Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Giám sát và điều khiển ổn định nhiệt độ dùng card NI 6001 sử dụng phương pháp PID :Khóa luận tốt nghiệp Đại học Khoa Công nghệ Điện
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ
DÙNG CARD NI 6001 SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP PID
MÃ HÒA THÁI
NGUYỄN VĂN TOÀN
TP.HCM, NĂM 2019
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ
DÙNG CARD NI 6001 SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP PID
SINH VIÊN: MÃ HÒA THÁI
MSSV : 15068191
SINH VIÊN: NGUYỄN VĂN TOÀN
MSSV : 15070211
LỚP: ĐHĐKTĐ11C
GVHD : NGUYỄN THỊ DIỆU AN
TP.HCM, NĂM 2019
i
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Họ tên nhóm sinh viên đƣợc giao đề tài
Mã Hòa Thái - 15068191
Nguyễn Văn Toàn - 15070211
2. Tên đề tài
Giám sát và điều khiển ổn định nhiệt độ dùng card NI 6001 sử dụng phương
pháp PID
3. Nội dung
Giao tiếp PC với card NI 6001 bằng Labview. Áp dụng điều khiển ổn định
nhiệt độ dùng PID.
4. Kết quả
Giám sát và điều khiển được nhiệt độ dùng PID.
Giảng viên hướng dẫn Tp.hcm, ngày 20 tháng 3 năm 2019
Sinh viên
ii
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
iii
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1. DẪN NHẬP......................................................................................................................1
1.1 Giới thiệu...............................................................................................................1
1.1.1 Tổng quan đề tài....................................................................................................................1
1.1.2 Các phƣơng pháp đo nhiệt độ ..............................................................................................1
1.1.3 Ứng dụng................................................................................................................................4
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ MODULE USB 6001.......................................................................7
2.1 Giới thiệu về module USB 6001 ..........................................................................7
2.1.1 Tổng quan về NI 6001 ...........................................................................................................7
2.1.2 Phần cứng...............................................................................................................................9
CHƢƠNG 3. GIỚI THIỆU VỀ LABVIEW.......................................................................................23
3.1 Những khái niệm cơ bản của LabView............................................................23
3.1.1 VI (Vitual Instrument) Thiết bị ảo ....................................................................................23
3.1.2 Front Panel...........................................................................................................................23
3.1.3 Block Diagram.....................................................................................................................24
3.2 Lập trình trên LabView ....................................................................................25
3.2.1 Khởi tạo chƣơng trình ........................................................................................................25
3.2.2 Các công cụ lập trình ..........................................................................................................26
CHƢƠNG 4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................................................32
4.1 Giới thiệu chung về lò điện trở .........................................................................32
4.1.1 Nguyên lý làm việc của lò điện trở.....................................................................................32
4.1.2 Cấu tạo của lò điện trở........................................................................................................32
4.2 Các phƣơng pháp xây dựng mô hình toán học ...............................................34
4.3 Mô tả toán học của lò (hàm truyền của lò) ......................................................34
4.4 Lý thuyết điều khiển hệ thống ..........................................................................36
4.4.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển tự động...............................................................................36
4.4.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng hệ thống điều khiển.....................................................37
4.4.3 Bộ điều khiển PID ...............................................................................................................39
4.4.4 Bộ điều khiển Fuzzy ............................................................................................................48
CHƢƠNG 5. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN.....................................................................................54
5.1 Sơ đồ đấu nối ......................................................................................................54
5.2 Phần cứng ...........................................................................................................54
5.2.1 Mạch cầu H..........................................................................................................................55
5.2.2 Dây mayso............................................................................................................................55
5.2.3 Cảm biến LM35...................................................................................................................56
5.2.4 Động cơ RF-300FA..............................................................................................................57
iv
