bài tập dài điều khiển mờ PID

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG 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

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG 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

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 công nghiệp Để điều khiển hệ thống lò 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 không 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 còn 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

Mục Lục

Lời nói đầu 2

PHẦN 1: GIỚI THIỆU LÒ 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 thông số lò 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 lò điện trở 9

PHẦN 1: GIỚI THIỆU LÒ ĐIỆN TRỞ

1.1 Giới thiệu lò điện trở

Lò điện là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng, dùng trong công nghệ nung nóng, nấu chảy vật liệu

Lò điện được sử dụng rất phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp

1.2 Đặc điểm của lò 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 lò 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 không hoặc trong môi 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: không bụi, không khói, ít tiếng ồn

Tuy lò 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 dòng điện chạy qua được gọi là dây điện trở hoặc dây nung

1.4 Các thông số lò điện trở

Bảng 1: Thông số lò điện trở:

Thông số Số liệu Đơn vị Mô tả

/m) Điện trở suất của vật liệu

PHẦN 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ DẠNG PID

2.1 Biến ngôn ngữ và miền giá trị

Điều khiển lò điện trở theo quy luật PID với PI song song với PD

Bảng 2: Chọn biến ngôn ngữ và miền giá trị:

Mỗi biến ngôn ngữ có 3 giá trị mờ

 E(t) = {Âm nhiều, Âm ít, Bằng không, Dương ít, Dương nhiều}

→E(t)= {NB, NS, ZE, PS, PB}

 DE(t) = { Âm nhiều, Âm ít, Bằng không, 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 ngôn 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}

DE(t) Vi phân sai lệch -20 ÷ 20

Biến ngôn 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 ngôn ngữ U(t) có 5 hàm liên thuộc được rời rạc hóa như sau:

VL = 0

LW =60

ME = 120

HI = 180

VH = 240

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

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

E(t)

DE(t)

2.5 Xác định hàm truyền đối tƣợng

Trong kỹ thuật điều khiển, người ta mô tả lò điện trở bằng một khâu quán 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

Kết quả mô phỏng đầu ra:

3.2 Bộ điều khiển mờ dạng PID cho 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