2 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. PHAN VĂN HIỀN TRẦN LÊ VINH
Phản biện 1: TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH
ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN
NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG TUYNEL
Phản biện 2: PGS.TS. ĐOÀN QUANG VINH
Chuyên ngành : Tự ñộng hóa
Mã số: 60.52.60 Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp
thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 09 tháng 06
năm 2012.
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
*. Có thể tìm hiều luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng.
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.
Đà Nẵng - Năm 2012
2 1
giảm kích thước puli truyền ñộng/ñộng cơ nhưng lượng tiêu thụ ñiện MỞ ĐẦU
giảm vẫn không ñáng kể. Với phương pháp ñiều khiển này vừa mang
tính thủ công và chất lượng hệ thống không ổn ñịnh phụ thuộc vào 1. Tính cấp thiết của ñề tài
yếu tố con người. Vậy ñiều khiển nhiệt ñộ tự ñộng và tiết kiệm ñiện Hiện nay các nhà máy xí nghiệp sản xuất gạch Tuynel ở Việt
là theo yêu cầu ñặt ra là rất cấp thiết cần ñược quan tâm nghiên cứu. Nam tiến hành lắp ñặt và cải tạo mới, mạnh dạn ñưa vào những thiết
Để ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung với các phương pháp ñiều bị, công nghệ tiên tiến, bên cạnh ñó còn nhiều nhà máy xí nghiệp có
khiển kinh ñiển thì phải biết chính xác các thông số và kiểu của ñối ứng dụng công nghệ nhưng chưa ñồng bộ còn thủ công. Do ñó ñể
tượng cần ñiều khiển. ñiều khiển nhiệt ñộ của lò nung (là khâu quan trọng nhất trong sản
Để khắc phục nhược ñiểm trên thì ñiều khiển mờ là một giải xuất gạch) còn hạn chế nên sản phẩm làm ra chưa ñạt ñược chất
pháp, logic mờ ñóng vai trò quan trọng trong các hệ thống ñiều khiển lượng cao như mong muốn.
hiện ñại, vì nó ñáp ứng tốt các chỉ tiêu kỹ thuật, tính bền vững và ổn Bên cạnh ñó vấn ñề tiết kiệm ñiện năng trong quá trình sử dụng
ñịnh cao, dễ thay ñổi và lập trình. công nghệ cũng là vấn ñề cần quan tâm khi nước ta hiện nay ñang
thiếu ñiện và các nhà máy xí nghiệp cần áp dụng ñúng thiết bị, công 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là lò nung (vùng nung). nghệ vào quá trình ñiều khiển ñể giảm lượng tiêu thụ ñiện và giảm
Phạm vi nghiên cứu là ứng dụng logic khiển mờ ñể ñiều khiển ñược chi phí khi sử dụng ñiện.
nhiệt ñộ lò nung Tuynel. Hiểu ñược tầm quan trọng của việc ñiều chỉnh lưu lượng gió,
ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel, cụ thể là Xí nghiệp gạch Tuynel 4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp mô hình hóa hệ thống, luận văn sử dụng Lai Nghi nên tôi chọn ñề tài “ Ứng dụng Logic mờ ñiều khiển nhiệt
phần mềm Matlap & Simulink, xây dựng mô hình hóa và mô phỏng ñộ lò nung Tuynel” ñể làm ñề tài nghiên cứu.
hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung, ñây là công cụ ñắc lực trợ giúp 2. Mục ñích nghiên cứu
trong việc nghiên cứu. Lò nung là khâu quan trọng ñể quyết ñịnh chất lượng sản
phẩm nhưng ñó là vùng khó kiểm soát ñược nhiệt ñộ nung nên sản 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài
Ý nghĩa khoa học của ñề tài là nâng cấp và hoàn thiện phẩm làm ra chất lượng chưa cao. Hiện tại ñiều khiển nhiệt ñộ dựa
phương pháp ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung theo tốc ñộ ñộng cơ (lưu trên cơ sở người vận hành so sánh nhiệt ñộ thực tế và nhiệt ñộ ñặt ñể
lượng gió). ñiều chỉnh van chắn thay ñổi lưu lượng gió ñể thay ñổi nhiệt ñộ,
3 4
Trên cơ sở nghiên cứu khả năng triển khai ứng dụng lý thuyết CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XÍ NGHIỆP GẠCH TUYNEL
ñiều khiển vào thực tế cho hệ ñiều khiển lò nung (vùng nung) Tuynel LAI NGHI
Lai Nghi. 1.1. Tổng quan về Xí Nghiệp gạch Tuynel
6. Cấu trúc của luận văn 1.1.1. Giới thiệu
Luận văn ñược chia làm 4 chương: 1.1.2. Nguyên liệu ñể sản xuất gạch
Chương 1: Tổng quan về xí nghiệp gạch Tuynel Lai Nghi 1.1.2.1. Khái niệm
Chương 2: Phương pháp ñiều chỉnh nhiệt ñộ lò nung Tuynel 1.1.2.2. Quá trình hình thành ñất sét
Chương 3: Tổng hợp bộ ñiều chỉnh tốc ñộ và ñiều khiển nhiệt 1.1.2.3. Thành phần và tính chất hóa học của nhiên liệu
ñộ lò nung Tuynel 1.2. Sơ ñồ công nghệ lò nung Tuynel
Chương 4: Ứng dụng logic mờ ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung
Tuynel
Hình 1.1. Sơ ñồ công nghệ lò nung Tuynel Lai Nghi
1.2.1. Nguyên lý hoạt ñộng lò sấy
1.2.2. Nguyên lý hoạt ñộng lò nung
1.2.3. Các thông số, thiết bị ñiều khiển lò sấy và lò nung
1.2.4. Các yếu tố ñầu vào
1.2.4.1. Nhiên liệu
1.2.4.2. Gió
1.2.5. Các yếu tố ñầu ra
6 5
ñộ lò nung (vùng nung) ổn ñịnh là vấn ñề mà luận văn quan tâm 1.2.5.1. Khí thải
nghiên cứu và giải quyết. 1.2.5.2. Gạch
Theo sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung như 1.2.6. Các yếu tố nhiễu loạn
trên sử dụng van ñiều khiển lưu lượng và áp suất thông qua tốc ñộ 1.2.6.1. Chất lượng của bột liệu
quạt của ñộng cơ KĐBBP 11 kW. Ưu ñiểm của mô hình này là kinh 1.2.6.2. Chất lượng nhiên liệu ñầu vào
phí lắp ñặt hế thống rẽ nhưng nhược ñiểm là tổn thất ñiện nhiều do 1.3. Các cân bằng xảy ra trong lò nung
ñộng cơ chạy liên tục với tốc ñộ không ñổi và nhiệt ñộ ít ổn ñịnh do 1.3.1. Cân bằng giữa lượng nhiên liệu cấp và lượng gió
ñiều chỉnh lưu lượng gió bằng thủ công (ñiều chỉnh van). 1.3.2. Cân bằng giữa nhiên liệu vào với nhiệt tỏa ra và nhiệt thu
hồi
1.3.3. Cân bằng giữa gió ra và gió vào
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH NHIỆT ĐỘ LÒ 1.4. Sự phân bổ nhiệt, thời gian và kỹ thuật tra than
NUNG TUYNEL 1.4.1. Sự phân bổ nhiệt nung của lò nung
2.1. Sơ ñồ cấu tạo ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung 1.4.2. Lượng than nung gạch, nhiệt ñộ và thời gian mổi lần nung
1.4.3. Kỹ thuật tra than
1.4.4. Đánh giá chất lượng bằng trực quan và mục ñích của việc
kiểm tra chất lượng than bằng trực quan
1.5. Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung
1.5.1. Sơ ñồ cấu tạo ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung
1.5.2. Nguyên lý làm việc
1.6. Kết luận chương 1
Chương một ñã khái quát chung về Xí nghiệp gạch Tuynel Hình 2.1. Sơ ñồ ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Lai Nghi, quy trình công nghệ sản xuất gạch. Trong ñó lò nung là nơi
ñể nung gạch và trong quá trình nung không làm mất ñi tính chất hóa 2.2. Biến tần và quạt công nghiệp học cũng như tính chất cơ lý vốn có của gạch. Do vậy việc giữ nhiệt 2.2.1. Giải pháp biến tần tiết kiệm năng lượng cho hệ thống quạt
công nghiệp
8 7
Hình 2.4. Biểu ñồ thay ñổi năng lượng tiêu thụ công suất của 2 hệ
thống
2.2.4. Phân tích về ưu nhược ñiểm của hai hệ thống truyền ñộng
Hình 2.2. So sánh hệ thống truyền ñộng quạt gió
cũ và mới
2.2.5. Quạt ly tâm lò nung - Khi áp dụng công nghệ biến tần vào hệ thống này thì khi 2.2.5.1. Các ñặc tính của hệ thống và ñồ thị quạt thay ñổi lưu lượng gió ñộng cơ thay ñổi tốc ñộ lượng ñiện năng thay
ñổi theo tỉ lệ bậc ba của tần số (Nếu thay ñổi 20% tốc ñộ thì ñiện
năng tiêu thụ giảm 30 - 40 % lượng ñiện năng).
Hình 2.5. Đồ thị hiệu suất của quạt
2.2.5.2. Các ñịnh luật về quạt
2.3. Các mối quan hệ giữa tốc ñộ, áp suất, lưu lượng, công suất
Hình 2.3. So sánh hệ thống quạt gió khi sử dụng van và không van và nhiệt ñộ của lò nung
2.3.1. Công thức ñịnh luật của quạt
1
1
Q = Q
N N
2
2
2.2.2. So sánh, phân tích về tính thông minh và tiết kiệm ñiện (2.1) năng hai hệ truyền ñộng quạt gió
2
1
=
2.2.3. Biểu ñồ thay ñổi năng lượng tiêu thụ của hai hệ thống theo
N N
P 1 P 2
2
lưu lượng gió (2.2)
3
10 9
1
=
N N
A 1 A 2
2
3.1.1. Vector không gian và hệ tọa ñộ từ thông (2.3) 3.1.2. Hệ phương trình cơ bản của ñộng cơ
3.1.3. Mô hình trạng thái của ñộng cơ trên hệ toạ ñộ từ thông Trong ñó: rotor (tọa ñộ dq)
y
d
+
+
3.2. Sơ ñồ cấu trúc sử dụng ĐCKĐBBP ñiều khiển vector N: tốc ñộ (v/p) Q: lưu lượng (m3/h) 3.2.1. Sơ ñồ cấu trúc kênh ñiều chỉnh từ thông P: áp suất (mmH2O, pa) Ta viết lại các phương trình biểu diễn dòng ñiện tác ñộng lên A: công suất (kW) kênh ñiều khiển từ thông dưới dạng sau: 2.3.2. Sự tương ñồng giữa ñịnh luật quạt và ñặc tính ñường ống
w
iR
iL
u
sds
sqe
s
sd
L e
rd dt
di -= sd dt
L m L r
y
d
=
y
i
sd
rd
rd dt
L m T r
1 T r
- 2.4. Phương pháp ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung (3.17) 2.4.1. Sơ ñồ khối hệ thống ño lường - 2.4.2. Cấu tạo cảm biến cặp nhiệt ñiện (Thermocouples)
2 L m
=
L e
LL r s L r
2.4.3. Nguyên lý hoạt ñộng - Trong ñó: là ñiện cảm tương ñương của ñộng cơ. 2.5. Kết luận chương 2
di
Chương 2 luận văn trình bày phương pháp ñiều chỉnh nhiệt 3.2.2. Cấu trúc ñộng học ñối tượng ñộ thông qua tốc ñộ ñộng cơ (tốc ñộ quạt) bằng cách dùng biến tần Xét phương trình: thay thế cho van ñể ñiều khiển lưu lượng và áp suất cho lò nung
w
y
-=
+
+
u
(
)
sq
rd
L e
iR s
sq
iL e
s
sd
L m L
sq dt
r
(vùng nung). - (3.19)
So sánh ưu nhược ñiểm khi dùng biến tần thay thế cho van,
Với ñại lượng ñiều khiển vào là usq, ñại lượng ñầu ra là isd ta về ñiện thì tiết kiệm ñược ñiện năng hơn, ít tốn kinh phí khi sử dụng
có cấu trúc của kênh ñiều chỉnh mô men là khâu quán tính có hàm số ñiện và ñồng thời ổn ñịnh nhiệt ñộ lò một cách tự ñộng hóa.
