Đồ Án Ứng dụng điều khiển mờ cho điều khiển ổn định mức bể xăng chính trong hệ thống kho xăng

Trước đây, ta thường sử dụng các hệ thống điều khiển tự động với các bộ điều chỉnh P, PI, PD, PID . Các bộ điều chỉnh này làm việc rất tốt trong các hệ thống có quán tính lớn như điều khiển nhiệt độ, điều khiển mức . Các hệ điều khiển tuyến tính hoặc có mức độ phi tuyến thấp. Tuy nhiên trên thực tế điều khiển mức sử dụng các luật điều khiển kinh điển nên không đáp ứng được các yêu cầu cao về các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống điều khiển (như thời gian quá độ ngắn, độ chính xác cao .).

Ngày nay do tiến bộ của khoa học kỹ thuật trong điện tử và tin học các hệ thống điều khiển tự động được phát triển và có sự thay đổi lớn . Công nghệ vi mạch phát triển khiến cho việc sản xuất các thiết bị điện tử ngày càng hoàn thiện .Các bộ biến đổi điện tử trong các hệ thống không những đáp ứng được khả năng tác động nhanh, độ chính xác cao mà còn góp phần giảm kích thước và hạ giá thành của hệ thống. Đặc biệt trong những thập kỷ gần đây trước sự phát triển mạnh mẽ và ngày càng hoàn thiện của lý thuyết tập mờ, hàng loạt các ứng dụng của lý thuyết rập mờ, logic mờ điều khiển mờ đã và đang mở ra một kỷ nguyênmới ngành điều khiển. Tuy là ngành kỹ thuật điều khiển non trẻ nhưng những ứng dụng trong công nghiệp của điều khiển mừ thật là rông rãi như điều khiển nhiệt độ, điều khiển giao thông vận tải, điều khiển mức, điều khiển trong các lĩnh vực dân dụng và ngay cả trong y học đã có sự tham gia của điều khiển mờ. Tới nay đã có rất nhiều sản phẩm công nghiệp được tạora nhờ kỹ thuật điều khiển mờ, rất nhiều nước trên thế giới đã áp dụng thành công đặc biệt là Nhật Bản.

Chính vì thế mà việc đi sâu nghiên cứu và áp dụng lý thuyết tập mờ, logic mờ và điều khiển mờ trong quá trình tổng hợp hệ thống điều khiển mức đã trở nên rất cần thiết và hấp dẫn.

Tuỳ theo các yêu cầu cụ thể mà hệ thống ổn định mức đòi hỏi chỉ tiêu chất lượng cao như: thời gian tác động nhanh, luôn luôn ổn định được lưu lượng xăng có trong bể ( mức xăng trong bể có ổn định hay không phụ thuộc vào lưu lượng chảy vào, lưu lượng chảy ra, áp suất nhiệt độ), có độ chính xác và độ bền cơ học cao.

Trong quá trình tính toán, tổng hợp theo phương pháp kinh điển ta áp dụng các luật điều khiển P, PI, PID để thiết kế hệ thống ổn định mức thoả mãn các chỉ tiêu chất lượng ở mức cao nhất. Nhưng do hệ thống xăng dầu của nước ta đã trải qua chiến tranh và vận hành đã lâu nên không xác định được thông số một cách chính xác. Do đó việc áp dụng các luật điều khiển P, PI, PID kinh điển không đáp ứng được yêu cầu của hệ thống xăng dầu hiện nay. Vì vậy việc áp dụng lý thuyết tập mờ vào để điều khiển hệ thống, ta có thể dễ dàng giải quyết các vấn đề nêu trên.

Khác hẳn với kỹ thuật điều khiển kinh điển là hoàn toàn dựa vào sự chính xác tuyệt đối của thông tin mà trong nhiều ứng dụng không cần thiết hoặc không thể có được, điều khiển mờ chỉ cần sử lý những thông tin (không chính xác) hay không đầy đủ, những thông tin mà sự chính xác của nó chỉ nhận thấy được giữa các quan hệ của chúng với nhau và chỉ có thể mô tả được bằng ngôn mgữ, đã có thể cho ra những quyết định chính xác. Chính khả năng này đã làm cho điều khiển mờ sao chụp được phương thức sử lý thông tin và điều khiển của con người, đã giải quyết thành công những tồn tại mà hệ thống xăng dầu trước đó không thể giải quyết được. Các luật điều khiển của bộ điều khiển mờ được viết dưới dạng biểu thức ngôn ngữ nên nó rất thích hợp cho hệ thống điều khiển phi tuyến, hệ thống khó xác định thông số đối tượng hay các thông số đo đạc phải chấp nhận sai số lớn. Do đó việc áp dụng điều khiển mờ vào hệ thống ổn định mức là việc cần phải làm.

