(TIỂU LUẬN) đồ án môn học cơ điện tử NGÀNH CÔNG NGHỆ kĩ THUẬT cơ điện tử tên đề tài NGHIÊN cứu, THIẾT kế mô HÌNH QUẠT điện THÔNG MINH

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA CƠ KHÍ
------

ĐỒ ÁN MƠN HỌC CƠ ĐIỆN TỬ
NGÀNH CƠNG NGHỆ KĨ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ
TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ MƠ HÌNH QUẠT

ĐIỆN THƠNG MINH
Giáo viên hướng dẫn: Ths. Nhữ Quý Thơ
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Khắc Bắc

2018605258

Nguyễn Hữu Đức

2018605534

Nguyễn Ngọc Hiệu

2018605834

Hà Nội - 2021

Tieu luan


PHIẾU HỌC TẬP CÁ NHÂN/NHĨM

I. Thơng tin chung
1. Tên lớp: ĐH CĐT
Khóa: 13
2. Tên nhóm : nhóm 4
Họ và tên thành viên:
1.
Nguyễn Khắc Bắc
MSV:2018605258
2.
Nguyễn Hữu Đức
MSV:2018605534
3.
Nguyễn Ngọc Hiệu
MSV:2018605834
II. Nội dung học tập
1. Tên chủ đề: Nghiên cứu, thiết kế mô hình quạt điện thơng minh
2. Hoạt động của sinh viên
- Nội dung 1: Tổng quan về hệ thống (L4.2)
- Nội dung 2: Cơ sở lý thuyết về hệ thống (L4.2)
- Nội dung 3: Tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thống (L4.1, L4.3)
- Nội dung 4: Viết báo cáo
3. Sản phẩm nghiên cứu: Báo cáo thu hoạch và mơ hình sản phẩm (nếu có)
III. Nhiệm vụ học tập
1. Hồn thành đồ án theo đúng thời gian quy định (từ ngày 13/9/2021 đến
ngày 2/12/2021).
2. Báo cáo nội dung nghiên cứu theo chủ đề được giao trước hội đồng đánh
giá.
IV. Học liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án
1. Tài liệu học tập:
[1] Tài liệu hướng dẫn đồ án môn học Cơ Điện tử, Bộ môn Cơ điện tử.

[2] Nguyễn Văn Khang, Nguyễn Phong Điền, Cơ điện tử, NXB KH&KT.
2. Phương tiện, nguyên liệu thực hiện tiểu luận, bài tập lớn, đồ án/dự án (nếu
có): Máy tính, linh kiện và dụng cụ điện tử theo nhu cầu sử dụng.
KHOA CƠ KHÍ

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

TS. Nguyễn Anh Tú

Tieu luan

ThS. Nhữ Quý Thơ


MƠ TẢ HỆ THỐNG
1. Mơ tả nhiệm vụ cơng nghệ
Bộ điều khiển mờ được ứng dụng trong điều khiển quạt thơng minh. Khi nhận
được tín hiệu đầu vào từ các tín hiệu cảm biến (nhiệt độ và độ ẩm). Thơng qua bộ
điều khiển mờ, nhiệt độ môi trường dao động từ mức 25 0 C – 400 C tương ứng động
cơ của quạt sẽ hoạt động với công suất (0-100%). Hệ thống phun sương sẽ được bật
và tự động điều chỉnh tốc độ phun sương. Khi độ ẩm dưới 40% và được tắt khi lớn
hơn 60%.
Quạt hoạt động trên 2 chế độ tự động và điều khiển bằng tay. Có nút ngắt khẩn
cấp khi xảy ra sự cố. Quạt hoạt động ở chế độ tự động, khi xuất hiện bức xạ của
người cảm biến hồng ngoại sẽ nhận tín hiệu và truyền về bộ điều khiển để bật tắt hệ
thống. Quạt được điều khiển qua: remote hoặc App moblie hoặc Website
2. Cấu trúc thiết bị
Thiết bị
Quạt
Động cơ

Cảm biến nhiệt độ
Cảm biến độ ẩm
Điều khiển
Bộ điều khiển

Loại sử dụng
Quạt điện để bàn
Động cơ không đồng bộ 1 pha
LM35
DHT11
Remote hoặc APP
Arduino

