LÒ ĐIỆN TRỞ
3.1Sơ đồ khối hệ thống lò điện trở:
Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 3.1.1 Bộ điều áp:
Hình 3.2 Mạch điều áp 1 pha Góc kích 001800
Hình 3.3 Đồ thị dạng sóng trước và sau khi qua mạch điều áp
3.2Hàm truyền bộ điều áp và lò điện trở:
3.2.1 Hàm truyền bộ điều áp:
Mạch điều áp xoay chiều một pha có tính trễ, do đó hàm truyền của bộ điều khiển sẽ là:
Với p là số xung đập mạch của mạch điều áp f là tần số của điện áp lưới.
Vậy ta có hàm truyền của mạch điều áp là : Với bộ điều áp xoay chiều 1 pha ta có : P=2; f=50hz
Với điện áp cấp cho lò là 220 ta chọn Udk=20v suy ra =11. Vậy hàm truyền bộ điều áp sẽ là :
3.2.2 Hàm truyền lò điện trở:
Trong kỹ thuật điều khiển, người ta mô tả lò điện trở bằng một khâu quán tính bậc nhất có trễ có hàm số truyền:[5]
Qua tìm và tham khảo ta lấy K=13.75;T=150s và =25s ta được hàm truyền có dạng:[6]
Khai triển euler ta có hàm truyền tương đương là: K là hệ số khuếch đại
là thời gian trễ.
T là hằng số thời gian thể hiện quán tính hệ thống.
Cảm biến nhiệt độ được coi là một khâu tỉ lệ và xét không có tính trễ ta có hệ số [5]:
3.3Thiết kế hệ thống logic mờ điều khiển nhiệt độ lò điện trở:
Hình 3.4 Sơ đồ điều khiển mờ lò điện trở.
• Bước 1: Việc điều khiển nhiệt độ lò được thực hiện thông qua điều khiển điện áp cung cấp cho lò. Khâu so sánh làm nhiệm vụ so sánh điện áp đặt và điện áp phản hồi lấy từ đầu ra của khối cảm biến, đầu ra của khâu so sánh là sai lệch
• Bước 2: Chọn các biến ngôn ngữ vào, ra khi đó biến ngôn ngữ đầu vào bộ điều khiển mờ là sai lệch (ký hiệu là E) và tích phân sai lệch (ký hiệu là DE). Đầu ra bộ Điều khiển mờ là điện áp (ký hiệu là U). Miền giá trị của các biến ngôn ngữ được chọn như sau:
E = [0÷10]DE = [0÷1300] DE = [0÷1300] U = [0÷20] Hàm liên thuộc sẽ có dạng : µE = [µ (x) µ (x) µ (x) µ (x) µ (x)] µDE = [µD (x) µD x) µD (x) µD (x) µD (x)] µU = [µ (x) µ (x) µ (x) µ (x) µ (x)] Với : 0: Dương bằng 0 DI: Dương ít DV: Dương vừa DN: Dương nhiều DRN: Dương rất nhiều
• Bước 3: Xây dựng luật hợp thành với 5 tập mờ của mỗi đầu vào, ta xây dựng được 5 x 5 = 25 luật điều khiển. Các luật điều khiển này được xây dựng theo 2 nguyên tắc sau:
- Sai lệch càng lớn thì tác động điều khiển càng lớn.
- Tích phân sai lệch càng lớn thì tác động điều khiển càng lớn. Từ đây ta có bảng luật điều khiển như sau:
Bảng 3.1: Bảng luật điều khiển E DE 0 DI DV DN DRN DRN DRN DRN DRN DRN DRN DN DN DRN DRN DRN DRN DV DV DN DRN DRN DRN DI DI DV DN DRN DRN 0 0 DI DV DN DRN
• Bước 4: Chọn luật hợp thành Max-Min, giải mờ bằng phương pháp trọng tâm ta quan sát được sự tác động của các luật và quan hệ vào - ra của bộ điều khiển.
Hình 3.5 Giải mờ bằng phương pháp trọng tâm. • Bước 5: Mô phỏng hệ thống:
Tại cửa sổ lệnh trên Matlab ta nhập lệnh fuzzy, xuất hiện cửa sổ FIS EDITOR. Ta tiến hành chọn số đầu vào ra cho bộ điều khiển, chọn phương pháp điều khiển , xây dựng luật hợp thành, thiết lập các hàm liên thuộc như hình sau :
+ Chọn vùng giá trị của sai lệch E trong đoạn từ 0 đến 10, sau đó ta tiến hành thay đổi các hàm liên thuộc đến các giá trị thích hợp.
Hình 3.6 Mờ hóa sai lệch
Tiếp theo DE, chọn vùng giá trị của tích phân sai lệch DE trong đoạn từ 0 đến 1300 như hình 3.7 sau đó ta tiến hành thay đổi các hàm liên thuộc đến các giá trị thích hợp. Ở đây ta sử dụng hàm hình thang cho tất cả các biến ngôn ngữ.
Hình 3.7 Mờ hóa sai lệch.
Đầu ra U của bộ điều khiển ta chọn vùng giá trị trong đoạn từ 0 đến 20 như hình 3.8 sau đó ta tiến hành thay đổi các hàm liên thuộc đến các giá trị thích hợp.
Hình 3.8 Mờ hóa điện áp điều khiển.
Sau khi đã mờ hóa sai lệch đầu vào và điện áp điều khiển đầu ra ta tiến hành mô phỏng trên Matlab – Simulink ta sẽ được hình 3.8:
Hình 3.9 Mô phỏng bộ điều khiển mờ cho lò điện trở.
Hình 3.11 Hàm truyền bộ điều áp
Sau khi tiến hành mô phỏng với mức nhiệt độ đặt là 1300 ta thu được kết quả:
Hình 3.12 Kết quả mô phỏng
Quá trình điều khiển Số liệu
Độ quá điều chỉnh 32 ()
Thời gian quá độ 450 (s)
Sai số xác lập 5(
* Nhận xét : Ta thấy được thời gian nhiệt độ tăng từ 0 đến 1332 sau đó giảm xuống 1292 và bắt đầu ổn định 1305 ở thời gian 450s, mặc dù còn có độ vọt lố nhiệt độ nhưng sai số này còn nằm trong phạm vi cho phép .