Điều khiển mức nước bao hơi bằng bộ PID thích nghi mờ

Header Page 1 of 126.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGÔ THỊ MINH HƯƠNG

ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI
BẰNG BỘ PID THÍCH NGHI MỜ

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử
Mã số :

60.52.70

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2013

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN VĂN TUẤN

Phản biện 1: TS. NGUYỄN VĂN CƯỜNG

Phản biện 2: TS. NGUYỄN HOÀNG CẨM

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 02
tháng 06 năm 2013.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng

Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Lò hơi được xem như là một bình kín và hơi nước đi ra từ lò hơi
là kết quả của quá trình đốt cháy nhiên liệu . Trong các lò hơi, năng
lượng hóa học của nhiên liệu dự trữ được chuyển đổi thành năng
lượng nhiệt và chính năng lượng nhiệt này được nước hấp thụ tạo
thành hơi nước. Lò hơi là một thiết bị phức tạp, là một hệ thống có
nhiều đầu vào và nhiều đầu ra. Do đó cấu trúc của 1 hệ thống điều
khiển lò hơi cũng rất là phức tạp.
Trong hệ thống lò hơi thì bao hơi là thiết bị quan trọng nhất với
chức năng là cung cấp hơi quá nhiệt để quay tuabin và máy phát
điện. Chính vì thế mà hệ thống điều khiển mức nước bao hơi là một
khâu rất cần thiết. Nhiệm vụ của hệ thống này là bảo đảm tương
quan lượng nước đưa vào lò hơi và lượng hơi sinh ra. Nếu mức nước

trong bao hơi quá cao vượt quá giá trị cho phép sẽ làm giảm năng
suất của lò hơi, giảm nhiệt độ gây ảnh hưởng đến sự vận hành của
tuabin. Nếu mức nước bao hơi quá thấp sơ với giá trị cho phép thì
nhiệt độ trong lò hơi tăng, gây cháy lò hơi.
Vì hệ thống lò hơi là một hệ thống phức tạp, do đó khi lò hơi
vận hành thì việc điều chỉnh các thông số khó có thể thực hiện được
cùng một lúc. Trong khi đó việc điều chỉnh mức nước bao hơi yêu
cầu cần phải được thực hiện kịp thời để tránh xảy ra các trường hợp
đáng tiếc. Do đó vấn đề đặt ra là làm thế nào đó để thiết kế một hệ
thống tự động điều chỉnh mức nước trong bao hơi nhằm nâng cao
chất lượng của hệ thống.
Trong những năm gần đây, lý thuyết điều khiển mờ thích nghi
đang được quan tâm và nghiên cứu để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
điều khiển trong thực tế. Trong bối cảnh việc điều khiển mức nước

Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

2

bao hơi bằng cách sử dụng các bộ PID cổ điển thì tốn nhiều thời gian
cho việc thay đổi các thông số khi có sự cố xảy ra. Do đó việc kết
hợp mờ thích nghi trong việc điều khiển mức nước bao hơi là một
giải pháp để cải thiện chất lượng của hệ thống lò hơi.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Trên cơ sở tìm hiểu về đo mức nước trong bao hơi và nghiên
cứu các phương pháp điều khiển mức bao hơi, luận văn tiến hành mô
phỏng, phân tích, đánh giá các phương pháp điều khiển và đặc biệt là

phương pháp điều khiển mờ thích nghi cho hệ thống điều khiển mức
nước bao hơi.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Hệ thống đo mức nước bao hơi.
- Phương pháp điều khiển mức nước bao hơi.
- Thiết kế hệ điều khiển thích nghi mờ bằng cách dùng bộ điều
khiển tra bảng để điều khiển mức nước bao hơi.
- Mô phỏng và so sánh, đánh giá kết quả.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp mô phỏng dùng phần mềm
Labview. Gồm các bước như sau :
- Thu thập tài liệu, bài báo, tạp chí về chủ đề liên quan.
- Nghiên cứu lý thuyết về Logic mờ và việc điều khiển mức
nước bao hơi.
- Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Labview.
- Xây dựng bộ điều khiển thích nghi để điều khiển mức nước
bao hơi.
- Mô phỏng và so sánh, đánh giá kết quả.
5. Bố cục đề tài
Luận văn gồm các phần chính sau đây:

