Ứng dụng logic mờ điều khiển nhiệt độ lò nung tuynel

1

2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Cơng trình được hồn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHAN VĂN HIỀN
TRẦN LÊ VINH

ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN

Phản biện 1: TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH

NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG TUYNEL
Phản biện 2: PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH
Chuyên ngành : Tự động hóa
Mã số: 60.52.60

Luận văn được bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 06
năm 2012.

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

*. Có thể tìm hiều luận văn tại:

- Trung tâm Thơng tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng.
Đà Nẵng - Năm 2012

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.


1

2

MỞ ĐẦU

giảm kích thước puli truyền động/động cơ nhưng lượng tiêu thụ điện
giảm vẫn khơng đáng kể. Với phương pháp ñiều khiển này vừa mang

1. Tính cấp thiết của ñề tài

tính thủ cơng và chất lượng hệ thống khơng ổn ñịnh phụ thuộc vào

Hiện nay các nhà máy xí nghiệp sản xuất gạch Tuynel ở Việt

yếu tố con người. Vậy ñiều khiển nhiệt ñộ tự ñộng và tiết kiệm ñiện

Nam tiến hành lắp ñặt và cải tạo mới, mạnh dạn ñưa vào những thiết

là theo yêu cầu ñặt ra là rất cấp thiết cần được quan tâm nghiên cứu.

bị, cơng nghệ tiên tiến, bên cạnh đó cịn nhiều nhà máy xí nghiệp có

Để điều khiển nhiệt độ lị nung với các phương pháp điều

ứng dụng cơng nghệ nhưng chưa đồng bộ cịn thủ cơng. Do đó để

khiển kinh điển thì phải biết chính xác các thơng số và kiểu của ñối

ñiều khiển nhiệt ñộ của lò nung (là khâu quan trọng nhất trong sản

tượng cần điều khiển.

xuất gạch) cịn hạn chế nên sản phẩm làm ra chưa ñạt ñược chất
lượng cao như mong muốn.
Bên cạnh đó vấn đề tiết kiệm ñiện năng trong quá trình sử dụng

Để khắc phục nhược ñiểm trên thì ñiều khiển mờ là một giải
pháp, logic mờ đóng vai trị quan trọng trong các hệ thống điều khiển
hiện đại, vì nó đáp ứng tốt các chỉ tiêu kỹ thuật, tính bền vững và ổn

cơng nghệ cũng là vấn ñề cần quan tâm khi nước ta hiện nay đang

định cao, dễ thay đổi và lập trình.

thiếu điện và các nhà máy xí nghiệp cần áp dụng đúng thiết bị, công

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

nghệ vào q trình điều khiển để giảm lượng tiêu thụ ñiện và giảm

Đối tượng nghiên cứu là lò nung (vùng nung).

được chi phí khi sử dụng điện.

Phạm vi nghiên cứu là ứng dụng logic khiển mờ ñể ñiều khiển

Hiểu ñược tầm quan trọng của việc điều chỉnh lưu lượng gió,
điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel, cụ thể là Xí nghiệp gạch Tuynel
Lai Nghi nên tơi chọn đề tài “ Ứng dụng Logic mờ điều khiển nhiệt

nhiệt độ lị nung Tuynel.
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp mơ hình hóa hệ thống, luận văn sử dụng

độ lị nung Tuynel” ñể làm ñề tài nghiên cứu.

phần mềm Matlap & Simulink, xây dựng mơ hình hóa và mơ phỏng

2. Mục đích nghiên cứu

hệ thống điều khiển nhiệt độ lị nung, đây là cơng cụ đắc lực trợ giúp

Lị nung là khâu quan trọng để quyết định chất lượng sản
phẩm nhưng đó là vùng khó kiểm sốt được nhiệt độ nung nên sản
phẩm làm ra chất lượng chưa cao. Hiện tại ñiều khiển nhiệt ñộ dựa

trong việc nghiên cứu.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
Ý nghĩa khoa học của đề tài là nâng cấp và hồn thiện

trên cơ sở người vận hành so sánh nhiệt ñộ thực tế và nhiệt ñộ ñặt ñể

phương pháp ñiều khiển nhiệt ñộ lị nung theo tốc độ động cơ (lưu

điều chỉnh van chắn thay đổi lưu lượng gió để thay đổi nhiệt ñộ,

lượng gió).


