Điều khiển đối tượng nhiệt bằng Module Pid mềm của phần mềm Step 7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP






NGUYỄN THỊ THÖY







ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƢỢNG NHIỆT BẰNG MODULE PID MỀM CỦA
PHẦN MỀM STEP7





LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

THÁI NGUYÊN - NĂM 2014





Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




NGUYỄN THỊ THÖY

ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƢỢNG NHIỆT BẰNG MODULE MỀM CỦA PHẦN
MỀM STEP7


CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
MÃ SỐ: 60520216



LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT



KHOA CHUYÊN MÔN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TRƢỞNG KHOA




GS.TS. PHAN XUẤN MINH

PHÕNG QUẢN LÝ ĐT SAU ĐẠI HỌC




THÁI NGUYÊN - NĂM 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

iii
LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Nguyễn Thị Thúy
Sinh ngày 05 tháng 12 năm 1976
Học viên lớp Cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trƣờng Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên
Hiện đang công tác tại: Trƣờng Cao đẳng nghề Yên Bái
Tôi xin cam đoan đây là toàn bộ nội dung luận văn “Điều khiển đối
tƣợng nhiệt bằng module PID của phần mềm Step7” đƣợc GS.TS Phan
Xuân Minh hƣớng dẫn; các tài liệu tham khảo đã đƣợc chỉ ra trong luận văn.
Các số liệu nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận khoa học của luận
văn chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào.
Tôi xin cam đoan nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm./.
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014
Tác giả



Nguyễn Thị Thúy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

iv

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện luận văn, tác giả đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn
của nhà trƣờng, các khoa, phòng chức năng, các thầy cô giáo và đồng nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý đào tạo sau đại
học, các giảng viên Trƣờng Đại học Công nghiệp Thái Nguyên, đã tạo điều kiện cho
tôi hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến GS.TS Phan Xuân Minh
đã tận tình hƣớng dẫn trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn đến các thầy cô giáo ở phòng thí nghiệm
đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tác giả hoàn thành thí nghiệm trong điều kiện tốt nhất.
Mặc dù đã rất cố gắng, song do thời gian nghiên cứu có hạn, nên có thể luận
văn vẫn còn những thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp từ các
thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện và có ý nghĩa ứng
dụng trong thực tế.

Xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014
Tác giả



Nguyễn Thị Thúy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

v
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN iv
DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU vii
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: NHẬN DẠNG HỆ THỐNG GIA NHIỆT 2
1.1. Giới thiệu mô hình hệ thống gia nhiệt 2
1.1.1. Bình gia nhiệt 3
1.1.2. Dây điện trở dùng để gia nhiệt 3
1.1.3. Cảm biến đo nhiệt độ 3
1.1.4. Mạch biến đổi xoay chiều xoay chiều 1 pha 4
1.1.5. Bộ chuyển đổi AD/DA – Dùng cho điều khiển bằng máy tính 5
1.1.6. Máy bơm và hai van điện từ 6
1.2. Quy trình hệ thống gia nhiệt và các yêu cầu 6
1.3. Tìm hiểu Toolbox Identification của Matlab 8
1.4. Nhận dạng hệ thống gia nhiệt sử dụng Toolbox Indenfication 16
1.4.1. Thu thập số liệu 16
1.4.2. Tiến hành nhận dạng sử dụng Toolbox Indenfication 17
Kết luận chƣơng 1 21

CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG GIA NHIỆT 22
2.1. Phƣơng pháp IMC 22
2.2. Phƣơng pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn 24
2.3. Phƣơng pháp Ziegler- Nichols 1 25
2.4. Phƣơng pháp tối ƣu mô dun 27
Kết luận chƣơng 2 29
CHƢƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG GIA NHIỆT 30
BẰNG PLC S7-300 30
3.1. Lựa chọn giải pháp kỹ thuật 30
3.2. Module điều khiển quá trình của phần mềm STEP 7 33
3.2.1 Modul xử lý tín hiệu đo FC105 33
3.2.2 Modul xử lý tín hiệu ra FC106 34
3.2.3 Module điều khiển PID 35
3.3 Lập trình và cài đặt bộ điều khiển PID cho hệ thống gia nhiệt 40
3.3.1. Khởi động phần mền SIMATIC 40
3.3.2 Cài đặt giao thức truyền thông cho PLC 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