3. Đặc tính kỹ thuật
Thơng số
Cơng suất
Điện áp
Lưu lượng gió

Giá trị
44 W
220V AC - 50 HZ
64.56 m3 / phút

4. Nội dung báo cáo
Chương 1: Tổng quan về hệ thống

Tieu luan

1.1. Lịch sử nghiên cứu
1.2. Các vấn đề đặt ra
1.3. Phương pháp nghiên cứu
1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu
1.5 Ý nghĩa thực tiễn
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
2.1 Giới thiệu chung về quạt thông minh
2.2 Luật điều khiển mờ và ứng dụng
2.3 Hệ thống cảm biến và điều khiển
Chương 3: Tính tốn, thiết kế mơ hình hệ thống
3.1 Tính toán, thiết kế hệ thống
3.2 Thiết kế hệ thống điện - điều khiển
Kết luận

Tieu luan


MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................................I
DANH MỤC HÌNH ẢNH........................................................................III
DANH MỤC BẢNG BIỂU........................................................................V
LỜI NĨI ĐẦU...........................................................................................VI
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG..........................................1
1.1 Lịch sử nghiên cứu.................................................................................1
1.2 Các vấn đề đặt ra....................................................................................2
1.3 Phương pháp nghiên cứu........................................................................3
1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu.................................................................3
1.5 Ý nghĩa thực tiễn....................................................................................4

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................5

2.1 Giới thiệu chung về quạt thông minh......................................................5
2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý chung của các loại quạt.................................5
2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý của quạt điều hòa..........................................8
2.2 Luật điều khiển mờ và ứng dụng..........................................................11
2.2.1 Luật điều khiển mờ........................................................................11
2.2.2 Ứng dụng của điều khiển mờ.........................................................17
2.3 Hệ thống cảm biến và điều khiển..........................................................17
2.3.1 Hệ thống cảm biến.........................................................................17
2.3.2 Hệ thống điều khiển.......................................................................18
2.3.3 Mối tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm........................................26

CHƯƠNG 3 TÍNH TỐN, THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG......30
3.1 Tính tốn, thiết kế hệ thống..................................................................30
3.2 Thiết kế hệ thống điện – điều khiển......................................................34
3.2.1 Thiết kế hệ thống điều khiển.........................................................34

Tieu luan


3.2.2 Thiết kế luật điều khiển mờ...........................................................38
3.2.3 Mô phỏng trên proteus và matlab simulink...................................42

KẾT LUẬN................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................VII
PHỤ LỤC...............................................................................................VIII

DANH MỤC HÌNH ẢN

Tieu luan

Hình 2.1 Quạt phun sương................................................................................6
Hình 2.2: Quạt khơng cánh...............................................................................7
Hình 2.3 Tấm làm mát cooling pad...................................................................8
Hình 2.4 Bình chứa nước..................................................................................8
Hình 2.5 Hệ thống bơm nước trong quạt điều hịa............................................9
Hình 2.6 Cánh quạt điều hịa.............................................................................9
Hình 2.7 Tấm chắn bụi của quạt điều hịa.......................................................10
Hình 2.8 Bảng điều khiển...............................................................................10
Hình 2.9 Bánh xe di chuyển quạt điều hịa......................................................10
Hình 2.10 Miền xác định và miền tin cậy của tập mờ.....................................12
Hình 2.11 Giải mờ theo nguyên lý trung bình.................................................15
Hình 2.12 Giải mờ theo nguyên lý cận trái.....................................................15
Hình 2.13 Giải mờ theo nguyên lý cận phải....................................................15
Hình 2.14 Giải mờ theo phương pháp trọng tâm.............................................16
Hình 2.15 Các khối chức năng của điều khiển mờ..........................................16
Hình 2.16 Module cảm biến DHT22...............................................................17
Hình 2.17 Arduino Uno R3 ngồi thực tế.......................................................19
Hình 2.18 Các phương án điều áp một pha.....................................................20
Hình 2.19 Mạch phát hiện điểm khơng...........................................................21
Hình 2.20 Xung đầu ra, vào của mạch xác định điểm 0..................................22
Hình 2.21 Mạch cơng suất..............................................................................22
Hình 2.22 Dạng xung mở triac........................................................................23
Hình 2.23 Giao diện phần mềm Matlab..........................................................24
Hình 2.24 Giao diện cửa sổ thư viện Simulink...............................................25
Hình 2.25: Giao diện Fuzzy Logic Toolbox....................................................26
Hình 2.26: Mối tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm........................................28
Hình 3.1 Quạt điều hịa hơi nước Sunhouse SHD 7714..................................30
Hình 3.2 Tổng quan quạt điều hịa SHD 7714................................................30
Hình 3.3 Động cơ quạt điều hịa model YD-100.............................................32

Hình 3.4 Động cơ máy bơm nước module DHY-16.......................................33