3
Trên cơ sở nghiên cứu khả năng triển khai ứng dụng lý thuyết

4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÍ NGHIỆP GẠCH TUYNEL

điều khiển vào thực tế cho hệ điều khiển lị nung (vùng nung) Tuynel

LAI NGHI

Lai Nghi.

1.1. Tổng quan về Xí Nghiệp gạch Tuynel

6. Cấu trúc của luận văn

1.1.1. Giới thiệu

Luận văn ñược chia làm 4 chương:

1.1.2. Nguyên liệu ñể sản xuất gạch

Chương 1: Tổng quan về xí nghiệp gạch Tuynel Lai Nghi

1.1.2.1. Khái niệm

Chương 2: Phương pháp ñiều chỉnh nhiệt độ lị nung Tuynel

1.1.2.2. Q trình hình thành đất sét

Chương 3: Tổng hợp bộ ñiều chỉnh tốc ñộ và ñiều khiển nhiệt

1.1.2.3. Thành phần và tính chất hóa học của nhiên liệu

độ lị nung Tuynel

1.2. Sơ đồ cơng nghệ lị nung Tuynel

Chương 4: Ứng dụng logic mờ ñiều khiển nhiệt độ lị nung
Tuynel

Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ lị nung Tuynel Lai Nghi
1.2.1. Ngun lý hoạt động lị sấy
1.2.2. Ngun lý hoạt động lị nung
1.2.3. Các thơng số, thiết bị ñiều khiển lò sấy và lò nung
1.2.4. Các yếu tố ñầu vào
1.2.4.1. Nhiên liệu
1.2.4.2. Gió
1.2.5. Các yếu tố ñầu ra


6

5

1.2.5.1. Khí thải

độ lị nung (vùng nung) ổn định là vấn ñề mà luận văn quan tâm

1.2.5.2. Gạch

nghiên cứu và giải quyết.

1.2.6. Các yếu tố nhiễu loạn

Theo sơ ñồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ lị nung như

1.2.6.1. Chất lượng của bột liệu

trên sử dụng van ñiều khiển lưu lượng và áp suất thơng qua tốc độ

1.2.6.2. Chất lượng nhiên liệu ñầu vào

quạt của ñộng cơ KĐBBP 11 kW. Ưu điểm của mơ hình này là kinh

1.3. Các cân bằng xảy ra trong lị nung

phí lắp đặt hế thống rẽ nhưng nhược ñiểm là tổn thất ñiện nhiều do

1.3.1. Cân bằng giữa lượng nhiên liệu cấp và lượng gió

động cơ chạy liên tục với tốc độ khơng đổi và nhiệt độ ít ổn định do

1.3.2. Cân bằng giữa nhiên liệu vào với nhiệt tỏa ra và nhiệt thu

ñiều chỉnh lưu lượng gió bằng thủ cơng (điều chỉnh van).

hồi
1.3.3. Cân bằng giữa gió ra và gió vào
1.4. Sự phân bổ nhiệt, thời gian và kỹ thuật tra than

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ LÒ

1.4.1. Sự phân bổ nhiệt nung của lò nung

NUNG TUYNEL

1.4.2. Lượng than nung gạch, nhiệt ñộ và thời gian mổi lần nung

2.1. Sơ ñồ cấu tạo điều khiển nhiệt độ lị nung

1.4.3. Kỹ thuật tra than
1.4.4. Đánh giá chất lượng bằng trực quan và mục ñích của việc
kiểm tra chất lượng than bằng trực quan
1.5. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển nhiệt độ lị nung
1.5.1. Sơ đồ cấu tạo điều khiển nhiệt độ lị nung
1.5.2. Nguyên lý làm việc
1.6. Kết luận chương 1
Chương một đã khái qt chung về Xí nghiệp gạch Tuynel
Hình 2.1. Sơ đồ điều khiển nhiệt độ lị nung

