Cải thiện chất lượng thiết bị điều khiển gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐỖ HUY KHÁNH

CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN

GIA NHIỆT BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH

ĐỊNH THAM SỐ PID

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Thái Nguyên – 2017

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐỖ HUY KHÁNH

CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN GIA

NHIỆT BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH

THAM SỐ PID

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã ngành: 62520216

KHOA CHUYÊN MÔN

TS. Đỗ Trung Hải

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Đỗ Trung Hải

PHÒNG ĐÀO TẠO

TS. Đặng Danh Hoằng

Thái Nguyên - 2017

- i -

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: ĐỖ HUY KHÁNH

Sinh ngày: 18 tháng 11 năm 1983

Học viên lớp cao học khoá 18 – Kỹ thuật điều khiển và Tự động hoá,

Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại: Nhà máy Z115-Tổng cục Công nghiệp Quốc Phòng

Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định

hƣớng của giáo viên hƣớng dẫn, không sao chép của ngƣời khác.

Các phần trích lục các tài liệu tham khảo chính đã đƣợc chỉ ra trong

luận văn.

Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Tác giả luận văn

ĐỖ HUY KHÁNH

- ii -

LỜI CẢM ƠN

Đề tài Luận văn thạc s đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Kỹ thuật

Công nghiệp Thái Nguyên. Có đƣợc bản luận văn tốt nghiệp này, tôi xin bày

tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công

nghiệp, Khoa Điện, Phòng Đào tạo và thầy giáo hƣớng dẫn TS. Đỗ Trung Hải

giúp đỡ tôi trong quá trình triển khai, nghiên cứu và hoàn thành đề tài “Cải

thiện chất lƣợng điều khiển thiết bị gia nhiệt bằng bộ điều khiển mờ chỉnh

định tham số PID”.

Xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các nhà khoa học đã trực

tiếp giảng dạy truyền đạt những kiến thức khoa học chuyên ngành Kỹ thuật

điều khiển và Tự động hóa cho bản thân tôi trong qúa trình học tập.

Tuy nhiên, do có sự hạn chế về kiến thức nên Luận văn không tránh

khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các

thầy giáo, cô giáo và các nhà khoa học để tôi tiến bộ hơn.

Trân trọng cảm ơn./.

Học viên

ĐỖ HUY KHÁNH

- iii -

MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................. iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................v

DANH MỤC HÌNH VẼ.............................................................................................vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU .................................................................................... viii

MỞ ĐẦU....................................................................................................................ix

1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................ix

2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ix

3. Dự kiến các kết quả đạt đƣợc...............................................................................ix

4. Phƣơng pháp nghiên cứu .....................................................................................ix

5. Cấu trúc của luận văn...........................................................................................ix

CHƢƠNG 1 ................................................................................................................1

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO ĐỐI TƢỢNG GIA NHIỆT .................1

1.1 Tổng quan về thiết bị gia nhiệt ...........................................................................1

1.1.1 Khái niệm.......................................................................................................1

1.1.2 Các phƣơng pháp gia nhiệt ............................................................................2

1.1.3 Một số loại cảm biến nhiệt độ........................................................................9

1.2 Ý ngh a của việc xây dựng mô hình toán học [2].............................................11

1.3 Xây dựng mô hình toán học bằng phƣơng pháp thực nghiệm..........................13

1.3.1 Khái niệm xây dựng mô hình toán học bằng thực nghiệm [2]....................13

1.3.2 Dữ liệu để xây dựng mô hình toán học bằng thực nghiệm..........................13

1.3.3 Một số phƣơng pháp xây dựng mô hình toán bằng thực nghiệm [2] ..........16

1.3.4 Sử dụng System Identification Toolbox trong Matlab ................................17

1.4. Kết luận chƣơng 1............................................................................................23

CHƢƠNG 2 ..............................................................................................................24

TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỐI TƢỢNG GIA NHIỆT..........................24

2.1 Tổng quan về bộ điều khiển PID ......................................................................25

2.2 Phƣơng pháp thực nghiệm dựa trên hàm h(t) ...................................................26

2.2.1 Phƣơng pháp hằng số thời gian tổng nhỏ nhất của Kuhn............................26

2.2.2 Phƣơng pháp Ziegler- Nichols 1..................................................................29

2.3 Thiết kế điều khiển ở miền tần số.....................................................................30

2.3.1 Nguyên tắc thiết kế ......................................................................................30

2.3.2 Phƣơng pháp modul tối ƣu .........................................................................31

Chƣơng 3...................................................................................................................36

- iv -

CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ

CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID.................................................................................36

3.1. Tổng quan hệ logic mờ và điều khiển mờ [4, 5]..............................................36

3.1.1 Khái quát về lý thuyết điều khiển mờ..........................................................36

3.1.2 Các phép toán trên tập mờ ...........................................................................38

3.1.3 Biến mờ, hàm biến mờ, biến ngôn ngữ .......................................................39

3.1.4 Suy luận mờ và luật hợp thành ....................................................................40

3.1.5 Bộ điều khiển mờ.........................................................................................42

3.2. Bộ điều khiển mờ.............................................................................................44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................51

Kết luận ...................................................................................................................51

Kiến nghị.................................................................................................................51