Tiểu luận Điều khiển hiện đại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
VIỆN KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
=====***====

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI
Đề tài:
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI CĨ MƠ HÌNH CHUẨN

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN HOA LƯ
Th.S HỒ SỸ PHƯƠNG
Nhóm: 4
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Nam
MSSV:

1755252021600054

Nghệ An, 2021


MỤC LỤC
Trang
Mục lục

1

Danh mục hình ảnh

3

Đánh giá và nhận xét

4

Phần 1: Cơ sở lý thuyết 5
1.1.

Tổng quan về lò sấy

5

1.2.

Phân loại hệ thống sấy 5

1.2.1. Hệ thống sấy tự nhiên

5

1.2.2. Hệ thống sấy nhân tạo

6

1.3.

Các dạng lò sấy 10

1.3.1. Lò sấy gia nhiệt bằng khói lị

10

1.3.2. Lị sấy gia nhiệt bằng hơi nước

11

1.3.3. Lò dấy gia nhiệt bằng điện trở

11

1.4.

Định nghĩa về hệ điều khiển thích nghi

11

1.5.

Ưu điểm của hệ thích nghi

1.6.

Phân loại hệ thống điều khiển thích nghi

1.7.

Hệ thống tự chỉnh có mơ hình thích nghi (MRAS)

1.8.

Luật thích nghi 15

12
12
12

1.8.1. Phương pháp độ nhạy (luật MIT) 15
1.8.2. Gradient và phương pháp bình phương bé nhất dựa trên tiêu chí đánh giá
hàm chi phí sai số

16

1.8.3. Hàm Lyapunov

17

Phần 2: Thiết kế và tính tốn

18

2.1.

Mơ hình hóa đối tượng lị sấy 18

2.2.

Mơ hình tốn học của lị sấy 19
1


2.3.

Xây dựng hàm truyền đối tượng

20

Phần 3: Mô phỏng đánh giá kết quả và kết luận
3.1.

Mơ hình vịng hở lị sấy23

3.2.

Xây dựng bộ điều khiển thích nghi 24

3.3.

Mơ hình chuẩn lị sấy 25

3.4.

Bộ điều khiển PID

25

3.5.

Mơ hình hệ thống

26

3.6.

Kết quả mô phỏng

27

3.7.

Nhận xét 29

Kết luận

23

30

Tài liệu tham khảo 31

2


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang
Hình 1.1. Hệ thống sấy thực phẩm tự nhiên 5
Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu 6
Hình 1.3. Hệ thống sấy buồng 7
Hình 1.4. Hệ thống sấy hầm

7

Hình 1.5. Hệ thống sấy tháp

8

Hình 1.6. Hệ thống sấy thùng quay

8

Hình 1.7. Hệ thống sấy khí động kiểu đứng 9
Hình 1.8. Hệ thống sấy phun

10

Hình 1.9. Phân loại hệ thống điều khiển thích nghi 12
Hình 1.10. Sơ đồ cấu trúc hệ thống tự chỉnh có mơ hình chuẩn 13
Hình 1.11. Bộ điều khiển loại trực tiếp (DMRAC) 14
Hình 1.12. Bộ điều khiển loại gián tiếp (IRMAC) 15
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ20
Hình 2.2. Ngun lý điều khiển cơng suất vào
Hình 2.3. Mơ hình hóa lị sấy

20

21

Hình 3.1. Mơ hình vịng hở lị sấy

23

Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý điều khiển thích nghi PID cho đối tượng lị sấy
Hình 3.3. Mơ hình chuẩn của lị sấy

Hình 3.4. Bộ điều khiển PID

26

Hình 3.5. Mơ hình hệ thống

26

Hình 3.6. Mơ hình vịng hở

27

24

25

Hình 3.7. Mơ hình với giá trị = 0; = 0.00375; = 864

27

Hình 3.8. Mơ hình với giá trị = 3.6; = 0; = 864
Hình 3.9. Mơ hình với giá trị = 3.6; = 0.00375; = 0

28
28

Hình 3.10. Mơ hình với giá trị = 10; = 0,00052; = 2400 29
3

PHẦN 1
CỞ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.