Lai Nghi, quy trình cơng nghệ sản xuất gạch. Trong đó lị nung là nơi
để nung gạch và trong q trình nung khơng làm mất đi tính chất hóa
học cũng như tính chất cơ lý vốn có của gạch. Do vậy việc giữ nhiệt

2.2. Biến tần và quạt công nghiệp
2.2.1. Giải pháp biến tần tiết kiệm năng lượng cho hệ thống quạt
công nghiệp


8

7

Hình 2.4. Biểu đồ thay đổi năng lượng tiêu thụ cơng suất của 2 hệ
thống
2.2.4. Phân tích về ưu nhược ñiểm của hai hệ thống truyền ñộng

Hình 2.2. So sánh hệ thống truyền động quạt gió
- Khi áp dụng cơng nghệ biến tần vào hệ thống này thì khi
thay đổi lưu lượng gió động cơ thay đổi tốc độ lượng ñiện năng thay

cũ và mới
2.2.5. Quạt ly tâm lò nung
2.2.5.1. Các đặc tính của hệ thống và đồ thị quạt

đổi theo tỉ lệ bậc ba của tần số (Nếu thay ñổi 20% tốc ñộ thì ñiện
năng tiêu thụ giảm 30 - 40 % lượng điện năng).

Hình 2.5. Đồ thị hiệu suất của quạt
2.2.5.2. Các ñịnh luật về quạt
2.3. Các mối quan hệ giữa tốc độ, áp suất, lưu lượng, cơng suất
Hình 2.3. So sánh hệ thống quạt gió khi sử dụng van và khơng van

và nhiệt độ của lị nung

2.3.1. Cơng thức định luật của quạt

2.2.2. So sánh, phân tích về tính thơng minh và tiết kiệm điện
năng hai hệ truyền động quạt gió
2.2.3. Biểu đồ thay đổi năng lượng tiêu thụ của hai hệ thống theo
lưu lượng gió

Q1 N 1
=
Q2 N 2
P1  N 1 

=
P2  N 2 

(2.1)
2

(2.2)


10

9

A1  N1 

=
A2  N 2 

3.1.1. Vector không gian và hệ tọa độ từ thơng

3

(2.3)

3.1.2. Hệ phương trình cơ bản của động cơ
3.1.3. Mơ hình trạng thái của động cơ trên hệ toạ độ từ thơng

Trong đó:
N: tốc ñộ (v/p)
Q: lưu lượng (m3/h)
P: áp suất (mmH2O, pa)
A: công suất (kW)
2.3.2. Sự tương ñồng giữa ñịnh luật quạt và ñặc tính ñường ống
2.4. Phương pháp ñiều khiển nhiệt ñộ lị nung
2.4.1. Sơ đồ khối hệ thống đo lường
2.4.2. Cấu tạo cảm biến cặp nhiệt ñiện (Thermocouples)

rotor (tọa ñộ dq)
3.2. Sơ ñồ cấu trúc sử dụng ĐCKĐBBP ñiều khiển vector
3.2.1. Sơ đồ cấu trúc kênh điều chỉnh từ thơng
Ta viết lại các phương trình biểu diễn dịng điện tác động lên
kênh điều khiển từ thơng dưới dạng sau:
Lm dψ rd
 disd
Le dt = − Rs isd + ω s Le isq − L dt + u sd

r


 dψ rd = Lm i − 1 ψ
sd
rd
 dt
Tr
Tr

2.4.3. Nguyên lý hoạt ñộng
2.5. Kết luận chương 2

Trong đó: Le =

Chương 2 luận văn trình bày phương pháp điều chỉnh nhiệt
độ thơng qua tốc ñộ ñộng cơ (tốc ñộ quạt) bằng cách dùng biến tần
thay thế cho van ñể ñiều khiển lưu lượng và áp suất cho lị nung
(vùng nung).