vi
3.3.3. Xây dựng phần cứng cho PLC, cài đặt thời gian chƣơng trình ngắt 41
3.3.4. Định địa chỉ vào ra cho module analog 42
3.3.5. Khởi tạo chƣơng trình chính OB1, chƣơng trình ngắt OB35 . 43
3.3.6. Lập trình chƣơng trình cho OB35 và OB1 46
3.4 Lập trình giao diện ngƣời máy trên nền WinCC 49
3.4.1. Các bƣớc để tạo một Project mới với WinCC 49
3.4.2. Giới thiệu sơ lƣợc các bƣớc 49
3.5 Kết quả thực nghiệm 55
Kết luận chƣơng 3 60
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

vii

DANH MỤC SƠ ĐỒ, BẢNG BIỂU
Hình 1.1: Mô hình hệ thống thí nghiệm điều khiển gia nhiệt CRT 916921 2
Hình 1.2: Bình gia nhiệt……………………………………………………………………… 3
Hình 1.3: Dây điện trở……………………………………………… ………………………3
Hình 1.4: Cảm biến đo nhiệt độ…………………………………………………………… …4
Hình 1.5: Bộ giao tiếp AD/DA 5
Hình 1.6: Mô hình hệ thống gia nhiệt 6
Hình 1.7: Cửa sổ mô hình nhận dạng 8
Hình 1.8 : Nhập đối tƣợng vào công cụ nhận dạng 9
Hình 1.9: Loại bỏ giá trị trung bình 9
Hình 1.10: Di chuyển mô hình iddatad thả vào working data 10
Hình 1.11: Hình vẽ của bộ dữ liệu gốc và mới 10
Hình 1.12: Bộ dữ liệu iddatade 11
Hình 1.13: Mô hình ƣớc lƣợng iddatade 11
Hình 1.14: Hình vẽ bộ dữ liệu iddatade 12
Hình 1.15: Bộ dữ liệu iddatadv 12
Hình 1.16: Mô hình ƣớc lƣợng iddatadv 13
Hình 1.17: Hình vẽ bộ dữ liệu iddatade 13
Hình 1.18: Di chuyển identdata de và identdata dv vào các vùng làm việc 14
Hình 1.19: Ƣớc lƣợng mô hình 14
Hình 1.20: Đáp ứng tần số 15
Hình 1.21: Đồ thị so sánh mô hình ARX ƣớc lƣợng theo phƣơng pháp LSE 15
Hình 1.22: Mô hình toán học của ARX221 16
Hình 2.1. Mô hình điều khiển sử dụng IMC 22
Hình 2.2. Mô hình biến đổi tƣơng đƣơng 23
Hình 2.3: Đặc tính quá độ của hệ thống điều khiển bằng phƣơng pháp IMC 24

Hình 2.4: Đặc tính quá độ của hệ thống điều khiển bằng phƣơng pháp Kuhn 25
Bảng 2.2: Thiết kế bộ điều khiển theo Ziegler- Nichols 1 26
Hình 2.5: Đặc tính quá độ hệ thống điều khiển đối tƣợng gia nhiệt 26
theo Ziegler-Nichols 26
Bảng 2.3: Tổng hợp bộ điều khiển tố ƣu mô dun 27
Hình 2.6: Đặc tính quá độ hệ thống điều khiển 28
đối tƣợng gia nhiệt theo PI 28
Hình 3.1: Mô hình điều khiển hệ thống gia nhiệt sử dụng S7- 300 30

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

viii
Hình 3.2.Giao diện WinCC cho hệ thống gia nhiệt sử dụng S7- 300 55

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

PLC
Programmable Logic Control
ARX
Auto Regressive eXternal
FLC
Fuzzy Logic Controller
DCS
Distributed Control System
MPC
Model Based Predictive Controller



