Điều khiển và ổn định mức nước ứng dụng bộ điều chỉnh PID và Logic mờ

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

MẪN THỊ HOA

ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC ỨNG DỤNG BỘ

ĐIỀU CHỈNH PID VÀ LOGIC MỜ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

THÁI NGUYÊN – 2020

ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG

MẪN THỊ HOA

ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC ỨNG DỤNG BỘ

ĐIỀU CHỈNH PID VÀ LOGIC MỜ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 8520216

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Người hướng dẫn khoa học:

TS. DƯƠNG CHÍNH CƯƠNG

THÁI NGUYÊN – 2020

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Mẫn Thị Hoa

Sinh ngày 03 tháng 04 năm 1987

Học viên lớp cao học khoá 17- Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá -

Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại Khoa Điện tử, Tin học Trường Cao đẳng Cơ điện

và Xây dựng Bắc Ninh.

Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Điều khiển và ổn định mức nước ứng

dụng bộ điều chỉnh PID và logic mờ” do thầy giáo TS. Dương Chính Cương

hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo

đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn

toàn trung thực và chưa từng ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nếu

sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Thái Nguyên, ngày 18 tháng 11 năm 2020

Tác giả luận văn

Mẫn Thị Hoa

LỜI CẢM ƠN

iv

Sau một thời gian nghiên cứu, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn

tận tình của thầy giáo TS. Dương Chính Cương, luận văn với đề tài “Điều khiển

ổn định mức nước ứng dụng bộ điều chỉnh PID và logic mờ” đã hoàn thành.

Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến:

Thầy giáo hướng dẫn TS. Dương Chính Cương đã tận tình chỉ dẫn, giúp

đỡ tác giả hoàn thành luận văn này.

Phòng quản lý đào tạo sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Công nghệ

Tự động hoá Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học

Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như trong quá

trình nghiên cứu đề tài.

Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm, động

viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn.

Thái Nguyên, ngày 18 tháng 11 năm 2020

Tác giả luận văn

Mẫn Thị Hoa

iii

MỤC LỤC

Lời cam đoan.........…………………………………….………………………i

Lời cảm ơn….………………………………………………………………...ii

Mục lục....................................................................................................... iii

Danh mục các thuật ngữ, ký hiệu viết tắt.....................................................v

Danh mục bảng biểu.................................................................................. vii

Danh mục hình ảnh .................................................................................. viii

MỞ ĐẦU .....................................................................................................1

NỘI DUNG..................................................................................................5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH

MỨC NƯỚC...............................................................................................5

1.1.Tổng quan hệ thống ổn định mức nước ................................................5

1.1.1.Sự cần thiết ổn định mức nước ...........................................................5

1.1.2.Ứng dụng của hệ thống ổn định mức nước ........................................5

1.2.Điều khiển ổn định mức nước và sự cần thiết phải ứng dụng tự động

hóa....... .......................................................................................................12

1.3. Các phương thức điều khiển ...............................................................13

1.4. Đặt bài toán điều khiển mức nước .....................................................15

1.5. Kết luận chương 1 ...............................................................................17

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ......................................18

2.1. Phương pháp điều khiển PID ..............................................................18

2.2. Phương pháp điều khiển sử dụng logic mờ.........................................20

2.2.1. Lịch sử phát triển logic mờ ..............................................................20

2.2.2. Cơ sở lý thuyết mờ...........................................................................21

2.2.3. Mô hình mờ TSK .............................................................................35

2.2.4. Bộ điều khiển mờ cơ bản .................................................................36

2.3. Kết luận chương 2 ...............................................................................38

iv

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC ỨNG DỤNG BỘ

ĐIỀU CHỈNH PID VÀ LOGIC MỜ ......................................................38

3.1. Mô hình của bồn chứa.........................................................................38

3.2. Khảo sát đối tượng bồn chứa ..............................................................42

3.3. Phương án sử dụng bộ điều khiển PID ...............................................45

3.4. Phương án sử dụng bộ điều khiển mờ.................................................50

3.5. Kết luận chương 3....................................................................................58

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI...........................59

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................60

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

*Các toán tử

Min phép lấy min

Max phép lấy max

Sum phép lấy tổng

PROD phép nhân

*Các ký hiệu

A,B,C tập mờ A, B, C

A

C

tập bù của tập mờ A

B '

miền mờ đầu ra

 A  x

hàm liên thuộc

 B'  y

hàm liên thuộc tập mờ đầu ra

Ri luật hợp thành

Aik(xk) độ phụ thuộc của xkvào tập mờ Aik

KP , KI , KD các hệ số của bộ điều khiển PID

Qi

Lưu lượng nước chảy vào bình (

3 m s/

);

Qimax

Lưu lượng nước chảy vào bình lớn nhất (

3 m s/

);

Qo

Lưu lượng nước chảy ra khỏi bình (

3 m s/

);

H

Mực nước trong bình (

m

);

Hmax

Mực nước cao nhất trong bình (

m

);

A

Tiết diện bình (

2

m

);

a

Tiết diện đường ống dẫn nước ra khỏi bình (

2

m

);

V

Thể tích nước trong bình (

3 m

);

g

Gia tốc trọng trường (9.8

2

m s/

);

p

Vị trí góc mở của van lưu lượng, thay đổi từ 0 tới 1.