điện và đồng thời ổn định nhiệt độ lị một cách tự động hóa.

Ls Lr − L2m
là ñiện cảm tương ñương của ñộng cơ.
Lr

3.2.2. Cấu trúc động học đối tượng
Xét phương trình:

Le

So sánh ưu nhược ñiểm khi dùng biến tần thay thế cho van,
về ñiện thì tiết kiệm được điện năng hơn, ít tốn kinh phí khi sử dụng

(3.17)

di sq
dt

= − Rs i sq − ω s ( Le i sd +

Lm
ψ rd ) + u sq
Lr

(3.19)

Với ñại lượng ñiều khiển vào là usq, ñại lượng đầu ra là isd ta
có cấu trúc của kênh điều chỉnh mơ men là khâu qn tính có hàm số
truyền là:

CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ
ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LỊ NUNG TUYNEL
3.1. Mơ tả tốn học ñộng cơ xoay chiều ba pha (ĐCXCBP) dưới
dạng vector không gian

W=

1 / Le
s + Rs / Le

(3.20)

12

11

Hình 3.6. Sơ đồ cấu trúc hệ sử dụng ĐCKĐBBP
Khi biết ñầy ñủ các tham số của ñối tượng ta sẽ tổng hợp
ñược các bộ ñiều khiển RT, Rω.

- Hỗ cảm giữa stato và rotor:

Lm = 0.3985 H

- Điện cảm tản phía stator:

Lσs = 0,0093 H

- Điện cảm tản (quy ñổi) phía rotor:

Lσr = 0.0105 H

- Điện trở stator:

Rs = 0,593 Ω

- Điện trở rotor:

Rr = 0,455 Ω

* Tính tốn các thơng số động cơ:

- Điện cảm stato: Ls = Lσs+ Lm = 0.4078 H;
- Điện cảm roto: Lr = Lσr + Lm = 0.4090 H ;
- Tốc ñộ ñịnh mức: ω đm =

2π .nđm
= 150,8 rad/s
60

- Mơ men định mức: M đm =
Hình 3.7. Sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiệt ñộ sử dụng ĐCKĐBBP
ñiều khiển vector

Pñm

ωñm

=

11000
= 72,98 N.m
150,72

I sd .ñm = 2 .I ñm 1 − cos ϕ ñm = 2.20. 1 − 0,8 = 11,6619 A
2
I sq.ñm = 2.I ñm
− I sd2 .ñm = 2.20 2 − 11,6619 2 = 25,7682 A

3.2.3. Thơng số và tính tốn ñộng cơ KĐBBP ñiều khiển vector
* Động cơ không ñồng bộ AД 11A - 100L4Y3 như sau:
- Cơng suất định mức của động cơ:

Pđm = 11 kW;

- Hệ số cơng suất:

Cosφđm = 0,83

- Dịng điện định mức:

Iđm = 20A ;

- Tần số:

f = 50 Hz ;

- Điện áp nguồn ñịnh mức:

m = 380V ;

- Mơ men qn tính động cơ:

Jdc = 0,285 kGm2 ;

- Tốc ñộ ñịnh mức

nñm = 1440 V/p ;

- Số đơi cực:

Zp = 2

- Điện cảm tương ñương của ñộng cơ:

Le =

Ls Lr − L2m 0,4078.0,409 − 0,039852
=
= 0.01953 H
Lr
0,4090

- Hằng số thời gian stato: Ts =
- Hằng số thời gian roto: Tr =
- Tính k M =

Ls
= 0,687 s
Rs

Lr
= 0,898
Rr

L
3
3 0,3985
Z p m ψ rd = .2.
.4,6 = 13,445
2
Lr

2
0,455


13

14

- Mơ men qn tính quy đổi về phía trục ñộng cơ:

- Hàm truyền ñạt bộ chỉnh lưu biến tần có dạng

J = J đc + J atqd = 0,281 + 0,004 = 0,285

Wcl (s) =

3.2.4. Biến tần ñiều chế vector khơng gian

- Vậy ta có hàm truyền tổng hợp chỉnh lưu biến tần và ñộng

3.3. Xây dựng hàm truyền lò nung Tuynel
3.3.1. Vùng sấy và vùng làm nguội

cơ:

WM = Wdc .Wcl =

3.3.2. Điều khiển nhiệt ñộ cho vùng nung chính
Đối tượng lị nung chính được sử dụng tại nhà máy gạch
Tuynel Lai Nghi là ñối tượng mà hàm truyền có dạng :

Wln ( s ) =

K ln
e −τs
(Tln s + 1)

Trong đó: Kln: Hệ số khuếch đại lị nung; Tln: Thời gian
qn tính của lị; τ : Thời gian trễ ;

Kcl
38
=
Tcl s +1 0.0017.s +1

K dc .K cl
(Tdc s + 1)(Tcl s + 1)

Trong đó: K = Kđ.Kcl = 64,084; T∑ .s = Tcl + Tđ = 0,0347
Do đó:

WM =

64,0843
0.0347.s + 1

- Vậy ñối tượng ñiều khiển là khâu quán tính bậc 2:

S( s ) =

K
T .s (Tdc s + 1)(Tcl s + 1)

3.4. Tổng hợp bộ ñiều khiển mạch vịng điều chỉnh nhiệt độ và

Với: K = Kdc . Klc .KM

tốc ñộ ñộng cơ

T = 0,258 ; Tdc = 0,033 ; Tcl = 0,0017

3.4.1. Tổng hợp bộ ñiều khiển tốc độ động cơ

Vì Tdc và Tcl rất nhỏ so với T, dùng phương pháp tổng các
hằng số nhỏ để chuyển mơ hình về dạng xấp xỉ:

S( s) =
Hình 3.16. Sơ ñồ cấu trúc hệ sử dụng Biến tần – ĐCKĐBBP
- Hàm truyền ñộng cơ:
W dc ( s )

=>

W dc

1 / Le
51 , 2
=
s + R s / Le
s + 30 ,36

51 , 2
K dc
1, 686
30 , 36
(s) =
=
=
1
T dc s + 1
0 , 0329 . S + 1
.S + 1
30 , 36

K
T .s (TΣ s + 1)

Với: TΣ = Tcl + Tdc = 0,033 + 0,0017 = 0.0347
K = Kdc . Klc .KM = 1,686.38.13,445 = 861,384
- Áp dụng phương pháp tối ưu ñối xứng, chọn bộ ñiều khiển
tốc độ PI có hàm truyền như sau:


1
Rω ( s ) = Kp1 +
 TI .S





15

16
- Hàm truyền mạch vịng tốc độ

+ Chọn a =4:
TI = a.TΣ = 4.0,0347 = 0,1388

Kp =
KI =

0,285
T
=
= 0.004767
K .TΣ a 861,384.0,0347. 4
Kp 0,004767
=
= 0.0343
TI
0,1388

e

u
R(s)

K s .(TI .s + 1)
T .s (TΣ .s + 1).TI .s + K s .(TI .s + 1)

- Hàm truyền nhiệt độ lị nung là khâu quán tính bậc 1

Wln ( s ) =

- Hàm truyền đạt của hệ thống kín mạch vịng tốc độ

ω

Wω ( s ) =

Do đó ta có:

WNDL ( s ) =

y

K ln
e −τs
(Tln s + 1)

S(s)

K s .(TI .s + 1)
K ln
.
e −τs
T .s (TΣ .s + 1).TI .s + K s .(TI .s + 1) (Tln s + 1)