1

MỞ ĐẦU

1. Mục tiêu của luận văn

Hiện nay, các thiết bị điều khiển quá trình nhƣ các hệ PLC, DCS đƣợc
sử dụng rất nhiều trong công nghiệp. Ƣu điểm cơ bản của hệ thống thiết bị
này là tính tiện ích trong việc tích hợp hệ thống tự động hóa do ngoài cung
cấp các thiết bị phần cứng, các hãng còn cung cấp các phần mềm hỗ trợ cho
công việc tích hợp hệ thống. Trong điều khiển quá trình, các hệ thống tự động
hóa tích hợp trên cơ sở các thiết bị này có độ bền cao, ít hỏng hóc và khả năng
thay đổi chế độ công tác cũng nhƣ các tham số rất linh hoạt.
Để giúp cho công tác đào tạo tại Trƣờng Cao đẳng nghề Yên Bái trong
lĩnh vực tự động hóa, kết hợp với việc khai thác các thiết bị phục vụ giảng
dạy của trƣờng Đại học Công nghiệp Thái Nguyên, học viên chọn đề tài:
“Điều khiển đối tượng nhiệt bằng module PID mềm của phần mềm
STEP7”
Với đề tài này học viên có cơ hội tìm hiểu về thiết bị PLC của hãng
Siemens, thực hành thiết kế và lập trình hệ thống điều khiển tự động cho đối
tƣợng công nghiệp (cụ thể là đối tƣợng nhiệt) bằng các thiết bị và công cụ
phần mềm của Trƣờng Đại học Công nghiệp Thái Nguyên.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Trang bị cho học viên các kiến thức và phƣơng pháp mô hình hóa đối
tƣợng bằng thực nghiệm. Sử dụng thành thạo công cụ nhận dạng hệ thống của
phần mềm Matlab Simulink (Identification Tool) để mô hình hóa đối tƣợng
điều khiển tuyến tính với độ chính xác tƣơng đối cao. Khai thác sử dụng
thành thạo các module điều khiển quá trình của STEP7 và nâng kỹ năng lập
trình hệ thống điều khiển. Về lý thuyết trang bị cho học viên các phƣơng

pháp thiết kế bộ điều khiển PID, khả năng phân tích và lựa chọn phƣơng pháp
thiết kế phù hợp cho đối tƣợng điều khiển.

3. Nội dung luận văn

Nội dung luận văn gồm 3 chƣơng:
Chƣơng I: Nhận dạng hệ thống gia nhiệt
Chƣơng II: Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống gia nhiệt
Chƣơng III: Tổng hợp bộ điều khiển cho hệ thống gia nhiệt bằng PLC
S7-300



2
CHƢƠNG 1: NHẬN DẠNG HỆ THỐNG GIA NHIỆT

1.1. Giới thiệu mô hình hệ thống gia nhiệt

Hệ thống thí nghiệm điều khiển gia nhiệt CRT 916921 đã đƣợc trƣờng
Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên trang bị cho phòng thí nghiệm
chuyên ngành điều khiển tự động có cấu tạo nhƣ sau:



Hình 1.1: Mô hình hệ thống thí nghiệm điều khiển gia nhiệt CRT 916921

Mô hình bao gồm các khối nhƣ sau:
+ Bình gia nhiệt
+ Dây điện trở dùng để gia nhiệt
+ Cảm biến đo nhiệt độ

+ Mạch biến đổi điện áp AC/AC
+ Bộ chuyển đổi AD/DA
+ Máy bơm
+ Bồn chứa nƣớc
+ Hai van điện từ
+ Màn hình hiển thị nhiệt độ sử dụng LED 7 thanh
+ Máy tính
Trong đó các khối có chức năng nhƣ sau:





3
1.1.1. Bình gia nhiệt
Bình gia nhiệt dùng để chứa nƣớc sau khi gia nhiệt có các thông số kỹ
thuật bảng và hình vẽ nhƣ sau:

Thông số kỹ thuật
Thể tích
1 lít

Loại bể
Tự tràn
Hình dạng
Hình bầu dục
Thời gian hiệu
chuẩn
Không cần thiết
Vật liệu chế tạo bình

Thủy tinh chịu
nhiệt
Đầu vào
1 đầu vào lấy nƣớc
thông qua bơm từ
bồn chứa
Hình 1.2: Bình gia nhiệt
1.1.2. Dây điện trở dùng để gia nhiệt
Dây điện trở nhận điện áp từ mạch công suất có dải trong khoảng từ 0V
đến 220V, nó sẽ đốt nóng và làm cho nƣớc trong bình gia nhiệt tăng lên theo
yêu cầu của bài toán. Các đặc tính và thông số kỹ thuật cho nhƣ sau:

Thông số kỹ thuật
Điện áp định mức
220V
Dòng điện định mức
2A
Khoảng nhiệt độ
-50 đến 200
0
C
Vật liệu chế tạo
Niken
Kích thƣớc
4cm x 12cm
Hình 1.3: Dây điện trở
1.1.3. Cảm biến đo nhiệt độ
Để đo nhiệt độ, dùng cảm biến PT 100 (RTD) đƣợc cấu tạo từ kim loại
Platinum và quấn tùy theo hình dáng của đầu dò nhiệt có giá trị điện trở khi ở
0

