Ứng dụng logic mờ điều khiển quá trình nhiệt lò sấy

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HỒ HỒNG CHÂU ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHIỆT LỊ SẤY Chuyên nghành: Tự Động Hĩa Mã số: 60.52.60 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2012 2 Cơng trình được hồn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Phan Văn Hiền Phản biện 1: PGS.TS. Bùi Quốc Khánh Phản biện 2: TS. Võ Như Tiến Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 9 tháng 6 năm 2012 Cĩ thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thơng tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng; - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hơn sáu thập kỹ qua, bộ điều khiển PID là bộ điều khiển thơng dụng trong các hệ thống điều khiển với nhiều báo cáo đưa ra các con số thống kê rằng hơn 90% bài tốn điều khiển quá trình cơng nghiệp được giải quyết với bộ điều khiển PID, trong số đĩ khoảng trên 90% thực hiện bằng luật PI, 5% thực hiện bằng luật P thuần túy, và 3% thực hiện luật PID đầy đủ, cịn lại là những dạng dẫn xuất khác. Tuy nhiên, trong thực tế nhiều giải pháp tổng hợp, thiết kế bộ điều khiển PID thường bị bế tắc khi gặp những bài tốn cĩ độ phức tạp cao, phi tuyến lớn, thường xuyên thay đổi trạng thái và cấu trúc của đối tượng…Với những khĩ khăn đĩ sẽ khơng cịn là vấn đề nan giải khi được thay thế bằng bộ điều khiển mờ. So với các giải pháp trong kỹ thuật điều khiển từ trước đến nay, để tổng hợp các hệ thống điều khiển thì phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển bằng logic mờ chỉ ra những ưu điểm rõ rệt sau: - Khối lượng cơng việc thiết kế được giảm đi nhiều do khơng cần sử dụng mơ hình đối tượng, với các bài tốn thiết kế cĩ độ phức tạp cao, giải pháp dùng bộ điều khiển mờ cho phép giảm khối lượng tính tốn và giá thành sản phẩm. - Bộ điều khiển mờ dễ hiểu hơn so vơi bộ điều khiển khác (cả kỹ thuật) và dễ dàng thay đổi. - Trong nhiều trường hợp bộ điều khiển mờ làm việc ổn định hơn và chất lượng điều khiển cao hơn. 4 - Bộ điều khiển mờ được xây dựng trên kinh nghiệm của các chuyên gia. - Cĩ thể kết hợp bộ điều khiển mờ với các bộ điều khiển khác. Lị sấy là một đối tượng tương đối phức tạp bao gồm: Quá trình cháy, trao đổi nhiệt - ẩm, tốc độ quạt, đối lưu, bức xạ v.v....là những quá trình cĩ quán tính lớn, thời gian chết, nhiễu, trễ đối tượng cao, các thơng số thu thập đơi khi khơng đầy đủ chính xác, đối tượng phi tuyến v.v…… Với những đặc điểm của đối tượng cần điều khiển, đặc tính nổi bật của bộ điều khiển mờ, tơi chọn đề tài “Ứng dụng logic mờ điều khiển quá trình nhiệt lị sấy” để nghiên, cứu khảo sát bộ điều khiển mờ, bước đầu khảo sát mơ phỏng bộ điểu khiển trên phần mềm Matlab & Simulink. Các thơng số nhiệt được khảo sát thực tế tại lị sấy xí nghiệp lâm sản Hồ Nhơn – Hịa Vang, Thành phố Đà Nẵng. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu, ứng dụng mơ hình tốn học của lị sấy [13] vào quá trình điều khiển. - Nghiên cứu logic mờ. - Khảo sát, thu thập thơng số nhiệt lị sấy tại Xí nghiệp chế biến Lâm sản Hịa Nhơn - Hịa Vang, Thành Phố Đà Nẵng. - Xây dựng mơ hình điều khiển nhiệt độ lị sấy trên phần mềm Matlab & Simulink. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5 - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu về kỹ thuật sấy và lị sấy, điều khiển quá trình, điều khiển nhiệt độ, điều khiển PID, điều khiển mờ, mơ phỏng bộ điều khiển trên phần mềm Matlab simulink. - Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu và ứng dụng mơ hình tốn học của lị sấy [13] vào quá trình điều khiển.
