Tài liệu Điều khiển nhiệt độ bằng quạt gió sử dụng bộ điều khiển mờ pptx

Sinh viên : Lê Hải Đăng
MSSV : 20090710
Lớp : ĐK&TĐH1 – K54


Đề bài:
Thiết kế bộ điều khiển mờ điều khiển nhiệt độ trong phòng. Điều khiển
nhiệt độ bằng quạt gió. Đối tượng nhiệt độ trong phòng là phi tuyến, quan hệ
giữa nhiệt độ trong phòng với tốc độ quạt theo công thức:
 

  

n: tốc độ quạt gió, 

  (vòng/phút)
=>như vậy nhiệt độ trong phòng sẽ đc điều chỉnh trong khoảng từ 10 đến 50
o
C.

 Hệ tuyến tính, sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển hệ tuyến tính.
Đối tượng khảo sát có hàm truyền đạt dạng :  



Sơ đồ mô phỏng simulink:

Ta sử dụng bộ điều khiển PI với tham số bộ điều khiển: K
p
=100; K
i

=80, thu
được đáp ứng bước nhảy của hệ thống như sau (giá trị đặt = 5)



 Nhận xét: ta thấy đáp ứng của hệ thống nhanh chóng ổn định và đạt tới giá
trị đặt của đầu vào, triệt tiêu được sai lệch tĩnh.
 Kết luận: với hệ tuyến tính, có thể sử dụng bộ điều khiển PID thông thường
để đạt được ổn định

 Hệ phi tuyến, sử dụng bộ điều khiển PID để điều khiển hệ phi tuyến.

Cụ thể đối tượng phi tuyến khảo sát là nhiệt độ trong phòng.
Nhiệt độ trong phòng phụ thuộc vào tốc độ quạt theo phương trình
 

  

Do đó hệ đang xét là một hệ phi tuyến. Đối tượng phòng gồm 2 thành
phần: thành phần phi tuyến và thành phần quán tính.
Nhiệt độ trong phòng điều khiển trong khoảng từ 10 đến 50 độ. Ta lấy hệ
số khuếch đại của khâu đo lường là 0.2 , suy ra giá trị đặt có giá trị trong khoảng
2 đến 10(V).
Điện áp vào biến tần từ 0 đến 10 tương ứng tốc độ quạt đầu ra từ 10 đến
400 vòng/phút. Vậy ta có K
bt
= 40. Hằng số thời gian của biến tần lấy là 1.1s. vậy
hàm truyền của biến tần là :





  



Hằng số thời gian đối tượng nhiệt độ trong phòng lấy là 15s. ta có hàm
truyền của đối tượng phòng là :




  

Đối tượng gồm thêm thành phần phi tuyến, ta dùng khối hàm 1/u để tạo
hàm phi tuyến.

Sơ đồ mô phỏng simulink :


Đồ thị đáp ứng bước nhảy thu được của hệ thống.

Nhận xét: khi đặt 1 bước nhảy vào hệ thống thì đáp ứng của hệ thống tiến
đến vô cùng, hệ thống bị mất ổn định.
Kết luận: dùng bộ điều khiển PID với hệ phi tuyến sẽ làm cho hệ thống mất
ổn định.

 Hệ phi tuyến, sử dụng bộ điều khiển mờ để điều khiển hệ phi tuyến.
Đối tượng điều khiển vẫn là nhiệt độ trong phòng.
Đặt mục tiêu của bộ điều khiển là ổn định và triệt tiêu sai lệch tĩnh, nên cần

có thêm khâu tích phân.
Bộ điều khiển mờ có biến đầu vào là sai lệch giữa giá trị đặt và giá trị phản
hồi, và tích phân của sai lệch: E
nd
và E
tp



Biến vào E
tp
và E
nd
có 5 giá trị mờ, tương ứng với 5 mức sai lệch: lớn nhất,
nhỏ nhất, và các giá trị trung gian L,V,N




Biến đầu ra bộ điều khiển mờ là mức độ điều chỉnh nhietdo. biến đầu ra
cũng có 5 giá trị mờ max, lớn, vừa, nhỏ và min



Ta xây dựng luật mờ như sau:




theo một số nguyên tắc chung:

 sai lệch càng lớn thì giá trị điều chỉnh càng lớn
 sai lệch nhỏ thì giá trị điều chỉnh nhỏ
 tích phân sai lệch càng lớn thì giá trị điều chỉnh càng lớn
 tích phân sai lệch nhỏ thì giá trị điều chỉnh nhỏ
 ………

Đặc tính của bộ điều khiển :



Sơ đồ mô phỏng simulink :


Kết quả thu được với thời gian mô phỏng 200s, giá trị đặt bằng 8 (tương
ứng với 40
o
C)


với giá trị đặt là 5, tương ứng với 25
o
C


Nhận xét : hệ thống nhanh chóng ổn định, đạt được giá trị đặt mong muốn,
triệt tiêu được sai lệch tĩnh.