Tổng quan về lò sấy
Sấy là một trong những khâu quan trọng trong dây chuyền công nghệ, được

sử dụng nhiều trong các ngành chế biến nông – lâm – hải sản, đây là phương pháp
bảo quản sản phẩm đơn giản, an tồn và dễ dàng.
Sấy khơng đơn thuần là tách nước ra khỏi vật liệu mà là q trình cơng nghệ
phức tạp, địi hỏi vật liệu sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo chỉ tiêu nào đó
với mức phí năng lượng tối thiểu.
Diễn biến của q trình sấy khơ như sau: vật thể được gia nhiệt để đưa nhiệt
độ lên đến nhiệt độ bão hòa ứng với áp suất của hơi nước trên bề mặt vật thể, vật
thể được cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm.
1.2.

Phân loại hệ thống sấy
Phân loại các hệ thống sấy: hệ thống sấy tự nhiên, hệ thống sấy nhân tạo.

1.2.1. Hệ thống sấy tự nhiên
Quá trình phơi vật liệu ngồi trời, khơng có sử dụng thiết bị. Vật liệu sấy
được sấy bằng cách phơi năng lấy nguồn nhiệt trực tiếp từ mặt trời để làm khô vật
liệu cần sấy. Do vậy, hệ thống sấy này được sử dụng rộng rãi trong chế biến nông
sản.

4


Hình 1.1. Hệ thống sấy thực phẩm tự nhiên

- Ưu điểm:
 Cơng nghệ đơn giản, chi phí đầu tư và vận hành thấp.
 Khơng địi hỏi cung cấp năng lượng và nhân cơng lành nghề.
 Có thể sấy lượng lớn vụ mùa với chi phí thấp.
- Nhược điểm:
 Kiểm sốt điều kiện sấy rất kém.
 Tốc độ sấy chậm hơn so với sấy bằng thiết bị, do đó chất lượng sản phẩm
cũng kém và dao động hơn.
 Quá trình sấy phụ thuộc vào thời tiết và thời gian trong ngày.
 Địi hỏi nhiều nhân cơng.
1.2.2. Hệ thống sấy nhân tạo
Được thực hiện trong các thiết bị sấy và căn cứ vào phương pháp cung cấp
nhiệt, có thể chia thành các loại: Sấy đối lưu, sấy bức xạ, sấy thăng hoa, sấy bằng
điện trường dòng cao tần, sấy điện trở,...
- Sấy đối lưu:
Khơng khí nóng hoặc khói lị được dùng làm tác nhân sấy có nhiệt độ, độ
ẩm, tốc độ phù hợp, chuyển động chảy trùm lên vật sấy làm cho ẩm trong vật sấy
bay hơi rồi đi theo tác nhân sấy. Khơng khí có thể chuyển động cùng chiều, ngược
chiều hoặc cắt ngang dòng chuyển động của sản phẩm.

5


Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống sấy đối lưu
- Sấy buồng:
Cấu tạo chủ yếu của sấy buồng là buồng sấy. Trong buồng sấy có bố trí các
thiết bị đỡ vật liệu gọi chung là thiết bị truyền tải. Nếu dung lượng buồng sấy bé và
thiết bị truyền tải là các khay sấy thì được gọi là tủ sấy. Nếu dung lượng buồng sấy
lớn và thiết bị truyền tải là các xe gng thì được gọi là hệ thống sấy buồng kiểu xe
gng.

Hình 1.3. Hệ thống sấy buồng
- Sấy hầm:
Là hệ thống sấy mà thiết bị sấy là một hầm dài, vật liệu sấy đi vào bằng đầu
này và ra bằng đầu kia của hầm. Thiết bị truyền tải trong hệ thống thường là các xe
goòng với các khay chứa vật liệu sấy hoặc băng tải.
6


Hình 1.4. Hệ thống sấy hầm
- Sấy tháp:
Là hệ thống sấy chuyên sử dùng để sấy các vật liệu sấy dạng hạt như thóc,
ngơ, lúa mỳ,... Thiết bị sấy trong hệ thống là một tháp sấy, trong đó người ta đặt
một loạt các kênh dẫn xen kẽ với một loạt các kênh thải. Vật liệu sấy đi từ trên
xuống cà tác nhân sấy từ kênh dẫn xuyên qua vật liệu sấy thực hiện quá trình trao
đổi nhiệt - ầm với vật liệu rồi đi vào mơi trường.