Xây dựng và mơ phỏng trên phần mềm Matlab & Simulink. 4. Phương pháp nghiên cứu Với các mục tiêu trên tơi chọn phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, để thực hiện đề tài theo các bước sau: - Nghiên cứu các mơ hình:
Nghiên cứu hệ tuyến tính
Nghiên cứu về hệ phi tuyến
Nghiên cứu về điều khiển mờ - Tìm hiểu về lị sấy cơng nghiệp
Đọc tài liệu liên quan về kỹ thuật sấy
Thu thập các dữ liệu điều khiển nhiệt độ thật tế tại lị sấy ở Xí nghiệp chế biến Lâm sản Hồ Nhơn – TP. Đà Nẵng.
Xây dựng mơ hình và mơ phỏng mơ hình trên phần mềm Matlab & Simulink. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài luận văn 6 Nhằm nâng cao chất lượng của vật liệu cần sấy thì quá trình điều khiển nhiệt độ lị sấy cĩ tính chất quyết định đến chất lượng và độ bền của sản phẩm. Nên đề tài “Ứng dụng logic mờ điều khiển quá trình nhiệt lị sấy” phát huy được ưu điểm của bộ điều khiển mờ, giải quyết những khĩ khăn mà bộ điều khiển kinh điển gặp phải và đưa ra các giải pháp điều khiển hợp lý, ổn định. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ đĩng gĩp thêm trong cách tiếp cận và điều khiển đối tượng phi tuyến, khảo sát một số giải pháp về điều khiển qua đĩ so sánh và đánh giá kết luận để lựa chọn bộ điều khiển thích hợp cho từng đối tượng cụ thể. 6. Bố cục luận văn Mở đầu Chương 1: Tổng quan về lị sấy Chương 2: Lý thuyết điều khiển mờ Chương 3: Ứng dụng logic mờ điều khiển quá trình nhiệt lị sấy Chương 4: Kết quả và bàn luận Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo 7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LỊ SẤY 1.1. Giới thiệu tổng quan Sấy là một trong những khâu quan trọng trong dây chuyền cơng nghệ, được sử dụng ở nhiều ngành chế biến nơng – lâm – hải sản là phương pháp bảo quản sản phẩm đơn giản, an tồn và dễ dàng. Sấy khơng đơn thuần là tách nước ra khỏi vật liệu ẩm mà là quá trình cơng nghệ phức tạp, địi hỏi vật liệu sau khi sấy phải đảm bảo chất lượng theo chỉ tiêu nào đĩ với mức chi phí năng lượng (điện năng, nhiệt năng) tối thiểu . Quá trình sấy là quá trình làm khơ các vật thể, các vật liệu, các sản phẩm bằng phương pháp làm bay hơi nước ra khỏi VLS. Do vậy, quá trình sấy khơ một vật thể diễn biến như sau: Vật thể được gia nhiệt để đưa nhiệt độ lên đến nhiệt độ bão hịa ứng với phân áp suất của hơi nước trên bề mặt vật thể, vật thể được cấp nhiệt để làm bay hơi ẩm. 1.2. Phân loại các thệ thống sấy (HTS) 1.2.1. Hệ thống sấy tự nhiên 1.2.2. Hệ thống sấy nhân tạo 1.2.3. Các dạng lị sấy 1.2.3.1. Lị sấy gia nhiệt bằng khĩi lị 1.2.3.2. Lị sấy gia nhiệt bằng hơi nước 1.2.3.3. Lị sấy gia nhiệt bằng nhiệt điện trở 1.3. Điều khiển quá trình 1.3.1. Quá trình và các biến quá trình 1.3.2. Đặc điểm của điều khiển quá trình 8 1.3.3. Các thành phần cơ bản của một hệ thống 1.4. Mơ hình hĩa đối tượng lị sấy 1.4.1. Phương trình trạng thái của hệ thống 1.4.2. Mơ hình tốn học của lị sấy KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Chương một đã trình bày tổng quan các định nghĩa trong hệ thống