Luận Văn Nghiên cứu, khảo sát và so sánh các luật điều khiển cho mô hình điều khiển nhiệt độ bằng Matlab và S

LỜI NÓI ĐẦU
Trong sự nghiệp giáo dục của nước ta hiện nay, mục tiêu là giáo dục và đào tạo ra những con người có đủ đức đủ tài, có văn hóa, có kỹ năng kỹ xảo nghề nghiệp và có thái độ ứng xử tốt, phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa - xây dựng nước nhà. Để đạt được mục đích đó thì thế hệ trẻ, đặc biệt là sinh viên phải luôn chủ động tìm hiểu nghiên cứu và ứng dụng những thành tựu khoa học mới, cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà.
Là những sinh viên năm cuối, được làm đồ án tốt nghiệp là cơ hội cho chúng em tìm hiểu thêm về kiến thức thực tế, củng cố những kiến thức đã học, nhóm chúng em đã được nghiên cứu về đề tài: “ Nghiên cứu, khảo sát và so sánh các luật điều khiển cho mô hình điều khiển nhiệt độ bằng Matlab và Simulink ”.
Đề tài của chúng em được chia ra thành 4 chương:
– Chương 1: Giới thiệu chung về lò nhiệt.
– Chương 2: Điều khiển ổn định nhiệt độ lò nhiệt bằng bộ điều khiển PID.
– Chương 3: Điều khiển ổn định nhiệt độ lò nhiệt bằng luật điều khiển mờ.
– Chương 4: Kết luận và kiến nghị.
Nhờ có sự hướng dẫn tận tình của cô giáo ThS. Nguyễn Thị Luyến, cùng các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện giúp đỡ để chúng em hoàn thành đồ án này .Tuy nhiên, do trình độ còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Chúng em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô và các bạn.

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3
MỤC LỤC. 4
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LÒ NHIỆT. 13
1.1. Cấu tạo lò nhiệt. 13
1.1.1. Vỏ lò. 13
1.1.2. Lớp lót 14
1.1.3. Dây nung. 15
1.2. Nguyên lý làm việc của lò nhiệt 16
1.2.1. Nguyên lý làm việc. 16
1.2.2. Tổn thất nhiệt trong lò. 17
1.3. Các đặc điểm của lò nhiệt. 17
1.4. Các yêu cầu cơ bản về lò nhiệt. 17
1.5. Các phương pháp điều chỉnh lò nhiệt 18
1.5.1. Phương pháp dùng máy biến áp. 18
1.5.2. Phương pháp dùng rơle. 18
1.5.3. Phương pháp dùng rơle kết hợp với Thysistor. 18
1.5.4. Phương pháp dùng hai Thysistor mắc song song ngược. 18
1.5.5. Phương pháp dùng triac. 19
1.6. Nhận dạng đối tượng. 19
1.6.1. Phương pháp lý thuyết 19
1.6.2. Phương pháp thực nghiệm chủ động. 19
CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 24
2.1. Luật điều khiển PID 24
2.2. Các phương pháp tổng hợp tham số của bộ PID 27
2.2.1. Phương pháp Ziegler – Nichols. 29
2.2.1.1. Phương pháp Ziegler – Nichols thứ nhất 29
2.2.1.2. Phương pháp Ziegler – Nichols thứ hai 31
2.2.2. Phương pháp Chien – Hrones – Reswick. 32
2.2.3. Phương pháp tổng T của Kuhn. 34
2.2.4. Phương pháp tối ưu độ lớn. 36
2.2.5. Phương pháp tối ưu đối xứng. 41
2.2.6. Phương pháp Halman: 47
2.2.7. Phương pháp dự báo Smith: 47
2.2.8. Phương pháp tối ưu theo sai lệch bám 48
2.3. Thiết kế bộ PID kinh điển điều khiển đối tượng lò nhiệt 50
2.3.1. Khảo sát đối tượng khi chưa có bộ điều khiển. 50
2.3.2. Phương pháp Ziegler-Nichols thứ nhất 51
2.3.3. Phương pháp Ziegler – Nichols thứ hai 52
2.3.4. Phương pháp Chien – Hrones – Reswick. 54
2.3.5. Phương pháp tổng T của Kuhn. 55
2.3.6. Phương pháp Halman. 56
2.3.7. Phương pháp dự báo Smith. 57
CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NHIỆT BẰNG LUẬT ĐIỀU KHIỂN MỜ 63
A. TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 63
3.1. Mở đầu. 63
3.2. Khái niệm về tập mờ. 64
3.2.1. Khái niệm cơ bản. 64
3.2.2. Định nghĩa tập mờ. 64
3.2.3. Độ cao, miền xác định và miền tin cậy của tập mờ. 65
3.2.4. Biến ngôn ngữ. 65
3.2.5. Các phép toán trên tập mờ. 67
3.3. Luật hợp thành. 67
3.3.1. Mệnh đề hợp thành. 67
3.3.2 Luật hợp thành mờ. 68
3.3.3. Thuật toán thực hiện luật hợp thành cho hệ SISO 69
3.3.4. Thuật toán thực hiện luật hợp thành cho hệ MISO 70
3.3.5. Thuật toán xác định luật hợp thành kép max- Min, max- PROD 71
3.3.6. Thuật toán xác định luật hợp thành sum - MIN và sum-PROD. 72
3.4. Các phương pháp giải mờ (rõ hoá). 73
3.4.1. Phương pháp cực đại 73
3.4.2. Phương pháp điểm trọng tâm 76
3.5. Các khâu điều khiển mờ. 77
3.6. Nguyên lý điều khiển và phương pháp tổng hợp bộ điều khiển mờ. 78
3.6.1. Nguyên lý và cấu trúc của một hệ thống điều khiển. 78
3.6.2. Trình tự thiết kế bộ điều khiển mờ. 80
3.7. Phân loại các bộ điều khiển mờ. 80
B. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ CHO ĐỐI TƯỢNG LÒ NHIỆT 81
3.8. Cơ sở lí thuyết 81
3.8.1. Sơ đồ điều khiển và mô hình toán học của bộ PID mờ. 81
3.8.2. Luật chỉnh định PID 82
3.9. Thiết kế bộ điều khiển PID mờ cho đối tượng lò nhiệt 82
3.9.1. Miền giá trị vật lí của các biến ngôn ngữ. 82
3.9.2. Các biến ngôn ngữ. 83
3.9.3. Luật hợp thành. 84

C. THIẾT KẾ BỘ PI MỜ ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG 107
3.10. Thiết kế bộ điều khiển PI mờ. 107
3.10.1. Xác định thông số của bộ điều khiển bằng phương pháp tối ưu độ lớn. 107
3.10.2. Thiết kế bộ điều khiển PI mờ với K[SUB]r [/SUB]= const, thay đổi Ti 107
3.10.3. Thiết kế bộ điều khiển PI mờ giữ nguyên Ti=const, thay đổi K[SUB]r[/SUB] 118
D. ƯU ĐIỂM CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ 128
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132
4.1. Các kết quả đã thực hiện được trong đề tài 132
4.2. Hướng phát triển của đề tài 132
4.3. Kiến nghị 133