Hình 1.5. Hệ thống sấy tháp
7


- Sấy thùng quay:

Hình 1.6. Hệ thống sấy thùng quay
Là một hệ thống sấy chuyên dụng để sấy các vật liệu dạng cục, hạt. Thiết bị
sấy trong hệ thống là một hình trụ trịn được đặt nghiêng một góc nhất định. Trong
thùng sấy có bố trị các cánh để xáo trộn vật liệu hoặc không. Khi thùng sấy quay,
vật liệu sấy dịch chuyển từ đầu này đến đâu kia vừa bị xáo trộn vừa thực hiện quá
trình trao đổi nhiệt - ẩm với tác nhân sấy.
- Sấy khí động:

Có nhiều dạng khí động thiết bị sấy trong hệ thống sấy có thể là một ống trịn
hoặc phễu, trong đó tác nhân sấy có nhiệt độ thích hợp với tốc độ cao vừa làm
nhiệm vụ trao đổi nhiệt - ẩm vừa làm nhiệm vụ đưa vật liệu sấy từ đầu này đến đầu
kia của thiết bị sấy.

8


Hình 1.7. Hệ thống sấy khí động kiểu đứng
- Sấy phun:
Là hệ thống sấy dùng để sấy các dung dịch huyền thù như trong công nghệ
sản xuất sữa bột. Thiết bị sấy trong hệ thống này là một hình chóp trụ, phần chóp
quay xuống dưới. Dung dịch huyền thù được bơm cao áp đưa vào thiết bị tạo sương
mù. Tác nhân sấy có nhiệt độ thích hợp đi vào thiết bị sấy thực hiện quá trình trao
đổi nhiệt - ẩm với sương mù vật liệu sấy và thải vào môi trường.

Hình 1.8. Hệ thống sấy phun
1.3.

Các dạng lị sấy

1.3.1. Lị sấy gia nhiệt bằng khói lị
Trong các hệ thống sấy, khói lị có thể được dùng với tư cách là tác nhân sấy
hoặc là nguồn cấp nhiệt lượng để đốt nóng khơng khí trong các calorifer khí – khói.
Khói lị gồm khí khơ và hơi nước vốn có trong nhiên liệu và do phản ứng
cháy với hydro sinh ra. Khói lò bao giờ cũng chứa một lượng nhất định tro bay theo
và những chất độc hại như lưu huỳnh vốn có trogn nhiên liệu. Do đó, khói lị chỉ
dùng làm tác nhân sấy trong trường hợp vật liệu sấy không sợ bám bẩn như thức ăn
gia súc hoặc vật liệu xây dựng.
9

Ưu điểm sấy bằng khói lị:
- Có thể điều chỉnh nhiệt độ dung môi chất sấy trong một khoảng rất rộng.
- Cấu trúc hệ thống đơn giản, dễ chế tạo, lắp đặt.
- Năng lượng tiêu hao điện năng giảm do giảm trở lực hệ thống.
- Nâng cao hiệu quả sử dụng nhiệt của thiết bị sấy.

