L ỜI CẢM ƠN
3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
2.3.6. Phương pháp thực nghiệm
Sử dụng phương pháp thực nghiệm [9] và phần mềm Modde 5.0 [18] để giải bài toán quy hoạch hóa thực nghiệm nhằm tối ưu hóa một số thông số làm việc của máy
sấy hạt sen tại khoa Cơ khí - Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm Huế sau khi thực
hiện cải tiến.
2.3.6.1. Bài toán thí nghiệm
Hình 2.3. Bài toán thí nghiệm máy sấy hạt sen
Máy sấy hạt sen SHS-50 Nhiệt độ sấy Vận tốc khí sấy
Thời gian đổi
chiều khí sấy
Độ ẩm hạt sen
sau khi sấy
Chất lượng
hạt sen về
2.3.6.2. Bố trí thí nghiệm và xử lý số liệu
a. Chọn thông số nghiên cứu
Đối tượng của quy hoạch thực nghiệm là một quá trình hoặc hiện tượng nào đó
có những tính chất, đặc điểm chưa biết cần nghiên cứu. Người nghiên cứu có thể chưa
hiểu biết đầy đủ về đối tượng, nhưng đã có một số thông tin tiên nghiệm dù chỉ là sự
liệt kê sơ lược những thông tin biến đổi, ảnh hưởng đến tính chất đối tượng. Có thể
hình dung chúng như một “hộp đen” trong hệ thống điều khiển gồm các tín hiệu đầu vào và đầu ra (hình 2.4).
Hình 2.4. Sơ đồđối tượng nghiên cứu
Các biến kiểm tra được và điều khiển được, mà người nghiên cứu có thể điều chỉnh theo dựđịnh, biểu diễn bằng vectơ: Z= [Z1, Z2,...,Zk].
Các biến kiểm tra được nhưng không điều khiển được, biểu diễn bằng vectơ: T = [T1, T2,...,Th].
Các biến không kiểm tra được và không điều khiển được, biểu diễn bằng vectơ: E = [E1, E2,..., Ef].
Các tín hiệu đầu ra dùng để đánh giá đối tượng là vectơ Y = (y1, y2,..., yq).
Chúng thường được gọi là các hàm mục tiêu. Biểu diễn hình học của hàm mục tiêu
được gọi là mặt đáp ứng (bề mặt biểu diễn). Lựa chọn chỉ tiêu (mục tiêu) đánh giá đối tượng, sao cho các chỉ tiêu này vừa đáp ứng các yêu cầu của phương pháp quy hoạch
thực nghiệm, vừa đại diện nhất cho các điều kiện tối ưu của đối tượng nghiên cứu.
b. Quy hoạch hóa thực nghiệm và lập kế hoạch thực nghiệm
Để tính toán, phân tích và đánh giá ảnh hưởng của nhân tố đầu vào đã xác định trong bài toán thí nghiệm máy sấy hạt sen (hình 2.3), tôi sử dụng phần mềm máy tính
Modde 5.0 (Modeling and Design). Đây là phần mềm hữu ích trợ giúp giải các bài toán mô hình hóa và tốiưu hóa thực nghiệm. Phần mềm này được Fisher nghiên cứu
Z
T E
áp dụng từ năm 1926 và tiếp tục được Box Hunter, Scheffes, Tagushi và những người
khác phát triển và hoàn thiện [18]. Ưu điểm của phần mềm này là cung cấp cho người
sử dụng 1 công cụ tối ưu để thí nghiệm. Modde 5.0 cho phép tính toán các hệ số của phương trình hồi quy, phân tích ảnh hưởng của các yếu tố trong phương trình hồi quy.
Kế hoạch thực nghiệm:
Kế hoạch thực nghiệm bao gồm các điểm thí nghiệm gọi là điểm của kế hoạch. Đó là một bộ (còn gọi là phương án) kết hợp các giá trị cụ thể của các yếu tố vào Z,
ứng với điều kiện tiến hành một thí nghiệm trong tập hợp các thí nghiệm của thực
nghiệm. Tại điểm thứ i của kế hoạch, bộ kết hợp các giá trị Zji bao gồm giá trị cụ thể
của k yếu tố đầu vào :
Zji = [Z1i, Z2i, ..., Zki] (2.2)
Trong đó:
i = 1, 2, ..., N: là điểm thí nghiệm thứ i của kế hoạch thứ i. N: là số điểm thí nghiệm của kế hoạch.
j = 1, 2, ..., k: là yếu tố thứ j ; k là số yếu tố đầu vào.