truyền là:
CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ VÀ
=
W
(3.20)
/1 L e + LRs / e s
ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG TUYNEL
3.1. Mô tả toán học ñộng cơ xoay chiều ba pha (ĐCXCBP) dưới
dạng vector không gian
11 12
- Hỗ cảm giữa stato và rotor: Lm = 0.3985 H
- Điện cảm tản phía stator: Ls s = 0,0093 H
- Điện cảm tản (quy ñổi) phía rotor:
- Điện trở stator: Hình 3.6. Sơ ñồ cấu trúc hệ sử dụng ĐCKĐBBP - Điện trở rotor: Ls r = 0.0105 H Rs = 0,593 W Rr = 0,455 W Khi biết ñầy ñủ các tham số của ñối tượng ta sẽ tổng hợp * Tính toán các thông số ñộng cơ: ñược các bộ ñiều khiển RT, Rω. - Điện cảm stato: Ls = Ls s+ Lm = 0.4078 H;
ñm
=
w
=
- Điện cảm roto: Lr = Ls r + Lm = 0.4090 H ;
8,150
ñm
np .2 60
=
=
- Tốc ñộ ñịnh mức: rad/s
M
98,72
ñm
P ñm w
11000 = 72,150
ñm
j
=
=
=
- Mô men ñịnh mức: N.m
I
I .2
1
cos
8,01.20.2
,11
6619
ñm
ñm
ñmsd .
- - A Hình 3.7. Sơ ñồ cấu trúc ñiều khiển nhiệt ñộ sử dụng ĐCKĐBBP
2
2
=
=
=
I
I .2
I
20.2
,11
6619
,25
7682
ñmsq .
2 ñm
2 ñmsd .
,0
4078
,0.
,0
2 03985
2 L m
=
=
=
0.01953
L e
409 ,0
4090
LL s r L r
ñiều khiển vector - - A 3.2.3. Thông số và tính toán ñộng cơ KĐBBP ñiều khiển vector - Điện cảm tương ñương của ñộng cơ: * Động cơ không ñồng bộ AД 11A - 100L4Y3 như sau: - - - Công suất ñịnh mức của ñộng cơ: Pñm = 11 kW; H
- Hệ số công suất: Cosφñm = 0,83
=
,0=
687
T s
L s R s
- Dòng ñiện ñịnh mức: Iñm = 20A ; - Hằng số thời gian stato: s - Tần số: f = 50 Hz ;
=
898,0=
T r
L r R r
- Điện áp nguồn ñịnh mức: - Hằng số thời gian roto: - Mô men quán tính ñộng cơ: Uñm = 380V ; Jdc = 0,285 kGm2 ;
=
=
=
y
k
Z
.2.
6,4.