10


1.3.2. Lò sấy gia nhiệt bằng hơi nước
Nước được đun nóng thành hơn thơng qua lị hơi, hơi q nhiệt được đưa vào
thiết bị trao đổi nhiệt sau đó được quạt gió để cho khơng khí được đối lưu làm cho
hệ thống trao đổi nhiệt thông qua tiết xúc với vật liệu sấy.
Ưu điểm của hệ thống gia nhiệt bằng hơi nước:
- Dễ thao tác.
- Thời gian đốt lò sấy nhanh, có thể dùng nhiều chất đốt khác nhau.
- Chất lượng sản phẩm sạch hơn khơng bị bám bẩn.
1.3.3. Lị sấy gia nhiệt bằng điện trở
Lò sấy sử dụng năng lượng điện – nhiệt để gia nhiệt cho lò sấy. Dòng điện đi
qua điện trở của dây dẫn đấu trong mạch điện phát nóng, sau đó được quạt gió đối
lưu tới vật liệu sấy.
Ưu điểm:
- Thao tác và tác động nhanh, dễ điều khiển khống chế theo yêu cầu đặc biệt
của các công nghệ khác nhau.
- Bỏ qua giai đoạn tích nhiệt, tiết kiệm thời gian và cơng sức.
- Dễ thực hiện tối ưu hóa các q trình cơng nghệ nhiệt, nâng cao năng suất,
hiệu quả và chất lượng sản phẩm trong trồng trọt, chăn nuôi và chế biến.
1.4.

Định nghĩa hệ điều khiển thích nghi
Có nhiều định nghĩa về hệ thích nghi và nói chung chúng khơng có sự khau

đáng kể về ý nghĩa.
“Thích nghi là q trình thay đổi thông số và cấu trúc hay tác động điều
khiển trên cơ sở lượng thơng tin có được trong q trình làm việc với mục đích đạt
được một trạng thái nhất định, thường là tối ưu khi thiếu lượng thông tin ban đầu
cũng như khi điều kiện làm việc thay đổi”.
Hay nói cách khác:
“Điều khiển thích nghi là tổng hợp các kỹ thuật nhằm tự động chỉnh định các
bộ điều chỉnh trong mạch điều khiển nhằm thực hiện hay duy trì ở một mức độ nhất
11


định chất lượng của hệ khi thông số của quá tình được điều khiển khơng biết trước
hay thay đổi theo thời gian”.
1.5.

Ưu điểm của hệ thích nghi
Hệ thích nghi có những ưu điểm về hiệu quả kinh tế kỹ thuật:

- Cải thiện chất lượng sản phẩm,
- Gia tăng sản lượng,
- Tiết kiệm năng lượng,
- Giảm thời gian bảo dưỡng,
- Phát hiện sớm hỏng hóc,
- Luận chứng kinh tế vững chắc.
1.6.

Phân loại hệ thống điều khiển thích nghi
Hệ điều khiển thích nghi được phân thành 3 loại sau:

- Các hệ thống tự chỉnh,
- Các hệ thống với sự thích nghi trong trạng thái pha đặc biệt,
- Các hệ thống tự học.

Hình 1.9. Phân loại hệ thống điều khiển thích nghi
1.7.

Hệ thống tự chỉnh có mơ hình chuẩn (MRAS)
Mơ hình MRAS đầu tiên được đề nghị bởi Whitaker vào năm 1958 với hai ý

tưởng được đưa ra: thứ nhất là sự thực hiện của hệ thống được xác định bởi một mơ
hình, thứ hai là sai số của bộ điều khiển được hiệu chỉnh bởi sai số của mơ hình
mẫu và hệ thống.
12


Sơ đồ cấu trúc của hệ thống tự chỉnh có mơ hình chuẩn:

Hình 1.10. Sơ đồ cấu trúc hệ thống tự chỉnh có mơ hình chuẩn
Trong đó:
- O: đối tượng điều khiển
- C: bộ điều khiển
- Mo: Mơ hình chuẩn
- AU: Khối thích nghi
- : Giá trị đặt
- : Tọa độ ra của mơ hình chuẩn
- : Tọa độ ra của đối tượng điều khiển

- : Tín hiệu điều khiển
- : Sai số giữa tọa độ ra của đối tường điều khiển và tọa độ ra của mơ hình

13


Để giữ cho chế độ cực trị trong hoạt động của hệ thống tự chỉnh có mơ hình
chuẩn ta cần đưa mơ hình chuẩn đó vào trong mạch tự chỉnh. Khi đó các q trình
trong mơ hình chuẩn phải tương ứng với các điều kiện cực trị đã cho.
Bằng cách so sánh các quá trình xảy ra đồng thời trong đối tượng điều khiển
với các q trình trong mơ hình chuẩn và trên cơ sở đó xây dựng các thuật tốn
điều chỉnh các đặc tính của đối tượng điều khiển nhờ đó ta có thể đạt được múc
đích thích nghi và đảm bảo cho hoạt động của hệ thống ở chế độ cực trị.
Hệ thống thích nghi mơ hình mẫu có thể được phân thành 2 loại: trực tiếp và
gián tiếp.
- Bộ điều khiển loại trực tiếp (DMRAC) có các vecto tham số của bộ điều
khiển được cập nhật trực tiếp bởi một luật thích nghi.

