Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

TRIỆU SỸ TRƢỜNG

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN
NHIỆT ĐỘ LÒ SẤY NÔNG SẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ điều
khiển nhiệt độ lị sấy nơng sản” do tơi tự thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo
TS. Nguyễn Hồng Quang. Các số liệu và kết quả hoàn toàn trung thực.
Ngoài các tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối luận văn, tôi đảm bảo rằng không
sao chép các công trình hoặc kết quả của người khác. Nếu phát hiện có sự sai phạm
với điều cam đoan trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm.

Học viên

Triệu Sỹ Trƣờng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... I
MỤC LỤC ..........................................................................................................................II
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG, BIỂU TRONG LUẬN VĂN .......................... VI
MỞ ĐẦU.............................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN.................................. 3
1.1. Tổng quan về sản phẩm nông sản và quá trình sấy nơng sản (Ngơ). ............................ 3
1.1.1. Giới thiệu. ................................................................................................................ 3
1.1.2. Tổng quan hệ lị sấy ngơ. ......................................................................................... 5
1.1.3. Sơ đồ thu ngô và tách ngô, sấy ngô. ........................................................................ 7
1.1.4. Các giai đoạn trong q trình thu ngơ và tách ngô, sấy ngô và các thông số khi sấy. .... 7
1.1.4.1. Giai đoạn thu ngô và tách ngô. ............................................................................. 7

1.1.4.2. Giai đoạn chuyển ngô hạt lên các khoang chứa. ......................................... 7
1.1.4.3. Giai đoạn sấy ngô. ................................................................................................ 8
1.1.4.4. Giai đoạn xử lý mạt ngô khi sấy. .......................................................................... 8
1.2. Phương án thiết kế tự động hố dây truyền hệ thống sấy ngơ. ................................... 8
1.2.1. Giới thiệu sản phẩm. ................................................................................................ 8
1.2.2. Mơ hình các cơ cấu truyền động hệ thống. .............................................................. 9
1.2.3. Gầu tải Động cơ gầu tải để kéo ngô lên khoang chứa và lị sấy. .......................... 11
1.2.4. Mơ hình các cơ cấu lị sấy, lị đốt và các van đóng mở ngơ. ................................. 11
CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN CỦA LỊ SẤY NƠNG SẢN ............... 13
2.1. Giới thiệu chung về lò điện trở. ................................................................................... 13
2.1.1. Đặc điểm. ............................................................................................................... 13

2.1.2. Nguyên lý làm việc. ............................................................................................... 13
2.1.3. Phân loại lò điện trở. .............................................................................................. 13
2.1.4. Cấu tạo lò điện trở. ................................................................................................ 14
2.1.5. Các phương pháp xây dựng mơ hình tốn học. ..................................................... 16
2.1.6. Các phương pháp nhận dạng dựa trên đáp ứng quá độ và phổ tín hiệu. ............... 16
2.1.7. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mơ hình qn tính bậc nhất có trễ. ........... 17
2.1.8. Một số phương pháp thơng dụng. .......................................................................... 17
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

iv

2.1.9. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mơ hình qn tính bậc hai có trễ. ............. 18
2.1.10. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mơ hình dao động bậc 2.......................... 19
2.1.11. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mô hình có khâu tích phân...................... 20
2.2. Các phương pháp xây dựng mơ hình tốn học. ........................................................ 20
2.2.1. Tìm hiểu và sử dụng Identification Toolbox của Matlab để nhận dạng mô hình
đối tượng. ............................................................................................................... 20
2.2.2. Giới thiệu “ Ident GUI”. ........................................................................................ 21
2.2.3. Giao diện “ Ident GUI” và cách sử dụng. .............................................................. 22
2.2.4. Các thuật toán sử dụng trong Ident GUI. ............................................................... 26
2.3. Mơ tả tốn học lị điện trở. ........................................................................................ 28
2.3.1. Khảo sát đặc tính lị điện trở. ................................................................................. 28
2.3.2. Tính tốn các thơng số. .......................................................................................... 31
CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN CỦA LỊ SẤY NƠNG SẢN . 32
3.1. Giới thiệu về các bộ điều chỉnh PID và một số luật hiệu chỉnh. ................................. 32
3.1.1. Cấu trúc chung của một hệ điều khiển tự động. .................................................... 32
3.1.2. Đặc tính quá độ và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ điều khiển tự động. ....... 33
3.2. Phân tích các luật điều khiển. ...................................................................................... 34

3.2.1. Luật điều khiển tỷ lệ (P). ....................................................................................... 34
3.2.2. Luật điều khiển tích phân (I). ................................................................................ 34
3.2.3. Luật điều khiển tỷ lệ - tích phân (PI). .................................................................... 35
3.2.4. Luật điều khiển tỷ lệ - tích phân - vi phân (PID). .................................................. 36
3.2.5. Nâng cao chất lượng bộ PID mờ. .......................................................................... 38
3.3. Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển bộ PID......................................................... 42
3.3.1. Phương pháp thực nghiệm. .................................................................................... 42
3.3.1.1. Phương pháp Ziegler - Nichols thứ nhất. ........................................................... 42
3.3.1.2. Phương phápZiegler - Nichols thứ hai. ............................................................... 43
3.3.1.3. Phương pháp tổng hợp T của Kuhn. ................................................................... 44
3.3.1.4. Phương pháp cân bằng mơ hình. ........................................................................ 44
3.3.1.5. Phương pháp thiết kế dựa trên miền tần số. (Phương pháp tối ưu độ lớn). ........ 45
CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN LỊ SẤY NƠNG SẢN......................... 52
4.1. Mơ phỏng..................................................................................................................... 52
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

v

4.1.1. Mô phỏng đối tượng: ............................................................................................. 52
4.1.2. Phương pháp Ziegler - Nichols để xác định tham số cho bộ điều khiển PID
truyền thống. .......................................................................................................... 52
4.1.2.1. Phương pháp Ziegler - Nichols I. ....................................................................... 52
4.1.2.2. Phương pháp Ziegler - Nichols II ....................................................................... 53
4.1.3. Thiết kế, mô phỏng bộ điều khiển tối ưu module. ................................................. 56
4.2. Phần cứng. ................................................................................................................... 58
4.2.1. Tổng quan phần cứng của hệ thống. ...................................................................... 58
4.2.2. Thiết kế chi tiết phần cứng. ................................................................................... 58
4.2.2.1. Khối nguồn. ........................................................................................................ 59