Xuất pháp từ những vấn đề mà thực tiễn đặt ra, được sự đồng ý của trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, bộ môn Đo Lường- Điều Khiển và cô giáo hướng dẫn Th.S Hoàng Thị Chiến, chúng tôi đã chọn đề tài: ứng dụng điều khiển mờ trong điều khiển ổn định mức cho bể xăng chính trong hệ thống kho xăng.

Nội dung của đề tài này được chia làm 5 chương:

Chương I: Trình bày những tồn tại của hệ thống xăng dầu Việt Nam và phương hướng cải tạo và phát triển.

Chương II: Trong chương này trình bày tổng quan về hệ thống quản lý tự động hoá xăng dầu của hãng ENRAF (Đức). Đã đưa ra các thiết bị chuyên dùng trong ngành xăng dầu. Chúng tôi thấy đây là một hệ thống tương đối hoàn chỉnh cả về thiết bị và phần mềm quản lý. Trong chương này chúng tôi đưa ra hai thiết bị đo là:

+ Thiết bị đo mức tuỳ động ATG 854.

+ Thiết bị đo Radar linh hoạt 872.

Phần mềm quản lý ENTIS+ là phần mềm quản lý hiệu quả và sử dụng đơn giản.

Chương III: Tổng hợp hệ thống giữ ổn định mức theo phương pháp kinh điển. Trong chương này chúng tôi đã trình bày khái quát về đối tượng và tính toán thông số cuả hệ thống và thiết kế hệ thống ổn định mức theo các luật điều khiển P, PI, PID. Đặc biệt đã mô phỏng kết quả thiết kế bằng phần mềm Winfact.

Chương IV: Hệ thống lại một số kiến thức cơ sở của lý thuyết Logic mờ. Các cơ sở toán học của Logic mờ được trình bày theo phương pháp mở rộng các kiến thức đã có trên Logic kinh điển. Đồng thời đưa vào các tiên đề từ đó dẫn ra các khái niệm, định nghĩa trên tập mờ. Trong phần này chúng tôi còn trình bày các phép toán cơ bản trên tập mờ, thông qua các biến ngôn ngữ và các giá trị ngôn ngữ, nghiên cứu

luật hợp thành. Trình bày cấu trúc cơ bản của bộ điều khiển mờ.

Chương IV: Trình bày việc ứng dụng cụ thể của bộ điều khiển mờ trong điều khiển mức. Phân tích cụ thể từng bước của quá trình thiết kế bộ điều khiển mờ. Đặc biệt chúng tôi đã đưa ra phương án thiết kế bộ điều khiển mờ động. Dựa vào kết quả thiết kế bộ điều khiển theo luật P, PI, PID kinh điển đã thực hiện ở chương III. Chúng tôi đã thiết kế bộ điều khiển mờ theo thuật toán chỉnh định PID mờ. Để thấy được kết quả thiết kế, chúng tôi đã mô phỏmg và khảo sát hệ thống bằng phần mềm Winfact.

Trong quá trình thực hiện đồ án đã phát sinh nhiều khó khăn như: Lý thuyết tập mờ còn chưa hoàn thiện, nguồn tài liệu còn hạn chế, tài liệu phần lớn là tiếng nước ngoài. Việc áp dụng việc điều khiển mờ ở Việt Nam là đang còn mới mẻ. Do đó việc thiết kế và xây dựng hệ thống chỉ mang tính chất lý thuyết.

Để đặt được kết quả này chúng tôi nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thày, các cô và bạn bè. Chúng tôi vô cùng biết ơn sự giúp đỡ tận tình của cô giáo hướng dẫn Th.S Hoàng Thị Chiến và các thầy, cô giáo khoa Điện, ngành Đo lường- Điều khiển trường ĐH Kỹ thuật Công Nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho chúng tôi hoàn thành đồ án này đúng thời hạn.

Do thời gian thực hiện đề tài và trình độ bản thân có hạn nên bản đồ án này không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng tôi rất biết ơn và trân trọng mọi ý kiến đóng góp, xây dựng của các thầy giáo, cô giáo và bạn bè để bản đồ án này hoàn thiện hơn.