,13
445
M
p
rd
3 2
3 2
,0 3985 ,0 455
L m L r
- Tốc ñộ ñịnh mức nñm = 1440 V/p ; - Tính - Số ñôi cực: Zp = 2
13 14
=
+
=
+
=
J
J
J
,0
281
004,0
,0
285
ñc
atqd
=
=
sW )( cl
38 + s 1. 0017
.0
K cl + sT 1 cl
- Mô men quán tính quy ñổi về phía trục ñộng cơ: - Hàm truyền ñạt bộ chỉnh lưu biến tần có dạng
3.2.4. Biến tần ñiều chế vector không gian - Vậy ta có hàm truyền tổng hợp chỉnh lưu biến tần và ñộng 3.3. Xây dựng hàm truyền lò nung Tuynel
=
.
= WWW cl
dc
M
+
3.3.1. Vùng sấy và vùng làm nguội cơ:
)1
KK . dc cl )( + sT 1 cl
( sT dc
=
=
TsT .
,0
0347
3.3.2. Điều khiển nhiệt ñộ cho vùng nung chính
∑
+ cl T ñ
Trong ñó: K = Kñ.Kcl = 64,084; Đối tượng lò nung chính ñược sử dụng tại nhà máy gạch
=
WM
,64 0347
0843 + s .
1
.0
=
t- se
)( sW ln
ln +
)1
Tuynel Lai Nghi là ñối tượng mà hàm truyền có dạng : Do ñó:
K ( sT ln
- Vậy ñối tượng ñiều khiển là khâu quán tính bậc 2:
=
S
)( s
+
.
Trong ñó: Kln: Hệ số khuếch ñại lò nung; Tln: Thời gian
)1
( sTsT dc
K )( + 1 sT cl
quán tính của lò; τ : Thời gian trễ ;
3.4. Tổng hợp bộ ñiều khiển mạch vòng ñiều chỉnh nhiệt ñộ và Với: K = Kdc . Klc .KM
tốc ñộ ñộng cơ T = 0,258 ; Tdc = 0,033 ; Tcl = 0,0017
3.4.1. Tổng hợp bộ ñiều khiển tốc ñộ ñộng cơ Vì Tdc và Tcl rất nhỏ so với T, dùng phương pháp tổng các
=
S s )(
+
.
hằng số nhỏ ñể chuyển mô hình về dạng xấp xỉ:
)1
K ( S sTsT
L
=
Hình 3.16. Sơ ñồ cấu trúc hệ sử dụng Biến tần – ĐCKĐBBP Với: TΣ = Tcl + Tdc = 0,033 + 0,0017 = 0.0347 - Hàm truyền ñộng cơ: K = Kdc . Klc .KM = 1,686.38.13,445 = 861,384
sW )( dc
/1 + Rs
L
s
e /
2,51 + 36,30
s
e
- Áp dụng phương pháp tối ưu ñối xứng, chọn bộ ñiều khiển
tốc ñộ PI có hàm truyền như sau:
=
=
=
=
+
(
)
Kp
)(w sR
1
sW dc
dc +
+
1
,1 0329
686 S .
,0
1
K sT dc
+
S
.
1
1 SIT .
2,51 36,30 1 36,30
=>
15 16
+ Chọn a =4: - Hàm truyền mạch vòng tốc ñộ
=
sW )( w
+
+ sTK .( . )1 s + + ).1 sTKsT .
.(
I .
)1
sTsT . (.
TI = a.TΣ = 4.0,0347 = 0,1388
s
I
I
,0
285
=
=
=
Kp
.0
004767
T aTK
.
,0.384,861
0347
4.
S
,0
=
=
=
=
t- se
K
.0
0343
)( sW ln
I
ln +
)1
004767 1388 ,0
K ( sT ln
Kp T I
S - Hàm truyền nhiệt ñộ lò nung là khâu quán tính bậc 1
t-
s
=
Do ñó ta có: - Hàm truyền ñạt của hệ thống kín mạch vòng tốc ñộ
e
u
.
e
)( sW NDL
ln +
+
ω
y
+ .( . sTK )1 s + + sTKsT ).1 .
.(
I .
)1
)1
(. sTsT .
s
I
I
K ( sT ln
S
R(s)
S(s)
=
sW )( NDL
+
(.