Tieu luan


Hình 3.5 Cánh quạt điều hịa...........................................................................34
Hình 3.6 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển........................................................35
Hình 3.7: Sơ đồ khối đầu vào - ra của bộ nhớ.................................................38
Hình 3.8 Hàm thuộc nhiệt độ..........................................................................39
Hình 3.9 Hàm thuộc độ ẩm.............................................................................39
Hình 3.10 Luật mờ được định nghĩa trên matlab............................................40
Hình 3.11 Luật hợp thành dạng hình học........................................................40
Hình 3.12: Khảo sát thời gian trễ đầu ra trên Matlab simulink.......................42
Hình 3.13 Lưu đồ thuật tốn điều khiển hệ thống...........................................43
Hình 3.14 Lưu đồ thuật toán chuyển đổi chế độ hoạt động.............................44
Hình 3.15 Lưu đồ con mơ tả luật mờ..............................................................45
Hình 3.16 Mạch ngun lý được vẽ trên altium..............................................46
Hình 3.17 Mơ phỏng hệ thống trên phầm mềm protues..................................46
Hình 3.18 Mơ phỏng hệ thống trên protues khi chạy tự động.........................47
Hình 3.19 Mơ phỏng protues khi hệ thống chạy bằng tay...............................47
Hình 3.20 Giao diện app điều khiển bằng bluetooth.......................................48
Hình 3.21 Code chương trình điều khiển trên app bluetooth..........................49

Tieu luan


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Sự tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm môi trường.........................27
Bảng 3.1 Phạm vi biến ngôn ngữ cho các biến...............................................39
Bảng 3.2 Giá trị điện áp ra với từng thời gian trễ............................................41

Bảng 3.3 Luật hợp thành đối với động cơ quạt và máy bơm...........................41

Tieu luan


LỜI NĨI ĐẦU
Sự phát triển khơng ngừng của khoa học công nghệ làm xuất hiện các đối
tượng phức tạp rất khó để điều khiển. Xuất hiện nhiều yếu tố mới mà không thể
điều khiển bằng các lý thuyết thông thường đã có sẵn. Đây là động lực để nghiên
cứu tìm hiểu về phương pháp điều khiển mới đó chính là điều khiển thông minh.
Hiện nay điều khiển thông minh được sử dụng phổ biến là điều khiển mờ, mạng nơ
ron, thuật tốn di chuyển.
Để góp phần vào sự phát triển của phương pháp điều khiển thơng minh,
nhóm đã tìm hiểu sơ lược và được sự tư vấn nhiệt tình từ các thầy cô hướng dẫn bộ
môn và đã quyết định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình quạt điện
thông minh”. Đồ án môn học cơ điện tử với mong muốn hồn thành tốt mơn học,
học hỏi thêm kiến thức, đồng thời đồ án có thể đóng góp hữu ích vào cuộc sống.
Trong thời gian thực hiện đề tài, nhóm đã nhận được sự hướng dẫn tận tình
của thầy Ths. Nhữ Qúy Thơ giúp nhóm có thể hồn thiện được đề tài tốt nhất.
Trong suốt quá trình nghiên cứu, thiết kế và đánh giá, nhóm đã nhận được nhiều sự
giúp đỡ từ phía các thầy cơ trong bộ môn, các anh chị và bạn bè, song không thể
tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót. Vì vậy, nhóm rất mong nhận được sự đánh giá,
nhận xét, phê bình từ các thầy cơ nhằm hồn thiện đề tài một cách tối ưu, hiệu quả
nhất.
Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm sinh viên thực hiên
Nguyễn Ngọc Hiệu
Nguyễn Khắc Bắc
Nguyễn Hữu Đức