5.3 Lƣu đồ giải thuật................................................................................................58
5.4 Thiết kế bộ điều khiển PID................................................................................60
5.5 Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy ............................................................................69
5.6 Chƣơng trình hoàn chỉnh ..................................................................................73
CHƢƠNG 6. KẾT QUẢ THỰC HIỆN ..............................................................................................75
6.1 Kết quả ................................................................................................................75
6.1.1 Kết quả điều khiển PID và đáp ứng thực tế của lò...........................................................75
6.1.2 Kết quả điều khiển Fuzzy và đáp ứng thực tế của lò .......................................................76
CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN ...................................................................................................................79
7.1 Kết quả đạt đƣợc................................................................................................79
7.2 Ƣu nhƣợc điểm của đề tài..................................................................................79
7.3 Hƣớng phát triển đề tài .....................................................................................79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................................80
v
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Sơ đồ mạch cầu mạch (3 dây) nhiệt kế nhệt điện trở ......................................2
Hình 1. 2 Một số cảm biến PT100 trong công nghiệp ....................................................3
Hình 1. 3 Cảm biến nhiệt độ LM35.................................................................................4
Hình 1. 4 Lò nhiệt chế tạo ...............................................................................................5
Hình 1. 5 Lò vi sóng ........................................................................................................5
Hình 1. 6 Máy ấp trứng ...................................................................................................6
Hình 2. 1 Module USB NI-6001 .....................................................................................8
Hình 2. 2 Thành phần phần cứng Module USB NI 6001................................................9
Hình 2. 3 Sơ đồ khối......................................................................................................12
Hình 2. 4 Các chấn vào ra của Module USB NI 6001 ..................................................13
Hình 2. 5 Mạch tín hiệu Analog Input...........................................................................15
Hình 2. 6 Kết nối với DAQ Device ...............................................................................16
Hình 2. 7 Một ví dụ về đo tín hiệu ± 10V .....................................................................16
Hình 2. 8 Phạm vi tín hiệu vào tương tự .......................................................................17
Hình 2. 9 Kết quả cắt bớt sau khi đo vượt quá ± 10V...................................................17
Hình 2. 10 Mạch tín hiệu Analog Output......................................................................18
Hình 2. 11 Đầu ra tương tự kết nối với tải ....................................................................19
Hình 2. 12 Một ví dụ kết nối với tải ..............................................................................20
Hình 2. 13 Nguồn +5V ..................................................................................................21
Hình 2. 14 Sơ đồ kết nối với tải.....................................................................................21
Hình 3. 2 Front Panel.....................................................................................................24
Hình 3. 3 Block Diagram...............................................................................................25
Hình 3. 4 Bảng công cụ .................................................................................................26
Hình 3. 5 Bảng điều khiển.............................................................................................27
Hình 3. 6 Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị số.............................................................28
Hình 3. 7 Các điều khiển và dụng cụ chỉ thị kiểu logic ................................................29
Hình 4. 1 Mô hình lò nhiệt trở.......................................................................................34
vi
Hình 4. 2 Đặc tính của lò điện trở .................................................................................35
Hình 4. 3 Đặc tính quá độ của lò ...................................................................................36
Hình 4. 4 Cấu trúc hệ thống điều khiển tự động ...........................................................36
Hình 4. 5 Sai số xác lập .................................................................................................37
Hình 4. 6 Độ vọt lố POT ...............................................................................................38
Hình 4. 7 Thời gian quá độ và thời gian lên..................................................................38
Hình 4. 8 Sơ Đồ bộ điều khiển PID...............................................................................39
Hình 4. 9 Đáp ứng khâu tỉ lệ Kp ...................................................................................41
Hình 4. 10 Đáp ứng khâu tỉ lệ Ki ..................................................................................42