4.2.2.2. Khối xử lý trung tâm........................................................................................... 59
4.2.2.3. Mạch nguyên lý. ................................................................................................. 61
4.2.2.4. Khối hiển thị. ...................................................................................................... 61
4.2.2.5. Khối LED chỉ thị ................................................................................................ 62
4.2.2.6. Khối truyền thông. .............................................................................................. 63
4.2.2.7. Khối điều khiển rơle ........................................................................................... 64
4.2.2.8. Khối chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự. ........................................................ 65
4.2.2.9. Khối đầu vào cách ly. ........................................................................................ 66
4.2.2.10. Khối đo nhiệt độ. .............................................................................................. 66
4.2.2.11. Khối bắt điểm 0 ................................................................................................ 68
4.2.2.12. Khối điều khiển TRIAC.................................................................................... 69
4.3. Phần mềm. ................................................................................................................... 70
4.4. Thực nghiệm thực tế. ................................................................................................... 70
4.5. Đặc tính đồ thị đáp ứng của lò nhiệt với bộ điều khiển PI. ......................................... 72
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 74
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 75

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG, BIỂU TRONG LUẬN VĂN

Hình 1.1. Mơ hình tổng quan hệ thống lị sấy ngơ ........................................................... 6
Hình 1.2. Lược đồ tổng quan hệ thống lị sấy ngơ ........................................................... 7
Hình 1.3. Xích tải ngang .................................................................................................. 9
Hình 1.4. Xích tải ngang nghiêng .................................................................................. 10

Hình 1.5. Mơ hình lị sấy ................................................................................................ 12
Hình 2.1. Biểu đồ phương pháp kẻ tiếp tuyến ................................................................ 17
Hình 2.2. Biểu đồ phương pháp hai điểm quy chiếu ...................................................... 18
Hình 2.3. Giao diện “ Ident GUI” 1 .............................................................................. 22
Hình 2.4. Giao diện “ Ident GUI” 2 .............................................................................. 23
Hình 2.5. Giao diện “ Ident GUI” 3 .............................................................................. 24
Hình 2.6. Giao diện “ Ident GUI” 4 .............................................................................. 25
Hình 2.7. Biểu thuật tốn sử dụng trong Ident GUI ...................................................... 27
Hình 2.8. Biểu nhận dạng mơ hình ................................................................................ 29
Hình 2.9. Biểu đồ quá độ nhiệt độ ................................................................................. 30
Hình 2.10. Mơ hình lị điện trở tại phịng thí nhiệm ...................................................... 31
Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống điều khiển tự động ................................................................. 32
Hình 3.2. Quá trình quá độ của hệ thống ổn định theo thời gian .................................. 33
Hình 3.3. Mơ tả chỉ tiêu chất lượng động của hệ thống điều khiển ............................... 34
Hình 3.4. Đặc tính q độ của bộ điều khiển PID ......................................................... 36
Hình 3.5. Phương pháp tiếp tuyến ................................................................................. 42
Hình 3.6. Xác định hằng số khuếch đại ......................................................................... 43
Hình 3.7. Hàm quá độ .................................................................................................... 44
Hình 3.8. Cấu trúc bộ điều khiển cân bằng mơ hình ..................................................... 45
Hình 4.1. Sơ đồ mơ phỏng đối tượng ............................................................................. 52
Hình 4.2. Đặc tính mô phỏng đối tượng ........................................................................ 52
Bảng 4.3. Tham số bộ điều khiển theo phương pháp Ziegler - Nichols I ...................... 52
Bảng 4.4. Tham số bộ điều khiển theo phương pháp Ziegler - Nichols I ...................... 53
cho đối tượng lò điện trở ................................................................................................ 53
Hình 4.5. Quỹ đạo nghiệm số ......................................................................................... 53
Hình 4.6. Đặc tính hằng số tới hạn ................................................................................ 54
Bảng 4.7. Tham số bộ điều khiển theo phương pháp Ziegler - Nichols II ..................... 54
Bảng 4.8. Tham số bộ điều khiển theo phương pháp Ziegler- Nichols II ...................... 54
cho đối tượng lị điện trở ................................................................................................ 54
Hình 4.9. Mơ hình điều khiển ......................................................................................... 55

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vii

Hình 4.10. Đáp ứng của đối tượng với 03 bộ điều khiển P, PI, PID ............................. 55
Hình 4.11. Đáp ứng của đối tượng với 03 bộ điều khiển P, PI, PID ............................. 56
Hình 4.12. Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển ..................................................................... 57
Hình 4.13. Đặc tính đáp ứng lị điện trở và bộ PI theo phương pháp tối ưu mô đun.... 57
Hình 4.14. Sơ đồ khối nguồn 5V .................................................................................... 59
Hình 4.15. Sơ đồ khối nguồn -5V ................................................................................... 59
Hình 4.16. Sơ đồ khối chân vi xử lý DsPIC30F4013 ..................................................... 59
Hình 4.17. Sơ đồ nguyên lý DsPIC30F4013 .................................................................. 61
Hình 4.18. LED 7 thanh 4 số ......................................................................................... 61
Hình 4.19. Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị ....................................................................... 62
Hình 4.20. Sơ đồ khối LED chỉ thị ................................................................................. 62
Hình 4.21. Giắc cắm RS-232 loại 9 chân (DB9) ........................................................... 63
Hình 4.22. Sơ đồ khối LED chỉ thị ................................................................................. 64
Hình 4.23. Sơ đồ khối điều khiển rơle............................................................................ 64
Hình 4.24. Sơ đồ chân DAC MCP4922 ......................................................................... 65
Hình 4.25. Sơ đồ nguyên lý mạch đầu vào cách ly ........................................................ 66
Hình 4.26. Bảng điện trở của PT100 khi nhiệt độ thay đổi từ 0oC đến 2000C .............. 67
Hình 4.27. Mạch tạo nguồn dịng 1mA .......................................................................... 67
Hình 4.28. Mạch lọc Sallen-Key và khuếch đại ............................................................. 68
Hình 4.29. Mạch bắt điểm 0 điện áp xoay chiều 220V .................................................. 68
Hình 4.30. Tín hiệu tại điểm INT0 ................................................................................. 69
Hình 4.31. Mạch điều khiển BTA41 ............................................................................... 69
Hình 4.32. Điện áp ra trên tải khi thay đổi góc mở ....................................................... 70
Hình 4.33. Hình ảnh thực nghiệm phịng thí nghiệm ..................................................... 71