sấy. Các dạng lị sấy và cách thiết kế tính tốn chọn thiết bị sấy thích hợp. Định nghĩa về quá trình và điều khiển quá trình, đưa ra mơ hình tốn học của lị sấy, tính phi tuyến của mơ hình đối tượng. Đây là phần chính và quan trọng để ứng dụng bộ điều khiển mờ trong điều khiển đối tượng phi tuyến và thỏa mãn bài tốn điều khiển cần nghiên cứu trong luận văn này. Bên cạnh đĩ, bộ điều khiển mờ sẽ được trình bày một cách tổng quan cơ bản sẽ được trình bày trong chương tiếp theo. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ 2.1. Tổng quan về lý thuyết logic mờ [2] 2.1.1. Tập hợp kinh điển 2.1.2. Định nghĩa tập mờ 2.1.3. Các dạng hàm thuộc trong logic mờ 2.1.4. Độ cao, miền xác định và miền tin cậy của tập mờ 2.1.5. Các phép tốn trên tập mờ 9 2.1.5.1. Phép hợp hai tập mờ 2.1.5.2. Phép giao hai tập mờ 2.2. Biến ngơn ngữ và giá trị của nĩ 2.2.1. Biến ngơn ngữ 2.2.2. Luật hợp thành 2.2.2.1. Mệnh đề hợp thành 2.2.2.2. Mơ tả mệnh đề hợp thành 2.2.3. Luật hợp thành mờ 2.2.3.1. Thuật tốn thực hiện luật hợp thành đơn max – MIN, max – PROD cĩ cấu trúc SISO 2.2.3.2. Thuật xác định luật hợp thành cĩ cấu trúc MISO 2.3. Giải mờ (rõ hĩa) 2.3.1. Phương pháp cực đại 2.3.2. Phương pháp trọng tâm 2.4. Tổng hợp bộ điều khiển mờ 2.4.1. Cấu trúc của bộ điều khiển mờ 2.4.2. Nguyên lý của bộ điều khiển mờ 2.4.3. Những nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ 2.4.4. Các bước thực hiện khi xây dựng bộ điều khiển mờ KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Chương hai đã trình bày tổng quan nhất về lý thuyết điều khiển mờ. Sự ra đời và phát triển của bộ điều khiển mờ và những tính chất hồn hảo những 10 khả năng mới trong quá trình lựa chọn của bộ điều khiển mờ so với các bộ điều khiển kinh điển. Các bộ điều khiển mờ cho phép người thiết kể tận dụng kinh nghiệm của mình để xây dựng luật điều khiển một cách đúng đắng và tối ưu. Bên cạnh đĩ làm cho con việc thiết kế được giảm đi đáng kể và quá trình điều khiển cũng dễ dàng hơn nhiều. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHIỆT LỊ SẤY 3.1. Mơ hình tốn học lị sấy [13] Quay trở lại mơ hình tốn học của lị sấy ta cĩ:         ρ +− ρ +− ρ +− −∆+=+ p 2 p 1 p tn 0 Vc Q3ku Vc GkTT Vc UkTT V 4kkv tky1ky )())(())(()()()( (3.1) Thu thập các số liệu tại lị sấy ở xí nghiệp Lâm Sản Hịa Nhơn – Thành Phố Đà Nẵng ta cĩ các số liệu sau: - Chiều cao lị sấy :Hls = 4,1 (m) - Chiều rộng lị sấy : Rls = 4,1(m) - Chiều dài lị sấy : Lls = 6,1 (m) - Khối lượng riêng :ρ = 1,2 (g/l) - Thời gian lấy mẫu : t∆ = 0,5 (s) - Nhiệt dung riêng : Cp = 1,025 (J/g 0C) - Thể tích của lị sấy : V = Rls.Hls.Lls.1000 (l) 11 - Mật độ truyền nhiệt : Utn = 9000 (J/ 0C s) - Điện áp : Up = 220/380 (V) - Nhiệt lượng yêu cầu : Q = 50000 (kJ/h) - Hiệu suất của thiệt bị cấp nhiệt : ηk = 0,95 - Cơng suất của thiết bị đố nĩng : Wk6,14 95,0.3600 50000 .3600 QP k == η = - Nếu bố trí mỗi pha hai phần tử đốt nĩng (hai cuộn dây điện trở), cơng suất của mỗi phần tử: kW43,2 2.3 6,14Ppt == - Dịng điện qua mỗi phần tử đốt