Các mức yếu tố
Các giá trị cụ thể của yếu tố vào Z được ấnđịnh tại các điểm kế hoạch gọi là các mức yếu tố. Khái niệm mức yếu tố dược sử dụng khi mô tả các điểm đặc trưng trong miền quy hoạch: mức trên, mức dưới, mức cơ sở, mức sao“*”. Mức cơ sở Z0j của các yếu tố là điều kiện thí nghiệmđược quan tâm đặc biệt. Thông thường vectơ các yếu tố đầu vào tại mức cơ sở Z0=[Z0j,Z0j,..., Z0j] chỉ ra trong không gian yếu tố một điểm đặc biệt nào đó gọi là tâm kế hoạch, mà trong vùng quanh nó phân bố toàn bộ các điểm
kế hoạch. Các tọa độ Z0j của vectơ Z0 được chọn theo công thức:
(2.3)
Lựa chọn mô hình
Mô hình thực nghiệm của đề tài là mô hình thực nghiệm bậc 2 tâm trực giao với phương trình hồi quy tổng quát [9]:
(2.5)
Lập ma trận thực nghiệm
Sau khi xác định các mô hình thực nghiệm với các yếu tố và các hàm mục tiêu, ta lập ma trận thực nghiệm theo phương pháp quy hoạch hóa thực nghiệm bậc hai tâm
trực giao với 3 yếu tố và 3 thí nghiệm tại tâm phương án như bảng 2.3 sau:
Bảng 2.3. Ma trận thực nghiệm với 3 yếu tố và 3 thí nghiệm tại tâm phương án
TT Biến thực Biến mã hóa z1 z2 z3 x1 x2 x3 1 55 0,6 30 -1 -1 -1 2 65 0,6 30 1 -1 -1 3 55 1,6 30 -1 1 -1 4 65 1,6 30 1 1 -1 5 55 0,6 90 -1 -1 1 6 65 0,6 90 1 -1 1 7 55 1,6 90 -1 1 1 8 65 1,6 90 1 1 1 9 55 1,1 60 -1 0 0 10 65 1,1 60 1 0 0 11 60 0,6 60 0 -1 0
12 60 1,6 60 0 1 0 13 60 1,1 30 0 0 -1 14 60 1,1 90 0 0 1 15 60 1,1 60 0 0 0 16 60 1,1 60 0 0 0 17 60 1,1 60 0 0 0 Bố trí thí nghiệm
Dựa vào ma trận thực nghiệm, ta bố trí thí nghiệm với thông số của các yếu tố
và kết quả ở hàm mục tiêu như bảng 2.4 sau:
Bảng 2.4. Bố trí thí nghiệm TT Biến mã hóa Kết quả x1 x2 x3 Y1 Y2 1 -1 -1 -1 Y11 Y21 2 1 -1 -1 Y12 Y22 3 -1 1 -1 Y13 Y23 4 1 1 -1 Y14 Y24 5 -1 -1 1 Y15 Y25 6 1 -1 1 Y16 Y26 7 -1 1 1 Y17 Y27 8 1 1 1 Y18 Y28 9 -1 0 0 Y19 Y29 10 1 0 0 Y110 Y210 11 0 -1 0 Y111 Y211 12 0 1 0 Y112 Y212
13 0 0 -1 Y113 Y213
14 0 0 1 Y114 Y214
15 0 0 0 Y115 Y215
16 0 0 0 Y116 Y216
17 0 0 0 Y117 Y217
2.3.6.3. Xác định hệ số phương trình hồi quy
Kiểm tra tính ý nghĩa của các hệ số phương trình hồi quy
Kết quả tính các hệ số trong phương trình thực nghiệm được được tính toán
bằng Modde 5.0. Các giá trị P có màu đỏ là các giá trị không có ý nghĩa đối với hàm mục tiêu, các giá trị này có thể loại bỏ khỏi hàm mục tiêu.
Kiểm tra sự phù hợp của mô hình thực nghiệm
Các giá trị phản ánh mức độ tin cậy R2 và khả năng dự đoán Q2 của mô hình thực
nghiệm được tính toán bằng phần mềm Modde 5.0 và kết quả được thể hiện qua hình 2.3. R2 càng tiến tới sát một thì mô hình có độ tin cậy càng cao.