Hình 4.34. Đồ thị đáp ứng của lò nhiệt với bộ điều khiển PI theo phương pháp tối
ưu modul........................................................................... Error! Bookmark not defined.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

1
MỞ ĐẦU
Ngày nay, hệ thống điều khiển tự động cho các hệ thống dây chuyền trong các
nhà máy công nghiệp khơng thể thiếu được. Nó quyết định rất nhiều đến sự phát triển
của xã hội như trong công cuộc công nghiệp hoá hiện đại hoá để từng bước bắt kịp sự
phát triển trong khu vực và thế giới về mọi mặt Kinh tế và Xã hội. Do đó, việc tự động
hố q trình sấy cơng nghiệp là sự lựa chọn hàng đầu nhằm góp phần bảo quản
nguyên liệu, tăng năng suất tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, đảm bảo an toàn thực
phẩm, tăng khả năng cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường.
Kinh tế xã hội phát triển nhu cầu đối với các dịch vụ hàng hóa trong nước
cũng như xuất khẩu ngày càng tăng, đòi hỏi về chất lượng cao hơn và mặt hàng nông
sản (Ngô, gạo, cà phê, ca cao, hồ tiêu) cũng là một trong các mặt hàng trong số đó. Vì
vậy, các nhà máy chế biến khơng cịn là bán tự động mà phải được tự động hóa hồn
tồn mới đáp ứng được u cầu đặt ra.
1. Lý do chọn đề tài:
Thực hiện việc cải tạo nâng cấp một hệ thống máy móc đầu tiên là thay thế hệ
thống điều khiển có thể lập trình được nhằm làm giảm sức lao động, cho mạch điều
khiển của hệ thống gọn nhẹ, hoạt động chính xác đáng tin cậy hơn và quan trọng nhất
là dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển khi có u cầu.
Qua khảo sát nhà máy sấy Ngơ tại Sơn La có hệ thống sấy bán tự động, nhiệt độ
để sấy được đốt từ bên ngồi bằng nhiên liệu là lõi ngơ và được thổi vào bên trong lò
sấy nhờ động cơ quạt. Không sử dụng hệ điều khiển nhiệt tự động, nhiệt độ sấy không
ổn định, dẫn tới khi sấy chất lượng sản phẩm sấy đạt thấp. Mặt khác do nhiệt độ sấy

được lấy từ nhiên liệu đốt nên mất rất nhiều thời gian thì nhiệt độ với đạt theo mong
muốn. Chính vì thế việc thiết kế xây dựng lị sấy tự động ổn định nhiệt độ để nâng cao
năng suất và chất lượng sản phẩm sấy là hết sức cần thiết.
Xuất phát từ thực tế trên, học viên đã đề xuất thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ
“Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển nhiệt độ lị sấy nơng sản”
2. Mục tiêu của đề tài là: “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển nhiệt dộ lị
sấy nơng sản”:
- Xây dựng được đầy đủ phương pháp luận để phân tích, tổng hợp, thiết kế
được bộ điều khiển cho lị sấy nơng sản.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

2
- Thiết kế, chế tạo lắp ráp được bộ điều khiển PID điều khiển hệ thống nhiệt độ
lị sấy nơng sản.
- Kiểm chứng kết quả bằng mô phỏng và thực nghiệm tại phịng thí nghiệm.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu:
+ Thiết bị sấy nông sản.
+ Ứng dụng lý thuyết điều khiển vào thực tế.
- Phạm vi nghiên cứu:
- Điều khiển nhiệt độ lò sấy nông sản.
- Mô phỏng kiểm chứng bằng các phần mềm mô phỏng.
4. Dự kiến kết quả đạt được:
- Viết được mơ hình tốn của đối tượng.
- Xây dựng được thuật toán điều khiển theo chỉ tiêu chất lượng cao.
- Thiết kế và lắp ráp được bộ điều khiển PID điều khiển nhiệt độ hệ thống lị
sấy nơng sản tại phịng thí nghiệm. Qua đó để đánh giá độ tin cậy, hoạt động ổn định
của phần cứng cũng như chương trình phần mềm khi hoạt động trong thực tế.

Nội dung chính của luận văn:
Chƣơng 1: Tổng quan và hệ thống sấy nông sản.
1. Tổng quan về sản phẩm nông sản và q trình sấy nơng sản
2. Phương án thiết kế tự động hố dây chuyền hệ thống sấy nơng sản.
Chƣơng 2: Xây dựng mơ hình tốn của lị sấy nơng sản.
1. Giới thiệu chung về lò điện trở.
2. Các phương pháp xây dựng mơ hình tốn học.
3. Mơ tả tốn học lị điện trở.
Chƣơng 3: Xây dựng thuật tốn điều khiển của lị sấy nơng sản.
1. Giới thiệu về các bộ điều chỉnh PID và một số luật hiệu chỉnh.
2. Phân tích các luật điều khiển.
3. Các phương pháp thiết kế bộ điều khiển bộ PID.
Chƣơng 4: Xây dựng hệ điều khiển của lị sấy nơng sản.
1. Mơ phỏng.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

3
2. Thực nghiệm.
5. Phương pháp nghiên cứu:
- Gắn lý thuyết với đối tượng thực tế.
- Dùng máy tính với các phần mềm mô phỏng.
6. Các công cụ, thiết bị cần thiết cần thiết cho nghiên cứu:
- Máy tính, phần mềm mô phỏng Matlab và Simulink.
- Đối tượng thực tế - Phịng thí nghiệm Tự động hố.
Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô thuộc bộ mơn Điều
khiển tự động và bộ mơn Tự động hóa xí nghiệp cơng nghiệp trường Đại học Kỹ thuật
- Cơng nghiệp Thái Nguyên, đặc biệt là thầy giáo TS. Nguyễn Hồng Quang đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ học viên trong suốt quá trình làm luận văn./.