Hình 1.11. Bộ điều khiển loại trực tiếp (DMRAC)
- Bộ điều khiển loại gián tiếp (IRMAC) có các vecto tham số của bộ điều
khiển được tính tốn tại mỗi thời điểm t bằng cách giải phương trình đại số
nào đó có mối quan hệ của tham số với sự ước lượng trực tuyến các tham số
của hệ thống.

14


Hình 1.12. Bộ điều khiển loại gián tiếp (IRMAC)
1.8.

Luật thích nghi
Theo Ionnaou and Sun (1996), bộ điều khiển thích nghi có thể được xem như

là sự kết hợp của một bộ ước lượng các tham số trực tuyến và một luật điều khiển
mà nó nhận được từ trường hợp tham số đã được rõ. Sự kết hợp này làm xuất hiện
nhiều ước lượng tham số và luật thích nghi cho các bộ điều khiển khác nhau với
các tính chất khác nhau. Một vài phương pháp cơ bản được sử dụng để thiết kế luật
thích nghi là:
1.8.1. Phương pháp độ nhạy (luật MIT)
Phương pháp độ nhạy được sử dụng để thiết kế luật thích nghi sao cho các
tham số ước lượng được điều chỉnh theo hướng tối thiểu hóa một hàm đặc tính nào
đó. Luật thích nghi được cho bởi đạo hàm riêng của hàm đặc tính với các tham số
đánh giá tương ứng nhân với sai số giữa đáp ứng mong muốn và đáp ứng thực tế.
Nhược điểm của phương pháp này là luật thích nghi khơng thế được thực thi
nếu nó khơng thể tạo được ra tham số trực tuyến. Việc sử dụng hàm độ nhạy ước
lượng để có thể thực hiện được dẫn đến các sơ đồ điều khiển thích nghi mà tính ổn
định của nó rất thấp hoặc không thể thiết lập được.
15


Luật MIT chỉ được thực hiện tốt nếu độ lớn thích nghi γ là nhỏ. Độ lớn của γ
phụ thuộc vào biên độ của tín hiệu mẫu và độ lợi của đối tượng. Vì vậy, khơng thể
có một giới hạn an tồn. Do đó, luật MIT có thể cho một vịng kín khơng an tồn.
Sự thiếu ổn định của luật MIT cho nên các nhà nghiên cứu đã tìm ra các phương
pháp khác để thiết kế luật thích nghi như phương pháp Lyapunov hoặc phương
pháp Gradient và bình phương nhỏ nhất sai số.
1.8.2. Gradient và phương pháp bình phương bé nhất dựa trên tiêu chí đánh giá
hàm chi phí sai số
Phương pháp Gradient và các hàm chi phí được sử dụng cho việc triển khai
luật thích nghi để ước lượng các tham số quan tâm θ trong mơ hình tham số.