nĩng: A1,11 220 43,2 phaU ptP ptI === Giả sử chọn dây crơm-niken với nhiệt độ đốt nĩng 6000C, tra bảng (1.2) ta cĩ: đường kính dây điện trở d = 1,0 mm (tiết diện 0,7854 mm2). Chọn tốc độ giĩ 5 m/s, tính gần đúng hệ số truyền nhiệt : C.kJ/h.m799 0,1 50003,11α o2== - Chiều dài sợi dây điện trở: ( )[ ] 457,6540.799.0,1.14,3 1000.43,2.3600 70505,0600πdα .P3600 l ptpt ==+− = (m) - Chiều dài tồn bộ dây điện trở: L = 3.n.6,457 = 3.2.6,457 = 38,74 (m) - Tính bước lị so: h = (2 ÷4)d = 2 ÷4 < 8 mm, chọn h = 8 mm. - Tính đường kính trung bình của lị xo: Dtb = (5 ÷8)d = 5 ÷8 < 15 mm, chọn Dtb= 15 (mm) - Xác định số vịng dây trong một phần tử phát nhiệt (cuộn dât điện trở) 12 ( ) ( ) 13515.14,38 457,6.1000 πDh l1000 w 222 tb 2 pt = + = + = - Chiều dài của lị xo sợi đốt (phần tử phát nhiệt): LPT = 1000.h.w = 1,08 (m) - Hệ số quạt: k = 2000 (l/s) - Nhiệt trở suất của hợp kim Crom và Niken :r0 =1,1.10-6( m.Ω ) - Tiết diện dây: S = 2,0106.10-6 (m2) - Điện trở dây : Rd=(ro.Lpt)/S (Ω ) - Mật độ truyền nhiệt theo thời gian: U = 9000 (J/0C s) - Điện dẫn: G = 1/Rd ( 1−Ω ) - Từ biểu thức (3.1) biến đổi và rút gọn ta được mơ hình sau: ρVCp QT ρVCp U )3(k.u ρVCp G).y(k)4.v(k V k ∆t.)4v(kT V k ∆t.) ρVCp U1y(k).()1y(k 1 tn 2 0 tn ++ −+−−−+−=+ (3.2) - Ta đặt:T = t∆ ( thời gian lấy mẫu) - a = (1-Utn/(p.V.Cp)) - b = (T.k.T0)/V - c = (T.k)/V - d = G/(p.V.Cp) - e = (Utn.T1)/(p.V.Cp)+Q/(p.V.Cp) - Thay các thơng số vào ta cĩ phương trình rút gọn sau: 13 e)3(kd.u).y(k)4c.v(k)4b.v(ka.y(k))1y(k 2 +−+−−−+=+ (3.3) Phương trình (3.3) là một phương trình phi tuyến. Cho v là một hằng số mở van 550. Mơ hình lị sấy được mơ tả là một hàm phi tuyến thể hiện dưới hàm quan hệ : 3))u(kf(y(k),1)y(k −=+ (3.4) Thay các tham số a, b, c, d, e tình từ m.file ta cĩ mơ hình tốn học hồn chỉnh 3915,5)3(k2u510.3325,1y(k).v.0099,0 v.4955,0y(k).9286,0)1y(k +−−+− +=+ (3.5) Mơ hình hĩa hệ thống trên phần mềm matlab Simulink, ta cĩ mơ hình đối tượng sau: Hình 3.1: Mơ hình đối tượng của lị sấy 14 3.2. Điều khiển quá trình nhiệt lị sấy bằng bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển kinh điển được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển cơng nghiệp. Việc lựa chọn các thơng số KP, KI, KD tùy thuộc vào từng đối tượng. Nếu khâu tỉ lệ làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số hiện tại. Đáp ứng tỉ lệ cĩ thể được điều chỉnh bằng cách nhân sai số đĩ với một hằng số KP thì khâu tích phân KI tỉ lệ thuận với cả biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy ra sai số. Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) cho ta tích lũy bù đã được hiệu chỉnh trước đĩ. Khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) sẽ tăng tốc chuyển động của quá trình tới điểm đặt và khử số dư sai số ổn định với một tỉ lệ chỉ phụ thuộc vào bộ điều khiển v.v….. Để tổng hợp các thơng số điều khiển PID thường sử dụng các phương pháp sau: - Sử dụng mơ hình xấp xỉ bậc nhất cĩ trễ của đối tượng – Phương pháp thứ nhất của Ziegler – Nichols. - Xác định