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

3

Chương 1. GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
LÒ HƠI

Chương 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC
BAO HƠI
Chương 3. ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI BẰNG BỘ PID
THÍCH NGHI MỜ
Chương 4. THỰC HIỆN GIÁM SÁT LÒ HƠI DÙNG PHẦN
MỀM LABVIEW
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Tài liệu nghiên cứu được tham khảo là những bài báo, các luận
văn thạc sỹ từ các trường đại học của các quốc gia khác trên thế giới,
cùng với các trang web tìm hiểu.
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN
LÒ HƠI
1.1 CÁC THÔNG SỐ ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI:
1.2 ỨNG DỤNG CỦA LÒ HƠI[7]
1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG DỤNG
1.3.1 Bộ điều khiển PID
1.3.2 Bộ điều khiển mờ[1]
1.4 BỘ PID THÍCH NGHI MỜ
1.4.1 Cấu trúc cơ bản của bộ PID mờ
1.4.2 Khâu mờ hóa
Khâu mờ hóa có nhiệm vụ chuyển một giá trị rõ hóa đầu vào x0

thành một vector  gồm các độ phụ thuộc của các giá trị rõ đó theo
các giá trị mờ ( tập mờ) đã định nghĩa cho biến ngôn ngữ đầu vào.
1.4.3 Cơ sở các luật mờ:

Footer Page 5 of 126.

Header Page 6 of 126.

4

R

Nếu x1 là A11 và … và xm là Am1 thì là B1

R2

Nếu x2 là A12 và … và xm là Am2 thì là B2

…
Rn

Nếu xn là A1n và … và xm là Amn thì là Bn

Cho

Nếu x1 là A*1 và … và xm là A*m

Tính

y là B*

Hình 1.12: Các bước điều khiển mờ
1.4.4 Khâu giải mờ
Bộ điểu khiển mờ tổng hợp được như trên chưa thể áp dụng
được trong điều khiển đối tượng, vì đầu ra luôn là một giá trị mờ B’.
Một bộ điều khiển mờ hoàn chỉnh phải có thêm khâu giải mờ. Khâu

giải mờ, có nhiệm vụ chuyển đổi tập mờ B’ thành một giá trị rõ y’
chấp nhận được cho đối tượng. Giải mờ được định nghĩa như là sự
ánh xạ (sự làm tương ứng) từ tập mờ B ' trong tập cơ sở V ( thuộc tập
số thực R , V  R đó là đầu ra của khối hợp thành và suy luận
mờ) thành giá trị rõ đầu ra y  V . Như vậy nhiệm vụ của giải mờ là
tìm một điểm rõ y  V làm đại diện tốt nhất cho tập mờ B’.
1.5 TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN MỜ
1.6 BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI
CHƯƠNG 2
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI
2.1 CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI[7]
2.1.1 Hệ thống một phần tử
2.1.2 Hệ thống 2 phần tử
2.1.3 Hệ thống 3 phần tử

Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

5

Hình 2.3: Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi 3 phần tử[7]
2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THÔNG SỐ PID
2.2.1 Thuật toán điều khiển PID theo phương pháp Ziegler–
Nichols [12]
2.2.2 Thuật toán điều khiển PID theo phương pháp TyreusLuyben
2.3 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH NỘI ( IMC)
2.3.1 Giới thiệu về điều khiển mô hình nội IMC [2]
2.3.2 Cấu trúc của bộ điều khiển mô hình nội cơ bản [3]

~
r s 
+
rs  -

qs 

us 

g p s

g~p s

+

+

d s 
ys 

~
y s  - +

~
d s 
Hình 2.5: Cấu trúc bộ điều khiển mô hình nội
2.4 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH NỘI DỰA VÀO THUẬT TOÁN
PID [3]

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

6

2.4.1 Giới thiệu

2.4.2 Cấu trúc của bộ điều khiển IMC dựa vào PID [2] d s 

qs 
us 
~
1  g p s qs 

r s 
+
-

g p s

g c s 

Hình 2.10: Thuật toán mô hình nội dựa vào PID
2.5 ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI ( FEED BACK CONTROL)
2.5.1 Khái niệm
2.5.2 Vai trò của điều khiển phản hồi
2.5.3 Nhược điểm của điều khiển phản hồi
2.6 ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THẲNG ( FEED FORWARD

CONTROL)
2.6.1 Khái niệm điều khiển truyền thẳng

Hình 2.13: Cấu trúc điều khiển feedforward – cấu trúc song song

Footer Page 8 of 126.


