Tải bản đầy đủ (.pdf) (11 trang)

bài tập dài điều khiển mờ PID

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.12 MB, 11 trang )

Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

BÁO CÁO BÀI TẬP DÀI
Đề tài: Thiết kế bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song
với PD để ổn định nhiệt độ lò điện trở

Sinh viên thực hiện: Phạm Thị Trà My
Lê Thế Nam
Võ Duy Nam
Lớp: D8-CNTĐ2

Hà Nội, tháng12 năm 2016
1

SVTH: Nhóm 9


Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

Lời nói đầu.
Năng lượng nhiệt là một trong những năng lượng quan trọng cần thiết trong
công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày. Việc sử dụng nhiệt năng trong công nghiệp là tối
thiểu cần thiết.
Lò điện trở là 1 hệ thống rất quan trọng trong việc tạo ra nhiệt năng đáp ứng
cho ngành cơng nghiệp. Để điều khiển hệ thống lị điện trở ta có nhiều phương pháp,
một trong các phương pháp đó là điều khiển mờ. Ưu điểm cơ bản của điều khiển mờ
so với các phương pháp điều khiển kinh điển là có thể tổng hợp được bộ điều khiển


mà khơng cần biết trước đặc tính của đối tượng một cách chính xác.
Đề tài của nhóm em là: ‘Thiết kế bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song
song với PD để ổn định nhiệt độ lò điện trở’, trên cơ sở lý thuyết đã được học chúng
em xây dựng đề tài với 3 phần:
-Phần 1: GIỚI THIỆU LÒ ĐIỆN TRỞ.
-Phần 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ DẠNG PID.
-Phần 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB - SIMULINK.

Do lượng kiến thức còn hạn chế nên đề tài cịn nhiều thiếu sót, chúng em
mong sẽ nhận được những lời nhận xét quý báu từ thầy giáo đang trực tiếp
giảng dạy chúng em – thầy Nguyễn Ngọc Khoát.
Chúng em xin chân thành cảm ơn !
Sinh Viên Thực Hiện:
Phạm Thị Trà My
Lê Thế Nam
Võ Duy Nam

2

SVTH: Nhóm 9


Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

Mục Lục
Lời nói đầu. ............................................................................................................................................. 2
PHẦN 1: GIỚI THIỆU LỊ ĐIỆN TRỞ. ................................................................................................ 4
1.1.

Giới thiệu lò điện trở. .............................................................................................................. 4


1.2.

Đặc điểm của lò điện:.............................................................................................................. 4

1.3.

Nguyên lý làm việc của lò điện trở. ........................................................................................ 4

1.4.

Các thơng số lị điện trở. ......................................................................................................... 4

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ DẠNG PID. .................................................................... 5
2.1. Biến ngôn ngữ và miền giá trị. ..................................................................................................... 5
2.2. Rời rạc hóa các hàm liên thuộc. ................................................................................................... 5
2.3. Xây dựng luật điều khiển. ............................................................................................................ 7
2.4. Chọn nguyên tắc triển khai luật, giải mờ. .................................................................................... 7
2.5. Xác định hàm truyền đối tượng. .................................................................................................. 8
PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB - SIMULINK. ............................................. 8
3.1. Bộ điều khiển PID cho lò điện trở. .............................................................................................. 8
3.2. Bộ điều khiển mờ dạng PID cho lị điện trở. ............................................................................... 9

3

SVTH: Nhóm 9


Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.


PHẦN 1: GIỚI THIỆU LỊ ĐIỆN TRỞ.
1.1. Giới thiệu lị điện trở.
Lò điện là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng, dùng trong cơng nghệ nung
nóng, nấu chảy vật liệu.
Lò điện được sử dụng rất phổ biến trong nhiều ngành cơng nghiệp.
1.2.

Đặc điểm của lị điện:

Có khả năng tạo được nhiệt độ cao do nhiệt năng được tập trung trong một thể tích
nhỏ.
Nhiệt năng tập trung, nhiệt độ cao nên lị có tốc độ nung lớn và năng suất cao.
Đảm bảo nung đều, nung chính xác, dễ điều chỉnh và khống chế nhiệt độ và chế độ
nhiệt.
Lò đảm bảo được độ kín, có khả năng nung trong 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.
Đảm bảo điều kiện vệ sinh: khơng bụi, khơng khói, ít tiếng ồn.
Tuy lị điện có nhiều ưu điểm so với các lò nhiên liệu, nhưng cần lưu ý rằng: điện
năng là dạng năng lượng quý, đắt.
1.3.

Nguyên lý làm việc của lò điện trở.

Khi dòng điện chạy qua vật dẫn có điện trở là R ( vật rắn hoặc chất lỏng ), nó sẽ tỏa ra
nhiệt lượng trong vật thể theo định luật Joule-Lence. Năng lượng nhiệt này sẽ đốt
nóng bản thân vật dẫn hoặc gián tiếp đốt nóng các vật nung xếp gần đó.
Những thiết bị nung làm việc theo nguyên tắc này được gọi là lò điện trở. Dây dẫn
hoặc vật nung có dịng điện chạy qua được gọi là dây điện trở hoặc dây nung.
1.4.