)1
KK . s ln + )(1 sTsT sT . ln
1
Với: TΣ1 = TΣ + TI => S
+
.
Kp
1
+
+
( sTKp .
)1
+
+
A
. sT B
)1
- Theo nguyên lý tối ưu ñối xứng, chọn bộ ñiều khiển nhiệt Hình 3.17. Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển tín hiệu ñộ PID có hàm truyền sau:
)1
1 sT I .
=
=
=
)( sR T
sW )( w
I +
+
sTsT . (.
sTKpK . .( . + . ).1
sTKpKsT . .
.(
)1
)(1 sT . I
I
I
+
+
1
.
Kp
1
+
)1
K sTsT (. . K sTsT (. .
1 sT I .
+
=
S S S Trong ñó:
sW )( w
+
sTK .( . )1 s + + ).1 sTKsT .
.(
I .
)1
sTsT . (.
s
I
I
=
=
=
,0
284
T D
=> K = 6,225; T = 0,285 ; T1 = Tln = 90 ; TΣ1 =0,1041 S + Chọn a =2 : TI = T + T1 = 0,285 + 90 = 90,285 3.4.2. Tổng hợp bộ ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel
,0 90.285 ,90 285
. 1 TT T I
Ta có cấu trúc ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung Tuynel
T
,0
285
=
=
=
~ pK
31,0
TK .
.
a
,6
,0.225
1041
2.
1
285
I
=
=
=
t Ut Wω(s) Wln(s) RT(s) S
Kp
,0
31098
,90.31,0 90
~ TpK . T 1
CBN
Hình 3.18. Sơ ñồ tổng hợp mạch vòng nhiệt ñộ
17 18
=
=
=
K
,0
00344
I
Kp T
,0 31098 ,90 285
300
900
I
nhiet do dat nhiet do thuc
250
850
=
=
=
K
TKp .
,0
31098
,0.
284
,0
0883
d
D
200
800
C
i
150
750
i
b) Kết quả mô phỏng nhiệt ñộ ñặt 9000C khi K =1,83
o d t e h N
C o d t e h n h c e l i a S
100
700
3.5. Tổng hợp mô hình ñộng học mô phỏng ñiều khiển nhiệt ñộ
650
50
600
0
0
100
200
300
400
600
700
800
900
1000
0
100
200
300
600
700
800
900
1000
400
dùng bộ PID
500 Thoi gian (s)
500 Thoi gian (s)
Hình 3.22. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ Hình 3.23. Sai lệch nhiệt ñộ
3.5.1. Mô hình mô phỏng
3.5.3. Đánh giá kết quả mô phỏng
Từ kết quả mô phỏng của mô hình ñộng học khi sử dụng bộ
ñiều khiển PID ñể ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung (vùng nung), nhiệt ñộ
thực tế bám sát nhiệt ñộ ñặt. Tuy nhiên thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ
còn chậm nên chưa ñảm bảo ñược yêu cầu công nghệ lò nung
Tuynel.
3.6. Kết luận chương 3 Hình 3.19. Sơ ñồ mô hình mô phỏng nhiệt ñộ lò nung dùng bộ ñiều
Chương 3 luận văn ñã trình bày cơ sở lý thuyết ñể xây dựng các khiển PID
bộ ñiều khiển tốc ñộ cho ñộng cơ bằng phương pháp kinh ñiển. Trên
cơ sở ñó, ta ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung (vùng nung) theo tốc ñộ 3.5.2. Kết quả mô phỏng khi dùng PID a) Kết quả mô phỏng nhiệt ñộ ñặt 8620C khi K =1,59
300
900
250
ñộng cơ dùng bộ PID. Kết quả mô phỏng có những hạn chế là thời
850
nhiet do dat nhiet do thuc
200
C
800
gian ñáp ứng nhiệt ñộ lò nung còn chậm. Để khắc phục vấn ñề này
o d t e
i
C o d
150
t
750
i
h n h c e
thì ñiều khiển mờ là một giải pháp cần nghiên cứu trong chương 4.