Tieu luan


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG

1.1 Lịch sử nghiên cứu
Quạt điện được sản xuất theo cơ chế hoạt động giống như quạt kéo ở vùng
trung Đông hồi thế kỉ XIX. Nó là một hệ thống gồm một khung vải bạt, kết nối với
một sợi dây dẫn, kéo tới kéo lui để tạo ra luồng gió. Sau cuộc cách mạng cơng
nghiệp vào cuối thế kỉ XIX, các nhà máy thủy lực đã tạo ra quạt dẫn động bằng đai.
Họ thực hiện thay trục giữa của quạt bằng máy móc động. Từ đó, quạt điện được cải
tiến dần dần.
Một trong những người chế tạo ra chiếc quạt máy đầu tiên là Omar-Rajeen
Jumala vào năm 1832. Phát minh của ông được gọi là máy quạt ly tâm, hoạt động
giống như máy bơm không khí. Đến khi Thomas Edison và Nikola Tesla phát hiện
ra nguồn năng lượng điện vào cuối thế kỉ XIX và đầu thế kỉ XX. Từ đó quạt chạy
bằng cơ học đã được cải tiến thành quạt chạy bằng điện năng.
Năm 1882, Philip Diehl đã cho ra mắt quạt điện trần và ông được xem là cha
đẻ của chiếc quạt điện ngày nay. Đến nay, quạt điện đã trở thành một thiết bị khơng
thể thiếu trong các hộ gia đình.
Hiện nay với sự phát triển của quạt điện đã cho ra mắt những mẫu quạt tiện
ích mang khuynh hướng thơng minh như: quạt thơng gió, quạt làm mát, quạt phun
sương, quạt điều hịa hơi nước, quạt khơng có cánh. Nhìn chung các kiểu quạt này
đều có cấu tạo gần giống nhau, với cấu trúc chính là động cơ quạt thực hiện nhiệm
vụ tạo gió, bộ điều khiển cấp năng lượng cho động cơ và một số mẫu quạt có kết
hợp thêm bộ tạo sương để tăng độ ẩm. Bộ điều khiển của quạt thường là bộ điểu
khiển có cấp được điều khiển bằng tay hoặc remote chứa các mức tốc độ nhất định

nên khi sử dụng quạt còn gặp nhiều vấn đề bất cập khi trạng thái nhiệt độ môi
trường thay đổi.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế mơ hình quạt điện thông minh” được
lựa chọn với nhiệm vụ mang đến sự thay đổi mới mẻ, tiện lợi trong cuộc sống con
người. Đề tài sử dụng luật mờ để điều khiển quạt tự động chạy với các mức tốc độ
khác nhau, với hai đầu vào (nhiệt độ và độ ẩm) và hai đầu ra (motor quạt và motor
máy bơm nước).

Tieu luan

1


1.2 Các vấn đề đặt ra
Hệ thống cơ khí: Sử dụng hệ thống cơ khí sẵn trong quạt:
- Hệ thống động cơ quạt (gồm rotor và stator) xoay chiều không đồng bộ 1
pha lấy xung và nguồn từ bộ điều khiển, tạo ra momen quay cho cánh quạt
chuyển động.
- Hệ thống máy bơm nước 1 pha xoay chiều, lấy điện từ đầu ra của mạch điều
khiển, sử dụng để bơm nước từ đáy quạt lên cung cấp cho dàn mát.
- Hệ thống cánh quạt nhận momen quay từ trục và tạo ra sự chênh lệch áp suất
giữa trước và sau cánh quạt, dẫn đến các dịng khí đối lưu từ sau về trước
hoặc ngược lại.
- Hệ thống bể nước mini cung cấp cho máy bơm.
Hệ thống điện: Hệ thống sử dụng điện xoay chiều 1 pha dân dụng ⁓220V 50Hz. Hệ thống sử dụng mạch nhận biết điểm 0V và mạch cơng suất dùng để kích
triac để điều khiển quạt và máy bơm. Bộ điều khiển trung tâm dùng Arduino Uno
R3 để xử lý tín hiệu vào từ cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ ẩm để xuất tín hiệu
cho mạch cơng suất.
Chương trình điều khiển: Chương trình điều khiển dựa trên luật điều khiển
mờ điều khiển có cấp (4 cấp độ) được xây dựng trên các phần mềm hỗ trợ về lập

trình và mơ phỏng (Arduino IDE và Matlab), có thể xây dựng giao tiếp một app
mobile đơn giản dễ sử dụng.
Thử nghiệm đánh giá: Sau khi hoàn thành thử nghiệm trên phần mềm
Matlab/Simulink để kiểm tra tính ổn định, chất lượng, đảm bảo an toàn và đánh giá.
Hệ thống phải đảm bảo hoạt động ổn định ở các cấp tốc độ.

Tieu luan

2


1.3 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:
- Nghiên cứu qua các kênh thông tin, internet, qua các bài viết trong nước và
quốc tế về các ứng dụng của điều khiển mờ vào việc điều khiển tốc độ động
cơ và đối tượng quạt điện.
- Tìm hiểu cách tạo gió của quạt, các loại quạt điện trên thị trường.
- Tìm hiểu bộ chuyển đổi giữa ADC, các thiết bị thành phần có trong hệ thống.
- Tìm hiểu về vi xử lý và vi điều khiển, các cảm biến nhiệt độ và cảm biến độ
ẩm.
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng nhiệt độ và độ ẩm đến cơ thể con người thông qua
các bài báo đánh giá của nước ta và nước ngồi.
- Tìm hiểu cách sử dụng các phần mềm lập trình (Matlab và Arduino IDE) và
các phầm thiết kế mơ phỏng trên máy tính.
- Tìm hiểu về cách mơ hình hóa, giúp cho việc tính tốn và chọn các trang
thiết bị điện vào mạch để điều khiển thiết bị.
Phương pháp nghiên cứu mơ hình hóa mơ phỏng:
- Kết quả xây dựng được được thử nghiệm đánh giá trên phần mềm mô phỏng.
Trong khuôn khổ của đồ án này, phần mềm Matlab/Simulink và phần mềm
Proteus được sử dụng để mô phỏng đánh giá chất lượng điều khiển.

