- Đường 1: đường dầu vào qua bộ trao đổi nhiệt độ
10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 % độ mở I 0 20 30 40 50 60 70 80 90
3.3.5. Các khối thiết bị trong sơ đồ Matlab:
- Step 1: Đây là khối tín hiệu cài đặt nhiệt độ đầu vào. Tín hiệu này được biểu diễn dưới dạng bước nhảy với giá trị với giá trị dưới là 0 và giá trị trên là 45oC. Giá trị nhiệt độ này có thể thay đổi được nếu ta muốn điều khiển các giá trị nhiệt độ đầu ra khác nhau. Việc khai báo này được biểu diễn ở cửa sổ dưới đây:
86
- Lookup table4: Do việc truyền tín hiệu bằng nhiệt độ đi là khơng khả thi nên ta phải dùng một phương pháp biến đổi là từ nhiệt độ cài đặt sang dòng điện để điều khiển. Giá trị dòng điện này có dải từ 4 đến 20mA và nhiệt độ từ 0 đến 100oC (do ta chọn loại cảm biến từ 0 đến 100oC). Đặc tính của cảm biến nhiệt độ cho ở hình 3.27.
Hình 3.27 Đồ thị đặc tính của cảm biến nhiệt độ
Cửa sổ dưới đây cho ta biết việc khai báo các giá trị đầu vào là nhiệt độ và đầu ra là dòng điện.
87
- PID controller: Đây là khâu vi tích phân tỷ lệ. Khối này có các tính chất đã được trình bày như ở phần 3.3.2.1.
- Tansfer Fcn2 và Tansfer Fcn3 là khâu quán tính bậc hai. Việc tính tốn khâu qn tính này giống như phần 3.2.2.2.
Qua đó ta xác định được các giá trị k, T1 và T2. Các giá trị này ta đã tính được và được khai báo ở cửa sổ dưới đây:
- Lookup table6 và lookup table2: đây là hai khối khai báo về mối quan hệ giữa % độ mở của van với & độ mở I và II. Việc biểu diễn bằng đồ thị mối quan hệ này đã được trình bày như ở phần 3.3.3 và các hình vẽ 3.23 và 3.24.
88
Cửa sổ dưới đây cho ta thấy cách khai báo theo Matlab của các mối quan hệ % độ mở ở trên.
- Hằng số 2,7 cho ta thấy khi độ mở của các ngả thay đổi sẽ dẫn đến lưu lượng của dịng dầu bơi trơn cũng thay đổi theo. Do lưu lượng tối đa của dầu là 270m3/h nên mối quan hệ tuyến tính giữa độ mở với lưu lượng cho ta hằng số này. Độ mở của các ngã sẽ tăng từ 0 đến 100% nên lưu lượng cũng tăng từ 0 đến 270m3/h.
- Lookup table1: Hình 3.25 biểu diễn cho ta thấy mối quan hệ giữa % độ mở của van so với nhiệt độ t1 (nhiệt độ đã được đưa qua bộ trao đổi nhiệt). Việc khai báo các giá trị % độ mở và nhiệt độ được cho ở cửa sổ dưới đây:
89
- Lookup table11: qúa trình điều khiển tự động một hệ thống không thể thiếu được khâu phản hồi. Việc đưa giá trị nhiệt độ về là khơng khả thi vì sẽ có sự tổn hao nhiệt độ cũng như khó đảm bảo cho qúa trình truyền nhiệt. Chính vì thế cần phải biến đổi giá trị nhiệt độ về dòng điện nhằm đồng bộ với giá trị nhiệt độ đầu vào. Cửa sổ dưới đây khai báo các thông số đầu vào (nhiệt độ) và các thông số đầu ra (dòng điện).
- Display hiển thị nhiệt độ sau khi điều khiển tự động; display1 hiển thị lưu lượng dầu ngõ I, lưu lượng dầu ngõ II, nhiệt độ t1; display2 hiển thị dòng điện điều khiển; display3 hiển thị dòng điện phản hồi; display5 hiển thị % độ mở của van; display6 hiển thị % độ mở I và display7 hiển thị % độ mở II.
- Actuator constraint: khối chức năng này dùng để tối ưu hố việc tính tốn nhằm tìm ra các thơng số Kp, KI và Kd như mong muốn. Ngồi ra khối này cịn giúp chúng ta có được đường đáp ứng của áp suất đầu ra gần giống với đồ thị hiển thị áp suất ở trên cửa sổ scope. Khối này theo Matlab cịn có thể được gọi là “Simulink Respone Optimization” có nghĩa là tối ưu hóa đáp ứng việc miêu tả bằng phần mềm simulink nhằm nhanh chóng tìm ra các thơng số Kp, KI và Kd.Khối này được miêu tả như ở cửa sổ dưới đây:
90
Simulink Respone Optimization (SRO) được dùng để giúp đỡ một giao diện đồ họa nhằm hỗ trợ tính tốn tối ưu hóa đáp ứng hín hiệu theo thời gian. Với tiện ích này chúng ta có thể điều chỉnh một mơ hình Simulink phi tuyến nhằm đạt được các yêu cầu về thời gian bằng việc đáp ứng tín hiệu theo dạng cưỡng ép ban đầu. Các biến của simulink bao gồm các biến vô hướng, các véc tơ và các ma trận có thể được khai báo bằng cách nhập các tên biến vào các hộp thoại thích hợp.
