Luận văn:Điều khiển mờ trượt cho hệ áp suất khí nén

Chia sẻ: Nhung Thi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

106
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay đất nước ta đang trong thời kỳ đổi mới, thời kỳ công nghiệp hoá hiện đại hoá cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, ngành kỹ thuật điện tử là sự phát triển của kỹ thuật điều khiển và tự động hoá. Hệ truyền động động cơ là một bộ phận quan trọng không thể thiếu được trong mọi quá trình tự động hoá. Hệ thống nào có chuyển động cơ học (dây chuyền sản xuất, ng-ời máy ) thì hệ thống đó động cơ điện làm khâu trung gian để chuyển hoá điện năng thành...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Điều khiển mờ trượt cho hệ áp suất khí nén

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.