Header Page 9 of 126.

7

Hình 2.14: Cấu trúc bộ điều khiển feedforward – Cấu trúc nối tiếp
2.6.2 Ưu điểm của điều khiển truyền thẳng
2.6.3 Nhược điểm của điều khiển truyền thẳng
- Phải xác định được nguồn nhiễu, phải đo được chính xác
nguồn nhiễu.
- Trong trường hợp nhận dạng sai mô hình đối tượng và mô hình
nhiễu sẽ dẫn đến sai số.
- Không có khả năng ổn định những hệ không ổn định.
2.7 ĐIỀU KHIỂN TẦNG ( CASCADE CONTROL)
2.7.1 Khái niệm về điều khiển tầng cascade
2.7.2 Ưu điểm của điều khiển tầng cascade
2.8 SỰ CẦN THIẾT SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ

GPID s   k p 

KI
 kd s
s

(2.12)

Rõ ràng, u(t) phụ thuộc vào các tham số kp , TI , TD của bộ điều
khiển PID và do đó chất lượng tín hiệu của hệ thống cũng phụ thuộc
theo.
Mặt khác, các hệ số của bộ điều khiển PID chỉ được tính toán
cho một chế độ làm việc cụ thể của hệ thống, trong quá trình tính

Footer Page 9 of 126.


Header Page 10 of 126.

8

toán cũng đã tiến hành tuyến tính hoá nhiều khâu, nên khi cài đặt vào
thực tế cần thường xuyên chỉnh định các hệ số này cho phù hợp với
các chế độ vận hành để phát huy tốt hiệu quả của bộ điều khiển. Quá
trình chỉnh định thường thực hiện theo kiểu “thăm dò”. Từ thực tế đó
và những ưu việt của bộ điều khiển mờ, để giải quyết vấn đề tự chỉnh
định thích hợp các tham số của bộ điều khiển PID mà không cần
“thăm dò” hay chỉnh định không tự động, ta có thể thiết kế bộ điều
khiển mờ ở vòng ngoài để chỉnh định tham số bộ PID ở vòng trong.
2.9 ĐIỀU KHIỂN PID MỜ [7]

Hình 2.20: Sơ đồ bộ điều khiển PID mờ
2.10 ĐIỀU KHIỂN MỜ THÍCH NGHI
2.10.1 Điều khiển mờ thích nghi gián tiếp

Hình 2.21: Điều khiển mờ thích nghi gián tiếp

Footer Page 10 of 126.


Header Page 11 of 126.

9

2.10.2 Điều khiển mờ thích nghi trực tiếp

Hình 2.22: Điều khiển mờ thích nghi trực tiếp
CHƯƠNG 3
ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI BẰNG BỘ PID THÍCH
NGHI MỜ
3.1 GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI [7]

Hình 3.1: Sơ đồ điều khiển mức nước bao hơi
3.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC THÔNG SỐ CỦA BỘ ĐIỀU
KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI [3]
Mối quan hệ giữa tốc độ lưu lượng nước cấp và mức bao hơi là:

Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

10

g p s  

0.25 s  1
s2s  1

(3.1)

Với g p s  là hàm quá trình

Giả sử hàm truyền của van là:

g v s  

1
0.15 s  1

(3.2)

g v s  là hàm truyền của van

Xét nhiễu quá trình. Nhiễu sơ cấp ảnh hướng đến mức nước bao
hơi như sau:

gd1 s

g d1 s  là hàm nhiễu

0.25 s 1
s 2s 1

(3.3)

3.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI
3.3.1 Mô hình điều khiển phản hồi cho hệ thống điều khiển
mức nước bao hơi 1 phần tử
3.3.2 Sơ đồ khối bộ điều khiển phản hồi cho hệ thống điều
khiển mức nước bao hơi 1 phần tử

Hình 3.4: Sơ đồ điều khiển phản hồi cho hệ thống điều khiển bao hơi

hsp là giá trị đặt
hm là giá trị đo được
Pv là tín hiệu áp suất được đưa đến van
Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