Thái Nguyên, ngày 05 tháng 5 năm 2014
Học viên

Triệu Sỹ Trƣờng
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG SẤY NÔNG SẢN
1.1. Tổng quan về sản phẩm nơng sản và q trình sấy nơng sản (Ngơ).
1.1.1. Giới thiệu.
Các sản phẩm nông sản của nước ta hiện nay đang rất được quan tâm và ln
là trang nóng trên các tin tức đặc biệt là lúa gạo, cà phê, ngô… sản lượng hàng năm
thu hoạch về rất lớn, sau khi thu về đã có những nhà máy chế biến nhưng tập trung
nhiều là các nhà máy chế biến gạo, cà phê còn các nhà máy chế biến sản lượng Ngơ thì
ít cụ thể như nhà máy sấy ngơ sau khi thu hoạch.
Tây Bắc là khu vực có diện tích đất chủ yếu là đồi núi do đó phần lớn người
nông dân sử dụng những vùng đồi này để trồng Ngơ, sắn. Hàng năm vào vụ thu hoạch
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

4
của những người nông dân lượng ngô được thu về tới hàng triệu tấn, ngô thu về tồn tại
ở dạng bắp sau đó về vẽ (số lượng ít) hoặc dùng máy để tách lõi với hạt ra lúc này ngô
chưa được khô, chưa đạt tiêu chuẩn độ ẩm, không làm khơ kịp thời thì ngơ có thể bị
mốc làm ảnh hưởng tới sức khỏe của người hoặc gia súc, gia cầm sử dụng. Để làm khô
các hạt ngô sau khi tách khỏi lõi thường sử dụng các biện pháp sau:
- Phương pháp thủ công là phơi.
- Nhược điểm phương pháp này.
+ Phụ thuộc vào thời tiết.
+ Số lượng không lớn.
+ Độ ẩm của ngô không đều.

- Phương pháp bán thủ cơng: Phương pháp này sử dụng lị sấy thủ cơng kết
hợp với con người.
- Mơ tả sơ qua về lị sấy bán tự động này, nhiệt để sấy được đốt từ bên ngồi
bằng nhiên liệu là lõi ngơ và được thổi vào bên trong lò sấy nhờ động cơ quạt.
- Lị sấy bên trên là sàn đổ ngơ khi sấy q trình đảo bằng sức người. Nếu lị
cỡ lớn thì thực hiện một mẻ sấy là khoảng 15 tấn thời gian mất khoảng 120 phút.
- Đóng mở các động cơ điện vẫn sử dụng là cầu dao, hoặc Áp tô mát.
- Ưu điểm phương pháp này.
+ Vốn đầu tư ban đầu để xây dựng lị sấy ít.
+ Quy trình sấy đơn giản.
- Nhược điểm.
+ Tốn nhiều công sức.
+ Độ ẩm của ngô không đều.
+ Thời gian sấy lâu.
+ Số lượng ít.
Do yêu cầu đòi hỏi về độ ẩm tiêu chuẩn của ngô sau khi phơi hoặc sấy và để
khắc phục những nhược điểm của hai phương pháp trên tôi xây dựng hệ thống lò sấy
tự động điều khiển các lò sấy này được xây dựng trên cơ sở thực tế và xuất phát từ lò
sấy bán tự động.
- Ưu điểm của lị sấy tự động.
+ Khơng tốn nhiều nhân cơng.
+ Thời gian sấy nhanh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

5
+ Số lượng lớn.
+ Độ ẩm của ngô đều và đạt tiêu chuẩn.
+ Có kho chứa ngơ thành phẩm và ngô thu về.

Trên địa bàn khu vực Tây Bắc cũng đã xuất hiện một số nhà máy sấy tự động
nhưng các nhà máy này chưa chuẩn hóa q trình hoạt động của các cơ cấu chấp hành
và nhiệt độ của lò, hệ thống điều khiển còn gặp nhiều sự cố trong quá trình làm việc.
Xuất phát từ các vấn đề này cũng như từ thực tế tôi xây dựng hệ thống điều khiển
nhiệt độ lò sấy nhằm ổn định nhiệt, nâng cao chất lượng sản phẩm sấy đảm bảo tiêu
chuẩn đầu vào nguyên liệu của các công đoạn sản xuất, chế biến.
1.1.2. Tổng quan hệ lị sấy ngơ.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

6

Hình 1.1. Mơ hình tổng quan hệ thống lị sấy ngơ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

7
1.1.3. Sơ đồ thu ngô và tách ngô, sấy ngô.

Ngô thu về

Hạt ngô đưa đến
các khoang chứa

Tách hạt và
lõi ngô

Nếu đủ sản lượng
sấy của lị

Sấy sản phẩm
Ngơ qua khoang
nóng (350C)
Ngơ được đưa về
khoang chứa
thành phẩm

Sản phẩm
Hoàn thành

Qua khoang làm
mát bằng quạt

Độ ẩm
tiêu chuẩn đạt

Sấy thời gian
15 phút kiểm tra
độ ẩm tiêu chuẩn

Qua hệ thống
thổi mạt

Hình 1.2. Lược đồ tổng quan hệ thống lị sấy Ngơ
1.1.4. Các giai đoạn trong q trình thu ngơ và tách Ngơ, sấy ngơ và các
thơng số khi sấy.
1.1.4.1. Giai đoạn thu ngô và tách ngô.

Khi ngô đã đến giai đoạn thu hoạch ngô được thu về ở dạng bắp sau đó được
tách hạt và lõi Ngô ra nhờ các máy tách, Ngô hạt được chuyển đến các nhà máy để sấy
khô ở giai đoạn này khơng nằm trong phạm vi của quy trình sấy.
1.1.4.2. Giai đoạn chuyển ngô hạt lên các khoang chứa.
Ngô hạt được đổ xuống sàn và sử dụng các xích tải để kéo ngô đến gầu tải, từ
gầu tải này ngô được đưa lên xích tải trên và kéo đổ vào các khoang chứa, bên phần
khoang chứa được chia làm hai khoang. Khi khoang thứ nhất chưa báo đầy là mức cao
„„H‟‟ thì SL được cấp nguồn và mở nắp ngơ được ưu tiên đổ vào khoang thứ nhất, nếu
khoang thứ nhất báo đầy thì (SL) ở khoang thứ hai được cấp nguồn và mở nắp, ngô
được đổ vào khoang thứ hai.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

8
1.1.4.3. Giai đoạn sấy Ngô.
Ngô được đưa về các khoang chứa khi đủ sản lượng sấy thì ta tiến hành sấy,
Ngơ được sấy liên hồn cho đến khi đạt tiêu chuẩn độ ẩm.
Khi bắt đầu thực hiện sấy ngô được xả ra từ khoang chứa thứ hai nhờ hệ thống
xích tải, gầu tải Ngơ được đưa vào lị sấy qua khoang nóng với nhiệt độ sấy (350C) rồi
qua khoang làm nguội Ngơ, trong khi đi qua khoang nóng và khoang làm nguội, Ngô
được đảo nhờ hệ thống cánh đảo trong lị sấy, ngơ qua lị sấy được đưa về khoang chứa
thứ ba nhờ hệ thống xích tải, gầu tải. Ngơ ở khoang chứa 1 và khoang chứa 2 đã được
sấy hết chu trình sấy đã thực hiện xong vịng sấy đầu tiên, tiếp tục vịng sấy tiếp theo
lúc này ngơ lại được xả ra từ khoang chứa thứ 3 và qua lò sấy đổ vào khoang chứa thứ
4 và chu trình sấy thực hiện liên hồn như vậy cho tới khi hệ thống báo đủ tiêu chuẩn
độ ẩm khi đó ngô được chuyển về khoang chứa thành phẩm.
Khi Ngô ở khoang chứa 1 và khoang chứa 2 đã được xả hết để sấy thì ta có thể
đưa ngơ từ bên ngoài vào khoang chứa để tiếp tục sấy hoặc dự trữ.

1.1.4.4. Giai đoạn xử lý mạt Ngô khi sấy.
Trong quá trình sấy lượng mạt ở ngơ được bong ra ngồi rất nhiều do đó lượng mạt
này phải được tách khỏi hạt xuất phát từ vấn đề đó nên lượng mạt phải được tách trong
lúc sấy. Ở dàn sấy của lò đặt một hệ thống thổi mạt là động cơ quạt để thổi mạt và động
cơ này hoạt động cùng với lị sấy. Ngơ sau khi qua lị sấy đưa về các khoang chứa thì
được hệ thống thổi mạt thổi hết mạt ra bên ngồi để đảm bảo mơi trường khơng bị bụi
lượng mạt thổi ra phải được đưa qua các ống dẫn đến nơi mà không gây ô nhiễm.
1.2. Phương án thiết kế tự động hoá dây truyền hệ thống sấy Ngô.
1.2.1. Giới thiệu sản phẩm.
Các sản phẩm truyền thống để sấy là cà phê, ngô, sắn... nhưng ở dây truyền lị
sấy này chỉ thực hiện sấy là ngơ.
- Ngơ có hai loại.
+ Ngơ giống.
+ Ngơ sấy để chế biến.
Với hai loại ngơ này thì nhiệt độ sấy sẽ khác nhau do đó lị sấy này thực hiện
sấy Ngơ để chế biến nên nhiệt độ sấy của lò là 300C - 400C. Trong thực tế lò sấy xây
dựng chủ yếu là dùng để sấy Ngơ ngun liệu vì vậy luận văn đi sâu nghiên cứu nhiệt
độ hệ thống lò sấy Ngơ ngun liệu nhiệt độ 350C.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

9
1.2.2. Mơ hình các cơ cấu truyền động hệ thống.
- Xích tải - Động cơ xích tải để kéo ngơ ra gầu tải:
+ Chức năng: Xích tải đóng vai trị vận chuyển Ngô đến gầu tải và vận chuyển
ngô vào khoang chứa. Nó tạo nên tính liên tục của q trình sản xuất. Xích tải được
truyền động bởi các động cơ không đồng bộ 3 pha thông qua các cơ cấu truyền động.
Tốc độ xích tải của từng cơng đoạn sản xuất khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật

sản xuất và đảm bảo không xảy ra dồn ứ sản phẩm.
+ Chiều dài của xích tải L = 3m.
- Giới thiệu mơ hình cơ cấu truyền động:
+ Chọn xích tải có cấu trúc kim loại. Động cơ truyền động cho xích tải qua
các cơ cấu bánh răng. Trên xích tải gắn các cánh để kéo Ngơ.

Hình 1.3. Xích tải ngang
- Giới thiệu phương pháp tính tốn chọn cơng suất động cơ xích tải:
- Tính chọn cơng suất động cơ truyền động thiết bị vận tải liên tục thường theo
công suất cản tĩnh. Chế độ q độ khơng tính đến vì số lần đóng cắt ít, khơng ảnh
hưởng đến chế độ tải của động cơ truyền động.
- Phụ tải của thiết bị vận tải liên tục thường ít thay đổi trong q trình làm việc
nên khơng cần thiết phải kiểm tra theo điều kiện phát nóng và quá tải. Trong điều kiện
làm việc nặng nề của thiết bị, cần kiểm tra theo điều kiện mở máy.
- Sau đây là một phương pháp tính chọn cơng suất động cơ truyền động băng
tải. Trên (Hình 1.4) cho thấy: Một lực bất kì theo phương thẳng đứng đặt trên mặt
nghiêng, có thể phân thành hai thành phần.

f

fn

ft

(1.1)

f n Vng góc với mặt nghiêng.
f t Song song với mặt nghiêng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

10

Hình 1.4. Xích tải ngang nghiêng
- Khi tính tốn chọn cơng suất động cơ truyền động xích tải, thường tính theo
các thành phần sau:
+ Công suất P1 để dịch chuyển vật liệu.
+ Công suất P2 để khắc phục tổn thất do ma sát trong các ổ đỡ.
+ Công suất P3 để nâng tải (Nếu là xích tải nghiêng).
+ Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu là:
F1 L.m. cos .K 1 .g

(1.2)

.LI .K 1 .g

Vì thành phần pháp tuyến: Tạo ra lực cản (ma sát) trong các ổ đỡ.
Fn

L.m. cos .g

Trong đó:

(1.3)

: Góc nghiêngcủa băng tải
L: Chiều dài xích tải
m: Khối lượng vật liệu trên một mắt xích tải

K1: Hệ số tính tới lực cản khi dịch chuyển vật liệu K1 = 0,05

- Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu là:
(1.4)
P1 F1 .V m.L, .K1 .V .g
- Lực cản do các loại ma sát sinh ra khi xích tải chuyển động không tải sẽ là:
(1.5)
2.L, . b .K 2 .g
F2 2.L.mb . cos .K 2 .g
K2 Hệ số tính đến lực cản khi khơng tải
mb Khối lượng xích tải trên một mét chiều dài
- Công suất cần thiết để khắc phục lực cản ma sát :
P2

F2 .V

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

2.L, .mb .K 2 .g .V
/>
(1.6)


11
- Lực cần thiết để nâng vật:

F3

(1.7)

L.m. sin .g

Trong biểu thức trên, lấy dấu cộng khi tải đi lên và dấu trừ tương ứng với tải đi xuống.

P3

- Công suất nâng bằng:

F3 .V

m.H .V .g

(1.8)

- Cơng suất tĩnh của xích tải:
P

P1

P2

P3

m.l , .K1

2.l , .mb K 2

m.H .g.v

(1.9)

- Công suất động cơ truyền động xích tải được tính theo biểu thức sau:

K 3 .P /

(1.10)

- K3: Hệ số dự trữ về cơng suất ( K3=1,2 ÷ 1,25 )

(1.11)

Pdc
Trong đó:

- : Hiệu suất truyền động.
Từ tính tốn ta chọn động cơ có cơng suất P = 3,5kw
- Hiệu suất

= 0,9

- Tốc độ n = 350 v/p
1.2.3. Gầu tải Động cơ gầu tải để kéo ngơ lên khoang chứa và lị sấy.
- Chức năng:
+ Gầu tải đóng vai trị vận chuyển ngơ từ xích tải lên các khoang chứa và lị
sấy. Nó tạo nên tính liên tục của q trình sản xuất. Gầu tải được truyền động bởi các
động cơ không đồng bộ 3 pha thông qua các cơ cấu truyền động. Tốc độ của gầu tải
của từng công đoạn sản xuất khác nhau phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật sản xuất và
đảm bảo không xảy ra dồn ứ sản phẩm.
+ Chiều cao của gầu tải H = 4m
+ Tính chọn công suất, tốc độ động cơ:

- Động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ gầu tải đóng vai trị quan trọng trong hệ
thống tuy nhiên động cơ gầu tải chỉ mang tải đều và làm việc chế độ dài hạn.
Do đó ta chọn cơng suất động cơ P = 4.5 kw
Hiệu suất

= 0.85

Tốc độ n = 350 v/p
1.2.4. Mơ hình các cơ cấu lò sấy, lò đốt và các van đóng mở ngơ.

- Lị sấy:
- Chức năng của lị sấy: Lị sấy có vai trị như là một buồng nhiệt để cho
Ngô đi qua với nhiệt độ vừa đủ, làm cho ngô khô một cách từ từ đảm bảo được
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

12

tiêu chuẩn độ ẩm cho phép theo yêu cầu.
- Giới thiệu mơ hình lị sấy.
Khoang
nóng

Khoang
nguội

350C

350C

Hình 1.5. Mơ hình lị sấy
- Mơ tả lị sấy: Lị sấy hình trịn đường kính 3m.
- Lị có hai khoang chính là:
+ Khoang nóng đây chính là khoang để thực hiện sấy Ngơ và nhiệt độ sấy được
lấy từ lò nhiệt nhờ động cơ quạt hút.
+ Khoang lạnh là khoang làm nguội ngô sau khi đã qua khoang sấy. Gió để thổi
làm nguội Ngơ được lấy từ ngồi nhờ động cơ quạt.
+ Bên trong lị sấy có các cánh đảo và đặt hai cảm biến (sensor) nhiệt độ để
khống chế nhiệt độ khi sấy, nhiệt độ sấy là nhiệt độ gần với nhiệt độ của thiên nhiên
khi trời nắng để ngô sấy không bị cháy.
+ Nhiệt độ ổn định của lò: 350C
+ Trên đỉnh của lò đặt hai cảm biến báo mức, báo đầy là mức trên (H) và báo
hết là mức dưới (L) để từ đó ta biết được lượng ngơ đi vào lị sấy.
- Chức năng của các động cơ trong lò sấy:
+ Động cơ M.212 là động cơ hút hơi nóng từ lò đốt vào lò sấy.
+ Động cơ M.213 là động cơ thổi gió làm nguội ngơ khi ngơ đã qua khoang nóng.
+ Động cơ M.214 là động cơ quay các cánh đảo ngô.
+ Động cơ M.215 là động cơ quay xích tải để đưa ngơ từ lị sấy ra gầu tải.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

13
Chƣơng 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN CỦA LỊ SẤY NÔNG SẢN
Hệ thống sấy sử dụng thiết bị gia nhiệt là các điện trở nhiệt, chính vì thế trong
q trình khảo sát và xây dựng mơ hình tốn cho đối tượng điều khiển luận văn sử
dụng lò điện trở làm đối tượng thay thế.
2.1. Giới thiệu chung về lò điện trở.
- Lò điện trở là một thiết bị biến điện năng thành nhiệt năng thông qua dây đốt

(dây nung). Từ dây đốt nhờ bức xạ, đối lưu, dẫn nhiệt, nhiệt năng được đưa tới vật
cần gia nhiệt.
2.1.1. Đặc điểm.
- Có khả năng tạo được nhiệt độ cao do nhiệt năng được tập trung trong một thể
tích nhỏ.
- Có tốc độ nung lớn, năng suất cao do nhiệt năng tập trung ở nhiệt độ cao.
- Nung đều và chính xác nhờ việc dễ điều chỉnh và khống chế độ điện và nhiệt độ.
- Lị đảm bảo được độ kín, có khả năng nung chân khơng hoặc trong mơi trường
có khí bảo vệ, vì vậy độ cháy hao kim loại nhỏ.
- Có khả năng cơ khí hóa, tự động hóa cao.
- Đảm bảo điều kiện vệ sinh: Khơng có bụi, khơng có khói, ít tiếng ồn.
2.1.2. Ngun lý làm việc.
Theo định luật Joule - Lence, dịng điện chạy qua vật dẫn có điện trở R (vật rắn
hoặc chất lỏng), nó sẽ tạo ra một nhiệt lượng. Năng lượng này sẽ đốt nóng bản thân vật
dẫn hoặc gián tiếp đốt nóng các vật nung ở gần đó:

Q

R.I 2 .t

(2.1)

Trong đó:
Q: Nhiệt độ tỏa ra trên dây dẫn (J)
R: Điện trở của dây dẫn ( )
I: cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn (A)
t: Thời gian dòng điện chạy qua (s)
2.1.3. Phân loại lò điện trở.
- Theo phương pháp tỏa nhiệt, chia thành 2 nhóm.
+ Lị điện trở trực tiếp: Là lị điện trở mà vật nung được nung nóng trực tiếp

bằng dịng điện chạy qua nó. Loại lị này ít dùng vì nó chỉ dùng để nung những vật có
hình dạng đơn giản (tiết diện hình chữ nhật, vng, trịn..)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

14
+ Lò điện trở tác dụng gián tiếp: Là lò điện trở mà nhiệt được tỏa ra ở dây điện
trở, rồi dây điện trở sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu hoặc dẫn nhiệt.
Loại lò này thường gặp trong thực tế công nghiệp.
- Theo nhiệt độ của lị, chia làm 3 loại:
+ Lị có nhiệt độ thấp: Nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 6000C
+ Lị có nhiệt dộ trung bình: Nhiệt độ làm việc từ 6000C ÷12000C.
+ Lị có nhiệt độ cao: Nhiệt độ trên 12000C.
2.1.4. Cấu tạo lò điện trở.
- Yêu cầu cơ bản đối với cấu tạo lò điện trở.
+ Hợp lý về mặt cơng nghệ: Có nghĩa là cấu tạo lị khơng những phù hợp với
q trình cơng nghệ u cầu mà cịn tính đến khả năng sử dụng nó đối với q trình
cơng nghệ khác nếu như khơng làm tăng độ phức tạp trong thiết kế và giá cả không
quá cao.
+ Hiệu quả về kỹ thuật: Là khả năng biểu thị hiệu suất cực đại của kết cấu khi
các thông số của nó xác định (kích thước ngồi, cơng suất, trọng lượng….)
+ Chắc chắn khi làm việc: Là một trong những tiêu chí quan trọng nhất của chất
lượng kết cấu của các lò điện trở. Nếu trong khi làm việc một bộ phận nào đó khơng
làm việc sẽ ảnh hưởng đến q trình sản xuất chung, gây thiệt hại cho sản xuất.
+ Tiện lợi khi sử dụng.
+ Rẻ và đơn giản khi thiết kế.
+ Hình dáng bên ngồi đẹp.
- Cấu tạo lị điện trở: Lị điện trở gồm 3 phần chính: vỏ lị, lớp lót, dây nung.
+ Vỏ lị: Là một khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trong quá trình làm

việc của lị. Mặt khác vỏ lị cũng dùng để giữ lớp cách nhiệt và đảm bảo sự kín hồn
tồn hay tương đối của lị. Khung vỏ lị cần cứng, vững chắc đủ để chịu tải trọng của
lớp lót, phụ tải lò (vật nung) và các chi tiết cơ khí gắn trên vỏ lị.
- Vỏ lị có 2 dạng cơ bản:
+ Vỏ lò chữ nhật: Dùng trong các lò giếng, lò liên tục, lò đáy bước và lò đáy rung.
+ Vỏ lò tròn: Dùng trong các lò giếng, lò chụp.
+ Vỏ lò tròn chịu được tác dụng bên trong tốt hơn vỏ lị hình chữ nhật khi cùng
một lượng kim loại làm vỏ lò. Khi làm vỏ tròn người ta thường chọn dây đốt tương
ứng của tấm thép so với đường kính vỏ lị như sau:
Đường kính vỏ lị (mm)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

1000 - 2000

2500 - 4000

4500 - 65000

/>

15
Độ dày thép tấm (mm)

3-6

8 - 12

14 - 20

- Lớp lót: Thường gồm 2 phần chính: Vật liệu chịu lửa và cách nhiệt:

+ Phần vật liệu chịu lửa có thể xây bằng gạch tiêu chuẩn, gạch hình và gạch
hình đặc biệt tùy theo hình dáng kích thước đã cho của buồng lị. Cũng có khi người ta
làm bằng các loại bột chịu lửa gọi là khối đầm. Khối đầm có thể tiến hành ngay trong
lị hay ở ngồi nhờ các khuân. Phần vật liệu chịu lửa phải đạt các yêu cầu sau:
+ Chịu được nhiệt độ cực đại của lò.
+ Có độ bền nhiệt đủ lớn khi làm việc.
+ Có đủ độ bền cơ học khi xếp vật nung và đặt thiết bị vận chuyển trong các
điều kiện làm việc.
+ Đảm bảo khả năng gắn dây nung bề mặt và chắc chắn.
+ Có đủ độ bền hóa học khi làm việc, chịu được tác động khí quyển lị và ảnh
hưởng của vật nung.
+ Đảm bảo khả năng tích nhiệt cực tiểu. Điều này đặc biệt quan trọng trong lò
làm việc có chu kỳ.
+ Phần cách nhiệt thường nằm giữa vỏ lị và vật liệu chịu lửa. Mục đích chủ yếu
của phần này là làm giảm tổn thất nhiệt. Các yêu cầu cơ bản đối với phần cách nhiệt là:
+ Hệ số dẫn nhiệt cực tiểu.
+ Khả năng tích nhiệt cực tiểu.
+ Ổn định về tính chất vật lý, nhiệt trong điều kiện làm việc xác định.
- Dây nung: Dây nung là bộ phận phát nhiệt của lò, thường được đặt trong buồng
lò hoặc buồng phát nhiệt, chúng làm việc ở nhiệt độ cao, vì vậy vật liệu làm dây nung
cần có u cầu sau:
+ Khả năng chịu nóng tốt, khơng bị ơxi hóa trong mơi trường khơng khí ở nhiệt
độ cao.
+ Có độ bền nóng cao, bền cơ học tốt.
+ Có điện trở suất lớn.
+ Có hệ số nhiệt điện trở nhỏ.
+ Các kích thước phải ổn định.
+ Các tính chất điện phải cố định.
+ Để gia công: Kéo dây, dễ hàn, đối với vật liệu phi kim cần ép khn được chia
dây nung làm 2 loại:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

16
+ Dây nung kim loại: được chế tạo bằng các hợp kim Cr - Al; Cr - Ni và các hợp
kim có điện trở lớn.
+ Dây nung phi kim loại: Dùng phổ biến là SiC, graphit, than.
2.1.5. Các phương pháp xây dựng mơ hình tốn học.
Ổn định các tham số của đối tượng điều khiển như nhiệt độ, tốc độ… là mối quan
tâm hàng đầu khi thiết kế hệ thống điều khiển. Để thực hiện việc này thì cơng việc đầu
tiên là xác định mơ hình tốn học của đối tượng điều khiển.
Trong lý thuyết điều khiển tự động thì việc xác định mơ hình của đối tượng
điều khiển là một bước rất quan trọng trước khi xác định thuật tốn và các tham số
điều khiển. Mơ hình hóa giúp cho chúng ta:
- Hiểu rõ hơn về quá trình sẽ cần phải điều khiển và vận hành.
- Tối ưu hóa thiết kế công nghệ và điều kiện vận hành hệ thống.
- Thiết kế sách lược và cấu trúc điều khiển.
- Lựa chọn bộ điều khiển và xác định các tham số cho bộ điều khiển.
- Phân tích và kiểm chứng kết quả thiết kế.
- Mơ phỏng trên máy tính: Để xác định mơ hình tốn học của đối tượng điều
khiển đến nay có 2 phương pháp:
+ Dựa vào các phương trình tốn học mơ tả mối quan hệ các đại lượng vật lý của
đối tượng và các tham số của đối tượng.
+ Dựa vào đượng cong thực nghiệm của đối tượng.
Cả hai phương pháp này đều có những ưu, nhược điểm, các bước tiến hành,
phạm vi áp dụng khác nhau. Phương pháp lý thuyết thiết lập mơ hình dựa trên các
định luật có sẵn về quan hệ vật lý bên trong và quan hệ giao tiếp với mơi trường bên
ngồi của hệ thống. Các quan hệ này được mô tả theo quy luật hóa - lý, qui luật
cân bằng... dưới dạng các phương trình tốn học. Phương pháp thực nghiệm dùng

các đáp ứng quá độ để nhận dạng, hoặc ta có thể sử dụng phần mềm Matlab từ bộ số
liệu thực nghiệm ta có thể xác định được mơ hình tốn học của hệ thống.
Trong khn khổ của luận văn em chỉ giới thiệu về phương pháp thực nghiệm,
nêu ra các phương pháp cơ bản dựa trên đáp ứng quá độ và sử dụng công cụ
Identification toolbox của Matlab.
2.1.6. Các phương pháp nhận dạng dựa trên đáp ứng quá độ và phổ tín hiệu.
Tín hiệu vào chủ động là hàm 1(t) hoặc dãy các giá trị ảnh Fourier của hàm trọng
lượng g(t) trên cơ sở quan sát các tín hiệu vào ra (nhận dạng bị động).
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

17
2.1.7. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mơ hình qn tính bậc nhất có trễ.
Rất nhiều đối tượng thực tế có dáp ứng q độ nhanh, tắt dần hình chữ S. Để đơn
giản trong việc tính tốn, người ta thường xấp xỉ đối tượng dạng này để đưa về đối
tượng qn tính bậc 1 có khâu trễ. Mơ hình đối tượng thường có hàm truyền đạt dạng:

G( s)

k
1

s

e

s

(2.2)

Trong đó:
- k: là hệ số khuếch đại tĩnh.
- : hằng số thời gian.
- : thời gian trễ xấp xỉ.
2.1.8. Một số phương pháp thông dụng.
- Phương pháp kẻ tiếp tuyến: Kẻ tiếp tuyến tại điểm uốn, giao điểm của tiếp
tuyến này với đường trục thời gian cho ta thời gian xấp xỉ m. Xác định điểm trên
đường cong có giá trị 0.632 y∞ cho ta giá trị + . Thực chất đây có thể coi là phương
pháp nhận dạng sử dụng một điểm quy chiếu với khâu quán tính bậc nhất có trễ thì sau
một khoảng thời gian đúng bằng thay đổi đầu ra +

đúng bằng 0.632 y∞.

Hình 2.1. Biểu đồ phương pháp kẻ tiếp tuyến
- Phương pháp 2 điểm quy chiếu: Ta thấy phương pháp kẻ tiếp tuyến ước lượng
tham số mơ hình mang tính chủ quan thiếu chính xác mà cũng có sử dụng trên máy
tính. Vì thế để khắc phục một phần nhược điểm của phương pháp kẻ tiếp tuyến người

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

18
ta sử dụng phương pháp 2 điểm quy chiếu. Các tham số

và

được xác định theo t1

và t2 như sau:

1.5 t2 t1 và

1.5 t1

t2
3

(2.3)

Hình 2.2. Biểu đồ phương pháp hai điểm quy chiếu
- Phương pháp diện tích: Trong hai phương pháp trên không quan tâm đến ảnh
hưởng của nhiễu đo, để giảm một cách hiệu quả ảnh hưởng của nhiễu đo đến kết quả
nhận dạng người ta thường sử dụng kỹ thuật lấy tích phân thay cho từng giá trị đơn lẻ
nội dung của phương pháp này là tính:
t

y

y (t ) dt

0

L

k

u

L

(2.4)

ydt
0

k

u

Với các số liệu thu thập được gián đoạn, ta cần xấp xỉ tích phân bằng phép cộng.
2.1.9. Các phương pháp nhận dạng dựa trên mơ hình qn tính bậc hai có trễ.
- Mơ hình qn tính bậc 2 có trễ tuy tính tốn phức tạp hơn nhưng lại mơ tả chính
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>