e h N
l i
a S
100
700
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT
50
650
ĐỘ LÒ NUNG TUYNEL
0
600
0
100
200
300
600
700
800
900
1000
400
0
400
100
200
300
600
700
800
900
1000
500 Thoi gian (s)
500 Thoi gian (s)
4.1. Giới thiệu về lý thuyết ñiều khiển mờ
4.1.1. Định nghĩa tập mờ Hình 3.20. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ Hình 3.21. Sai lệch nhiệt ñộ 4.1.2. Một vài dạng hàm liên thuộc thường ñược sử dụng
19 20
4.4.2.2. Giá trị tập mờ 4.2 . Xây dựng mô hình mờ cho ñối tượng
4.4.2.3. Xác ñịnh hàm liên thuộc 4.2.1. Mô hình mờ Mamdani
4.2.1.1. Khâu mờ hóa
4.2.1.2. Khâu thực hiện luật hợp thành
4.2.1.3. Khâu giải mờ
4.2.1.4. Tối ưu hoá hệ thống
4.2.2. Mô hình mờ Sugeno
4.2.3. So sánh hai loại mô hình
Hình 4.10. Đầu vào 1 sai lệch nhiệt ñộ E 4.3. Tổng hợp bộ ñiều khiển mờ
4.3.1. Cấu trúc của bộ ñiều khiển mờ
4.3.2. Nguyên tắc tổng hợp bộ ñiều khiển mờ
4.3.3. Các bước thực hiện khi xây dựng bộ ñiều khiển mờ
4.4. Xây dựng và thiêt kế bộ ñiều khiển mờ ñiều khiển nhiệt ñộ lò
nung
4.4.1. Xác ñịnh các biến vào ra
Hình 4.11. Đầu vào 2 tốc ñộ sai lệch nhiệt ñộ Dn
Hình 4.9. Cấu trúc bộ ñiều khiển mờ
4.4.2. Xác ñịnh tập mờ
Hình 4.12. Đầu ra là ñiện áp ñiều khiển CU
4.4.3. Xây dựng các luật ñiều khiển
Dùng luật hợp thành Max - Prod, giải mờ theo phương pháp 4.4.2.1. Miền giá trị vật lý của các biến ngôn ngữ vào/ra + Sai lệch E ñược chọn trong miền giá trị : - 2620C ≤ E ≤ 2620C + Tốc ñộ biến thiên Dn ñược chọn trong miền giá trị: -10C/s ≤ Dn ≤ 10C/s trọng tâm ñiều khiển cụ thể như hình sau: + Đầu ra CU có miền giá trị: 0V ≤ CU ≤ 217 V
21 22
300
950
250
900
nhiet do dat nhiet do thuc
200
850
C
o d
t
150
C
800
e
i
h n
o d t e
i
h c e
100
750
h N
l i
a S
50
700
0
650
b) Kết quả mô phỏng nhiệt ñộ ñặt 9000C khi K =1,83
-50
600
0
100
200
300
600
700
800
900
1000
400
0
100
200
300
600
700
800
900
1000
400
500 Thoi gian (s)
500 Thoi gian (s)
Hình 4.13. Luật ñiều khiển
Hình 4.17. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ Hình 4.18. Sai lệch nhiệt ñộ
4.4.4. Quy tắc hợp thành và giải mờ
4.4.5. Mô hình mô phỏng
4.4.7. Nhận xét kết quả mô phỏng
Khi sử dụng lý thuyết mờ mô phỏng quá trình biến ñổi nhiệt ñộ
lò nung khi ñối tượng lò nung (vùng nung) có thông số thay ñổi có
ñặc tính tốt.
