Luận Văn Tích hợp bộ điều khiển PID mờ vào PLC Premium

MỤC LỤC
GIỚI THIỆU . 1
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN . .2
Chương 1 . 3
LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ . .3
1.1 Giới thiệu về Logic Mờ . .3
1.1.1 Tập hợp mờ . .4
Định nghĩa : . .4
Ý nghĩa : . .4
1.1.2 Các tính chất và đặc điểm cơ bản của tập mờ : . .5
a. Độ cao và dạng chính tắc của tập mờ : . .5
b.Miền xác định của tập mờ : . 5
c. Miền giá trị của biến : . .6
d. Các dạng hàm phụ thuộc : . 6
1.2 Các toán tử mờ . .9
1.2.1 Các toán tử cơ bản của Zadeh trên tập mờ . 9
a. Giao hai tập mờ : . .9
b. Hợp hai tập mờ : . .10
c. Bù của một tập mờ : . .10
1.2.2 Các toán tử bù trên tập mờ : . .11
a. Toán tử product and : . 11
b. Toán tử bounded sum or : . .11
1.3 Bổ từ mờ (fuzzy hedge) . .12
1.3.1 Sử dụng các Hedge : . .12
1.3.2 Xấp xỉ một vùng mờ : . .12
1.3.3 Giới hạn một vùng mờ : . .13
1.3.4 Làm mạnh và làm giảm tính chất của tập mờ . 13
i




Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Tuấn Hùng
1.3.5 Làm tăng hay giảm tính mờ của tập mờ : . 14
1.4 Biến ngôn ngữ . 15
1.5 Mệnh đề mờ . 15
1.6 Xử lý mờ . .17
1.6.1 Các phép tương quan . .17
1.6.2 Các luật hợp thành mờ : . 18
1.7 Giải mờ . .20
1.7.1 Phương pháp điểm trọng tâm . 20
1.7.2 Phương pháp cực đại . .21
1.7.3 Phương pháp độ cao . .22
1.8 Hệ mờ . .23
1.8.1. Hệ mờ cơ bản . 23
1.8.2 Các bước xây dựng một hệ mờ cơ bản : . 24
Xây dựng các luật điều khiển : . 25
1.8.3 Định nghĩa các tập mờ cho các biến . .25
1.8.4. Đặc tính vào ra của hệ mờ cơ bản . .26
1.8.5. Tổng hợp hệ mờ tỉ lệ . .26
Chương 2 . .28
PHƯƠNG PHÁP PID ZIEGLER NICHOLS . .28
2.1 Hàm truyền lò điện và mô hình của ziegler-nichols . .28
2.2. Thiết kế PID số theo phương pháp ZIEGLER-NICHOLS: . 29
Chương 3 . .34
XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ . .34
3.1 Thiết kế hệ mờ . .34
3.1.1 Sai lệch nhiệt độ: . .34
3.1.2 Tốc độ tăng giảm nhiệt độ: . .35
3.2 Thiết kế hệ luật . 38
3.2.1 Hệ luật . 38
ii




Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Tuấn Hùng
3.2.2 Chọn luật và giải mờ . .41
Chương 4 . .45
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH . .45
4.1 Các cảm biến sử dụng trong Luận Văn . .45
4.1.1 Cảm biến nhiệt độ Thermocouple . 45
4.1.2 Cảm biến đo mực chất lỏng . .45
4.2 Các phần tử chấp hành . 46
4.2.1 Van điều khiển . 46
4.2.2 Động cơ khuấy trộn . .48
4.2.3 Rờ le điện từ . 49
Chương 5 . .51
THIẾT KẾ VÀ THỰC HIỆN PHẦN MỀM . .51
5.1 Quy trình điều khiển . .51
5.2 Lưu đồ giải thuật . 52
5.2.1 Lưu đồ hoạt động của hệ thống . .52
5.2.2 Lưu đồ giải thuật PID . 53
5.2.3 Lưu đồ giải thuật PID mờ . 54
5.3 Các phần mềm lập trình cho PLC Schneider Premium . 56
5.4 Thiết kế giao diện giám sát và điều khiển với SCADA . .59
Chương 6 . .63
KẾT QUẢ THỰC HIỆN . .63
6.1 Giao diện chương trình điều khiển và giám sát . .63
6.2 Quá trình đo đạc thử nghiệm . 64
6.3 Điều khiển nhiệt độ lò nhiệt bằng phương pháp PID . .67
6.4 Điều khiển nhiệt độ lò nhiệt bằng phương pháp PID fuzzy . .68
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN . 69
 Kết luận . . 69
 Hướng phát triển . 69
iii




Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Tuấn Hùng
TÀI LIỆU THAM KHẢO . . 70
iv




Luận văn tốt nghiệp GVHD: Nguyễn Tuấn Hùng
GIỚI THIỆU
Fuzzy logic đã trải qua một thời gian dài từ khi lần đầu được quan tâm trong lĩnh vực
kỹ thuật khi tiến sĩ Lotf Zadeh định hướng vào năm 1965. Từ đó, Fuzzy là đề tài được tập
trung nghiên cứu của các nhà toán học, khoa học và các kỹ sư ở khắp nơi trên thế giới.
Đến cuối thập niên 90 kỹ thuật fuzzy logic đã đạt được một số thành tựu đáng kể. Từ khi
ra đời, lý thuyết mờ đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi. Một số sản phẩm ứng dụng
bộ điều khiển mờ đã xuất hiện như máy giặt, máy điều hòa và nhiều sản phẩm khác.
Trong phạm vi điều khiển khiển, bộ điều khiển PID là phương pháp điều khiển tối ưu.
Tuy nhiên, để bộ điều khiển PID phát huy hết ưu điểm của nó thì đặc tính của đối tượng
phải biết rõ ràng. Điều này không phải lúc nào cũng thực hiện được trong thực tế. Do đó,
trong một số trường hợp bộ điều khiển kinh điển chỉ mang tính chất ổn định chứ không
mang tính chất tối ưu. Vậy ta cần đưa them tính tối ưu vào bộ điều khiển kinh điển để hệ
thống làm việc tốt hơn.
Một dạng kết hợp giữa điều khiển kinh điển và điều khiển tối ưu là bộ điều khiển PID
mờ. Ưu điểm của bộ điều khiển này là khả năng tự chỉnh định lại thông số của bộ điều
khiển cho phù hợp với điểm làm việc của đối tượng.
Việc tích hợp bộ điều khiển PID mờ trên các họ vi điều khiển đã trở nên quen thuộc.
Nhưng việc xây dựng bộ điều khiển PID mờ trên PLC Premium vẫn là điều khá thú vị.
PLC Premium với việc hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như FBD, LD, SFC, IL, ST giúp
cho việc lập trình dễ dàng.Với mục đích nhằm mở rộng phạm vi ứng dụng của PLC
Premium đã tạo động lực để em thực hiện đề tài “Tích hợp bộ điều khiển PID mờ vào
PLC Premium”.
Cũng do giới hạn của đề tài, trình độ và thời gian nên chắc chắn không tránh khỏi
những thiếu sót. Em mong nhận được sự chỉ dẫn góp ý quý báu của các Thầy Cô để đề tài
được hoàn thiện hơn.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
Để thực hiện đề tài này trước hết phải hiểu rõ tập lệnh của PLC Premium, phải có cơ
sở lý thuyết về điều khiển mờ và cao hơn là PID mờ. Các chương mục trong luận văn
được xây dựng để chuẩn bị đầy đủ cho việc tích hợp bộ điều khiển PID mờ trong PLC
Premium. Các chương luận văn bao gồm :
Chương 1 : Lý thuyết điều khiển mờ, các phép toán trên tập mờ, luật hợp thành mờ,
tổng hợp các phương pháp xây dựng luật hợp thành mờ và đưa ra các phương pháp giải
mờ.
Chương 2 : Phương pháp PID theo ZIEGLER NICHOLS. Bao gồm cách tính hàm
truyền và cách tính các tham số PID theo ZIEGLER NICHOLS.
Chương 3 : Xây dựng bô điều khiển PID mờ. Chương này sẽ giới thiệu 1 cách chi tiết
về cách thiết kế các tập mờ, các hệ luật và cách giải mờ.
Chương 4 : Thiết kế và thi công Lò phản ứng Hóa chất. Chương này bao gồm việc giới
thiệu các cảm biến, van điều khiển sử dụng trong Luận văn.
Chương 5 : Thiết kế và thực hiện phần mềm. Chương này bao gồm các sơ đồ giải thuât,
cách sử dụng các phần mềm Unity Pro, Vijeo Citect.
Chương 6 : Kết quả thực nghiệm. Chương này bao gồm quá trình thực nghiệm, so sánh
kết quả giữa 2 phương pháp PID và PID mờ.