Tất cả các kết quả thực nghiệm đều được triển khai trên rig thí nghiệm Endress Hauser tại phòng 109B3 trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.
Khai triển thuật toán điều khiển đã được trình bày ở chương 2 trên phần mềm Labview và kết nối phần cứng với rig thí nghiệm ở chương 3 để điều khiển mực chất lỏng trong bồn bám theo tín hiệu đặt với thời gian trễ chủ yếu từ transmitter phản hồi về. Chu kỳ lấy mẫu của tất cả các thực nghiệm là 0.1 (s). Các sơ đồ điều khiển và kết quả điều khiển ứng với các bộ điều khiển khác nhau sẽ được trình bày ở phần dưới.
4.1. Điều khiển PI
Thực nghiệm điều khiển hệ thống có trễ với bộ điều khiển PI. Trong đó Kp=1 và Ti=0,779. Sơ đồ và kết quả điều khiển được thể hiện trong hình 4.1 – 4.3.
Hình 4.1: Sơ đồ điều khiển PI trong Labview
Hình 4.2: Tín hiệu điều khiển u
Hình 4.3: Đáp ứng ngõ ra của hệ thống và tín hiệu đặt
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5x 104
Time (sec)
u
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0 5 10 15 20 25
Time (sec)
R Y
Kết luận: Chất lượng điều khiển của hệ thống kém, thời gian đáp ứng và độ vọt lố cao.
4.2. Điều khiển PI-Mờ
Thực nghiệm điều khiển hệ thống có trễ với bộ điều khiển PI-Mờ đã được thiết kể ở phần cơ sở lý thuyết chương 2. Sơ đồ điều khiển và kết quả điều khiển được thể hiện ở các hình 4.4 – 4.6.
Hình 4.4: Sơ đồ điều khiển PI-Mờ trong Labview
Hình 4.5: Tín hiệu điều khiển u
Hình 4.6: Đáp ứng ngõ ra hệ thống và tín hiệu đặt
Kết luận: Ngõ ra hệ thống bám theo tín hiệu đặt nhưng vẫn còn dao động, thời gian lên và độ vọt lố nhỏ hơn khi điều khiển PI.
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5x 104
Time (sec)
u
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0 5 10 15 20 25
Time (sec)
R Y
4.3. Điều khiển Smith predictor Mờ
Thực nghiệm điều khiển hệ thống có trễ với bộ điều khiển Smith predictor Mờ. Sơ đồ điều khiển và kết quả điều khiển được trình bày trong hình 4.7 – 4.10.
Hình 4.7: Sơ đồ điều khiển Smith predictor Mờ trong Labview
Hình 4.8: Tín hiệu điều khiển u
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5x 104
Time (sec)
u
Hình 4.9: Đáp ứng ngõ ra hệ thống và tín hiệu đặt
Hình 4.10: Thời gian trễ ước lượng của hệ thống
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 5 10 15 20 25
Time (sec)
R Y
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
0 5 10 15 20 25 30 35
Time (sec)
Time Delay Estimation
Vì thời gian trễ ước lượng của hệ thống được chuyển đổi thành số nguyên và chu kỳ lấy mẫu là 0,1(s) nên thời gian trễ ước lượng của hệ thống sẽ là 3,1(s).
Kết luận: Với bộ điều khiển Smith predictor Mờ, thời gian trễ của hệ thống đã được ước lượng và giúp cho đáp ứng ngõ ra của hệ thống bám theo tín hiệu đặt và không còn dao động.
4.4. Kết luận chương 4
Sau khi thực nghiệm trên rig thí nghiệm, những kết luận được rút ra như sau:
1. Trong hệ thống tồn tại thời gian trễ từ transmitter phản hồi về, nếu không xử lý được thời gian trễ này thì chất lượng điều khiển chưa đáp ứng được yêu cầu.
2. Đã áp dụng giải thuật nhận dạng tham số đối tượng, giải thuật ước lượng thời gian trễ của hệ thống, kết hợp với bộ điều khiển PI-Mờ để đưa ra bộ điều khiển Smith predictor Mờ trên đối tượng thật.
3. Đã ước lượng tham số đối tượng, thời gian trễ hệ thống giúp cho đáp ứng hệ thống bám theo tín hiệu đặt, chất lượng điều khiển được cải thiện.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1. Kết luận
1.1. Kết quả đạt được
- Ước lượng tham số đối tượng bằng giải thuật đệ quy không tính ma trận nghịch đảo.
- Xây dựng giải thuật ước lượng thời gian trễ của hệ thống.
- Xây dựng bộ điều khiển PI-Mờ kết hợp với bộ dự báo Smith đưa ra bộ điều khiển Smith predictor Mờ để điều khiển hệ thống có trễ.
- Tiến hành mô phỏng thuật toán trên Matlab để kiểm tra tính khả thi của giải thuật điều khiển.
- Tìm hiểu rig thí nghiệm của Endress Hauser được trang bị trong phòng thí nghiệm 109 B3 trường ĐH Bách Khoa Tp. HCM. Thay thế phần điều khiển của rig thí nghiệm bằng cách dùng phần mềm Labview liên kết với PLC S7-300 để điều khiển rig.
- Cung cấp địa chỉ I/O của cơ cấu chấp hành trong rig thí nghiệm (nằm ở phần phụ lục) để mở rộng việc tìm hiểu và nghiên cứu điều khiển rig thí nghiệm.
- Triển khai thuật toán điều khiển trên rig, có kết quả điều khiển và kết luận tương ứng với từng kết quả điều khiển.
1.2. Kết quả chưa đạt được
- Trong nội dung đề tài chỉ dừng lại ở việc tìm hiểu những cơ cấu chấp hành của rig thí nghiệm liên quan đến mục đích điều khiển như: bồn chứa, level transmitter, biến tần điều khiển bơm nước, WAGO-I/O-System 750-833. Chưa tìm hiểu những cơ cấu chấp hành liên quan đến điều khiển những quá trình khác như:
điều khiển PH, density, nhiệt độ, lưu lượng, áp suất...
- Đặc tính động học của việc điều khiển mực chất lỏng trong bồn chứa đơn thấp nên chưa nổi bật lên những ưu điểm của bộ điều khiển Smith predictor Mờ.
- Thời gian trễ trong đường ống dẫn nhỏ hơn nhiều so với thời gian trễ của transmitter nên giá trị ước lượng thời gian trễ của hệ thống cơ bản là của transmitter.
- Chưa có phương pháp chỉnh những hệ số học trong bộ điều khiển. Những hệ số học trong bộ điều khiển đều chỉnh thông qua quá trình “thử và sai”.
2. Hướng phát triển đề tài
- Sử dụng giải thuật di truyền GA tối ưu hóa những hệ số học của hệ thống.
- Sử dụng các level transmitter khác feedback để điều khiển hệ thống.
- Mở rộng điều khiển với những mục đích điều khiển khác đối với rig thí nghiệm.
- Thay đổi những thuật toán điều khiển khác kết hợp với bộ dự báo Smith như: Bộ điều khiển Smith predictor Sliding mode, Smith predictor PI auto-tuning.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU
[1] Dao Van Thanh and Nguyen Trong Tai. “Study of Adaptive Fuzzy Smith Control for Time-delay Systems”, in Journal of Science & Technology Development (VNU-HCM Publishing House), 2015.