Xem mẫu
- 1
B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O
Công trình ñư c hoàn thành t i
Đ I H C ĐÀ N NG
Đ I H C ĐÀ N NG
NGUY N TH MINH THI
Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. Nguy n Hoàng Mai
ĐI U KHI N M TRƯ T
Ph n Bi n 1: PGS.TS. Nguy n Doãn Phư c
CHO H ĐI U KHI N ÁP SU T KHÍ NÉN
Chuyên ngành : T ñ ng hoá.
Ph n Bi n 2: TS. Phan Văn Hi n
Mã s : 60.52.60
Lu n văn ñư c b o v t i h i ñ ng ch m lu n văn t t
nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 07
TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T
tháng 5 năm 2011
* Có th tìm hi u lu n văn t i:
- Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng
- Trung tâm H c li u - Đ i h c Đà N ng.
Đà N ng - Năm 2011
- 2
M Đ U 3. M C TIÊU NGHIÊN C U
1. LÍ DO CH N Đ TÀI N i dung tr ng tâm c n nghiên c u như sau:
Đ ñi u khi n quá trình áp su t c a lò hơi, ñi u khi n áp su t
- Xây d ng mô hình ñ ng h c cho m t ñ i tư ng ñi u khi n
bu ng ñ t, ñi u khi n m c nư c trong bình hơi, ñi u khi n ñi u hòa
là h ñi u khi n áp su t
không khí trong xe hơi, ñi u khi n qu t gió và các thi t b y t , … thì
vi c ñi u khi n áp su t t i ñi m ñ t b ng s thay ñ i nhiên li u và t - Nghiên c u bài toán ñi u khi n cho h áp su t b ng b
l v i lưu lư ng hi n t i ñ ñáp ng s thay th i c a h th ng là m t ñi u khi n trư t.
v c h t s c c n thi t và quan tr ng. - Nghiên c u bài toán ñi u khi n cho h áp su t b ñi u
V i s xu t hi n các phương pháp và lý thuy t ñi u khi n khi n m trư t.
hi n ñ i như: ñi u khi n thích nghi, ñi u khi n b n v ng, ñi u khi n
V i s trình bày và phân tích các v n ñ nêu trên, tên c a ñ
m ng neural, ñi u khi n m , ñi u khi n trư t, … thì vi c xây d ng
tài lu n văn là:
các b ñi u khi n ñ ñi u khi n các h th ng ph c t p là không còn
“Đi u khi n m trư t cho h ñi u khi n áp su t khí nén ”.
khó khăn n a.
4. PH M VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U
V n ñ áp d ng phương pháp m trư t cho h ñi u khi n áp
Đ tài ch d ng l i trên cơ s lý thuy t và kh o sát. Đánh giá
su t khí nén không ph i là v n ñ m i và t i ưu
k t qu tính toán ñư c th c hi n b ng ph n m m mô ph ng
Tuy nhiên ñi u khi n m trư t cho ñ c tính ñ ng h c r t t t
MATLAB/Simulink.
và ñ c bi t không quá nh y ñ i v i các bi n ñ i c a ñ i tư ng và v i
5. Ý NGH ĨA TH C TI N C A Đ TÀI
các thi t k v i m t mô hình ñ i tư ng không chính xác .
T t c các v n ñ ñư c ñ c p trong cu n lu n văn này ít
2. Đ I TƯ NG NGHIÊN C U
nhi u góp ph n vào ñ nh hư ng cho vi c nghiên c u, xây d ng và
Đ i tư ng nghiên c u là bình áp su t.Bình áp su t là m t h
phát tri n cho h áp su t khí nén. T o ti n ñ cho vi c ch t o h áp
có tính phi tuy n cao, tr ng thái b t ñ nh và b nhi u tác ñ ng vào
su t n ñ nh, ñáp ng ñư c yêu c u các phòng thí nghi m có các mô
làm h r t không n ñ nh. N u áp d ng lý thuy t ñi u khi n c ñi n
hình th c ñ ph c v cho vi c nghiên c u và h c t p trong các
ñ ñi u khi n thì s không ñ t ñư c tính n ñ nh cũng như tính b n
trư ng h c nư c ta.
v ng cho h . Chính vì th , trong lu n văn này ta ch n ñ i tư ng
6. C U TRÚC LU N VĂN
nghiên c u là bàn áp su t ñư c ñi u khi n b ng cách áp d ng m t
Ngoài chương m ñ u trong lu n văn còn có 4 chương:
trong nh ng lý thuy t ñi u khi n hi n ñ i ñ ñi u khi n là lý thuy t
Chương 1: T NG QUAN V ĐI U KHI N QUÁ TRÌNH
m trư t.