Với: TΣ1 = TΣ + TI => WNDL ( s ) =

Hình 3.17. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tín hiệu

K
1 

.Kp  1 +
T .s (TΣ . s + 1)
T
K .Kp.(TI .s + 1)
I .s 

Wω ( s ) =
=

K
1  T .s (TΣ .s + 1).TI .s + K .Kp.(TI .s + 1)

1+
.Kp 1 +
T .s (TΣ . s + 1)
 TI . s 

=> W ω ( s ) =

K s .( T I .s + 1)
T .s (TΣ .s + 1).T I .s + K s .( T I .s + 1)

RT ( s ) =

Kp (TA .s + 1)(TB .s + 1)

TI .s

Trong đó:

TD =
t

Wω(s)

độ PID có hàm truyền sau:

+ Chọn a =2 :

Ta có cấu trúc điều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel

RT(s)

- Theo nguyên lý tối ưu ñối xứng, chọn bộ ñiều khiển nhiệt

K = 6,225; T = 0,285 ; T1 = Tln = 90 ; TΣ1 =0,1041

3.4.2. Tổng hợp bộ ñiều khiển nhiệt độ lị nung Tuynel

Ut

K s .K ln
T .s (TΣ1.s + 1)(Tln s + 1)

Wln(s)

CBN
Hình 3.18. Sơ đồ tổng hợp mạch vịng nhiệt độ

~
Kp =
Kp =

TI = T + T1 = 0,285 + 90 = 90,285

T .T1 0,285.90
=
= 0,284
90,285
TI

T
K .TΣ1 . a

=

0,285
6,225.0,1041. 2

~
Kp.TI 0,31.90,285
=
= 0,31098
T1
90

= 0,31


17

b) Kết quả mơ phỏng nhiệt độ đặt 9000C khi K =1,83

Kp 0,31098
=
= 0,00344
TI
90,285

300

900
nhiet do dat
nhiet do thuc

3.5. Tổng hợp mơ hình động học mơ phỏng điều khiển nhiệt độ

Nhiet do C

K d = Kp.TD = 0,31098.0,284 = 0,0883

850

250

800

200

Sai lech nhiet do C

KI =

18

750

700

dùng bộ PID

650

3.5.1. Mơ hình mơ phỏng

600

150

100

50

0

100

200

300

400

500
600
Thoi gian (s)

700

800

900

1000

Hình 3.22. Thời gian đáp ứng nhiệt độ

0

0

100

200

300

400
500
600
Thoi gian (s)

700

800

900

1000

Hình 3.23. Sai lệch nhiệt độ

3.5.3. Đánh giá kết quả mơ phỏng
Từ kết quả mơ phỏng của mơ hình động học khi sử dụng bộ
ñiều khiển PID ñể ñiều khiển nhiệt độ lị nung (vùng nung), nhiệt độ
thực tế bám sát nhiệt ñộ ñặt. Tuy nhiên thời gian ñáp ứng nhiệt độ
cịn chậm nên chưa đảm bảo được u cầu cơng nghệ lị nung
Tuynel.
Hình 3.19. Sơ đồ mơ hình mơ phỏng nhiệt độ lị nung dùng bộ điều

3.6. Kết luận chương 3
Chương 3 luận văn đã trình bày cơ sở lý thuyết để xây dựng các

khiển PID
3.5.2. Kết quả mơ phỏng khi dùng PID

bộ ñiều khiển tốc ñộ cho ñộng cơ bằng phương pháp kinh điển. Trên

a) Kết quả mơ phỏng nhiệt độ đặt 8620C khi K =1,59

cơ sở đó, ta điều khiển nhiệt độ lị nung (vùng nung) theo tốc độ
động cơ dùng bộ PID. Kết quả mơ phỏng có những hạn chế là thời

300
900

nhiet do dat
nhiet do thuc

Sai lec h nhiet do C

Nhiet do C

800

750

650

50

0
100

200

300

400
500
600
Thoi gian (s)

700

800

900

1000

Hình 3.20. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT

150

100

0

thì điều khiển mờ là một giải pháp cần nghiên cứu trong chương 4.