1.4 Giới hạn, phạm vi nghiên cứu
Giới hạn nghiên cứu:
- Nghiên cứu các loại quạt điện có sẵn sử dụng điện áp AC 220V công suất
nhỏ (<100W).
- Nghiên cứu các yếu tố để quạt hoạt động như là nhiệt độ, độ ẩm và yếu tố
đảo gió.
- Nghiên cứu sự ảnh hưởng nhiệt độ, độ ẩm trên cơ thể con người ở Việt Nam.
- Thiết kế mạch để điều khiển và quạt sử dụng theo kiểu điều khiển có cấp tốc
độ.
- Giới hạn đề tài trong phòng từ 15 – 20 m2.

Tieu luan

3


Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi nghiên cứu chỉ ở việc thiết kế, xây dựng hệ thống điều khiển trên lý
thuyết và đánh giá trên phầm mềm mô phỏng.

1.5 Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài này mang lại ý nghĩa thực tiễn to lớn đối với đời sống con người. Đối
với những ngơi nhà khơng có điều kiện sử dụng điều hịa khơng khí làm mát hoặc
những hộ gia đình sử dụng thiết bị làm mát trong những căn phòng với diện tích lớn
thì ln ưu tiên sử dụng quạt điện. Đời sống hiện nay mỗi hộ gia đình dù điều kiện
kinh tế cịn khó khăn hay là khá giả thì họ vẫn ln sở hữu ít nhất một chiếc quạt
điện trong gia đình của mình để làm mát. Do đó một chiếc quạt tự động có thể vừa
tạo mát, vừa tạo ẩm khơng khí với giá phải chăng ln ln là lựa chọn hàng đầu
mang lại sự tiện nghi trong những ngày nắng nóng của mỗi hộ gia đình. Quạt hoạt

động tiết kiệm năng lượng, nâng cao hiệu suất. Với nền công nhiệp số 4.0 kết nối
mọi thứ tự động hoạt động dưới sự giám sát của internet thì quạt điện thông minh là
không thể thiếu trong hệ sinh thái này và luôn được nâng cấp phát triển.

Tieu luan

4


CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu chung về quạt thông minh
2.1.i Cấu tạo và nguyên lý chung của các loại quạt
a) Cấu tạo
Các loại quạt ngày nay đều có cậu tạo đa phần giống nhau ở một số bộ phận:
- Cánh quạt: Làm bằng kim loại hay nhựa được tạo dáng để tạo ra gió khi quay
- Động cơ diện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha
- Lưới bảo vệ: Dụng cụ để bảo vệ cánh quạt và động cơ trước tác động từ bên
ngoài
- Bộ phận điều chỉnh tốc độ quay và thay đổi hướng gió
b) Nguyên lý hoạt động
Khi có dịng điện chạy trong dây dẫn quấn trên lõi sắt từ (phe silic) tạo thành
một lực tác động lên rotor. Phe silic thường làm từ tole silic mỏng ghép nhiều
miếng lại với nhau.
Vị trí các cuộn dây chạy và dây đề được đặt lệch nhau. Đồng thời tác dụng
làm lệch pha của tụ điện sẽ tạo ra trong lịng stator các lực hút khơng cùng phương
với nhau.
Vì 2 lực hút lệch nhau về phương và thời gian nên tạo ra trong lòng stator

một từ trường quay làm cho roto quay được.
Để thay đổi tốc độ của quạt người ta quấn trên đó một số vịng dây chung với
cuộn chạy. Khi dòng điện tăng lên hoặc giảm xuống do điện trở của cuộn dây thay
đổi sẽ tạo ra nên một từ trường mạnh hoặc yếu hơn, làm cho quạt chạy nhanh hơn
hoặc chậm hơn.
Bộ điều khiển quạt đa số là bộ điều khiển có cấp bằng tay với các mức tốc độ
cố định và chưa được tự động. Chỉ có một số quạt thơng minh trên thị trường như:
quạt phun sương và quat khơng cánh được tích hợp bộ điều khiển thông minh tự
động cho quạt.