- 3
Chưong 2: LÝ THUY T ĐI U KHI N M TRƯ T ñ c thù và quan tr ng nh t là bài toán ñi u ch nh. Các ñ i lư ng c n
Chương 3: THI T K B ĐI U KHI N ñi u khi n: m c, lưu lư ng, áp su t, nhi t ñ , n ng ñ , thành ph n, ...
Chương 4: MÔ PH NG VÀ NH N XÉT K T QU MÔ
1.1.2. M c ñích c a ñi u khi n quá trình:
PH NG
Chi ti t xem ph n M c l c 1.2. Đ C TÍNH CƠ B N C A THI T B DO TRONG ĐI U
KHI N QUÁ TRÌNH:
Chương 1: T NG QUAN V ĐI U KHI N QUÁ TRÌNH
1.2.1. C u trúc cơ b n c a thi t b ño các ñ i lư ng quá trình:
1.1. KHÁI NI M CHUNG V ĐI U KHI N QUÁ TRÌNH
1.3. Đ C TÍNH CƠ B N C A THI T B CH P HÀNH
1.1.1. Quá trình và ñi u khi n quá trình:
TRONG ĐI U KHI N QUÁ TRÌNH :
1.3.1. C u trúc c b n c a van ñi u khi n:
1.3.2. Phân lo i van ñi u khi n:
1.3.3. Đ c tính c a van ñi u khi n:
1.3.4. Đ c tính ñ ng h c c a van ñi u khi n
1.4. M T S NG D NG V ĐI U KHI N ÁP SU T KHÍ
NÉN
Hình 1.1: H th ng quá trình công ngh
1.4.1. ng d ng trong h th ng phanh khí nén
- Đi u khi n quá trình là ng d ng k thu t ñi u khi n t ñ ng trong 1.4.2. Công ngh ñi u khi n bơm nư c v i áp su t không ñ i.
ñi u khi n, v n hành và giám sát các quá trình công ngh , nh m nâng Chương 2: ĐI U KHI N TRƯ T VÀ ĐI U KHI N M
cao hi u qu s n xu t và ñ m b o các yêu c u v b o v con ngư i, 2.1. KHÁI NI M V ĐI U KHI N TRƯ T
máy móc và môi trư ng. Ph m vi ng d ng c a ñi u khi n quá trình 2.1.1. Gi i thi u sơ lư c v h phi tuy n
2.1.2. Đi u khi n trư t.
là công nghi p ch bi n, khai thác & năng lư ng, trong ñó bài toán
2.1.2.1.Khái ni m.
2.1.2.2.Đi u khi n trư t.
- 4
2.1.3. Nghiên c u m t b ñi u khi n trư t (SMC) - Thi t b h p thành là s tri n khai các lu t h p thành R
2.2. LOGIC M ñư c xây d ng trên cơ s lu t ñi u khi n thích h p.
2.2.1. Lý thuy t m - Giao di n ñ u ra g m khâu gi i m và các khâu tác ñ ng
2.2.1.1. Đ nh nghĩa t p m tr c ti p t i ñ i tư ng (như khâu khu ch ñ i, khâu h n ch ,...).
2.2.1.2. Các d ng hàm liên thu c 2.3.2. Nguyên t c t ng h p b ñi u khi n m
2.2.2. Mô hình m 2.3.3. Các bư c th c hi n khi xây d ng b ñi u khi n m
2.2.2.1. Mô hình m Mamdani - Đ nh nghĩa t t c các bi n ngôn ng vào ra
- Đ nh nghĩa t p m (giá tr ngôn ng ) cho các bi n vào/ra
2.2.2.2. Mô hình m Sugeno
+ Xác ñ nh mi n giá tr v t lý cho các bi n ngôn ng vào/ra
2.2.2.3. So sánh hai lo i mô hình
+ Xác ñ nh s lư ng t p m c n thi t
2.3. T NG H P B ĐI U KHI N M + Xác ñ nh ki u hàm liên thu c
2.3.1. C u trúc c a b ñi u khi n m + R i r c hoá các t p m
- Xây d ng các lu t ñi u khi n, có nghĩa là ch n các h s
Lu t ñi u ci (i=1,2,3,...,n) cho t ng lu t “N U … THÌ … “ c a b
khi n
ñi u khi n.
e Giao di n µ Thi t b B' Giao di n u - Xây d ng các lu t ñi u khi n, có nghĩa là ch n các h s ci
ñ u vào h p thành ñ u ra
(i=1,2,3,...,n) cho t ng lu t “N U … THÌ … “ c a b ñi u
x e B ñi u u Đ i tư ng y khi n.
khi n m ñi u khi n 2.4. H ĐI U KHI N PID.
-
2.4.1. Gi i thi u chung.
Thi t b ño
lư ng 2.4.2. Hi u ch nh tham s b ñi u khi n PID
Chương 3: THI T K B ĐI U KHI N M
Hình 2.11: C u trúc h s d ng b ñi u khi n m
TRƯ T CHO H ĐI U KHI N QUÁ TRÌNH ÁP SU T
- Giao di n ñ u vào bao g m khâu m hoá và các khâu ph
KHÍ NÉN
tr khác (như khâu tích phân, khâu vi phân,...) ñ th c hi n các bài
3.1. GI I THI U CHUNG
toán ñi u khi n ñ ng.
- 5
V i quan h lưu lư ng khí ra là quan h phi tuy n:
C o = K v 2 gp (3.4)
Kv: h s lưu lư ng khí qua van.
Khi ñó : d (V . p.ρ ) = C i .ρ − K v 2 g . p.ρ (3.5)
dt
A không ñ i, và ρ không ñ i, gi n ư c và chuy n v ta có phương
trình:
Hình 3.1. Sơ ñ c a bình khí nén
dp
3.2. MÔ HÌNH TOÁN H C C A BÌNH ÁP SU T KHÍ NÉN: V + K v 2 gp = C i (3.6)
dt
Gi s khí trong bình có m t ñ ρ (kg/m3) không ñ i, phương
trình bi u di n h bình ch t l ng s d a trên cơ s cân b ng kh i Vi t l i phương trình ñ i tư ng như sau:
( )
lư ng: 1
p=
& C i − K v 2 g. p (3.7)
dmbình = dmvào - dmra V
(3.1)
Do v y ta có phương trình:
d ( qρ )
= Ci ρ − C o ρ (3.2)
dt
d (V . p.ρ )
Hay = Ci ρ − Co ρ (3.3)
dt
Trong ñó: Ci, Co: lưu lư ng khí vào ra bình ch a
V: th tích c a bình [m3]
P: Áp su t c a bình
Hình 3.2. Sơ ñ mô ph ng bình áp su t trên Simulink
ρ : m t ñ ch t l ng [kg/m3]
3.3. VAN ĐI U KHI N
- 6
Hình 3.4. Sơ ñ Simulink mô ph ng van ñi u khi n
3.4 XÂY DƯNG B ĐI U KHI N TRƯ T CHO BÌNH ÁP H ình 3.7: Sơ ñ kh i c a h th ng
SU T KHÍ NÉN
Tín hi u ñi u khi n có d ng như sau:
&
Kv 2 g . p
C i = &&0 +
p . + λ .e + η .sign( s ).V
& (3.20)
V 2. p
Sơ ñ c a b ñi u khi n trư t:
Hình 3.8: Sơ ñ kh i b ñi u khi n trư t c a h th ng
3.5.XÂY D NG B ĐI U KHI N M TRƯ T CHO BÌNH ÁP
SU T KHÍ NÉN:
3.5.1.Xây d ng các kh i ñi u khi n:
3.5.1.1. Bi n vào ra c a b ñi u khi n m :
- Đ u vào th nh t là sai l ch gi a áp su t ñ t và áp su t th c c a
bình
Hình 3.6: Sơ ñ b ñi u khi n trư t - Đ u vào th hai là ñ o hàm theo th i gian c a sai l ch.
Sơ ñ kh i c a toàn b h th ng v i b ñi u khi n trư t: - Đ u ra là h s c a tín hi u ñi u khi n sai l ch λ (landa)
3.5.1.2. Xác ñ nh t p m
- Sai l ch e ch n mi n giá tr t [-10,10]
- Đ o hàm sai l ch de ch n mi n t [-5,5]
- 7
- Đ u ra lamda có giá tr t [0,20] Lu t h p thành là max-min, gi i m theo phương pháp tr ng tâm
Ta có k t qu sau:
Hình 3.9: Bi n vào /ra kh i m Hình 3.14: Minh ho các lu t ñi u khi n và gi m
3.5.1.3. Lu t ñi u khi n
Hình 3.15: Bi n thiên landa c a b ñi u khi n m theo e và de/dt.
Hình 3.13: Các lu t ñi u khi n
- 8
3.5.2. Sơ ñ kh i c a b ñi u khi n m trư t: 3.6. XÂY D NG B ĐI U KHI N PID CHO H ÁP SU T
KHÍ NÉN
3.6.1. M c ñích xây d ng b ñi u khiên PID
3.6.2. Sơ ñ kh i c a h th ng khi s d ng b ñi u khi n PID.
3.6.3. Mô ph ng h áp su t v i b ñi u khi n PID..
Sau ñây là các h s KP, KI, KD ta ñã ch n ñ ch t lư ng ñ t t i ưu
Hình 3.16: Sơ ñ kh i c a bàn áp su t ñư c ñi u khi n m trư t
3.5.3. Mô ph ng m trư t cho toàn b h th ng:
Hình 3.19: Các tham s ñi u khi n c a b PID
Sơ ñ mô ph ng c a h th ng trên Simulink:
Hình 3.17: Sơ ñ kh i c a toàn b h th ng Hình 3.20: Sơ ñ mô ph ng c a bô ñi u khi n PID
- 9
Chương 4: K T QU MÔ PH NG VÀ NH N XÉT
4.1. K T QU MÔ PH NG C A H ĐI U KHI N KHI S
D NG CÁC B ĐI U KHI N KHÁC NHAU.
4.1.1. K t qu mô ph ng c a h th ng khi tham s ñ i tương
không thay ñ i
4.1.1.1. K t qu mô ph ng c a h th ng khi s dung b PID
Hình 4.3: Sai l ch áp su t ñ u vào và ñ u ra
Nh n xét: Khi các tham s c a ñ i tư ng không thay ñ i thì dùng b
PID ñ ñi u khi n h áp su t r t t t, ñáp ng ñ u ra n ñ nh, sai l ch
nhanh ti n v không và th i gian quá ñ ng n.
Hình 4.1: Sơ ñ mô ph ng c a b ñi u khi n PID 4.1.1.2. K t qu mô ph ng khi dùng b ñi u khi n trư t
Khi dùng b ñi u khi n PID cho ñ i tương thì ta có k t qu
Hình 4.5: Đáp ng áp su t ñ u ra
Hình 4.2: Đáp ng áp su t ñ u ra.
- 10
Nh n xét: Ta th y áp su t ra bám theo áp su t ñ t và n ñ nh. Sai l ch
ít dao ñ ng. Nhưng th i gian ñ ñáp ng v n l n và không b ng b
ñi u khi n PID.
T ñó cho th y v i nh ng ñ i tương xác ñinh thì vi c ñi u khi n
b ng b PID tr nên t i ưu và t t hơn.
4.1.2. K t qu mô ph ng c a h th ng khi ñ i rư ng có nhi u
Hình 4.6: Sai l ch áp su t ñ u ra so v i ñ u vào
Nh n xét: Áp su t ñ u ra v n bám theo áp su t ñ t nhưng chưa chính
xác và n ñ nh, còn dao ñ ng.
4.1.1.3. K t qu mô ph ng khi s d ng b ñi u khi n m trư t
Hình 4.10: H th ng khi có nhi u
4.1.2.1. H th ng có nhi u khi s d ng b ñi u khi n PID
Hình 4.8: Đáp ng ñ u ra so v i ñ u vào
Hình 4.11: Đáp ng ñ u ra so v i ñ u vào khi có nhi u
Hình 4.9: Sai l ch ñ u ra so v i ñ u vào
- 11
4.1.2.3.H th ng có nhi u khi s d ng b ñi u khi n m trư t
Hình 4.12:Sai l ch c a ñ u ra so v i ñ u vào khi có nhi u
Hình 4.15 : Đáp ng áp su t ñ u ra khi có nhi u
Nh n xét: Ta th y khi tham s c a h th ng thay ñ i thì dùng b PID
s ñi u khi n không còn t t và t i ưu n a.
4.1.2.2.H th ng có nhi u khi s d ng b ñi u khi n trư t
Hình 4.16: Sai l ch c a ñ u ra và ñ u vào khi có nhi u
Nh n xét: Khi tham s c a h th ng thay ñ i thì vi c s d ng b ñi u
khi n m trư t tr nên t t hơn.
Hình 4.13: Đáp ng áp su t ñ u ra khi h th ng có nhi u 4.2. SO SÁNH H ĐI U KHI N KHI S D NG CÁC B
ĐI U KHI N KHÁC NHAU.
4.2.1.So sánh b ñi u khi n PID và b ñi u khi n trư t.
4.2.1.1.Khi tham s c a h th ng không thay ñ i ta có k t qu :
4.2.1.2.Khi tham s h th ng thay ñ i (khi có nhi u)
4.2.2.So sanh b ñi u khi n PID và ñi u khi n m trư t
4.2.2.1. Khi tham s c a h th ng không thay ñ i
Đáp ng ñ u ra c a 2 b ñi u khi n
Hình 4.14: Sai l ch c a ñ u ra và ñ u vào khi có nhi u
- 12
B PID B FSMC
Hình 4.21: Đáp ng ñ u ra c a 2 b ñi u khi n khi không có nhi u
Sai l ch c a 2 b ñi u khi n B PID B FSMC
Hình 4.23: Đáp ng ñ u ra c a 2 b ñi u khi n khi có nhi u tác ñ ng
Sai l ch ñ u ra và ñ u vào c a 2 b ñi u khi n
B PID B FSMC
B PID B FSMC
Hình 4.22: Sai l ch ñ u ra c a 2 b ñi u khi n khi không có nhi u
Hình 2.24: Sai l ch c a 2 b ñi u khi n khi có nhi u tác ñ ng
Nh n xét: Đ i v i h th ng xác ñ nh thì ñi u khi n PID t t và t i ưu
Nh n xét: Nhưng khi ñ i tư ng có nhi u thì vi c s dung b ñi u
hơn b ñi u khi n m trư t, th i gian xác l p ng n.
khi n PID không t t b ng ñi u khi n m trư t.
4.2.2.2.Khi tham s c a h th ng thay ñ i (khi có nhi u)
4.2.3. So sánh h th ng khi s d ng b ñi u khi n trư t và m
Đáp ng ñ u ra
trư t
- 13
Đáp ng ñ u ra K T LU N VÀ KI N NGH
H ñi u khi n áp su t khí nén ñã ñư c ñi u khi n b ng nhi u
phương pháp v i nhi u b ñi u khi n khác nhau . Trong lu n văn
này, tác gi ñã ch n thi t k b ñi u khi n m trư t ñ ñi u khi n
cho h áp su t khí nén.
Ưu ñi m d th y c a phương pháp ñi u khi n m trư t trong
lu n văn này là làm gi m thi u hi n tư ng chattering x y ra trong h
và còn c i thi n t t hơn m t s tính ch t khác n u bi t ch n m t b
m h p lý.
Như c ñi m c a b ñi u khi n m trư t là v n không làm cho
B SMC B FSMC hi n tư ng chattering tri t tiêu hoàn toàn, ñ quá ñi u ch nh v n
Hình 4.25: Đáp ng ñ u ra c a 2 b ñi u khi n còn xu t hi n.
B ñi u khi n m trư t gi m ñư c v n ñ chattering. Các k t
qu mô ph ng cho th y h có th i gian ñáp ng nhanh, luôn n ñ nh
và b n v ng trư c s thay ñ i tr ng thái c a mô hình. Đ ng th i, tín
hi u ñi u khi n cũng tr nên m m d o hơn, h n ch ñư c t i ña hi n
tư ng rung khi tr ng thái h th ng ñang trên m t trư t.
Hư ng phát tri n c a ñ tài
Trong ñ tài tác gi ch d a trên cơ s lý thuy t và kh o sát, ki m
ch ng thông qua mô ph ng v i k t qu là ch p nh n ñư c. Do ñi u
ki n th i gian có gi i h n, kinh phí còn h n ch nên lu n văn m i ch
B SMC B FSMC d ng l i vi c xây d ng c u trúc, kh o sát ñ ng h c và ki m tra trên
Hình 2.26: Sai l ch c a 2 b ñi u khi n mô hình v t lý, mô hình hóa mô ph ng b ng ph n m m
Nh n xét: Ta th y b ñi u khi n trư t có hi n tư ng rung hay còn MATLAB/Simulink ch chưa th nghi m ñư c k t qu nghiên c u
g i là hi n tư ng chattering. Còn b ñi u khi n m trư t ñã h n b ng mô hình th c. Đây cũng là hư ng tác gi d ñ nh ti p t c
ch ñư c hi n tư ng rung, ñáp ng tr nên trơn tru và n ñ nh hơn. nghiên c u, phát tri n trong th i gian t i.
nguon tai.lieu . vn