11

F1 tốc độ lưu lượng truyền đến van
F2 là nhiễu
Để thiết kế các thông số PID của bộ điều khiển phản hồi, 3
phương pháp khác nhau được áp ụng như sau:
a Phương pháp Ziegler – Nichols
Đây là phương pháp đơn giản nhất để tính toán các thông số
PID. Các thông số PID có là:

K p = 0.45 K u , K i  2 K p , K d  K p
Pu

Pu
8

Cho độ lợi và chu kì dao động ở ngõ ra của bộ điều khiển là
K u  4.667 , Pu  10s
Khi đó ta có

K p  2.1 , K i  0.42 , K d  2.625
K p  2.1 , K i  0.42 , K d  2.625
Đưa các thông số PID này vào bộ điều khiển PID của hệ thống
điều khiển phản hồi. Tuy nhiên phương pháy này có nhược điểm là
đáp ứng của hệ thống không ổn định.
b Phương pháp Tyreus – Luyben

K p  0.4545Ku , K i  K p / 2.2Pu , K d  K p Pu / 6.3
Chọn K u  4 , Pu  10s . Khi đó ta được các thông số sau
K p  1.59 , Ki  0.072 , K d  2.52
c Điều khiển mô hình nội
Trong quá trình này, mô hình quá trình sau được xem xét và
tương ứng với ngõ ra của bộ điều khiển được tính toán.
G p s  
Qs  

Footer Page 13 of 126.

0.25 s  1
s 2s  10.15s  1

4s2s  10.15s  1

s  1s  12

(3.4)
(3.5)


Header Page 14 of 126.

12

Gc s  

Qs 
1  G p s   Qs 

(3.6)

Thay (3.4) và (3.5) vào (3.6) Ta được
Gc s  

1.2s 3  8.6s 2  4s
 s  2  2 s  2  2
2

2





(3.7)

 là hệ số lọc, GC s  là giá trị mong muốn của bộ điều khiển
Thay   1 vào (3.7)
Ta được
1.2s 3  8.6s 2  4s
s 2  3s  4
Giá trị của hàm GC s  này được đưa đến bộ điều khiển.
Gc s  

(3.8)

3.4 THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI VÀ TRUYỀN
THẲNG
3.4.1 Mô hình điều khiển phản hồi và truyền thẳng cho hệ
thống điều khiển mức nước bao hơi 2 phần tử [3]
3.4.2 Sơ đồ khối bộ điều khiển phản hồi và truyền thẳng cho
hệ thống điều khiển mức nước bao hơi 2 phần tử [3]
3.4.3 Sơ đồ khối mô phỏng của hệ thống điều khiển phản hồi
và truyền thẳng cho hệ thống điều khiển mức nước bao hơi 2
phần tử
3.5 ĐIỀU KHIỂN TẦNG [7]
Gcv s  

0.47 s  6.8
s

(3.13)

3.6 CÁC BƯỚC THIẾT KẾ BỘ PID THÍCH NGHI MỜ

3.6.1 Các bước thiết kế bộ PID mờ
Bước 1: Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào và ra
Bước 2: Xác định các tập mờ cho từng biến vào và ra ( mờ hóa)
+ Miền giá trị vật lý của các biến ngôn ngữ
+ Số lượng tập mờ

Footer Page 14 of 126.


Header Page 15 of 126.

13

+ Xác định hàm thuộc
+ Rời rạc hóa tập mờ
Bước 3: Xây dựng luật hợp thành
Bước 4: Chọn thiết bị hợp thành
Bước 5: Giải mờ và tối ưu hóa
3.6.2 Những lưu ý khi thiết kế bộ điều khiển mờ
3.7 ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI BẰNG BỘ PID MỜ
3.7.1 Cơ sở thiết kế bộ PID mờ
3.7.2 Các bước thiết kế bộ điều khiển mờ
Bước 1: Xác định biến ngôn ngữ
+ Đầu vào: 2 biến
- Sai lệch ( error) E
- Tốc độ sai lệch ( error rate) EC
+ Đầu ra: giá trị điều khiển ngõ ra
Số lượng biến ngôn ngữ
E={ âm nhiều, âm vừa, zero, dương, dương vừa, dương nhiều}
E={NB, NM, ZO, PM, PB}

EC={ âm nhiều, âm vừa, zero, dương vừa, dương nhiều}
EC={NB, NM, ZO, PM, PB}
Trong kỹ thuật điều khiển thường ưu tiên chọn hàm liên thuộc
kiểu hình tam giác hoặc hình thang. Các loại này có biểu thức đơn
giản, tính toán dễ dàng. Xây dựng trên Labview như sau:

Hình 3.11: Hàm thành viên ( phương pháp Mamdani)

Footer Page 15 of 126.