200

700

600

gian ñáp ứng nhiệt ñộ lò nung còn chậm. Để khắc phục vấn ñề này

250

850

ĐỘ LỊ NUNG TUYNEL
4.1. Giới thiệu về lý thuyết điều khiển mờ
0

100

200

300

400
500
600
Thoi gian (s)

700

800

900

1000

Hình 3.21. Sai lệch nhiệt độ

4.1.1. Định nghĩa tập mờ
4.1.2. Một vài dạng hàm liên thuộc thường ñược sử dụng


20

19
4.2 . Xây dựng mơ hình mờ cho đối tượng

4.4.2.2. Giá trị tập mờ

4.2.1. Mơ hình mờ Mamdani

4.4.2.3. Xác định hàm liên thuộc

4.2.1.1. Khâu mờ hóa
4.2.1.2. Khâu thực hiện luật hợp thành
4.2.1.3. Khâu giải mờ
4.2.1.4. Tối ưu hoá hệ thống
4.2.2. Mơ hình mờ Sugeno
4.2.3. So sánh hai loại mơ hình
4.3. Tổng hợp bộ điều khiển mờ

Hình 4.10. Đầu vào 1 sai lệch nhiệt ñộ E

4.3.1. Cấu trúc của bộ ñiều khiển mờ

4.3.2. Nguyên tắc tổng hợp bộ ñiều khiển mờ
4.3.3. Các bước thực hiện khi xây dựng bộ ñiều khiển mờ
4.4. Xây dựng và thiêt kế bộ ñiều khiển mờ ñiều khiển nhiệt ñộ lò
nung
4.4.1. Xác ñịnh các biến vào ra
Hình 4.11. Đầu vào 2 tốc độ sai lệch nhiệt ñộ Dn

Hình 4.9. Cấu trúc bộ ñiều khiển mờ
4.4.2. Xác ñịnh tập mờ
4.4.2.1. Miền giá trị vật lý của các biến ngơn ngữ vào/ra
+ Sai lệch E được chọn trong miền giá trị : - 2620C ≤ E ≤ 2620C
+ Tốc ñộ biến thiên Dn ñược chọn trong miền giá trị: -10C/s ≤ Dn
≤ 10C/s
+ Đầu ra CU có miền giá trị: 0V ≤ CU ≤ 217 V

Hình 4.12. Đầu ra là ñiện áp ñiều khiển CU
4.4.3. Xây dựng các luật ñiều khiển
Dùng luật hợp thành Max - Prod, giải mờ theo phương pháp
trọng tâm ñiều khiển cụ thể như hình sau:


21

22
b) Kết quả mơ phỏng nhiệt độ đặt 9000C khi K =1,83
300

950

250

900
nhiet do dat
nhiet do thuc

Hình 4.13. Luật điều khiển

800

750

100

50

650

0

0

100

200

300

400
500 600
Thoi gian (s)

700

800

900

1000

Hình 4.17. Thời gian đáp ứng nhiệt độ

4.4.5. Mơ hình mơ phỏng

150

700

600

4.4.4. Quy tắc hợp thành và giải mờ

200
S ai lech nhiet do C

Nhiet do C

850

-50

0

100

200

300

400 500 600
Thoi gian (s)

700

800

900

1000

Hình 4.18. Sai lệch nhiệt độ

4.4.7. Nhận xét kết quả mô phỏng
Khi sử dụng lý thuyết mờ mô phỏng q trình biến đổi nhiệt độ
lị nung khi đối tượng lị nung (vùng nung) có thơng số thay đổi có
đặc tính tốt.
Thời gian q độ từ 0 s đến 350 s, thời gian xác lập từ 350 s
ñến 1000 s, ñộ quá ñiều chỉnh khi xác lập nhỏ hơn 2%

