Luận văn Ứng dụng logic mờ điều khiển nhiệt độ lò nung tuynel

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN LÊ VINH ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG TUYNEL Chuyên ngành : Tự ñộng hóa Mã số: 60.52.60 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2012 2 Công trình ñược hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. PHAN VĂN HIỀN Phản biện 1: TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH Phản biện 2: PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH Luận văn ñược 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. *. Có thể tìm hiều luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của ñề tài Hiện nay các nhà máy xí nghiệp sản xuất gạch Tuynel ở Việt Nam tiến hành lắp ñặt và cải tạo mới, mạnh dạn ñưa vào những thiết bị, công nghệ tiên tiến, bên cạnh ñó còn nhiều nhà máy xí nghiệp có ứng dụng công nghệ nhưng chưa ñồng bộ còn thủ công. Do ñó ñể ñiều khiển nhiệt ñộ của lò nung (là khâu quan trọng nhất trong sản xuất gạch) còn hạn chế nên sản phẩm làm ra chưa ñạt ñược chất lượng cao như mong muốn. Bên cạnh ñó vấn ñề tiết kiệm ñiện năng trong quá trình sử dụng công nghệ cũng là vấn ñề cần quan tâm khi nước ta hiện nay ñang thiếu ñiện và các nhà máy xí nghiệp cần áp dụng ñúng thiết bị, công nghệ vào quá trình ñiều khiển ñể giảm lượng tiêu thụ ñiện và giảm ñược chi phí khi sử dụng ñiện. Hiểu ñược tầm quan trọng của việc ñiều chỉnh lưu lượng gió, ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel, cụ thể là Xí nghiệp gạch Tuynel Lai Nghi nên tôi chọn ñề tài “ Ứng dụng Logic mờ ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel” ñể làm ñề tài nghiên cứu. 2. Mục ñích nghiên cứu Lò nung là khâu quan trọng ñể quyết ñịnh chất lượng sản phẩm nhưng ñó là vùng khó kiểm soát ñược nhiệt ñộ nung nên sản phẩm làm ra chất lượng chưa cao. Hiện tại ñiều khiển nhiệt ñộ dựa trên cơ sở người vận hành so sánh nhiệt ñộ thực tế và nhiệt ñộ ñặt ñể ñiều chỉnh van chắn thay ñổi lưu lượng gió ñể thay ñổi nhiệt ñộ, 2 giảm kích thước puli truyền ñộng/ñộng cơ nhưng lượng tiêu thụ ñiện giảm vẫn không ñáng kể. Với phương pháp ñiều khiển này vừa mang tính thủ công và chất lượng hệ thống không ổn ñịnh phụ thuộc vào yếu tố con người. Vậy ñiều khiển nhiệt ñộ tự ñộng và tiết kiệm ñiện là theo yêu cầu ñặt ra là rất cấp thiết cần ñược quan tâm nghiên cứu. Để ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung với các phương pháp ñiều khiển kinh ñiển thì phải biết chính xác các thông số và kiểu của ñối tượng cần ñiều khiển. Để khắc phục nhược ñiểm trên thì ñiều khiển mờ là một giải pháp, logic mờ ñóng vai trò quan trọng trong các hệ thống ñiều khiển hiện ñại, vì nó ñáp ứng tốt các chỉ tiêu kỹ thuật, tính bền vững và ổn ñịnh cao, dễ thay ñổi và lập trình. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là lò nung (vùng nung). Phạm vi nghiên cứu là ứng dụng logic khiển mờ ñể ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel. 4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp mô hình hóa hệ thống, luận văn sử dụng phần mềm Matlap & Simulink, xây dựng mô hình hóa và mô phỏng hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung, ñây là công cụ ñắc lực trợ giúp trong việc nghiên cứu. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài Ý nghĩa khoa học của ñề tài là nâng cấp và hoàn thiện phương pháp ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung theo tốc ñộ ñộng cơ (lưu lượng gió). 3 Trên cơ sở nghiên cứu khả năng triển khai ứng dụng lý thuyết ñiều khiển vào thực tế cho hệ ñiều khiển lò nung (vùng nung) Tuynel Lai Nghi. 6. Cấu trúc của luận văn Luận văn ñược chia làm 4 chương: Chương 1: Tổng quan về xí nghiệp gạch Tuynel Lai Nghi Chương 2: Phương pháp ñiều chỉnh nhiệt ñộ lò nung Tuynel Chương 3: Tổng hợp bộ ñiều chỉnh tốc ñộ và ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel Chương 4: Ứng dụng logic mờ ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÍ NGHIỆP GẠCH TUYNEL LAI NGHI 1.1. Tổng quan về Xí Nghiệp gạch Tuynel 1.1.1. Giới thiệu 1.1.2. Nguyên liệu ñể sản xuất gạch 1.1.2.1. Khái niệm 1.1.2.2. Quá trình hình thành ñất sét 1.1.2.3. Thành phần và tính chất hóa học của nhiên liệu 1.2. Sơ ñồ công nghệ lò nung Tuynel Hình 1.1. Sơ ñồ công nghệ lò nung Tuynel Lai Nghi 1.2.1. Nguyên lý hoạt ñộng lò sấy 1.2.2. Nguyên lý hoạt ñộng lò nung 1.2.3. Các thông 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 5 1.2.5.1. Khí thải 1.2.5.2. Gạch 1.2.6. Các yếu tố nhiễu loạn 1.2.6.1. Chất lượng của bột liệu 1.2.6.2. Chất lượng nhiên liệu ñầu vào 1.3. Các cân bằng xảy ra trong lò nung 1.3.1. Cân bằng giữa lượng nhiên liệu cấp và lượng gió 1.3.2. Cân bằng giữa nhiên liệu vào với nhiệt tỏa ra và nhiệt thu 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 1.4.1. Sự phân bổ nhiệt nung của lò nung 1.4.2. Lượng than nung gạch, nhiệt ñộ và thời gian mổi lần 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 ñồ khối hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung 1.5.1. Sơ ñồ cấu tạo ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung 1.5.2. Nguyên lý làm việc 1.6. Kết luận chương 1 Chương một ñã khái quát chung về Xí nghiệp gạch Tuynel Lai Nghi, quy trình công nghệ sản xuất gạch. Trong ñó lò nung là nơi ñể nung gạch và trong quá trình nung không làm mất ñi tính chất hóa học cũng như tính chất cơ lý vốn có của gạch. Do vậy việc giữ nhiệt 6 ñộ lò nung (vùng nung) ổn ñịnh là vấn ñề mà luận văn quan tâm nghiên cứu và giải quyết. Theo sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung như trên sử dụng van ñiều khiển lưu lượng và áp suất thông qua tốc ñộ quạt của ñộng cơ KĐBBP 11 kW. Ưu ñiểm của mô hình này là kinh phí lắp ñặt hế thống rẽ nhưng nhược ñiểm là tổn thất ñiện nhiều do ñộng cơ chạy liên tục với tốc ñộ không ñổi và nhiệt ñộ ít ổn ñịnh do ñiều chỉnh lưu lượng gió bằng thủ công (ñiều chỉnh van). CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG TUYNEL 2.1. Sơ ñồ cấu tạo ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Hình 