Để sử dụng SRO, ta nối khối Simulink Constraint đến bất kỳ tín hiệu nào trong mơ hình để xác nhận rằng ta muốn đặt một vài dạng của sự ép buộc ban đầu trong SRO. SRO sẽ tự động chuyển đổi các cưỡng bức thời gian thành bài toán tối ưu và giải quyết bài toán bằng công cụ tối ưu lấy từ “Optimization Toolbox” của Simulink.
Bài toán tối ưu được đưa thành một công thức tối ưu bằng sự tính tốn lặp đi lặp lại của SRO cần thiết cho việc mô phỏng của Matlab. So sánh các kết qủa của qúa trình mơ phỏng với đối tượng tham chiếu và sử dụng phương pháp gradient để điều chỉnh các tham số và tìm ra tham số tối ưu nhất cho đối tượng điều khiển của hệ thống.
91
Việc tối ưu hố này có thể cho ta các giá trị lớn hơn hoặc nhỏ hơn giá trị mà ta mong muốn nhưng sự sai số thì khơng nhiều và khả năng đáp ứng cũng rất tốt.
Để dùng cửa sổ “Actuator constraint” trước tiên ta phải lấy khối này từ phần mềm Simulink trong “Simulink Respone Optimization” sau đó gắn vào mơ hình Matlab điều khiển tự động cần nghiên cứu.
Click đúp vào mơ hình “Actuator constraint” hiện ra cửa sổ ở trên sau đó ta tiếp tục click vào “Edit” để hiện ra cửa sổ dưới đây rồi chọn “Axes properties”, khi đó xuất hiện cửa sổ:
Ở cửa sổ này ta click vào “Limits” khi đó xuất hiện X-Limits tương ứng với trục hồnh biểu diễn thời gian. Ta có thể chọn các giá trị khác nhau, tuy nhiên trong phần này giá trị được chọn là từ 0 đến 6. Ở Y-Limits tức là trục tung tương ứng biểu diển giá trị áp suất. Cũng giống như X-Limits, ta có thể chọn các giá trị khác nhau Tuy nhiên ở đây ta chọn giá trị là từ 35 đến 70. Sau đó ta đóng lại.
Bước tiếp theo ta click vào ô “Optimization”, rồi click tiếp vào ô “Tuned Parameters”, khi đó xuất hiện cửa sổ:
92
Lúc này ta click vào “Add” sẽ xuất hiện cửa sổ:
Ở ơ này ta thấy có các hệ số của khâu vi tích phân tỷ lệ. Ta copy các hệ số này sang ô ở trên rồi nhấn vào “OK”. Khi đó ta đã có được các giá trị khai báo như cửa sổ dưới đây:
93
Tiếp theo ta nhấn vào nút “OK”.
Ở màn hình “Block Parameter” ta điều chỉnh các thanh ở bệ trong sao cho phù hợp. Sau đó ta nhấn vào ơ chạy và có được đồ thị dưới đây:
Hình 3.28 Đồ thị tối ưu hóa nhiệt độ
Từ đồ thị tối ưu hóa ta nhận thấy khả năng đáp ứng là tương đối nhanh (khoảng 2,5 giây).
- Scop1: biểu diễn cho chúng ta thấy đồ thị của nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ cài đặt. Màn hình này biểu diễn giống như ở hình 3.29.
- Out1: Đây là sự tổng hợp hai tín hiệu nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ đầu ra. Hai tín hiệu này có dạng như hình 3.29.
94
Hình 3.29 Đồ thị biểu diễn nhiệt độ đầu vào và nhiệt độ cài đặt
+ Đường cong chính là đường đặc tuyến nhiệt độ dầu sau khi điều khiển tự động. Trục hoành biểu diễn thời gian. Trục tung biểu diễn nhiệt độ của dầu với thang đo là từ 44oC đến 62oC (ta có thể thay đổi thang này). Từ đường cong ta nhận thấy sau khi điều khiển nhiệt độ của dầu thì có sự dao động một khoảng thời gian. Điều này được giải thích do qúa trình chuyển từ nhiệt độ nóng (khơng qua bộ trao đổi nhiệt) sang nhiệt độ có bộ trao đổi nhiệt độ làm cho việc đáp ứng phải mất một khoảng thời gian nhất định. Đồng thời qúa trình đóng mở van cũng ảnh hưởng đáng kể đến sự ổn định của hệ thống.
- Đường nằm ngang, chính là đường nhiệt độ cài đặt ban đầu với giá trị cài đặt là 45oC.
+ Khả năng đáp ứng nhiệt độ ngõ ra là rất tốt. Sau khoảng thời gian 3,3 giây thì nhiệt độ đạt được trạng thái xác lập. Giá trị nhiệt độ này theo như
95
hiển thị ở Display thì có sai số rất nhỏ so với giá trị nhiệt độ cài đặt (chỉ 0,133%). Với sai số này ta hoàn toàn chấp nhận được.
96