c) Các loại quạt thơng minh có trên thị trường

Tieu luan

5


- Quạt phun sương:
Quạt phun sương có cơ chế nén hơi nước với áp suất cao, tạo thành sương và
phả vào khơng khí. Những hạt sương siêu nhỏ này sẽ giúp cho căn phịng của bạn
có độ ẩm nhất định, nhiệt độ phịng có thể giảm được từ 3 - 7 độ tùy vào diện tích.
Quạt phun sương có nhiều mẫu mã cao, thấp đa dạng, phù hợp với nhiều loại phịng
hoặc căn hộ phổ biến tại Việt Nam. Ngồi ra, loại quạt này cũng có chế độ tiết kiệm
điện năng, cũng như tạo ra ion âm giúp cho cơ thể sảng khối và khỏe khoắn hơn.
Quạt có được tích hợp bảng điều khiển điện tử thông minh giúp con người điều
khiển quạt ở các chế độ khác nhau bằng remote. Quạt phun sương tự động đã được
thiết kế thông minh nên đề tài này sẽ không nghiên cứu sâu về quạt. Hơn nữa quạt
phun sương là một thiết bị hiện đại nên giá thành cao.

.

Hình 2.1 Quạt phun sương
-

Quạt điện không cánh:
Nguyên lý quạt không cánh hoạt động dựa trên lý thuyết khí động học. Áp

dụng kiến thức về sự chuyển động của khơng khí và chênh lệch áp suất. Ở nơi có áp
suất cao khi chuyển về nơi có áp suất thấp, khơng khí sẽ tạo thành gió.
James Dyson đã tạo ra một khu vực có áp suất thấp ở phía trước vành quạt
hình trịn. Như vậy, khi luồng khơng khí phía sau vành quạt lưu thơng về trước sẽ
tạo thành một luồng gió bởi chênh lệch áp suất.

Tieu luan

6


Bên trong đế quạt có chứa một động cơ hiệu suất hoạt động 40W có tốc độ
lớn. Động cơ này chịu trách nhiệm hút khơng khí vào và đẩy khơng khí qua một khe
hẹp rộng 1.3 mm ở phía vành quạt.
Vành khuyên quạt thiết kế cong 16 độ góp phần điều hướng gió và tạo ra
luồng gió cực mảnh. Luồng khí siêu mảnh được thổi ra làm khu vực phía trước vành
quạt giảm áp suất và hút khối khơng khí phía sau về trước với lưu lượng gấp 15
lần so với loại quạt điện thông thường. Điều này tạo nên những làn gió mát, lưu
lượng lớn.
Cũng như quạt phun sương, quạt khơng cánh là một thiết bị thơng minh được
tích hợp bộ điều khiển điện tử và được điều khiển thông qua remote. Với giá thành
cao và đã được tích hợp đầy đủ các tính năng tự động trong quạt nhưng ít được ưa
chuộng nên nhóm sẽ khơng đi tìm hiểu sâu về quạt.

Hình 2.2: Quạt khơng cánh
-

Quạt điều hịa:
Với khí hậu nóng bức như hiện nay thì điều hịa là một lựa chọn phù hợp cho

những không gian nhỏ, hẹp. Quạt điều hòa về cơ bản là hoạt động dựa trên cơ chế
bay hơi của nước. Khi khơng khí nóng đi vào bên trong quạt sẽ được lọc qua bằng
một tấm làm mát, từ đó, luồng khí tỏa ra sẽ mang theo hơi nước mát lạnh. Quạt điều
hòa là kiểu quạt thơng dụng, được nhiều gia đình ưa chuộng nhờ vào giá thành hợp
lý, tiết kiệm điện năng, làm mát nhanh và quan trọng nhất là nó có tích hợp cơ chế
lọc sạch khơng khí. Tuy nhiên, quạt vẫn chưa được hoạt động tự động mà vẫn phải

Tieu luan

7


điều khiển bằng tay. Vì vậy, nhóm quyết định lựa chọn đối tượng quạt điều hòa để
nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển tự động để nâng cao hiệu quả cho quạt.

2.1.ii Cấu tạo và nguyên lý của quạt điều hòa
a) Cấu tạo
- Tấm làm mát Cooling Pad: Được coi là vũ khí bí mật và quan trọng nhất của
quạt điều hịa. Khơng khí nóng được hút vào trong quạt, chúng sẽ được đẩy
qua tấm làm mát giúp nhiệt độ khơng khí giảm xuống và thổi gió ra ngồi
mơi trường, giúp làm mát khơng gian.