thơng số PID bằng thực nghiệm - Phương pháp Chien – Hrones – Reswich - Phương pháp tối ưu modul - Phương pháp tối ưu đối xứng. Trong bài luận văn này, với các phương pháp trên tơi chọn phương pháp thực nghiệm dùng bộ điều khiển PI. Với ưu điểm là khơng cần tín tốn phức tạp, nhưng cần kinh nghiệm chọn các tham số cho phù hợp để tối ưu trong 15 điều khiển. Trong luận văn chính là ứng dụng bộ điều khiển mờ nên phần PID sẽ trình trình bày các phương pháp cơ bản và tĩm tắt. Các thống số PI chọn được lấy như sau: - Thay bộ điều PID trong hệ kín bằng bộ khuyếch đại, sau đĩ tăng dần hệ số khuyếch đại tới giá trị tới hạn Kth để hệ kín ở chế độ biên giới ổn định. Xác định chu kỳ Tth của hệ thống. - Sau khi thay thế vào hệ số khuyếch đại, tơi chọn được Kth =0,0001 thì đạt biên giới ổn định. - Xác định được chu kỳ tới hạn của hệ thống Tth = 2 giây. - Xác định thơng số KP = 0,45 Kth, TI = 0,85.Tth - Xác định thơng số KI = KP/TI - Cuối cùng ta cĩ các thơng số của bộ điều khiển PI thích hợp. Hình 3.2: Mơ hình mơ phỏng sử dụng bộ điều khiển PI 3.3. Điều khiển quá trình nhiệt lị sấy băng bộ điều khiển mờ Mơ hình mờ là mơ hình mờ Mamdani 16 Tên gọi cho bộ chỉnh định mờ là: BO_DIEU_KHIEN_MO Bộ điều khiển mờ được dùng để điều khiển đối tượng của lị sấy, theo kinh nghiệm thì bộ điều khiển mờ gồm cĩ hai đầu vào và một đầu ra. - Đầu vào thứ 1 là sai lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ vào và nhiệt độ ra của lị sấy, đại lượng này được ký hiệu ET. - Đầu vào thứ hai là tốc độ biến thiên theo thời gian của nhiệt độ dt dET đại lượng này ký hiệu là DET. - Đầu ra là tín hiệu điều khiển điện áp đưa vào đối tượng điều khiển, đại lượng này ký hiệu là U(t). Hình 3.3: Cấu trúc của bộ điều khiển mờ 3.4. Xác định tập mờ 3.4.1. Miền giá trị vậy lý cho biến ngơn ngữ vào / ra Dựa vào kinh nghiệm vận hành của lị, đặc tính sai lệch nhiệt độ của bộ điều khiển PI, đặc tính vật lý và các số liệu thu thập tại lị sấy thực nghiệm ta xây dựng bộ điều khiển theo luật sau: 17 Căn cứ vào nhiệt độ sai lệch của lị sấy, ta quy đổi giá trị vật lý tương ứng, xác định các miền giá trị rõ tới hạn cho các biến vào/ ra như sau: - Sai lệch nhiệt độ đầu vào được chọn trong miền giá trị: ET = [-20 20 ] - Đạo hàm biến thiên nhiệt độ được chọn trong miền giá trị: DET = [- 30 30] - Đầu ra tín hiệu điều khiển điện áp được chọn trong miền giá trị: U(t) = [ -1.2 1.2 ] 3.4.2. Giá trị tập mờ Xác định số lượng tập mờ (giá trị ngơn ngữ) cần thiết cho các biến. Với mơ hình mờ Mamdani theo luật max – Prod. Về nguyên tắc, số lượng các giá trị ngơn ngữ cho mỗi biến ngơn ngữ nên nằm trong khoảng 3 đến 10 giá trị. Nếu số lượng giá trị ít hơn 3 thì ít cĩ ý nghĩa, vì khơng thực hiện được lấy vi phân. Nếu lớn hơn 10, con người khĩ cĩ khả năng bao quát, để thơng tin đầy đủ đồng thời dễ phân biệt ta chọn khoảng 5 đến 9 biến ngơn ngữ khác nhau. Đối với quá trình điều khiển nhiệt độ lị sấy, ta cĩ thể chọn số lượng tập mờ cho mỗi biến đầu vào, đầu ra như sau:
ET ∈{NM,NS,ZE,PS, PM}.