Hình 4. 11 Đáp ứng khâu tỉ lệ Kd .................................................................................43
Hình 4. 12 Sơ đồ khối của hệ hở ...................................................................................45
Hình 4. 13 Đáp ứng của hệ hở.......................................................................................45
Hình 4. 14 Sơ Đồ khối của hệ kín .................................................................................46
Hình 4. 15 Đáp ứng của hệ kín......................................................................................47
Hình 4. 16 Các thuật ngữ trong logic mờ......................................................................48
Hình 4. 17 Các dạng hàm thuộc trong logic mờ............................................................49
Hình 4. 18 Hàm liên thuộc tam giác..............................................................................50
Hình 4. 19 Phương pháp giải mờ cực đại......................................................................51
Hình 4. 20 Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ.......................................................................52
Hình 5. 1 Sơ đồ đấu dây ................................................................................................54
Hình 5. 2 Mô hình phần cứng kết nối với PC................................................................54
Hình 5. 3 Mạch cầu H....................................................................................................55
Hình 5. 4 Dây Mayso.....................................................................................................56
Hình 5. 5 LM35 .............................................................................................................57
Hình 5. 6 Động cơ RF-300FA.......................................................................................57
Hình 5. 7 Lưu đồ giải thuật của bộ điều khiển Fuzzy ...................................................59
Hình 5. 8 Lưu đồ giải thuật của bộ điều khiển PID.......................................................60
Hình 5. 9 Thiết kế vòng lặp While Loop.......................................................................61
Hình 5. 10 Thêm DAQ Assitant vào cửa sổ Block Diagram ........................................61
Hình 5. 11 Cấu thình thông số Card NI 6001................................................................62
vii
Hình 5. 12 Cấu hình thông số Card NI 6001.................................................................63
Hình 5. 13 Thêm khối đồ họa temperature vào Front Panel .........................................64
Hình 5. 14 Chuyển đổi tín hiệu sang độ C ....................................................................64
Hình 5. 15 Khối chia lấy trung bình..............................................................................64
Hình 5. 16 Cài đặt cho khối Statistics ...........................................................................65
Hình 5. 17 Khối lấy số mẫu...........................................................................................66
Hình 5. 18 Nhận tín hiệu từ cảm biến và đưa ra đồ thị .................................................66
Hình 5. 19 Thêm khối PID.vi ........................................................................................67
Hình 5. 20 Cài đặt thông số PID....................................................................................67
Hình 5. 21 Tạo các khổi cấp tín hiệu ngõ ra..................................................................68
Hình 5. 22 Kết nối ngõ ra tín hiệu cho quạt ..................................................................68
Hình 5. 23 Kết nối ngõ ra tín hiệu cho dây nung ..........................................................68
Hình 5. 24 Bộ điều khiển PID .......................................................................................69
Hình 5. 25 Đọc tín hiệu từ cảm biến đưa ra nhiệt độ ....................................................69
Hình 5. 26 Ngõ ra nhận tín hiệu cho dây nung..............................................................70
Hình 5. 27 Ngõ ra nhận tín hiệu cho quạt......................................................................70
Hình 5. 28 Hàm liên thuộc Error...................................................................................71
Hình 5. 29 Hàm liên thuộc Vout ...................................................................................71
Hình 5. 30 Luật hợp thành.............................................................................................72
Hình 5. 31 tạo khối fuzzy controller..............................................................................72
Hình 5. 32 file fuzzy tải lên từ máy tính........................................................................73
Hình 5. 33 kết nối các khối lại vào fuzzy controller .....................................................73
Hình 5. 34 Bộ điều khiển Fuzzy....................................................................................73
Hình 5. 35 Chương trình hoàn chỉnh.............................................................................74
Hình 5. 36 Giao diện Front Panel..................................................................................74
Hình 6. 1 Đáp ứng hệ thống PID tại 30 độ....................................................................75
Hình 6. 2 Đáp ứng hệ thống PID tại 33 độ....................................................................76
Hình 6. 3 Đáp ứng hệ thống PID tại 37 độ....................................................................76
Hình 6. 4 Đáp ứng hệ thống Fuzzy tại 30 độ.................................................................77
Hình 6. 5 Đáp ứng hệ thống Fuzzy tại 33 độ.................................................................77