Header Page 16 of 126.

14

Bước 2: Luật hợp thành
Có tổng cộng là 5  5  25 luật If....Then
Bảng 3.1: Luật điều khiển mờ
EC

NB

NM

ZO

PM

PB

NB

NB

NB

NB

NM

ZO

NM

NB

NB

NM

ZO

PM

ZO

NB

NM

ZO

PM

PB

PM

NM

ZO

PM

PB

PB

PB

ZO

PM

PB

PB

PB

E

Bước 3: Giải mờ
- Thực hiện giải mờ theo quy tắc trọng tâm
CHƯƠNG 4
THỰC HIỆN GIÁM SÁT LÒ HƠI DÙNG PHẦN MỀM
LABVIEW
4.1 MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI

Hình 4.1: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển phản hồi
4.1.1 Phương pháp Ziegler-Nichols

Footer Page 16 of 126.


Header Page 17 of 126.

15

Trong phương pháp này thì khối PID có các thông số sau:

K p  2.1, Ki  0.42 , K d  2.625
Đưa các thông số này vào sơ đồ điều khiển phản hồi, thì đáp ứng
ở ngõ ra có dạng như sau:

Hình 4.3: Đáp ứng của ngõ ra sử dụng phương pháp Ziegler-Nichols.
Hình vẽ trên biểu diễn đáp ứng của hệ thống điều khiển PID
dùng điều khiển phản hồi. Đáp ứng này đạt đến giá trị đặt sau
khoảng thời gian rất dài. Đáp ứng hệ thống không ổn định.
4.1.2 Phương pháp Tyreus-Luyben

Các thông số PID của phương pháp này như sau:

K p  1.59 , K i  0.072 , K d  2.52
Hình vẽ dưới đây biểu diễn đáp ứng ngõ ra của hệ thống.

Hình 4.4: Đáp ứng của ngõ ra sử dụng phương pháp Tyreus-Luyben

Footer Page 17 of 126.


Header Page 18 of 126.

16

Nhìn trên hình vẽ ta thấy đáp ứng ngõ ra của bộ điều khiển ổn
định hơn so với phương pháp Ziegler-Nichols. Tuy nhiên thời gian
xác lập của bộ điều khiển PID sử dụng phương pháp này lớn.
4.1.4 Mô hình điều khiển nội

Hình 4.5: Sơ đồ khối mô hình điều khiển nội

Hình 4.6: Đáp ứng của ngõ ra của bộ điều khiển mô hình nội
Nhìn vào hình vẽ trên ta thấy đáp ứng của hệ thống ổn định hơn và
thời gian xác lập của nó thấp. Do đó đáp ứng của nó nhanh hơn để
mà mức nước của lò hơi đạt đến giá trị đặt một cách nhanh chóng.

Footer Page 18 of 126.


Header Page 19 of 126.

17

4.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI VÀ TRUYỀN THẲNG:

Hình 4.7: Sơ đồ khối của bộ điều khiển phản hồi và truyền thẳng

Hình 4.8: Đáp ứng ngõ ra của bộ điều khiển phản hồi và truyền
thẳng
Nhìn vào hình vẽ ta thấy ngõ ra của hệ thống loại bỏ tất cả nhiễu
và các mức nước bao hơi đạt đến giá trị đặt. Tuy nhiên bộ điều khiển
có nhược điểm là thời gian lên của hệ thống tăng. Để cải thiện nhược
điểm này, bộ điều khiển tầng sẽ được sử dụng.
4.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN TẦNG

Footer Page 19 of 126.


Header Page 20 of 126.