DET∈{NM,NS,ZE,PS, PM}.
U(t)∈{NM,NS,ZE,PS, PM} Trong đĩ: 18 NM: Âm vừa NS: Âm ít ZE: Khơng PS: Dương ít PM: Dương 3.4.3. Xác định hàm liên thuộc Hàm liên thuộc là vấn đề cực kỳ qua trọng và rất khĩ nĩi để đi đến độ chính xác cao. Tuy nhiên trong kỷ thuật điều khiển thường chọn hàm liên thuộc kiểu hình tam giác hoặc hình thang. Các loại điều khiển kiểu này cĩ biểu thức đơn giản, dễ tính tốn nhưng các hàm liên thuộc kiễu này chỉ gồm các đoạn thẳng nên khơng mềm mại ở điểm gẫy. Hình 3.4: Xác định tập mờ cho biến vào ET 19 Hình 3.5: Xác định tập mờ cho biến vào DET Hình 3.6: Xác định tập mờ cho biến ra của U(t) 3.4.4. Xây dựng các luật điều khiển Dựa vào tính chất vật lý, các số liệu vào ra cĩ được, kinh nghiệm và dựa vào đặt tính quá độ ta xây dựng luật điều khiển như sau: Nếu ET dương nhiều và DET Zero Thì điện áp U(t) dương nhiều . Nếu ET Zero và DET là dương nhiều thì U(t) Zero . Với mỗi suy luận tương tự, mỗi một biến ra ta cĩ tổ hợp của 5 x 5 = 25 luật cụ thể như sau: 20 Bảng luật điều khiển ET U(t) MN NS ZE PS PM NM NM NS ZE PS PM NS NM NS ZE PS PM ZE NM NS ZE PS PM PS NM NS ZE PS PM DET PM NM NS ZE PS PM Luật hợp thành là luật max - Prod, phương pháp giải mờ theo phương pháp trọng tâm, khi đĩ hệ số U(t) được tính tốn lúc điều khiển là: ∑ ∑ = = − µµ µµ = 25 1 25 1 1 )/())(( )/())(( )( l BA B l A dtdnte dtdntey tU ll ll (3.5) Trong đĩ 1−py là tâm của các tập mờ tương ứng. 3.5. Mơ hình mơ phỏng dùng bộ điều khiển mờ 21 Hình 3.7: Mơ hình mơ phỏng dùng bộ điều khiển mờ khơng cĩ tín hiệu nhiễu Hình 3.8: Mơ hình mơ phỏng dùng bộ điều khiển PI cĩ tín hiệu nhiễu Hình 3.9: Mơ hình mơ phỏng dùng bộ điều khiển mờ cĩ tín hiệu nhiễu 22 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 Qua quá trình xây dựng mơ hình đối tượng của lị sấy, bộ điều khiển mờ để điều khiển nhiệt độ lị sấy. Với nhiệt độ được khảo sát ở lị sấy thực nghiệm lấy cơ sở để khảo sát trên mơ hình mơ phỏng. Ta thử nghiệm với giá trị đặt khác nhau trong bộ điều khiển mờ để phát hiện lỗ hổng, nếu lỗ hỗng xuất hiện ta phải quay về điều chỉnh lại bộ mờ bằng cách điều chỉnh lại độ che phủ, trong đề tài chọn hàm đầu là hàm tam giác (Trimf) bằng hàm (Zmf), thay hàm cuối hàm tam giác bằng hàm (Smf) để độ che phủ được bao quát và nằm trong giới hạn của giá trị. Nếu quá trình làm việc của bộ điều khiển mờ khơng ổn định nữa thì ta phải kiểm tra lại luật nếu… thì…. cơ sở. Sau khi thử tất cả các giá trị mà thấy tín hiệu ổn định và khơng xuất hiện lỗ hổng thì ta tiến hành tối ưu hệ thống theo chất lượng động và tĩnh. Để chỉnh định bộ điều khiển mờ theo các chỉ tiêu trên ta phải chỉnh lại hàm liên thuộc, thiết lập nguyên tắt điều khiển phụ và thay đổi một số nguyên tắc cho phù hợp vơi luật điều khiển. Cuối cùng ta được bộ điều khiển mờ tối ưu. 23 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1. Kết quả mơ phỏng nhiệt độ lị sấy ở 53oC dùng bộ điều khiển PI Hình 4.1: Tín