Phương pháp gradient bao gồm việc khai triển một phương trình sai số ước lượng
đại số làm động cơ thúc đẩy việc lựa chọn một hàm chi phí gần đúng J(θ) mà nó là
một hàm lồi trong tồn bộ khơng gian của θ(t). Sau đó, hàm chi phí sẽ được cực
tiểu hóa theo tham số θ(t) bởi phương pháp gradient như sau:
Phương pháp bình phương bé nhất là một phương pháp khá xưa được phát
triển bởi Gauss ở thế kỷ 18, mà ở thời điểm đó ơng ta sử dụng để xác định quĩ đạo
của các hành tinh. Ý tưởng cơ bản của phương pháp này là xác định một mơ hình
tốn học với một chuỗi các dữ liệu quan sát bằng cách cực tiểu hóa tổng bình
phương của các hiệu số giữa dữ liệu quan sát và dữ liệu tính tốn. Trong cách làm
như vậy, nhiễu và sự khơng chính xác trong dữ liệu quan sát được hy vọng là khơng
ảnh hưởng đến độ chính xác của mơ hình tốn học. Phương pháp bình phương bé
nhất được sử dụng rộng rãi trong việc ước lượng tham số trong cả hai dạng hồi qui
và không hồi qui. Phương pháp này thì đơn giản trong việc áp dụng và phân tích
trong trường hơp các tham số chưa biết xuất hiện trong dạng tuyến tính:

16


1.8.3. Hàm Lyapunov
Trong phương pháp này, lý thuyết về sự ổn định của Lyapunov (tiêu chuẩn
ổn định thứ hai) có thể dùng để thiết kế luật thích nghi, đảm bảo sự ổn định cho hệ
thống vịng kín. Do đó, sơ đồ điều khiển thích nghi dựa trên lý thuyết ổn định
Lyapunov không gặp những trở ngại như sơ đồ sử dụng luật MIT.
Tiêu chuẩn ổn định thứ hai Lyapunov chỉ là điều kiện đủ, không phải là điều
kiện cần. Nếu thỏa tiêu chuẩn thì hệ ổn định, nếu khơng thỏa thì vấn đề kết luận về
tính ổn định cịn bỏ ngõ, phụ thuộc vào cách chọn hàm mục tiêu xác định dương
V(x) và biến trạng thái x.

17

PHẦN 2
THIẾT KẾ VÀ TÍNH TỐN
2.1.

Mơ hình hóa đối tượng lị sấy
Ta có phương trình khơng gian trạng thái của hệ m bậc tự do ở dạng vi phân:

Trong đó:
-

là p biến tín hiệu vào,

-

là n biến trạng thái,

-

là m biến tín hiệu ra.
Với yêu cầu thỏa mãn điều kiện ổn định, điều khiển được, quán sát được.
Nếu u(t), x(t), y(t) là các biến trạng thái rời rạc thì phương trình khơng gian

trạng thái trên có thể viết lại như sau:

Xét hệ tuyến tính ta có:

Trong đó:
-

là ma trận phi tuyến bậc (nxp),

-

là vecto phi tuyến bậc m,

-

là các ma trận tuyến tính bậc (nxn), (nxp), (mxn).
Với các hệ tuyến tính, tín hiệu ra yp(k + 1) là tổng hợp giá trị quá khứ của các

tín hiệu vào u(k – j) và tín hiệu ra yp(k – j) được viết dưới dạng:
Trong đó: các hệ số chưa biết (m n). Với các hệ phi tuyến phương trình
(1.19) có thể viết dưới dạng sau:
y(k+1) = f
18


Ở đây f là hàm phi tuyến của y(k) và u(k). Phương trình (2.23) có bốn dạng
diểu diễn cụ thể hơn (m n):
Dạng 1:
Dạng 2:
= f [(k), ,..., +
Dạng 3:
=f[

Dạng 4:
Trong đó: u(k), là cặp tín hiệu vào ra của hệ thống tại thời điểm k.
2.2.

Mơ hình tốn học của lị sấy
Dựa vào số mơ hình tốn học và số liệu thu thập từ lị sấy thực tế ta có mơ

hình tốn học sau:
T(k) = T(k-1) +((

Đặt:
- T(k) = y(k)
- : thời gian lấy mẫu (s)
- : hệ số truyền nhiệt (l/s)
- Nhiệt độ môi trường
- : Nhiệt độ thiết bị đo
- U: Hệ số truyền nhiệt (J/
- : Khối lượng riêng của khơng khí (kg/l)
- : Thể tích của lị (l)
- : Nhiệt dung riêng của khơng khí (J/g C)
- : Điện dẫn ()
- : Nhiệt lượng (J)
Viết lại mơ hình lị sấy như sau:
19


y(k+1) = y(k) + t ( + + )

2.3.