Hình 4.14. Mơ hình mơ phỏng nhiệt độ lị nung

4.5. Kết luận chương 4

4.4.6. Kết quả mô phỏng khi dùng bộ ñiều khiển mờ

Như vậy trên cơ sở công nghệ yêu cầu điều khiển nhiệt độ lị

a) Kết quả mơ phỏng nhiệt ñộ ñặt 8620C khi K =1,59

nung, ta xây dựng được mơ hình điều khiển. Xây dựng cấu trúc điều
900
300

khiển nhiệt độ lị nung (vùng nung) sử dụng lý thuyết logic mờ kết

850
nhiet do dat
nhiet do thuc

250

Sai lech nhiet doC

Nhiet do C

800

750

700

650

600

hợp phần mềm mô phỏng Matlap & Simulink. Với kết quả mơ phỏng

200

nhiệt độ lị bám tốt theo nhiệt ñộ ñặt khi thông số thay ñổi, thời gian

150

ñáp ứng nhiệt ñộ nhanh hơn bộ ñiều khiển PID. Vậy ta ñã giải quyết

100

50

0

100

200

300

400 500 600
Thoi gian (s)

700

800

900

1000

Hình 4.15. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ

0

ñược nhược ñiểm khi dùng bộ ñiều khiển PID như ở chương 3.
0

100

200

300

400
500
600
Thoi gian (s)

700

800

900

1000

Hình 4.16. Sai lệch nhiệt ñộ


24

23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

2. Hạn chế còn tồn tại
Do kiến thức chun mơn cũng như thời gian cịn nhiều hạn

1. Những đóng góp của luận văn
Mục tiêu của hệ thống ñiều khiển tự ñộng ngày càng nâng
cao chất lượng. Thiết kế các bộ ñiều khiển dựa trên lý thuyết điều
khiển kinh điển cịn nhiều khó khăn, do đó địi hỏi ta phải ứng dụng
các lý thuyết ñiều khiển hiện ñại vào trong thực tế. Trong luận văn
này ứng dung lý thuyết cao cấp (ñiều khiển mờ) ñể ñiều khiển nhiệt
độ lị nung (vùng nung) tuynel.
Trên cơ sở kết quả thu được sau khi mơ phỏng, luận văn đã
đóng góp ñược các vấn ñề sau:
- Thiết kế bộ ñiều khiển PID cho bộ điều khiển nhiệt độ lị
nung theo tốc ñộ ñộng cơ (tốc ñộ quạt).
- Xây dựng ñược bộ ñiều khiển mờ cho bộ ñiều khiển nhiệt
ñộ lò nung khi đối tượng khơng rõ.
- Đã khắc phục được nhược ñiểm khi dùng bộ PID ñiều
khiển nhiệt ñộ lò nung với thơng số đối tượng thay đổi.
- Với các thơng số về chất lượng ñiều chỉnh như sai lệch tĩnh,

ñộ quá ñiều chỉnh, thời gian quá ñộ ñều tốt, nhật là ñộ quá ñiều chỉnh
nhỏ. Vậy bộ ñiều khiển ñã nghiên cứu trong luận văn ñã ñáp ứng
ñược các yêu cầu về chất lượng ñiều khiển cho hệ truyền ñộng và có
khả năng ứng dụng vào thực tế điều khiển.
- Đã giải quyết được u cầu cơng nghệ về lị nung tuynel
như: nhiệt ñộ thực tế bám sát nhiệt ñộ ñặt, dao ñộng nhiệt ñộ thấp.

chế nên luận văn chỉ dừng lại ở mức độ mơ phỏng trên Matlap –
Simulink.
3. Hướng mở rộng ñề tài
- Lắp ñặt thực tế tại Xí nghiệp gạch Tuynel Lai Nghi thuộc
Cơng ty cổ phần xi măng VLXD xây lắp Đà Nẵng (COXIVA).
- Ứng dụng ñiều khiển mờ cho các lò nung.