18

Hình 4.9: Sơ đồ khối bộ điều khiển tầng

Hình 4.10: Đáp ứng của bộ điều khiển tầng
Nhìn vào hình vẽ ta thấy đáp ứng của hệ thống ổn định hơn và
thời gian xác lập giảm. Đáp ứng của bộ điều khiển tầng rất nhanh so
với tất cả các bộ điều khiển trên.
4.4 BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI MỜ
Sơ đồ khối của bộ PID thích nghi mờ như sau:

Hình 4.11: Sơ đồ khối của bộ PID thích nghi mờ

Footer Page 20 of 126.


Header Page 21 of 126.

19

Hình 4.12: Đáp ứng ngõ ra của bộ điều khiển PID mờ
Nhận xét: Ta thấy ngõ ra của bộ điều khiển PID ổn định hơn so
với các bộ điều khiển trên, đồng thời thời gian đáp ứng là nhanh nhất
4.5 SO SÁNH HOẠT ĐỘNG CỦA LÒ HƠI SỬ DỤNG CÁC BỘ
ĐIỀU KHIỂN KHÁC NHAU

Hình 4.13: So sánh giữa các phương pháp điều khiển khác nhau

Hình 4.14: Đáp ứng của tín hiệu c t 
Nhìn vào hình vẽ trên ta có các định nghĩa sau:
Thời gian lên t r là khoảng thời gian biên độ xung biến đổi từ
10% đến 90% của biên độ cực đại.
Thời gian xác lập t s là thời gian để sai số giữa c(t) và giá trị xác
lập nhỏ hơn e (e = 5% hay 2%).

Footer Page 21 of 126.


Header Page 22 of 126.

20

Thời gian đỉnh t p là thời gian để biên độ xung đạt đến đỉnh đầu
tiên của vọt lố.
Độ vọt lố được định nghĩa là:
C t   C  
M  p 

p

C  

 100%

(4.2)

Áp dụng các định nghĩa này để xác định thời gian đỉnh, thời gian
xác lập, thời gian lên hay độ vọt lố của các phương pháp điều khiển.
Ta có bảng dưới đây:
Bảng 4.1: So sánh về sự khác nhau của các phương pháp điều khiển

Việc sử dụng mô hình điều khiển nội dựa vào PID thì bộ điều
khiển sẽ hoạt động tốt hơn so với PID sử dụng phương pháp ZeiglerNichol.
và phương pháp Tyreus-Luyben. Thời gian xác lập, thời gian đỉnh,
thời gian lên và các điểm vọt lố của bộ PID thích nghi mờ thấp hơn
so với các bộ điều khiển khác.
4.6 CÁC HỆ THỐNG MỨC NƯỚC BAO HƠI DÙNG BỘ ĐIỀU
KHIỂN PID
4.6.1 Hệ thống mức nước bao hơi 1 phần tử

Footer Page 22 of 126.


Header Page 23 of 126.

21

Hình 4.15: Hệ thống mức nước bao hơi 1 phần tử
Nhìn vào hình vẽ ta thấy hệ thống mức nước bao hơi 1 phần tử
sử dụng phương pháp điều khiển phản hồi PID thì hệ thống hoạt
động không ổn định.
4.6.2 Hệ thống mức nước bao hơi 2 phần tử

Hình 4.16: Hệ thống mức nước bao hơi 2 phần tử

Footer Page 23 of 126.


Header Page 24 of 126.

22

4.6.3 Hệ thống mức nước bao hơi 3 phần tử

Hình 4.17: Hệ thống mức nước bao hơi 3 phần tử
4.7 HỆ THỐNG MỨC NƯỚC BAO HƠI DÙNG BỘ ĐIỀU
KHIỂN PID MỜ

Hình 4.18: Hệ thống mức nước bao hơi 3 phần tử dùng PID mờ
4.8 THU THẬP DỮ LIỆU

Footer Page 24 of 126.


Header Page 25 of 126.

23

4.8.1 Thu thập dữ liệu hoạt động của lò hơi sử dụng bộ PID

Hình 4.20: Trạng thái hoạt động của lò hơi dùng phương pháp PID
4.8.2 Thu thập dữ liệu hoạt động của lò hơi sử dụng bộ PID mờ

Hình 4.22: Trạng thái hoạt động của lò hơi dùng phương pháp
PID mờ

Footer Page 25 of 126.