Thời gian quá ñộ từ 0 s ñến 350 s, thời gian xác lập từ 350 s
ñến 1000 s, ñộ quá ñiều chỉnh khi xác lập nhỏ hơn 2% Hình 4.14. Mô hình mô phỏng nhiệt ñộ lò nung 4.5. Kết luận chương 4
900
300
850
Như vậy trên cơ sở công nghệ yêu cầu ñiều khiển nhiệt ñộ lò 4.4.6. Kết quả mô phỏng khi dùng bộ ñiều khiển mờ a) Kết quả mô phỏng nhiệt ñộ ñặt 8620C khi K =1,59
250
nhiet do dat nhiet do thuc
800
nung, ta xây dựng ñược mô hình ñiều khiển. Xây dựng cấu trúc ñiều khiển nhiệt ñộ lò nung (vùng nung) sử dụng lý thuyết logic mờ kết
200
C
o d
i
t
750
e
150
i
hợp phần mềm mô phỏng Matlap & Simulink. Với kết quả mô phỏng
h N
C o d t e h n h c e l i a S
700
100
nhiệt ñộ lò bám tốt theo nhiệt ñộ ñặt khi thông số thay ñổi, thời gian
650
50
ñáp ứng nhiệt ñộ nhanh hơn bộ ñiều khiển PID. Vậy ta ñã giải quyết
600
0
0
100
200
300
600
700
800
900
1000
400
0
100
200
300
600
700
800
900
1000
400
500 Thoi gian (s)
500 Thoi gian (s)
Hình 4.15. Thời gian ñáp ứng nhiệt ñộ Hình 4.16. Sai lệch nhiệt ñộ
ñược nhược ñiểm khi dùng bộ ñiều khiển PID như ở chương 3.
24 23
2. Hạn chế còn tồn tại KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Do kiến thức chuyên môn cũng như thời gian còn nhiều hạn
chế nên luận văn chỉ dừng lại ở mức ñộ mô phỏng trên Matlap – 1. Những ñóng góp của luận văn
Simulink. Mục tiêu của hệ thống ñiều khiển tự ñộng ngày càng nâng
cao chất lượng. Thiết kế các bộ ñiều khiển dựa trên lý thuyết ñiều 3. Hướng mở rộng ñề tài
- Lắp ñặt thực tế tại Xí nghiệp gạch Tuynel Lai Nghi thuộc khiển kinh ñiển còn nhiều khó khăn, do ñó ñòi hỏi ta phải ứng dụng
Công ty cổ phần xi măng VLXD xây lắp Đà Nẵng (COXIVA). các lý thuyết ñiều khiển hiện ñại vào trong thực tế. Trong luận văn
- Ứng dụng ñiều khiển mờ cho các lò nung. này ứng dung lý thuyết cao cấp (ñiều khiển mờ) ñể ñiều khiển nhiệt
ñộ lò nung (vùng nung) tuynel.
Trên cơ sở kết quả thu ñược sau khi mô phỏng, luận văn ñã
ñóng góp ñược các vấn ñề sau:
- Thiết kế bộ ñiều khiển PID cho bộ ñiều khiển nhiệt ñộ lò
nung theo tốc ñộ ñộng cơ (tốc ñộ quạt).
- Xây dựng ñược bộ ñiều khiển mờ cho bộ ñiều khiển nhiệt
ñộ lò nung khi ñối tượng không rõ.
- Đã khắc phục ñược nhược ñiểm khi dùng bộ PID ñiều
khiển nhiệt ñộ lò nung với thông số ñối tượng thay ñổi.
- Với các thông số về chất lượng ñiều chỉnh như sai lệch tĩnh,
ñộ quá ñiều chỉnh, thời gian quá ñộ ñều tốt, nhật là ñộ quá ñiều chỉnh
nhỏ. Vậy bộ ñiều khiển ñã nghiên cứu trong luận văn ñã ñáp ứng
ñược các yêu cầu về chất lượng ñiều khiển cho hệ truyền ñộng và có
khả năng ứng dụng vào thực tế ñiều khiển.
- Đã giải quyết ñược yêu cầu công nghệ về lò nung tuynel
như: nhiệt ñộ thực tế bám sát nhiệt ñộ ñặt, dao ñộng nhiệt ñộ thấp.
