www.vagam.dieukhien.net