Xây dựng hàm truyền đối tượng
Hệ thống điều khiển nhiệt độ gồm có bộ điều khiển và lị sấy có sơ đồ sau:

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống điều khiển nhiệt độ

Với qn tính lị nhiệt thường khá lớn, người ta thường đóng cắt nguồn để
thay đổi cơng suất đặt vào lị thay vì điều khiển điện áp. Do đó từ mạch điều khiển
sẽ xuất ra có độ rộng thay đổi trong khoảng thời gian T nhất định để thay đổi công
suất cấp cho lị:

Hình 2.2. Ngun lý điều khiển cơng suất vào
Như vậy trong thời gian Lò Sấy được cấp nguồn, thời gian (T - ) cắt nguồn.
Ứng với sự thay đổi của từ 0 –T thì cơng suất cung cấp cho lò sấy thay đổi từ 0 - :
Ta sử dụng mơ hình Lị Sấy với đầu vào là phần trăm công suất, đầu ra là giá
trị nhiệt độ như hình sau:
20


Hình 2.3. Mơ hình hóa lị sấy
Các thơng số theo từng phần trăm công suất đầu vào được tham khảo:
Phần trăm
công suất
(%)
5
10
20
25
30
40

Nhiệt độ xác
K
8.8
8.6
8.5

8.4
8.37
8.3

T
1400
1350
1320
1300
1250
1200

L

lập

120
110
100
100
90
90

()
44
86
170
210
251
332

Nhận xét:
- Các thông số này được đo khi khơng tải (Lị Sấy chưa có sản phẩm)
- Các thông số K, L, T của đối tượng mà ta biết được là khơng chính xác, có
thể bị thay đổi và giả sử nằm trong một phạm vi:
K= +
L= +
T= +
- Ở nhiệt độ làm việc xác lập của Lị Sấy (từ 80 - 200), phần trăm cơng suất
cấp vào khi hệ kín xác lập nằm trong khoảng 10 – 25%. Để thuận lợi trong
việc tính tốn thiết kế bộ điều khiển, ta chọn các tham số của hàm truyền đạt
đối tượng ứng với khoảng trên.
Chọn K, T, L theo thơng số ở 25% cơng suất, ta có hàm truyền đạt lò sấy:

21


22


PHẦN 3
MƠ PHỎNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN
3.1.

Mơ hình vịng hở lị sấy

Hình 3.1 Mơ hình vịng hở lị sấy
Trong đó:
- Step: là tín hiệu hàm nấc thể hiện phần trăm cơng suất cung cấp cho lị sấy.
Giá trị của hàm nấc từ 0 – 1 tương ứng cong suất cung cấp 0% - 100%.

- Transfer Fcn – Transfer Fcn1: là mơ hình lị sấy tuyến tính hóa.
- Đầu ra của Transfer Fcn1 là nhiệt độ thực của lò sấy được đưa vào Scope để
quan sát.

23


3.2.

Xây dựng bộ điều khiển thích nghi
Sơ đồ nguyên lý điều khiển thích nghi PID cho đối tượng lị sấy như sau:

Hình 3.2 Sơ đồ ngun lý điều khiển thích nghi PID cho đối tượng lị sấy
Trong đó:
- x: giá trị nhiệt độ đặt.
- y: giá trị nhiệt độ lò sấy.
- : giá trị nhiệt độ mong muốn ở đầu ra.
-

- : sai số cần điều khiển.

- Khối mơ hình mẫu: tạo giá trị nhiệt độ ra mong muốn là tương ứng với giá
trị đặt x.
- Bộ điều khiển PID: có các tham số , , được cập nhật bởi cơ cấu hiệu chỉnh.
- Cơ cấu hiệu chỉnh: đây là thành phần quan trọng nhất của bộ điều khiển thích
nghi, khối này sẽ tự động cập nhật các tham số , , cho bộ điều khiển PID.
- Đối tượng: đối tượng cần điều khiển chính là Lị Sấy, với đầu ra là y: giá trị
nhiệt độ.

24