Hình 2.3 Tấm làm mát cooling pad
- Bình chứa nước: Đặt phía dưới sau thân máy, đây chính là nơi bạn đổ nước

vào để cung cấp cho tấm là mát. Tùy từng dòng sản phẩm và mức cơng suất
mà quạt điều hịa có bình chứa nước dung tích lớn nhỏ khác nhau.

Tieu luan

8


Hình 2.4 Bình chứa nước
- Hệ thống bơm nước: Máy bơm nước chạy liên tục và nước chảy tuần hoàn từ
trên xuống dưới tấm làm mát cooling pad để giữ chúng ln được ướt và
khơng khí sẽ được làm mát khi chạy qua.

Hình 2.5 Hệ thống bơm nước trong quạt điều hịa
- Quạt gió: Trong bất cứ quạt điều hịa nào cũng đều có một quạt gió được
thiết kế theo 1 trong 2 kiểu là quạt ly tâm hoặc quạt hướng trục. Cánh quạt có
nhiệm vụ hút khí nóng từ bên ngoài vào trong đi qua tấm làm mát và đưa
luồng khí mát ngược trở lại mơi trường xung quanh.

Tieu luan

9


Hình 2.6 Cánh quạt điều hịa
- Tấm lưới chắn bụi, lọc khơng khí: Tấm lưới chắn bụi trên quạt điều hịa có
dạng khung hình chữ nhật mỏng, gồm nhiều ơ vng nhỏ, vành khung ngồi
được làm từ chất liệu nhựa nhẹ. Bên trong là các tấm vải nhẹ và mỏng, có
nhiều lỗ nhỏ li ti nhằm chắn bụi một cách hiệu quả. Tấm lưới chắn bụi được
bố trí ở hai bên hơng và mặt sau của quạt, gắn bên ngồi tấm làm mát cooling

pad, có chức năng lọc bụi bẩn trong khơng khí trước khi đi vào tấm làm mát.

Hình 2.7 Tấm chắn bụi của quạt điều hòa
- Bảng điều khiển: Giúp người dùng tùy chỉnh chức năng trên quạt. Khi kết
hợp điều khiển mờ quạt sẽ tự động hoạt động

Tieu luan

10


Hình 2.8 Bảng điều khiển
- Bánh xe di động: Giúp cho sự duy chuyển dễ dàng

Hình 2.9 Bánh xe di chuyển quạt điều hòa
b) Nguyên lý hoạt động
Hệ thống bơm nước dẫn nước từ bình chứa nước lên tấm làm mát Cooling
Pad.
Tấm làm mát hút nước và được cấp nước chảy tuần hồn liên tục nên ln
ướt.
Hệ thống quạt hút khơng khí nóng từ bên ngồi phịng vào máy và đưa qua
tấm làm mát.
Tấm làm mát với độ ẩm cao nhanh chóng hấp thụ nhiệt của luồng khí nóng
này, giúp giảm nhiệt luồng khí từ 3 - 7 độ C và tối đa tới 15 độ C, tạo ra luồng khí
mát lạnh.
Hệ thống quạt đẩy luồng khí đã được làm lạnh ra ngồi mơi trường, nhanh
chóng hạ nhiệt độ phịng, đem lại bầu khơng khí trong lành, dễ chịu, sảng khoái cho
người dùng.

Tieu luan

11


Với trường hợp chỉ sử dụng nước thì nhiệt độ phòng sẽ giảm xuống khoảng
3 - 7 độ C, còn nếu máy làm mát cho phép sử dụng cùng đá khơ thì có thể giảm
nhiệt độ cho phịng sâu hơn tới 10 - 15 độ C. Những quạt có thể dùng cùng gel đá
khơ thế này thì cịn được gọi với tên là quạt đá.

2.2 Luật điều khiển mờ và ứng dụng
2.2.i Luật điều khiển mờ
a) Đặc trưng của tập mờ
-

Độ cao của tập mờ:
Độ cao của một tập mờ F định nghĩa trên tập nền X là giá trị
h  sup F (x); x  X

[2.1]

Tập mờ có h=1 là tập mờ chính tắc, h<1 là tập mờ khơng chính tắc

Hình 2.10 Miền xác định và miền tin cậy của tập mờ
-

Miền xác định của tập mờ:
Miền xác định của tập mờ 𝐹 định nghĩa trên nền 𝑋, được ký hiệu bởi 𝑆 là tập

thỏa mãn.
S  supF (x)  x  X | F (x)  0 

-

Miền tin cậy của tập mờ:
Miền xác định của tập mờ F định nghĩ trên nền X, được ký hiệu bởi T là tập

thỏa mãn
T  x  X | F (x)  1
b) Các phép toán trên tập mờ

Tieu luan

12




Hai tập mờ F, E trên cùng không gian nền X, có các hàm thuộc tương ứng là
μF, μE, khi đó:
-

