Ứng dụng bộ điều khiển PIN - Mờ điều khiển thiết bị nâng - hạ.

i THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: “ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID - MỜ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NÂNG - HẠ” Ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Học viên: BÙI TUẤN NGỌC Người hướng dẫn Khoa học:

Trang 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID - MỜ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ NÂNG - HẠ

Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA

Mã số: 60.52.60 23.04.3898

Học Viên: BÙI TUẤN NGỌC

Người HD Khoa học: TS NGUYỄN VĂN VỲ

THÁI NGUYÊN - 2011

Trang 2

i

THUYẾT MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

ĐỀ TÀI:

“ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID - MỜ ĐIỀU

KHIỂN THIẾT BỊ NÂNG - HẠ”

Ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Học viên: BÙI TUẤN NGỌC Người hướng dẫn Khoa học: TS NGUYỄN VĂN VỲ

TS Nguyễn Văn Vỳ Bùi Tuấn Ngọc

BAN GIÁM HIỆU KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Trang 3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi nghiên

cứu và thực hiện Trong lụân văn có sử dụng một số tài liệu

tham khảo như đã nêu trong phần “Tài liệu tham khảo”

Tác giả luận văn

Bùi Tuấn Ngọc

Trang 4

iii

LỜI NÓI ĐẦU

Việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực tự động hoá đã góp phần làm tăng năng suất lao động, cải thiện điều kiện lao động đồng thời nâng cao chất lượng sản phẩm, đem lại hiệu quả kinh tế cao Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại vào thực tế đang ngày càng phát triển mạnh mẽ trong đó có lý thuyết điều khiển mờ Bên cạnh đó, luật điều khiển trong các bộ điều khiển hầu hết là luật PID Để bộ điều khiển PID phát huy tốt hiệu quả của nó thì việc xác định và hiệu chỉnh các tham số

là rất quan trọng tuy nhiên việc hiệu chỉnh các tham số của bộ điều khiển PID còn thụ động Vì vậy việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ để xác định và hiệu chỉnh tham số cho bộ điều khiển PID cho phù hợp với các trạng thái làm việc là cần thiết và hiện nay đang được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ

Trong luận văn này tác giả sẽ nghiên cứu vấn đề “Ứng dụng bộ điều khiển PID - Mờ điều khiển thiết bị nâng - hạ” Nội dung gồm 3 chương như

sau:

Chương I: Tổng quan về bộ điều khiển PID

Chương II: Bộ điều khiển mờ

Chương III: Thiết kế PID - Mờ điều khiển máy nâng - hạ

Nội dung nghiên cứu là ứng dụng lý thuyết mờ để xác định và hiệu chỉnh tham số cho bộ điều khiển PID Đây là một lĩnh vực phức tạp, mặt khác do trình độ có hạn nên trong luận văn không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thày, cô giáo để bản luận văn của em được hoàn thiện hơn

Trong quá trình làm luận văn, em luôn nhận được sự tạo điều kiện giúp

đỡ của Khoa Sau Đại học và đặc biệt là sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Ts Nguyễn Văn Vỳ - người trực tiếp hướng dẫn Em xin chân trọng cảm ơn!

Em xin gửi lời cám ơn các thầy cô giáo Khoa Sau đại học, khoa Điện, trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện, trang bị cho em những kiến thức cần thiết trong suốt thời gian học tập

Trang 5

iv

MỤC LỤC

Lời cam đoan ii

Lời nói đầu iii

Mục lục iv

Danh mục các chữ viết tắt, các ký hiệu vi

Danh mục các bảng viii

Danh mục các hình vẽ ix

Mở đầu 1

Chương 1.TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 2

1.1 Cấu trúc chung của hệ điều khiển 3

1.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng hệ điều khiển 3

1.2.1 Chỉ tiêu chất lượng tĩnh 3

1.2.2 Chỉ tiêu chất lượng động 4

1.3 Các luật điều khiển 6

1.3.1 Quy luật điều chỉnh tỷ lệ (P) 6

1.3.2 Quy luật điều chỉnh tích phân (I) 6

1.3.3 Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi phân (PD) 7

1.3.4 Quy luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân (PI) 8

1.3.5 Quy luật điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân (PID) 10

1.4 Các phương pháp xác định tham số PID 12

1.4.1 Phương pháp Ziegler - Nichols 14

1.4.2 Phương pháp Chien – Hrones – Reswick 17

1.4.3 Phương pháp tổng T của Kuhn 19

1.4.4 Phương pháp tối ưu 21

1.4.5 Xác định tham số PID dựa trên quá trình tối ưu trên máy tính 33

1.5 Kết luận chương 1 34

Chương 2.BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 36

2.1 Lịch sử phát triển của logic mờ 37

2.2 Logic mờ 38

2.2.1 Khái niệm chung 38

2.2.2 Các hàm liên thuộc thường được sử dụng 40

2.2.3 Biến ngôn ngữ và giá trị của biến ngôn ngữ 40

2.3 Thiết kế bộ điều khiển mờ 41

2.3.1 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ 41

2.3.2 Khâu mờ hóa 42

Trang 6

v

2.3.3 Khâu thực hiện luật hợp thành 43

2.3.4 Khâu giải mờ 47

2.4 Các bộ điều khiển mờ 51

2.4.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh 51

2.4.2 Bộ điều khiển mờ động 54

2.4.3 Bộ điều khiển mờ lai 57

2.4.4 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 60

2.4.5 Bộ điều khiển mờ tự chỉnh cấu trúc 60

Chương 3.THIẾT KẾ PID - MỜ ĐIỀU KHIỂN MÁY NÂNG – HẠ 62

3.1 Khái niệm chung về thiết bị nâng - hạ 63

3.2 Cấu trúc hệ điều khiển máy nâng - hạ 64

3.2.1 Mô tả toán học của động cơ điện 65

3.2.2 Mô tả toán học bộ biến đổi 71

3.2.3 Mô tả toán học cho máy phát tốc 73

3.2.4 Mô tả toán học cho thiết bị đo điện 73

3.3 Thiết kế điều khiển PID 74

3.3.1 Tổng hợp bộ điều khiển dòng điện 74

3.3.2 Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ 76

3.3.3 Tổng hợp mạch vòng vị trí 79

3.3.4 Tính toán thông số bộ điều khiển vị trí 84

3.3.5 Mô phỏng hệ thống 87

3.4 Thiết kế bộ điều khiển PID - Mờ 93

3.4.1 Mờ hóa 93

3.4.2 Luật điều khiển và luật hợp thành 101

3.4.3 Giải mờ 103

3.5 Mô phỏng hệ thống 104

3.5.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng 104

3.5.2 Kết quả mô phỏng 106

KẾT LUẬN CHUNG 111

KIẾN NGHỊ 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

TÓM TẮT 115

Trang 7

vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT, CÁC KÍ HIỆU

1 ĐTĐT Đối tượng điều khiển

2 TBĐK Thiết bị điều khiển

3 TBĐL – CĐTH Thiết bị đo lường và chuyển đổi tín hiệu

4 exl Sai số xác lập

5 δmax Lượng quá điều chỉnh

6 tqd Thời gian quá độ

7 n Số lần dao động

8 K Hệ số khuếch đại

9 TI Hằng số thời gian tích phân

10 Td Hằng số thời gian vi phân

11 L Hằng số thời gian trễ

12 T Hằng số thời gian quán tính

13 Δh Độ quá điều chỉnh

14 e(t) Tín hiệu đầu vào

15 u(t) Tín hiệu đầu ra

16 Đ Động cơ một chiều

17 BBĐ Bộ biến đổi xoay chiều - một chiều

18 RI Bộ điều chỉnh dòng điện

19 Rω Bộ điều chỉnh tốc độ

20 Tf Hằng số thời gian của mạch lọc

21 Tvo Hằng số thời gian sự chuyển mạch chỉnh lưu

22 Tđk Hằng số thời gian mạch điều khiển chỉnh lưu

Trang 9

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

1 Bảng 3.1 Hàm liên thuộc của biến đầu vào

2 Bảng 3.2 Hàm liên thuộc của biến đầu ra

3 Bảng 3.3 Luật điều khiển cho HCKP

4 Bảng 3.4 Luật điều khiển cho HCKI

5 Bảng 3.5 Luật điều khiển cho HCKD

Trang 10

ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

1 Hình 1.1 Cấu trúc chung của hệ thống điều khiển

2 Hình 1.2 Đặc tính của sai số xác lập

3 Hình 1.3 Đặc tính của lượng quá điều chỉnh

4 Hình 1.4 Đặc tính của thời gian quá độ

5 Hình 1.5 Đặc tính của số lần dao động

6 Hình 1.6 Các đặc tính của quy luật điều chỉnh PD

7 Hình 1.7 Các đặc tính của quy luật điều chỉnh PI

8 Hình 1.8 Các đặc tính của quy luật điều chỉnh PID

9 Hình 1.9 Bộ điều khiển PID

10 Hình 1.10 Nhiệm vụ của bộ điều khiển PID

11 Hình 1.11 Xác định tham số cho mô hình xấp xỉ

12 Hình 1.12 Xác định hằng số khuếch đại tới hạn

13 Hình 1.13 Hàm quá độ cho phương pháp Chien – Hrones – Reswick

14 Hình 1.14 Quan hệ giữa diện tích và tổng các hằng số thời

15 Hình 1.15 Dải tần số mà ở đó có biên độ hàm đặt tính bằng 1

16 Hình 1.16 Điều khiển khâu quán tính bậc nhất

17 Hình 1.17 Bộ điều khiển PID tối ưư đối xứng

18 Hình 2.1 Mờ hóa biến tốc độ

19 Hình 2.2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ

20 Hình 2.3 Hàm liên thuộc của luật hợp thành

21 Hình 2.4 Giải mờ bằng phương pháp cực đại

22 Hình 2.5 Giải mờ theo phương pháp cận trái

23 Hình 2.6 Giải mờ theo phương pháp cận phải

24 Hình 2.7 Giải mờ theo phương pháp trung bình

25 Hình 2.8 Giải mờ theo phương pháp điểm trọng tâm

26 Hình 2.9 Đặc tính vào-ra cho trước

27 Hình 2.10 Hàm liên thuộc các biến ngôn ngữ vào ra

28 Hình 2.11 Hệ điều khiển mờ theo luật PI

29 Hình 2.12 Hệ điều khiển mờ theo luật PD

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	352,06 KB