Các thơng số lị điện trở.

Bảng 1: Thơng số lị điện trở:
Thơng số
P
T
d
l

Số liệu
90
1500
1,4
6,6
0,4

Đơn vị
KW
o
C
Mm
M
(Ω.mm2/m)

4

Mơ tả
Cơng suất lị
Nhiệt độ nung

Đường kính dây điện trở
Chiều dài dây điện trở
Điện trở suất của vật liệu

SVTH: Nhóm 9


Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ DẠNG PID.
2.1. Biến ngơn ngữ và miền giá trị.
Điều khiển lị điện trở theo quy luật PID với PI song song với PD
Bảng 2: Chọn biến ngôn ngữ và miền giá trị:
Biến ngơn ngữ

Kí hiệu

Ý nghĩa

Miền giá trị

Input

E(t)

Sai lệch

-10 ÷ 10

DE(t)


Vi phân sai lệch

-20 ÷ 20

U(t)

Điện áp

0 ÷300

Output

Mỗi biến ngơn ngữ có 3 giá trị mờ.
 E(t) = {Âm nhiều, Âm ít, Bằng khơng, Dương ít, Dương nhiều}
→E(t)= {NB, NS, ZE, PS, PB}
 DE(t) = { Âm nhiều, Âm ít, Bằng khơng, Dương ít, Dương nhiều }
→DE(t)= {NB, NS, ZE, PS, PB}
 U(t) = {Rất thấp, Thấp, Trung bình, Cao, Rất Cao}
→U(t) = {VL, LW, ME, HI, VH}
2.2. Rời rạc hóa các hàm liên thuộc.
Biến ngơn ngữ E(t) có miền giá trị trong khoảng [-10 10] và có 5 hàm liên
thuộc được rời rạc hóa như sau:
NB

= trimf’ {-15 -10 -5}

NS

= trimf’ {-10 -5 0}


ZE

= trimf’ {-5 0 5}

PS

= trimf’ {0 5 10}

PB

= trimf’ {5 10 15}

5

SVTH: Nhóm 9


Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

Biến ngơn ngữ DE(t) có miền giá trị trong khoảng [-20 20] và có 5 hàm liên
thuộc được rời rạc hóa như sau:
NB

= trimf’ { -30 -20 -10 }

NS

= trimf’ { -20 -10 0 }


ZE

= trimf’ { -10 0 10 }

PS

= trimf’ { 0 10 20 }

PB

= trimf’ { 10 20 30 }

Biến ngơn ngữ U(t) có 5 hàm liên thuộc được rời rạc hóa như sau:
VL = 0
LW =60
ME = 120
HI = 180
VH = 240

6

SVTH: Nhóm 9


Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

2.3. Xây dựng luật điều khiển.
Với 5 tập mờ của mỗi đầu vào, ta xây dựng được 5 5 = 25 luật điều khiển. Các
luật điều khiển này được xây dựng theo nguyên tắc sai lệch càng lớn thì tác động điều
khiển càng lớn.

Bảng 3: Bảng luật điều khiển.

E(t)

DE(t)

NB

NS

ZE

PS

PB

PB

VH

VH

VH

VH

VH

PS


HI

HI

VH

VH

VH

ZE

ME

ME

HI

VH

VH

NS

LW

LW

ME


HI

VH

NB

VL

LW

ME

HI

VH

2.4. Chọn nguyên tắc triển khai luật, giải mờ.
Chọn nguyên tắc triển khai luật là nguyên tắc MAX-MIN. Giải mờ theo
phương pháp điểm trọng tâm.

7

SVTH: Nhóm 9


Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

2.5. Xác định hàm truyền đối tƣợng.
Trong kỹ thuật điều khiển, người ta mơ tả lị điện trở bằng một khâu qn
tính bậc nhất có trễ có hàm số truyền:

W(s) =
Ta lấy: k= 260, T= 100(s), = 25(s)
W(s) =

=

=

Chọn
Kp = 1
KI =1
KD = 1

PHẦN 3: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB - SIMULINK.
3.1. Bộ điều khiển PID cho lò điện trở.

8

SVTH: Nhóm 9


Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

Kết quả mô phỏng đầu ra:

3.2. Bộ điều khiển mờ dạng PID cho lị điện trở.

9

SVTH: Nhóm 9



Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

Kết quả mô phỏng:

Nhận xét: Khi sử dụng bộ đk PID để điều khiển thì hệ thống với đáp ứng đầu ra
có độ vọt lố cao,thời gian xác lập là 350s
Khi sử dụng bộ đk mờ pid với khâu PI và PD song song thì đáp ứng đầu ra có
chất lượng tốt hơn với độ vọt lố bằng 0 và thời gian xác lập là 300s

10

SVTH: Nhóm 9


Đề 8: Bộ điều khiển mờ dạng PID dùng PI song song PD để ổn định nhiệt độ Lò Điện Trở.

11

SVTH: Nhóm 9



×