Phép hợp hai tập mờ
Phép hợp hai tập mờ F và E ký hiệu là F  E có hàm thuộc được tính theo

một trong các luật sau.
Theo luật Max:
FE(x)MaxF (x), E (x)



FE (x)  Min1, F (x)  E (x)



Theo luật Sum:

Theo tổng trực tiếp:
 FE (x)  F (x)  E (x)  F (x).E (x) [2.6]
-

Phép giao hai tập mờ

Phép hợp hai tập mờ F và E ký hiệu là F  E có hàm thuộc được tính
theo một trong các luật sau.
Theo luật Min
FE (x)  MinF (x), E (x)



Theo luật Lukasiewicz
FE (x)  MaxF (x) + E (x)-1 
Theo luật prod
FE (x)  F (x). E (x)
-

[2.9]

Phép bù tập mờ
Phép bù tập mờ F là một tập mờ Fc có hàm thuộc được tính như sau:
 F C (x)  1   F (x)

[2.10]

c) Luật mờ hợp thành
-

Mệnh đề hợp thành:
Độ phụ thuộc của kết luận không được lớn hơn độ phụ thuộc điều kiện” Nếu

hệ thống có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra thì mệnh đề suy diễn có dạng tổng qt
như sau:

Tieu luan

13


If N = ni and M = mi and … Then R = ri and K = ki and ….
Ví dụ điều khiển chuyển động của robot ta quan tâm đến
+ Sai số vị trí E= {âm, bằng khơng, dương}
+ Lực điều khiển U= {bằng khơng, nhỏ, lớn}
Thì ta có các mệnh đề hợp thành sau
Nếu sai số = âm Thì lực điểu khiển = lớn
Nếu sai số = dương Thì lực điều khiển = nhỏ
Nếu sai số = bằng khơng Thì lực điều khiển = bằng khơng
-

Luật hợp thành mờ:
Luật hợp thành là tên gọi chung của mơ hình biểu diễn một hay nhiều hàm

thuộc cho một hay nhiều mệnh đề hợp thành.

Các luật hợp thành cơ bản
+ Luật Max – Min
+ Luật Max – Prod
+ Luật Sum – Min
+ Luật Sum – Prod
Thuật toán xây dựng mệnh đề hợp thành cho hệ SISO:
Luật mờ cho hệ SISO có dạng
“If A Then B”
Thuật toán xây dựng mệnh đề hợp thành cho hệ MISO:
Luật mờ cho hệ MISO có dạng
“If cd1 = A1 and cd2 = A2 and … Then rs = B”
Thuật toán xây dựng mệnh đề hợp thành cho hệ MIMO 2 đầu vào 2 đầu ra:
“If cd1 = A1 and cd2 = A2 and … Then rs = B and rx = C”
d) Giải mờ
Giải mờ là quá trình xác định giá trị rõ ở đầu ra từ hàm thuộc μB (y) của tập
mờ B. Có 2 phương pháp giải mờ là phương pháp cực đại và phương pháp trọng
tâm:

Tieu luan

14


-

Phương pháp cực đại
Theo phương pháp này thì giá trị rõ y đại diện cho tập mờ phải là giá trị có

"xác suất" thuộc tập mờ lớn nhất.
Để xác định y thực hiện qua hai bước:

(1) Xác định miền chứa giá trị rõ y. Giá trị rõ y là giá trị mà tại đó hàm
thuộc đạt giá trị cực đại (độ cao H của tập mờ B ’ ), tức là miền
G   y Y | B (y)  H 



(2) Xác định ycó thể cháp nhận từ G theo phương pháp này có 3 nguyên lý để
giải mờ
+ Nguyên lý trung bình
Theo nguyên lý trung bình, giá trị rõ y’ = (y1 + y2)/2

[2.12]

Nguyên lý này thường được dùng khi G là một miền liên thông và như vậy y ’
cũng sẽ là giá trị có độ phụ thuộc lớn nhất

Hình 2.11 Giải mờ theo nguyên lý trung bình

+ Nguyên lý cận trái
Giá trị rõ y’ được lấy bằng cận trái y1 của G. Giá trị rõ lấy theo nguyên lý cận
trái này sẽ phụ thuộc tuyến tính vào độ thỏa mãn của luật điều khiển quyết định

Hình 2.12 Giải mờ theo nguyên lý cận trái

+ Nguyên lý cận phải

Tieu luan

15