0
C là 100 Ohm, đây là một loại cảm biến thụ động nên khi sử dụng cần một
nguồn ngoài ổn định, có dải đo từ 50
0
C đến 200
0
C. PT100 có hình dạng và
các thông số kỹ thuật đƣợc cho nhƣ dƣới bảng sau:




4

Hình 1.4: Cảm biến đo nhiệt độ
- Bảng thông số kỹ thuật cảm biến đo nhiệt độ:
Thông số kỹ thuật
Nguyên lý đo
Đo áp
Khoảng đo
-50 đến 200
0
C
Thời gian đáp ứng
< 5 giây
Thời gian hiệu chuẩn
Không cần thiết
Khoảng nhiệt độ
-50 đến 200
0

C
Sai lệch giá trị đo
± 1
0
C
Cáp
Cáp 4 dây

1.1.4. Mạch biến đổi xoay chiều xoay chiều 1 pha

Mạch biến đổi AC/AC có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển đặt vào
các van T1 và T2, sau đó biến đổi điện áp đầu ra trong dải từ 0V đến 220V để
cung cấp cho dây điện trở dùng gia nhiệt. Sơ đồ nguyên lý, giản đồ điện áp và
dòng điện đƣợc cho nhƣ sau:
2
T
1
T
1
A
2
A
1
U
2
U
i

5
1

2

3

1

2


G1
i
G2
i
2
T
1
T
1
A
2
A
U tải
i

1.1.5. Bộ chuyển đổi AD/DA – Dùng cho điều khiển bằng máy tính
Bộ chuyển đổi có nhiệm vụ đọc tín hiệu đo, thông qua chuyển đổi ADC
để đƣa vào máy tính thông qua cổng RS232. Sau đó, tín hiệu điều khiển từ
máy tính thông qua bộ DAC để xuất ra điều khiển đối tƣợng. Tuy nhiên, trong
đề tài do có sử dụng bộ PLC S7-300 nên ta không cần thông qua bộ giao tiếp
trên.


Hình 1.5: Bộ giao tiếp AD/DA




6
1.1.6. Máy bơm và hai van điện từ

Hai bơm (pump1 và pump2) dùng để bơm nƣớc lạnh vào bình gia nhiệt
(coi là nhiễu phụ tải), lƣợng nƣớc bơm vào phụ thuộc vào độ mở van tính
theo phần trăm (0% đến 100%) của van Noise.

Hình 1.6: Mô hình hệ thống gia nhiệt

1.2. Quy trình hệ thống gia nhiệt và các yêu cầu

Tín hiệu nhiệt độ phản hồi về (được quy đổi sang dải từ 0 đến 5V –
tương ứng từ 0% đến 100%) đƣợc so sánh với tín hiệu nhiệt độ đặt (được quy
đổi từ 0% đến 100%), sai lệch tín hiệu điều khiển đƣợc đƣa đến bộ điều khiển
PID, dựa trên thuật toán của bộ điều khiển, sẽ xuất ra tín hiệu điều khiển
tƣơng ứng có dải từ 0V đến 5V đƣa đến bộ biến đổi AC/AC, bộ biến đổi sẽ
biến đổi điện áp từ 0 đến 220V tùy theo độ lớn của tín hiệu điều khiển, nếu

tín hiệu điều khiển là 0V thì điện áp đầu ra tƣơng ứng 220V và nếu tín hiệu
điều khiển là 5V thì điện áp đầu ra là 0V. Dây điện trở gia nhiệt nhận điện
áp từ bộ biến đổi xoay chiều xoay chiều để đốt nóng và làm cho nhiệt độ
bình chứa tăng.
Trong quá trình gia nhiệt thì nƣớc lạnh từ bồn chứa (coi là nhiễu phụ
tải) đƣợc bơm vào trong bình gia nhiệt thông qua máy bơm nƣớc đƣợc điều
khiển ON/OFF bằng tay. Lƣu lƣợng nƣớc vào đƣợc điều khiển thông qua 2



7
van điện từ 1 và 2. Bình gia nhiệt là loại bình tự tràn (khi nước đầy thì nó
được thoát ra theo đường ống đặt bên trên miệng bình).
Các biến quá trình nhƣ sau:

Bộ điều
khiển PID
Đối tượng
gia nhiệt
Tín hiệu
nhiệt độ đặt
Tín hiệu điều
khiển 0V-5V
Điện áp
0V- 220 V
Bộ biến đổi
AC/AC
Nhiễu tải
Nhiệt độ đầu
ra của bình

gia nhiệt


- Biến vào: Nhiệt độ đặt đƣợc quy ra phần trăm từ 0% – 100%
- Biến điều khiển: Điện áp điều khiển lấy từ đầu ra của bộ PID có dải từ
0V đến 5V. Thông qua bộ chỉnh lƣu AC/AC biến đổi điện áp đặt vào điện trở
gia nhiệt có dải từ 0V – 220V
- Biến ra: Nhiệt độ đầu ra của bình gia nhiệt đƣợc xác định từ sensor
nhiệt PT 100 có dải từ - 20
0
C đến 200
0
C và thông qua một mạch chuyển đổi
chuẩn hóa đầu ra từ 0V đến 5V.
- Nhiễu tải: Là độ mở của hai van điện từ để tăng lƣu lƣợng nƣớc vào
bình gia nhiệt (van từ được đóng mở ON/OFF bằng tay)
Theo đó, các yêu cầu về gia nhiệt đƣợc cho nhƣ sau:
- Sai số tuyệt đối của phép đo nhiệt độ đo nằm trong khoảng ±1
0
C
- Độ quá điều chỉnh trong quá trình gia nhiệt: 10% nhiệt độ đặt
- Sai lệch khi hê thống ở trạng thái xác lập: ± 5% nhiệt độ đặt
- Thời gian gia nhiệt (thời gian đáp ứng): Tối đa là 60 giây sau khi bắt
đầu gia nhiệt.
Thiết bị gia nhiệt CRT 916921 đƣợc trƣờng ĐHKTCN Thái Nguyên
mua về từ năm 2000. Phần mềm đƣợc tích hợp sẵn, viết trên ngôn ngữ C sử
dụng chuẩn giao tiếp RS232. Các tài liệu chuyển giao hiện nay hầu nhƣ
không dùng đƣợc và các máy tính hiện tại không còn sử dụng đĩa mềm.
Hơn nữa sau khoảng thời gian dài làm việc, các thông số của đối tƣợng
bị thay đổi, hàm truyền của đối tƣợng không còn đúng. Do vậy việc nhận

dạng lại hệ thống là cần thiết. Việc nhận dạng hệ thống sẽ đƣợc tiến hành qua
các bƣớc sau:
- Lấy số liệu thực nghiệm



8
- Sử dụng Toolbox Indenfication trong Matlab để tiến hành nhận dạng

1.3. Tìm hiểu Toolbox Identification của Matlab

Nhận dạng đối là một trong những bƣớc đầu tiên và quan trọng để thực
hiện quá trình thiết kế điều khiển cho đối tƣợng. Sau khi thu thập đƣợc dữ liệu
vào ra theo thời gian hoặc là phổ tín hiệu của đối tƣợng nhiệm vụ của việc
nhận dạng đối tƣợng là tìm mô hình toán học, hàm truyền đạt thích hợp mô tả
gần đúng nhất đối tƣợng thực. Để dễ dàng cho quá trình nhận dạng thì trong
matlab có toolbox system identification toolbox để giúp chúng ta thực hiện dễ
dàng trực quan, nhanh chóng.
Các bƣớc thực hiện quá trình nhận dạng đƣợc tiến hành nhƣ sau:
Bƣớc 1: Chuẩn bị dữ liệu nhận dạng
1. Dữ liệu đƣợc nhập trƣớc tiếp từ cửa sổ Matlab
Ta nhập giá trị vào u1,y1 rồi lƣu nó vào trong file.mat
>>u1= [1.2;1.3;…];
>>y1=[3;6;; ];
>>save identdata u1 y1
2 .Dữ liệu lƣu trong exel
Để đọc dữ liệu từ trong exel ta dùng lệnh xlsread
A=xlsread(„path\file.xls‟,1,‟A1:A10‟)
A= xlsread(„path\file.xls‟,2)A=xlsread(„path\file.xls‟)
Bƣớc 2: Mở System Identification Tool GUI, gõ lệnh.

>>ident

Hình 1.7: Cửa sổ mô hình nhận dạng
Bƣớc 3: Nhập dữ liệu trong miền thời gian vào công cụ nhận dạng:



9
Sử dụng lệnh trong Matlab: data1=iddata(y,u,T); T: Chu kỳ trích mẫu

Hình 1.8 : Nhập đối tượng vào công cụ nhận dạng

Bƣớc 4: Vẽ và tiền xử lý dữ liệu. Bộ tiền xử lý sẽ loại bỏ giá trị trung bình và
tự động đặt thêm ký tự d.
Sử dụng lệnh trong Matlab: data2 = detrend(data1)


Hình 1.9: Loại bỏ giá trị trung bình


Di chuyển mô hình iddatad thả vào working data để tiếp tục nhận dạng mô hình.