hiệu điều khiển nhiệt độ dùng bộ PI, bên trái là giá trị điều khiển và bên phải là giá trị sai lệch nhiệt độ 4.2. Kết quả mơ phỏng nhiệt độ lị sấy ở 53oC dùng bộ điều khiển mờ khơng cĩ tín hiệu nhiễu Hình 4.2: Tín hiệu điều khiển nhiệt độ dùng bộ mờ khơng cĩ nhiễu, bên trái là giá trị điều khiển và bên phải là giá trị sai lệch nhiệt độ 24 4.3. Kết quả mơ phỏng nhiệt độ lị sấy ở 53oC dùng bộ điều khiển PI khi cĩ tín hiệu nhiễu Hình 4.3: Tín hiệu điều khiển nhiệt độ khi dùng bộ PI cĩ tín hiệu nhiễu, bên trái là giá trị điều khiển và bên phải là giá trị sai lệch nhiệt độ 4.4. Kết quả mơ phỏng nhiệt độ lị sấy ở 53oC dùng bộ điều khiển mờ khi cĩ tín hiệu nhiễu Hình 4.4: Tín hiệu điều khiển nhiệt độ khi dùng bộ mờ cĩ tín hiệu nhiễu, bên trái là giá trị điều khiển và bên phải là giá trị sai lệch nhiệt độ 25 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 Bộ điều khiển mờ và bộ điều khiển PI dùng để khiển nhiệt độ lị sấy điều bám khá tốt theo giá trị đặt ở nhiệt độ 530C nhưng bộ điều khiển PI cĩ thời gian trể lớn hơn bộ điều khiển mờ. Tuy nhiên khi thêm tín hiệu nhiễu vào bộ điều khiển thì bộ điều khiển mờ vẫn đáp ứng tốt hơn so với bộ PI. Đối tượng lị sấy là một hàm phi tuyến mạnh, khi dùng bộ điều khiển mờ để điều khiển với kết quả mơ phỏng thu được, cho chúng ta nhận thấy rằng đáp ứng được yêu cầu bài tốn điều khiển đưa ra. Bên cạnh đĩ, để bộ điều khiển mờ hoạt tốt hơn thì khơng thể dùng đơn lẽ mà phải kết biết hợp thêm nhiều bộ điều khiển khác như: bộ điều khiển PID, bộ điều khiển thích nghi (adaptive), hệ nơ ron (neural)…để thay đổi tham số điều khiển một cách linh hoạt và mềm dẽo thì sẽ cĩ kết quả tốt hồn thiện, tối ưu và chất lượng hơn. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Điều khiển quá trình nhiệt lị sấy với đối tượng khá phức tạp và nhiều khâu cần điều khiển, mục tiêu cuối cùng là đảm bảo chất lượng tín hiệu điều khiển bám sát tín hiệu đặt. Trong luận văn này tơi chỉ dừng ở giới hạn điều khiển nhiệt theo thơng số nhiệt độ khơ được khảo sát tại nhà máy sấy. Với mơ hình đối tượng phi tuyến của lị sấy thì sử dụng bộ điều khiển mờ với các thơng số thiết lập, luật điều khiển cho ta kết quả mơ phỏng tốt, chất lượng điều khiển được đảm bảo, các thơng số về chất lượng sai lệch tĩnh, độ quá 26 điều chỉnh, thời gian quá độ, số lần dao động của bộ điều khiển mờ tốt hơn rất nhiều so với việc dùng bộ điều khiển PID kinh điển, nhất là độ quá điều chỉnh khi cĩ nhiễu. Tuy nhiên, để hồn thiện hơn cho bộ điều khiển mờ thì cần phải kết hợp bộ điều khiển mờ với các bộ điều khiển khác thì chất lượng của bộ điều khiển sẽ tốt hơn, tối ưu hơn. 2. Những kiến nghị về hướng nghiên cứu tiếp theo. Luận văn chỉ dừng lại ở mức độ mơ phỏng. Để đảm bảo một dãy nhiệt độ thì cần phải kết hợp thêm bộ điều khiển mờ với các bộ điều khiển khác hoặc lấy các thơng số thực nghiệm và điều khiển bằng phương pháp nhận dạng đối tượng phi tuyến.