2.1. Sơ ñồ ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung 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 7 Hình 2.2. So sánh hệ thống truyền ñộng quạt gió - Khi áp dụng công nghệ biến tần vào hệ thống này thì khi thay ñổi lưu lượng gió ñộng cơ thay ñổi tốc ñộ lượng ñiện năng thay ñổi theo tỉ lệ bậc ba của tần số (Nếu thay ñổi 20% tốc ñộ thì ñiện năng tiêu thụ giảm 30 - 40 % lượng ñiện năng). Hình 2.3. So sánh hệ thống quạt gió khi sử dụng van và không van 2.2.2. So sánh, phân tích về tính thông minh và tiết kiệm ñiện năng hai hệ truyền ñộng quạt gió 2.2.3. Biểu ñồ thay ñổi năng lượng tiêu thụ của hai hệ thống theo lưu lượng gió 8 Hình 2.4. Biểu ñồ thay ñổi năng lượng tiêu thụ công suất của 2 hệ thống 2.2.4. Phân tích về ưu nhược ñiểm của hai hệ thống truyền ñộng cũ và mới 2.2.5. Quạt ly tâm lò nung 2.2.5.1. Các ñặc tính của hệ thống và ñồ thị quạt 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 ñộ, áp suất, lưu lượng, công suất và nhiệt ñộ của lò nung 2.3.1. Công thức ñịnh luật của quạt 2 1 2 1 N N Q Q = (2.1) 2 2 1 2 1       = N N P P (2.2) 9 3 2 1 2 1       = N N A A (2.3) Trong ñó: 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 lò nung 2.4.1. Sơ ñồ khối hệ thống ño lường 2.4.2. Cấu tạo cảm biến cặp nhiệt ñiện (Thermocouples) 2.4.3. Nguyên lý hoạt ñộng 2.5. Kết luận chương 2 Chương 2 luận văn trình bày phương pháp ñiều chỉnh nhiệt ñộ thông 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 lò nung (vùng nung). So sánh ưu nhược ñiểm khi dùng biến tần thay thế cho van, về ñiện thì tiết kiệm ñược ñiện năng hơn, ít tốn kinh phí khi sử dụng ñiện và ñồng thời ổn ñịnh nhiệt ñộ lò một cách tự ñộng hóa. CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG TUYNEL 3.1. Mô tả toán học ñộng cơ xoay chiều ba pha (ĐCXCBP) dưới dạng vector không gian 10 3.1.1. Vector không gian và hệ tọa ñộ từ thông 3.1.2. Hệ phương trình cơ bản của ñộng cơ 3.1.3. Mô hình trạng thái của ñộng cơ trên hệ toạ ñộ từ thông rotor (tọa ñộ dq) 3.2. Sơ ñồ cấu trúc sử dụng ĐCKĐBBP ñiều khiển vector 3.2.1. Sơ ñồ cấu trúc kênh ñiều chỉnh từ thông Ta viết lại các phương trình biểu diễn dòng ñiện tác ñộng lên kênh ñiều khiển từ thông dưới dạng sau:        −= +−+−= rd r sd r mrd sd rd r m sqessds sd e T i T L dt d u dt d L LiLiR dt diL ψψ ψ ω 1 (3.17) Trong ñó: r mrs e L LLLL 2 − = là ñiện cảm tương ñương của ñộng cơ. 3.2.2. Cấu trúc ñộng học ñối tượng Xét phương trình: sqrd r m sdessqs sq e uL L iLiR dt di L ++−−= )( ψω (3.19) Với ñại lượng ñiều khiển vào là usq, ñại lượng ñầu ra là isd ta có cấu trúc của kênh ñiều chỉnh mô men là khâu quán tính có hàm số truyền là: es e LRs LW / /1 + = (3.20) 11 Hình 3.6. Sơ ñồ 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. Hình 3.7. Sơ ñồ cấu trúc ñiều khiển nhiệt ñộ sử dụng ĐCKĐBBP ñiều khiển vector 3.2.3. Thông số và tính toán ñộng cơ KĐBBP ñiều khiển vector * Động cơ không ñồng bộ AД 11A - 100L4Y3 như sau: - Công suất ñịnh mức của ñộng cơ: Pñm = 11 kW; - Hệ số công suất: Cosφñm = 0,83 - Dòng ñiện ñịnh mức: Iñm = 20A ; - Tần số: f = 50 Hz ; - Điện áp nguồn ñịnh mức: Uñm = 380V ; - Mô men quán tính ñộng cơ: Jdc = 0,285 kGm2 ; - Tốc ñộ ñịnh mức nñm = 1440 V/p ; - Số ñôi cực: Zp = 2 12 - 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 = 0,593Ω - Điện trở rotor: Rr = 0,455Ω * Tính toán các thông số ñộng cơ: - Điện cảm stato: Ls = Lσs+ Lm = 0.4078 H; - Điện cảm roto: Lr = Lσr + Lm = 0.4090 H ; - Tốc ñộ ñịnh mức: 8,150 60 .2 == ñm ñm npi ω rad/s - Mô men ñịnh mức: 98,72 72,150 11000 === ñm ñm ñm PM ω N.m 6619,118,01.20.2cos1.2 . =−=−= ñmñmñmsd II ϕ A 7682,256619,1120.2.2 222 . 2 . =−=−= ñmsdñmñmsq III A - Điện cảm tương ñương của ñộng cơ: 0.01953 4090,0 03985,0409,0.4078,0 22 = − = − = r mrs e L LLLL H - Hằng số thời gian stato: 687,0== s s s R LT s - Hằng số thời gian roto: 898,0== r r r R LT - Tính 445,136,4. 455,0 3985,0 .2. 2 3 2 3 === rd r m pM L LZk ψ 13 - Mô men quán tính quy ñổi về phía trục ñộng cơ: 285,0004,0281,0 =+=+= atqdñc JJJ 3.2.4. Biến tần ñiều chế vector không gian 3.3. Xây dựng hàm truyền lò nung Tuynel 3.3.1. Vùng sấy và vùng làm nguội 3.3.2. Điều khiển nhiệt ñộ cho vùng nung chính Đối tượng lò nung chính ñược sử dụng tại nhà máy gạch Tuynel Lai Nghi là ñối tượng mà hàm truyền có dạng : se sT K sW τ− + = )1()( ln ln ln Trong ñó: Kln: Hệ số khuếch ñại lò nung; Tln: Thời gian quán tính của lò; τ : Thời gian trễ ; 3.4. Tổng hợp bộ ñiều khiển mạch vòng ñiều chỉnh nhiệt ñộ và tốc ñộ ñộng cơ 3.4.1. Tổng hợp bộ ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ Hình 3.16. Sơ ñồ cấu trúc hệ sử dụng Biến tần – ĐCKĐBBP - Hàm truyền ñộng cơ: 36,30 2,51 / /1)( + = + sLRs L sW es e dc => 1.0329,0 686,1 1. 36,30 1 36,30 2,51 1 )( + = + = + = SSsT K sW dc dc dc 14 - Hàm truyền ñạt bộ chỉnh lưu biến tần có dạng 1.0017.0 38 1 )( + = + = ssT K sW cl cl cl - Vậy ta có hàm truyền tổng hợp chỉnh lưu biến tần và ñộng cơ: ( )( )11 . . ++ == sTsT KKWWW cldc cldc cldcM Trong ñó: K = Kñ.Kcl = 64,084; 0347,0. =+=∑ ñcl TTsT Do ñó: 1.0347.0 0843,64 + = s WM - Vậy ñối tượng ñiều khiển là khâu quán tính bậc 2: ( )( )11.)( ++= sTsTsT KS cldc s Với: K = Kdc . Klc .KM T = 0,258 ; Tdc = 0,033 ; Tcl = 0,0017 Vì Tdc và Tcl rất nhỏ so với T, dùng phương pháp tổng các hằng số nhỏ ñể chuyển mô hình về dạng xấp xỉ: ( )1.)( += ΣsTsT KS s 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 ñộ PI có hàm truyền như sau:       += SIT KpsR . 11)(ω 15 + Chọn a =4: TI = a.TΣ = 4.0,0347 = 0,1388 004767.0 4.0347,0.384,861 285,0 . === Σ aTK TKp 0343.0 1388,0 004767,0 === I I T KpK - Hàm truyền ñạt của hệ thống kín mạch vòng tốc ñộ Hình 3.17. Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển tín hiệu )1..(..).1.(. )1..(. 11.)1(.1 11.)1(.)( .. .. +++ + =       + + +       + + = Σ Σ Σ sTKpKsTsTsT sTKpK sT Kp sTsT K sT Kp sTsT K sW II I I I ω => )1..(.).1.(. )1..()( +++ + = Σ sTKsTsTsT sTK sW IsI Is ω 3.4.2. Tổng hợp bộ ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel Ta có cấu trúc ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel Hình 3.18. Sơ ñồ tổng hợp mạch vòng nhiệt ñộ Wω(s) Wln(s) t RT(s) Ut CBN R(s) S(s) ω e u y 16 - Hàm truyền mạch vòng tốc ñộ )1..(.).1.(. )1..()( +++ + = Σ sTKsTsTsT sTK sW IsI Is ω - Hàm truyền nhiệt ñộ lò nung là khâu quán tính bậc 1 se sT K sW τ− + = )1()( ln ln ln Do ñó ta có: s IsI Is NDL e sT K sTKsTsTsT sTK sW τ− Σ ++++ + = )1(.)1..(.).1.(. )1..()( ln ln Với: TΣ1 = TΣ + TI => )1)(1.(. .)( ln1 ln ++ = Σ sTsTsT KK sW sNDL - Theo nguyên lý tối ưu ñối xứng, chọn bộ ñiều khiển nhiệt ñộ PID có hàm truyền sau: sT sTsTKp sR I BA T . )1.)(1.()( ++= Trong ñó: K = 6,225; T = 0,285 ; T1 = Tln = 90 ; TΣ1 =0,1041 + Chọn a =2 : TI = T + T1 = 0,285 + 90 = 90,285 284,0 285,90 90.285,0. 1 === I D T TTT 31,0 2.1041,0.225,6 285,0 .. ~ 1 === Σ aTK TpK 31098,0 90 285,90.31,0.~ 1 === T TpKKp I 17 00344,0 285,90 31098,0 === I I T KpK 0883,0284,0.31098,0. === Dd TKpK 3.5. Tổng hợp mô hình ñộng học mô phỏng ñiều khiển nhiệt ñộ dùng bộ PID 3.5.1. Mô hình mô phỏng Hình 3.19. Sơ ñồ mô hình mô phỏng nhiệt ñộ lò nung dùng bộ ñiều khiển PID 3.5.2. Kết quả mô phỏng khi dùng PID a) Kết quả mô phỏng nhiệt ñộ ñặt 8620C khi K =1,59 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 600 650 700 750 800 850 900 Thoi gian (s) N h i e t d o C nhiet do dat nhiet do thuc 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 50 100 150 200 250 300 Thoi gian (s) S a i l e c h n h i e t d o C Hình 3.20. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ Hình 3.21. Sai lệch nhiệt ñộ 18 b) Kết quả mô phỏng nhiệt ñộ ñặt 9000C khi K =1,83 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 600 650 700 750 800 850 900 Thoi gian (s) N h i e t d o C nhiet do dat nhiet do thuc 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 50 100 150 200 250 300 Thoi gian (s) S a i l e c h n h i e t d o C Hình 3.22. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ Hình 3.23. Sai lệch nhiệt ñộ 3.5.3. Đánh giá kết quả mô phỏng Từ kết quả mô phỏng của mô hình ñộng học khi sử dụng bộ ñiều khiển PID ñể ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung (vùng nung), nhiệt ñộ thực tế bám sát nhiệt ñộ ñặt. Tuy nhiên thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ còn chậm nên chưa ñảm bảo ñược yêu cầu công nghệ lò nung Tuynel. 3.6. Kết luận chương 3 Chương 3 luận văn ñã trình bày cơ sở lý thuyết ñể xây dựng các bộ ñiều khiển tốc ñộ cho ñộng cơ bằng phương pháp kinh ñiển. Trên cơ sở ñó, ta ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung (vùng nung) theo tốc ñộ ñộng cơ dùng bộ PID. Kết quả mô phỏng có những hạn chế là thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ lò nung còn chậm. Để khắc phục vấn ñề này thì ñiều khiển mờ là một giải pháp cần nghiên cứu trong chương 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG TUYNEL 4.1. Giới thiệu về lý thuyết ñiều khiển mờ 4.1.1. Định nghĩa tập mờ 4.1.2. Một vài dạng hàm liên thuộc thường ñược sử dụng 19 4.2 . Xây dựng mô hình mờ cho ñối tượng 4.2.1. Mô hình mờ Mamdani 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. Mô hình mờ Sugeno 4.2.3. So sánh hai loại mô hình 4.3. Tổng hợp bộ ñiều khiển mờ 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 4.9. 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 ngôn ngữ vào/ra + Sai lệch E ñược 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 20 4.4.2.2. Giá trị tập mờ 4.4.2.3. Xác ñịnh hàm liên thuộc Hình 4.10. Đầu vào 1 sai lệch nhiệt ñộ E Hình 4.11. Đầu vào 2 tốc ñộ sai lệch nhiệt ñộ Dn 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 Hình 4.13. Luật ñiều khiển 4.4.4. Quy tắc hợp thành và giải mờ 4.4.5. Mô hình mô phỏng Hình 4.14. Mô hình mô phỏng nhiệt ñộ lò nung 4.4.6. Kết quả mô phỏng khi dùng bộ ñiều khiển mờ a) Kết quả mô phỏng nhiệt ñộ ñặt 8620C khi K =1,59 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 600 650 700 750 800 850 900 Thoi gian (s) N h i e t d o C nhiet do dat nhiet do thuc 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 50 100 150 200 250 300 Thoi gian (s) S a i l e c h n h i e t d o C Hình 4.15. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ Hình 4.16. Sai lệch nhiệt ñộ 22 b) Kết quả mô phỏng nhiệt ñộ ñặt 9000C khi K =1,83 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 600 650 700 750 800 850 900 950 Thoi gian (s) N h i e t d o C nhiet do dat nhiet do thuc 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -50 0 50 100 150 200 250 300 Thoi gian (s) S a i l e c h n h i e t d o C Hình 4.17. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ Hình 4.18. Sai lệch nhiệt ñộ 4.4.7. Nhận xét kết quả mô phỏng Khi sử dụng lý thuyết mờ mô phỏng quá trình biến ñổi nhiệt ñộ lò nung khi ñối tượng lò nung (vùng nung) có thông số thay ñổi có ñặc tính tốt. Thời gian quá ñộ từ 0 s ñến 350 s, thời gian xác lập từ 350 s ñến 1000 s, ñộ quá ñiều chỉnh khi xác lập nhỏ hơn 2% 4.5. Kết luận chương 4 Như vậy trên cơ sở công nghệ yêu cầu ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung, ta xây dựng ñược mô hình ñiều khiển. Xây dựng cấu trúc ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung (vùng nung) sử dụng lý thuyết logic mờ kết hợp phần mềm mô phỏng Matlap & Simulink. Với kết quả mô phỏng nhiệt ñộ lò bám tốt theo nhiệt ñộ ñặt khi thông số thay ñổi, thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ nhanh hơn bộ ñiều khiển PID. Vậy ta ñã giải quyết ñược nhược ñiểm khi dùng bộ ñiều khiển PID như ở chương 3. 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Những ñóng 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 ñiều khiển kinh ñiển còn nhiều khó khăn, do ñó ñòi 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 ñộ lò nung (vùng nung) tuynel. Trên cơ sở kết quả thu ñược sau khi mô phỏng, luận văn ñã ñóng góp ñược các vấn ñề sau: - Thiết kế bộ ñiều khiển PID cho bộ ñiều khiển nhiệt ñộ lò 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 ñối tượng không rõ. - Đã khắc phục ñược nhược ñi