10


Hình 1.10: Di chuyển mô hình iddatad thả vào working data

Chọn Time plot để xem hình vẽ của cả bộ dữ liệu gốc và bộ dữ liệu mới

đã loại bỏ giá trị trung bình.

Hình 1.11: Hình vẽ của bộ dữ liệu gốc và mới

Chia dữ liệu iddatad thành 2 phần, một phần iddatade để ƣớc lƣợng mô
hình, phần còn lại iddatadv dùng để so sánh.



11
Sử dụng lệnh trong Matlab: data1e = data2(1:a(:,1)/2);a=size(u)
data1v = data2((a(:,1)/2+1):a(:,1));


Hình 1.12: Bộ dữ liệu iddatade


Hình 1.13: Mô hình ước lượng iddatade




12

Hình 1.14: Hình vẽ bộ dữ liệu iddatade


Hình 1.15: Bộ dữ liệu iddatadv

13

Hình 1.16: Mô hình ước lượng iddatadv



Hình 1.17: Hình vẽ bộ dữ liệu iddatade




14
Di chuyển identdatade vào mục Working Data để tiến hành ƣớc lƣợng
mô hình và di chuyển identdatadv vào mục Validation Data (Xác nhận dữ
liệu) để so sánh mô hình.

Hình 1.18: Di chuyển identdata de và identdata dv vào các vùng làm việc

Bƣớc 5: Ƣớc lƣợng mô hình: Để ƣớc lƣợng mô hình tự động và nhanh chóng ta
chọn Estimate Quick start. Kết quả thu đƣợc các mô hình ở các ô bên phải
giao diện.
Sử dụng lệnh: ARX2u1y1=arx(data1e,[2 2 1])


Hình 1.19: Ước lượng mô hình

15

Hình 1.20: Đáp ứng tần số

Chọn Model output để xem độ fit – độ phù hợp của mô hình

Hình 1.21: Đồ thị so sánh mô hình ARX ước lượng theo phương pháp LSE




16
Bƣớc 6: Di chuyển ARX221 vào mục To Workspace để xem mô hình toán
học:


Hình 1.22: Mô hình toán học của ARX221

Bƣớc 7: Di chuyển ARX221 vào mục LTI view để xem đáp ứng của mô hình
ARX221:
1.4. Nhận dạng hệ thống gia nhiệt sử dụng Toolbox Indenfication
1.4.1. Thu thập số liệu

Đối tượng gia
nhiệt
Tín hiệu điều
khiển 0V-5V
Điện áp
0V- 220 V
Bộ biến đổi

AC/AC
Nhiễu tải
Nhiệt độ đầu ra
của bình gia
nhiệt


Do ta có thể tách riêng phần điều khiển và đối tƣợng gia nhiệt. Vì vậy mà
dữ liệu sẽ đƣợc thu thập theo phƣơng pháp nhận dạng trực tiếp vòng hở. Việc
thu thập dữ liệu bắt đầu bằng việc thay đổi điểm đặt của tín hiệu điều khiển
một cách ngẫu nhiên và các thay đổi của biến đầu ra đƣợc ghi nhận với chu
kỳ lấy mẫu là 200ms. Các dữ liệu sau khi đƣợc thu thập cần phải loại bỏ giá
trị trung bình để thực hiện nhận dạng.



17
Việc thu thập số liệu đƣợc lấy trực tiếp trên giao diện điều khiển sử
dụng phần mềm WinCC và thông số đƣợc lƣu sang file.dat

1.4.2. Tiến hành nhận dạng sử dụng Toolbox Indenfication
- Tập dữ liệu vào/ ra đƣợc thu thập có dạng nhƣ sau:

Ta sử dụng bộ số liệu data1 để nhận dạng và kiểm chứng mô hình gia
nhiệt. Bộ số liệu này gồm 1294 mẫu, ta chia làm hai phần, phần 1 từ [1: 647]
sẽ dùng để ƣớc lƣợng. Từ [648:1294] sẽ sử dụng để kiểm chứng. Việc đóng
gói dữ liệu và loại bỏ giá trị trung bình cho các biến vào ra xem phụ lục 1
kèm theo.
- Loại bỏ giá trị trung bình đầu vào/ đầu ra: