bộ giáo dục đào tạo trờng đại học nông nghiệp i hà nội lê bảo hng Nghiên cứu phơng pháp thiết kế Hệ điều khiển vi khí hậu Theo quan điểm bền vững chất lợng cao luận văn thạc sỹ kỹ thuật Hà Nội: 2004mở đầu Phần Bài toán điều khiển nhiệt độ, độ ẩm vấn đề phổ biến thực tế (lò nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện nguyên tử, nhiệt độ lò nung, phòng thí nghiệm, phòng bảo quản gien- cấy gien, buồng bảo quản nông sản thực phẩm, lò ấp trứng, đối tợng vi khí hậu) Trớc toán đợc nhiều tác giả nghiên cứu đề cập tới (đặc biệt Mỹ, Liên xô cũ) Tuy nhiên phơng án giải nhiều hạn chế, đa phần xét cho trờng hợp riêng với đối tợng đơn giản, độ trễ nhỏ Trớc yêu cầu ngày tăng chất lợng điều khiển trình công nghệ, nh phát triển mạnh mẽ công cụ tính toán, mô phỏng, việc giải toán điều khiển nhiệt độ nhiều đối tợng có liên hệ lẫn trở nên thiết Trong khuôn khổ luận văn trình bày vấn đề liên quan tới toán điều khiển nhiệt độ, độ ẩm, buồng vi khí hậu, đánh giá tổng quan phơng pháp phân tích tổng hợp hệ thống có từ trớc tới Tiếp theo sở khái niệm số dao động mềm phơng pháp tối u hoá thuật toán vợt khe Do tác giả Nguyễn Văn Mạnh đề xuất, luận văn trình bày quan điểm thống để giải toán tổng hợp điều khiển bền vững tối u cho đối tợng nhiệt độ, độ ẩm Trên sở lý thuyết nêu số liệu thu thập đợc thực tế, luận văn tiến hành giải toán tổng hợp hệ điều khiển nhiệt độ buồng vi khí hậu Kết tính toán đợc thể mô nhờ phần mềm hỗ trợ CADM Trên sở tính toán rút quy trình tổng hợp điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm nói chung Nội dung luận văn gồm bốn chơng Chơng trình bày tổng quan tóm tắt số phơng pháp hiệu chỉnh tối u tham số điều chỉnh phổ biến thờng dùng Chơng hai trình bày quan điểm tổng hợp bền vững chất lợng cao đối tợng bất định Chơng ba trình bày đặc điểm đối tợng vi khí hậu (VKH) mô hình hoá đối tợng điều khiển VKH Chơng bốn trình bày vấn đề liên quan tới toán tổng hợp bền vững điều khiển VKH Phần phụ lục trình bày số liệu đo đạc thực tế đối tợng VKH chơng Tổng quan số phơng pháp hiệu chỉnh tối u tham số điều chỉnh Tối u hoá tham số điều chỉnh phần toán tổng hợp hệ thống điều chỉnh tự động Bài toán gồm hai bớc: Xác định cấu trúc hệ thống điều chỉnh giá trị thông số toàn hệ thống, tối u hoá tham số điều chỉnh bớc quan trọng khâu xác định thông số toàn hệ thống Tối u hoá tham số điều chỉnh tức xác định thông số điều chỉnh để hệ thống làm việc đạt số chất lợng điều chỉnh yêu cầu (nh độ tác động nhanh, độ điều chỉnh, độ tắt dần, tiêu tích phân ) Các phơng pháp tối u hoá tham số điều chỉnh thờng dùng: Phơng pháp Reinisch Phơng pháp thực nghiệm Ziegler - Nichols Phơng pháp điều khiển mờ Phơng pháp tính theo mô hình đối tợng đơn giản Phơng pháp số biên độ M Phơng pháp số dao động nghiệm Phơng pháp số dao động mềm mM Tối u hoá tổng quát tham số hệ thống phơng pháp vợt khe 1.1 Phơng pháp Reinisch Phơng pháp thiết kế thuật điều khiển Reinisch dựa mô hình toán học đối tợng đợc xác định cách tờng minh Mô hình động học đối tợng đợc đa hai dạng sau: 1.1.1 Dạng khâu quán tính bậc cao với mô hình đặc trng (Dạng 1) W ( s ) = K dt (1 + bs )e Tt p (1.1) n (1 + T s) i i =1 Với Ti số thực thoả mãn T1 T2 Tn số thời gian trễ Tt số thực hu hạn không âm Không tính tổng quát ta giả thiết T1 số thời gian lớn T2 số thời gian lớn thứ hai Nếu b T3 Thì điều chỉnh thích hợp P PI Trong trờng hợp b T4 ngời ta thờng chọn điều chỉnh PD PID 1.1.2 Dạng khâu động học có thành phần tích phân (Dạng 2) W ( s ) = K idt (1 + bs )e Tt p n S (1 + Ti s ) (1.2) i =1 Với điều kiện hạn chế nh (Dạng 1) Để thuận lợi cho việc thiết kế điều chỉnh với thành phần I cho đối tợng (Dạng 1) thành phần I cho đối tợng (Dạng 2), Reinisch đề nghị đa hàm truyền phải có hệ hở dạng gần sau: W0 ( s ) = s.T (1 + c1 s + c s ) (1.3) Với hai trờng hợp phân biệt c = c Tham số T đợc tính bởi: = K dt K i : Cho đối tợng (Dạng 1) T (1.4) = K idt : Cho đối tợng (Dạng 2) T Và c1 đợc xác định từ tham số đối tợng nh sau: n c1 = Ti b + Tt = a1 b + Tt (1.5) i =1 Tham số K i điều chỉnh PID đợc xác định từ T theo (1.4) Các tham số TD1 , TD lại đợc tính đơn giản TD1 = T1 TD = T2 * Điều khiển đối tợng dạng Để tính T cho đối tợng dạng ta từ độ điều chỉnh cực đại mong muốn max thông qua hệ số chỉnh định = f( max ) theo công thức: T = c1 K i = K dt c1 (1.6) Từ phơng trình hàm truyền hệ hở với c = , hệ số đợc tính theo công thức: = 4.(ln max ) + (ln max )2 (1.7) Khi c , tính nh sau: = a + c y với a c xác định từ max theo bảng sau: max (%) 10 15 20 30 40 50 60 a 1,9 1,4 1,1 0,83 0,51 0,31 0,18 0,11 c 0 1 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 Hằng số xác định theo cách: = = c2 c1 c2 c1 Nếu điều chỉnh đợc sử dụng P I (1.8) ' Nếu điều chỉnh đợc sử dụng P PI = c2 c1 (1.9) " Nếu điều chỉnh đợc sử dụng PID PD (1.10) Trong đó: , " c1 = a1 b + Tt ; c1 = c1 T1 ; c1 = c1 T1 T2 c = a + (T1 b )(a b ) + Tt " " ' ; c = c T1 c1 ; c2 = c2 T1.c1 'T2 c1 (1.11) (1.12) * Điều khiển đối tợng dạng Ưu điểm phơng pháp Reinisch trờng hợp đối tợng có thành phần tích phân (Dạng 2), giá trị cần thiết cho công việc tính toán tham số điều chỉnh nh ' " , " c1 , c1 , c1 , c , c , c ; đợc tính giống nh cho đối tợng (Dạng 1) Đối với vấn đề điều khiển đối tợng (Dạng 2) Reinisch đề xuất sử dụng điều khiển loại P PD (Không có thành phần I), theo công thức hàm truyền điều khiển: WBDK ( s ) = K p + + TD s T1 s (1.13) Thì lại hai tham số: K P TD phải xác định Với giá trị trung gian: c1 , c1 ' , c1" , c , c , , c " ; tính theo (1.8), (1.13) Ta có tính: += c2 ; Nếu điều khiển sử dụng P c1 + = c2 c1 ' '2 ; Nếu điều khiển sử dụng PD Từ suy ra: 1) K P = ; Cho điều khiển P K idt c1. (1.14) 2) K P = TD = Tt ; Cho điều khiển PD " K idt c1 (1.15) Trong = a + c. a, c đợc tính từ độ điều chỉnh cực đại mong muốn max theo bảng cho Phơng pháp tính hệ vòng đơn giản, mà hệ thống điều chỉnh trình nhiệt công nghiệp thờng từ hai vòng trở lên phức tạp Mặt khác, chất lợng hệ thống đợc đại diện độ điều chỉnh max mà độ tắt dần, không kể đến độ ảnh hởng nhiễu Vì phơng pháp không đợc áp dụng để tính toán luận văn 1.2 Phơng pháp thực nghiệm Ziegler Nichols Trong trờng hợp xây dựng mô hình cho đối tợng phơng pháp thiết kế thích hợp phơng pháp thực nghiệm, Thực nghiệm tiến hành hệ thống đảm bảo điều kiện: Khi đa trạng thái làm việc hệ đến biên giới ổn định giá trị tín hiệu hệ thống phải nằm giới hạn cho phép Trớc tiến hành thực nghiệm hệ thống phải đợc lắp đặt theo sơ đồ, bao gồm đối tợng điều khiển theo luật PID Sau lắp đặt xong, thực nghiệm đợc tiến hành theo bớc sau: - Cho hệ thống làm việc biên giới ổn định - Điều khiển đối tợng theo luật P, tức cho TD TI - Tăng hệ số khuyếch đại K P luật điều khiển P hệ thống biên giới ổn định Xác định hệ số K Pth chu kỳ dao động tới hạn Tth - Chọn luật điều khiển tính tham số từ K Pth , Tth Theo bảng sau: Luật điều khiển K P / K Pth TI / Tth TD / Tth Luật P 0,5 Luật PI 0,45 0,8 Luật PID 0,6 0,5 0,12 Phơng pháp có u điểm đơn giản, dễ thực hiện, cho phép hệ thống làm việc mức độ chấp nhận đợc nhng chế độ tối u Ngoài nhiều trờng hợp việc xác định chu kỳ dao động riêng gặp khó khăn không đảm bảo độ xác 1.3 Phơng pháp điều khiển mờ Điều khiển mờ phơng pháp điều khiển không cần đến mô hình toán học đối tợng, mà cần kinh nghiệm ngời đối tợng thông qua trình điều khiển Lý dẫn đến suy nghĩ áp dụng logic mờ để điều khiển nằm chỗ, nhiều trờng hợp, ngời cần dựa vào kinh nghiệm điều khiển đợc đối tợng cho dù đối tợng có thông số kỹ thuật không thờng xuyên bị thay đổi ngẫu nhiên mô hình toán học đối tợng điều khiển không xác, cha nói đến chúng hoàn toàn sai Việc điều khiển theo kinh nghiệm nh vậy, đánh giá xác nh thông số kỹ thuật đề (ví dụ nh điều khiển tối u), song giải đợc vấn đề trớc mắt đảm bảo đợc mặt định tính tiêu chất lợng định trớc Nh vậy, kỹ thuật điều khiển mờ đợc hiểu việc tự động hoá trình điều khiển theo kinh nghiệm Mở rộng ra, Về bản, điều khiển mờ không khác so với điều khiển tự động thông thờng khác Sự khác biệt điều khiển mờ làm việc theo luật đợc tổ chức thành lập mệnh đề dạng: Nếu có A1 có Am phải có B1 phải có B x Tóm lại, điều khiển mờ có u điểm bản: - Việc tổng hợp điều khiển mờ đơn giản Những điều khiển phi tuyến phức tạp đợc tổng hợp không khó khăn theo nguyên tắc mờ - Việc tổng hợp điều khiển mờ không cần đến mô hình toán học đối tợng - Khối lợng công việc thiết kế khối lợng tính toán giảm dẫn đến giá thành sản phẩm hạ - Trong nhiều trờng hợp điều khiển làm việc ổn định hơn, bền vững có chất lợng cao Giả thiết ngời thiết kế có đủ kinh nghiệm đối tợng cần điều khiển muốn xây dựng điều khiển mờ cho đối tợng đó, phải tiến hành theo bớc sau đây: - Định nghĩa tất biến ngôn ngữ vào bớc đặt tên cho tín hiệu vào - Định nghĩa tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho biến vào bớc xây dựng tập giá trị có biến - Xây dựng luật điều khiển (luật hợp thành) tìm tập hợp mệnh đề xác định tín hiệu đầu dựa tín hiệu đầu vào có cấu trúc - Chọn động suy diễn chọn phép toán thực luật hợp thành chọn để tìm giá trị tín hiệu - Chọn phơng pháp giải mờ bớc sử dụng quy luật để lấy giá trị rõ đại diện cho tập mờ đợc xác định tín hiệu Trong phần mềm STEP7 hãng Siemens có chứa chơng trình FCPA (Chữ viết tắt Fuzzy Control Parameter Assignment) Để tổng hợp đợc điều khiển mờ cần phải hiểu sâu khái niệm sau: - Tập mờ gì? - Phép tính tập mờ - Mệnh đề hợp thành - Luật hợp thành - Giải mờ Nhợc điểm điều khiển mờ là: - Thờng cho chất lợng điều chỉnh - Không kiểm soát đợc ổn định dự trữ ổn định hệ thống - Khó áp dụng cho hệ phức tạp nh hệ nhiều vòng Qua ta thấy phơng pháp điều khiển mờ đợc thực dựa logic mờ đối tợng chúng có cấu trúc không xác định khó xác định đối tợng có yêu cầu chất lợng điều chỉnh không cao Còn đối tợng hệ thống điều khiển nhiệt độ buồng vi khí hậu theo quan điểm bền vững chất lợng cao nên phơng pháp điều khiển mờ không áp dụng đợc 1.4 Phơng pháp tính theo mô hình đối tợng đơn giản Trong nhiều trờng hợp mô tả gần đối tợng điều chỉnh khâu quán tính có khâu trễ khâu tích phân có trễ Khi chuyển mô hình sang dạng không thứ nguyên Sau tính sẵn giá trị tham số tối u điều chỉnh đa dới dạng biểu đồ công thức tính đơn giản Dựa vào biểu đồ công thức có sẵn, tìm đợc thông số tối u điều chỉnh cách nhanh chóng Giả sử đối tợng có tính tự cân mô tả cách xấp xỉ hàm truyền: Wd(s)= K d e s Td s + (1.16) Và đối tợng tính tự cân bằng: Wd(s)= e s Td s (1.17) Cách xác định hệ số mô hình xấp xỉ, xem hình 1.1a, đối tợng có tự cân hình 1.1b, đối tợng tự cân Hàm truyền chung điều chỉnh công nghiệp là: WB(s)=KP(1+ + TD s ) TI s (1.18) Y(t) Y(t) Y() XVO XVO Td=XVo/tg O t Td t O (a) (b) Hình 1.1 Mô tả đối tợng Trớc hết ta xét đối tợng có tự cân Hàm truyền hệ hở tơng ứng là: WH(j)=WB(j).Wd(j)=KP(1+ K e j + T D j ) d Td j. + TI j. Ta biến đổi: (1.19) WH(j)=KPKd(1+ TI WH(j)=Kx(1+ + j TD j ) e j Td (1.20) j + 1 e j + TDx j ) TIx j. Tdx j + (1.21) Trong hệ số dẫn xuất: Kx=KP.Kd; TIx=TI/; TDx=TD/; Tdx=Td/ (1.22) Theo mô hình (1.1a) ngời ta tính thông số dẫn xuất tối u Kx, TIx, TDx cho hàng loạt giá trị Tdx khác Theo cách làm tơng tự nh mô hình xấp xỉ (Hình 1.1b) đối tợng tự cân ngời ta dựng đợc biểu đồ xác định thông số tối u theo Tdx=Td/ cho điều chỉnh: P, I, PI, PID Các kết tính theo điều kiện qúa độ đồ thị độ điều chỉnh 20% Phơng pháp tính toán thông số tối u điều chỉnh trình bày mục mang chất xấp xỉ thô thiển nên kết mang tính chất định hớng hay hiệu chỉnh sơ Tuy nhiên số tác giả có ý định tăng độ xác phơng pháp cách chia độ trễ chung thành trễ tuyệt đối trễ dung tích Độ xác đợc nâng lên mức độ định song kéo theo khối lợng đồ thị tham số tăng Dù trờng hợp phơng pháp không cho lời giải triệt để 1.5 Phơng pháp số biên độ M Để tính tham số tối u điều chỉnh theo số biên độ M trớc hết cần phải hiểu số biên độ M gì? Chỉ số biên độ M, mặt thực tế, đặc trng cho giá trị biên độ ứng với tần số nguy hiểm (tần số r cộng hởng hệ kín dễ làm cho hệ thống ổn định) M= max Wk ( j ) W k ( j 0) = W k ( j r ) W k ( j 0) (1.23) Mặt khác: Wk(j)= W H ( j ) + W H ( j ) (1.24) 10 Biến đổi nhiệt độ t (0C) cho máy hút ẩm chạy với độ mở van điều chỉnh lu lợng không khí 100%, hệ thống lạnh không hoạt động Điều kiện nhiệt độ độ ẩm ban đầu tFo = 290C Fo = 78% No t(ph) ToC ToC No t(ph) ToC ToC 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 0.5 1.5 2.5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 29.0 29.2 29.3 29.5 29.7 29.9 30.1 30.3 30.5 31.2 31.5 32.0 32.2 32.4 32.7 33.1 33.3 33.5 33.6 33.7 33.8 0.0 0.2 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 2.2 2.5 3.0 3.2 3.4 3.7 4.1 4.3 4.5 4.6 4.7 4.8 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 85 86 34.1 34.2 34.3 34.4 34.4 34.5 34.5 34.6 34.5 34.7 34.6 34.7 34.7 34.8 34.8 34.8 34.9 34.8 34.9 35.0 35.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.4 5.5 5.5 5.6 5.5 5.7 5.6 5.7 5.7 5.8 5.8 5.8 5.9 5.8 5.9 6.0 6.0 Phụ lục Biến đổi độ ẩm tơng đối (%) cho máy hút ẩm chạy với độ mở van điều chỉnh lu lợng không khí 100%, hệ thống lạnh không hoạt động Điều kiện nhiệt độ độ ẩm ban đầu 73 tFo = 290C Fo = 78% No 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 t(ph) 0.5 1.5 2.5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 % 78 77.3 76.9 75.9 75.5 74.9 73.7 72.4 71.4 69.3 67.7 65.4 64.2 62.3 61.3 60.2 58.5 58.0 57.5 56.0 55.1 54.2 53.5 53.0 52.3 51.8 -0.7 -1.1 -2.1 -2.5 -3.1 -4.3 -5.6 -6.6 -8.7 -10.3 -12.6 -13.8 -15.7 -16.7 -17.8 -19.5 -20.0 -20.5 -22.0 -22.9 -23.8 -24.5 -25.0 -25.7 -26.2 No 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 % 51.4 50.8 50.4 50.0 49.6 49.1 48.8 48.6 48.4 48.2 47.8 47.5 47.3 47.1 46.9 46.7 46.5 46.3 45.8 45.5 45.3 45.2 45.1 45.0 45.0 t(ph) 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 74 78 84 90 100 120 130 140 150 160 -26.6 -27.2 -27.6 -28.0 -28.4 -28.9 -29.2 -29.4 -29.6 -29.8 -30.2 -30.5 -30.7 -30.9 -31.1 -31.3 -31.5 -31.7 -32.2 -32.5 -32.7 -32.8 -32.9 -33.0 -33.0 Phụ lục Bảng số liệu đặc tính tần số biên độ pha kênh O11 Complex Response Lp m0 Soft = 0.0 0.0 0.0 w Re 0.0015 -5.6983 0.0063 Im w Re 0.1076 0.0038 -5.6895 0.2712 -5.6724 0.4414 0.0087 -5.6468 0.6110 0.0116 -5.6062 0.8096 0.0148 -5.5472 1.0283 0.0174 -5.4890 1.2031 0.0206 -5.4090 1.4037 74 Im 0.0242 -5.3000 1.6314 0.0285 -5.1521 1.8861 0.0336 -4.9534 2.1645 0.0396 -4.6902 2.4587 0.0467 -4.3479 2.7539 0.0550 -3.9143 3.0256 0.0648 -3.3857 3.2379 0.0764 -2.7758 3.3450 0.0900 -2.1273 3.3010 0.1061 -1.5187 3.0818 0.1250 -1.0502 2.7199 0.1473 -0.7905 2.3293 0.1736 -0.6895 2.0657 0.2046 -0.5579 1.9749 0.2411 -0.2733 1.8671 0.2841 -0.0431 1.5849 0.3348 0.0018 1.4057 0.3945 0.2349 1.3133 0.4649 0.3351 0.9907 0.5478 0.4371 0.9150 0.6455 0.5045 0.5882 0.7607 0.4876 0.4029 0.8964 0.4692 0.2021 1.0563 0.2671 0.0722 1.2447 0.2882 -0.0214 1.4668 0.2961 -0.0162 1.7284 0.1766 -0.0635 2.0367 0.1369 -0.0308 2.4001 0.0952 -0.1281 2.8282 0.0892 -0.0175 3.3327 0.0905 -0.1400 3.9272 -0.0314 0.0577 4.6278 -0.0449 -0.0771 5.4533 -0.0091 -0.0134 6.4261 -0.0563 0.0027 7.5724 0.0250 0.0702 8.9232 0.0670 0.0154 10.5150 0.0153 -0.0217 12.3907 -0.0057 -0.0099 14.6011 -0.0096 0.0168 17.2057 0.0166 -0.0092 20.2749 0.0054 -0.0057 Phụ lục Bảng số liệu đặc tính tần số biên độ pha kênh O12 Complex Response Lp m0 Soft = 0.0 0.0 0.0 w Re 0.0015 -32.9561 Im 1.1974 75 w Re 0.0024 -32.8781 Im 2.0147 0.0036 -32.7483 2.8965 0.0047 -32.5585 3.8317 0.0057 -32.3421 4.6683 0.0068 -32.0926 5.4607 0.0080 -31.7518 6.3694 0.0094 -31.2892 7.4010 0.0112 -30.6666 8.5546 0.0126 -30.0752 9.4904 0.0136 -29.6021 10.1461 0.0148 -29.0620 10.8198 0.0161 -28.4487 11.5050 0.0174 -27.7565 12.1933 0.0189 -26.9811 12.8748 0.0206 -26.1196 13.5374 0.0223 -25.1715 14.1679 0.0242 -24.1393 14.7522 0.0263 -23.0288 15.2759 0.0285 -21.8495 15.7258 0.0310 -20.6139 16.0911 0.0336 -19.3373 16.3647 0.0365 -18.0351 16.5435 0.0396 -16.7215 16.6288 0.0430 -15.4072 16.6240 0.0467 -14.0993 16.5316 0.0507 -12.8035 16.3500 0.0550 -11.5300 16.0723 0.0597 -10.3007 15.6920 0.0648 -9.1506 15.2157 0.0704 -8.1152 14.6789 0.0764 -7.2000 14.1488 0.0830 -6.3472 13.6910 0.0900 -5.4430 13.3003 0.0978 -4.4077 12.8511 0.1061 -3.3249 12.1699 0.1152 -2.4336 11.2470 0.1250 -1.8507 10.3401 0.1357 -1.3152 9.6517 0.1473 -0.5354 8.8886 0.1599 0.1647 7.6109 0.1736 0.1712 6.0509 0.1885 -0.5889 4.8478 0.2046 -1.7670 4.5357 0.2221 -2.3862 5.2588 0.2411 -2.0969 5.8048 0.2617 -1.9690 6.3608 0.2841 -0.8202 7.5743 0.3084 2.1587 7.5452 0.3348 4.4250 4.1885 0.3634 3.0413 0.3847 0.3945 -0.6686 -0.8838 76 Phụ lục Bảng số liệu đặc tính tần số biên độ pha kênh O21 Complex Response Lp m0 Soft = 5.6E-5 0.0 0.0 w Re 9.5E-04 -19.9758 0.0225 Im w Re 0.2310 0.0128 -19.5493 3.0665 -18.7206 5.1902 0.0324 -17.4657 7.1026 0.0431 -15.7913 8.7476 0.0529 -14.0923 9.8282 0.0623 -12.4021 10.4691 0.0734 -10.4935 10.7648 0.0865 -8.5258 10.5946 0.1019 -6.7585 9.9361 0.1152 -5.7182 9.2220 0.1250 -5.2267 8.7188 0.1357 -4.8818 8.2734 0.1473 -4.6411 7.9466 0.1599 -4.4287 7.7745 0.1736 -4.1499 7.7465 0.1885 -3.7231 7.7915 0.2046 -3.1244 7.7890 0.2221 -2.4230 7.6179 0.2411 -1.7709 7.2351 0.2617 -1.3191 6.7371 0.2841 -1.0853 6.3268 0.3084 -0.8862 6.1480 0.3348 -0.4770 6.0963 0.3634 0.1487 5.8719 0.3945 0.6830 5.3641 0.4283 0.9590 4.8723 0.4649 1.3128 4.5524 0.5047 1.8381 3.9247 0.5478 1.7927 2.9889 0.5947 1.3313 2.8064 0.6455 1.7465 2.9213 0.7008 2.1160 2.1324 0.7607 1.8817 1.7285 0.8258 2.0194 1.2614 0.8964 1.7255 0.9031 0.9731 1.7836 0.4116 1.0563 1.2617 0.1441 1.1466 0.9821 -0.0734 1.2447 0.8485 -0.1404 77 Im Phụ lục Bảng số liệu đặc tính tần số biên độ pha kênh O22 Complex Response w Re Lp m0 Soft = 0.0 0.0 0.0 Im w Re Im 1.5E-04 5.8999 -0.0145 0.0015 5.8965 -0.1497 0.0027 5.8896 -0.2616 0.0038 5.8784 -0.3769 0.0051 5.8620 -0.5003 0.0063 5.8432 -0.6118 0.0074 5.8213 -0.7188 0.0087 5.7910 -0.8435 0.0102 5.7494 -0.9883 0.0121 5.6922 -1.1554 0.0136 5.6367 -1.2957 0.0148 5.5913 -1.3975 0.0161 5.5384 -1.5056 0.0174 5.4769 -1.6199 0.0189 5.4055 -1.7402 0.0206 5.3230 -1.8660 0.0223 5.2278 -1.9967 0.0242 5.1185 -2.1312 0.0263 4.9936 -2.2681 0.0285 4.8515 -2.4057 0.0310 4.6911 -2.5417 0.0336 4.5113 -2.6733 0.0365 4.3115 -2.7971 0.0396 4.0920 -2.9093 0.0430 3.8537 -3.0059 0.0467 3.5990 -3.0824 0.0507 3.3313 -3.1349 0.0550 3.0556 -3.1601 0.0597 2.7783 -3.1561 0.0648 2.5063 -3.1231 0.0704 2.2468 -3.0638 0.0764 2.0056 -2.9839 0.0830 1.7853 -2.8912 0.0900 1.5846 -2.7942 0.0978 1.3968 -2.6989 0.1061 1.2122 -2.6057 0.1152 1.0219 -2.5064 0.1250 0.8256 -2.3850 0.1357 0.6378 -2.2246 0.1473 0.4893 -2.0215 0.1599 0.4141 -1.8000 0.1736 0.4229 -1.6137 0.1885 0.4766 -1.5198 0.2046 0.4913 -1.5288 0.2221 0.3960 -1.5718 0.2411 0.2072 -1.5396 0.2617 0.0300 -1.3832 0.2841 -0.0399 -1.1614 78 0.3084 0.0116 -0.9725 0.3348 0.1389 -0.9049 0.3634 0.2025 -1.0124 0.3945 0.0425 -1.1421 0.4283 -0.2173 -1.0996 0.4649 -0.5165 -0.9179 0.5047 -0.6640 -0.3345 0.5478 -0.1137 0.0540 0.5947 0.2555 -0.1475 0.6455 0.4028 -0.5305 0.7008 -4.5E-04 -0.6077 0.7607 0.0749 -0.5245 79 Phụ lục Bảng số liệu đặc tính tần số biên độ pha kênh OC11 Complex Response w Re 5.5E-05 -114.185 7.0E-05 Lp m0 Soft = 0.0 0.0 0.103 Im w Re 0.1163 6.2E-05 -114.185 0.1308 -114.185 0.1471 7.8E-05 -114.185 0.1654 8.8E-05 -114.185 0.1860 9.9E-05 -114.185 0.2091 1.1E-04 -114.185 0.2351 1.2E-04 -114.185 0.2644 1.4E-04 -114.185 0.2973 1.6E-04 -114.184 0.3343 1.8E-04 -114.184 0.3759 2.0E-04 -114.184 0.4227 2.2E-04 -114.183 0.4753 2.5E-04 -114.183 0.5344 2.8E-04 -114.182 0.6009 3.2E-04 -114.181 0.6757 3.6E-04 -114.180 0.7597 4.0E-04 -114.178 0.8543 4.5E-04 -114.177 0.9606 5.1E-04 -114.174 1.0801 5.7E-04 -114.171 1.2144 6.5E-04 -114.168 1.3655 7.3E-04 -114.163 1.5353 8.2E-04 -114.157 1.7263 9.2E-04 -114.150 1.9409 0.0010 -114.140 2.1823 0.0012 -114.128 2.4535 0.0013 -114.113 2.7584 0.0015 -114.094 3.1010 0.0016 -114.070 3.4861 0.0019 -114.040 3.9186 0.0021 -114.002 4.4045 0.0023 -113.953 4.9501 0.0026 -113.892 5.5626 0.0030 -113.815 6.2498 0.0033 -113.717 7.0205 0.0037 -113.595 7.8840 0.0042 -113.440 8.8509 0.0047 -113.245 9.9322 0.0053 -113.000 11.1398 0.0060 -112.692 12.4859 0.0067 -112.306 13.9831 0.0076 -111.822 15.6438 0.0085 -111.219 17.4791 0.0096 -110.469 19.4987 0.0108 -109.540 21.7089 0.0121 -108.395 24.1113 0.0136 -106.991 26.7008 0.0153 -105.283 29.4633 0.0172 -103.225 32.3735 80 Im 0.0194 -100.768 35.3930 0.0218 -97.8713 38.4683 0.0245 -94.5021 41.5318 0.0275 -90.6429 44.5031 0.0309 -86.2954 47.2934 0.0348 -81.4834 49.8114 0.0391 -76.2534 51.9700 0.0440 -70.6722 53.6932 0.0495 -64.8223 54.9205 0.0556 -58.7970 55.6094 0.0626 -52.6955 55.7365 0.0703 -46.6193 55.2969 0.0791 -40.6693 54.3041 0.0889 -34.9425 52.7906 0.1000 -29.5274 50.8075 0.1124 -24.4997 48.4231 0.1264 -19.9165 45.7194 0.1422 -15.8131 42.7859 0.1599 -12.2023 39.7131 0.1798 -9.0758 36.5855 0.2021 -6.4081 33.4770 0.2273 -4.1617 30.4475 0.2556 -2.2919 27.5420 0.2874 -0.7515 24.7915 0.3231 0.5058 22.2144 0.3633 1.5232 19.8191 0.4085 2.3395 17.6060 0.4594 2.9882 15.5696 0.5165 3.4976 13.7009 0.5808 3.8912 11.9880 0.6531 4.1877 10.4179 0.7343 4.4016 8.9769 0.8257 4.5438 7.6516 0.9285 4.6218 6.4294 1.0440 4.6403 5.2986 1.1739 4.6011 4.2491 1.3200 4.5038 3.2730 1.4843 4.3459 2.3644 1.6690 4.1232 1.5211 1.8766 3.8306 0.7444 2.1102 3.4628 0.0402 2.3727 3.0161 -0.5800 2.6680 2.4904 -1.0987 3.0000 1.8923 -1.4927 81 Phụ lục 10 đặc tính tần số biên độ pha kênh OC22 Complex Response Lp m0 Soft = 0.0 0.0 0.103 w Re Im w Re Im 5.5E-05 117.694 -0.1510 6.2E-05 117.694 -0.1698 7.0E-05 117.693 -0.1910 7.8E-05 117.693 -0.2147 8.8E-05 117.693 -0.2414 9.9E-05 117.693 -0.2715 1.1E-04 117.693 -0.3053 1.2E-04 117.693 -0.3433 1.4E-04 117.692 -0.3860 1.6E-04 117.692 -0.4340 1.8E-04 117.692 -0.4880 2.0E-04 117.691 -0.5487 2.2E-04 117.691 -0.6170 2.5E-04 117.690 -0.6938 2.8E-04 117.689 -0.7801 3.2E-04 117.687 -0.8772 3.6E-04 117.686 -0.9863 4.0E-04 117.683 -1.1090 4.5E-04 117.681 -1.2470 5.1E-04 117.677 -1.4021 5.7E-04 117.673 -1.5765 6.5E-04 117.667 -1.7726 7.3E-04 117.660 -1.9931 8.2E-04 117.651 -2.2409 9.2E-04 117.640 -2.5195 0.0010 117.626 -2.8327 0.0012 117.608 -3.1847 0.0013 117.585 -3.5803 0.0015 117.557 -4.0249 0.0016 117.521 -4.5243 0.0019 117.475 -5.0853 0.0021 117.417 -5.7152 0.0023 117.344 -6.4224 0.0026 117.252 -7.2159 0.0030 117.136 -8.1057 0.0033 116.990 -9.1028 0.0037 116.805 -10.2192 0.0042 116.573 -11.4678 0.0047 116.280 -12.8621 0.0053 115.912 -14.4164 0.0060 115.450 -16.1451 0.0067 114.872 -18.0623 0.0076 114.149 -20.1808 0.0085 113.249 -22.5113 0.0096 112.132 -25.0604 0.0108 110.751 -27.8287 0.0121 109.055 -30.8080 0.0136 106.986 -33.9788 0.0153 104.483 -37.3059 0.0172 101.486 -40.7361 0.0194 97.9415 -44.1950 0.0218 93.8085 -47.5863 82 0.0245 89.0684 -50.7940 0.0275 83.7335 -53.6877 0.0309 77.8536 -56.1332 0.0348 71.5188 -58.0052 0.0391 64.8567 -59.2024 0.0440 58.0227 -59.6606 0.0495 51.1854 -59.3610 0.0556 44.5098 -58.3313 0.0626 38.1420 -56.6403 0.0703 32.1977 -54.3867 0.0791 26.7576 -51.6865 0.0889 21.8676 -48.6604 0.1000 17.5425 -45.4236 0.1124 13.7724 -42.0802 0.1264 10.5291 -38.7185 0.1422 7.7722 -35.4104 0.1599 5.4540 -32.2115 0.1798 3.5236 -29.1619 0.2021 1.9303 -26.2884 0.2273 0.6257 -23.6065 0.2556 -0.4347 -21.1223 0.2874 -1.2906 -18.8347 0.3231 -1.9767 -16.7377 0.3633 -2.5223 -14.8213 0.4085 -2.9521 -13.0732 0.4594 -3.2863 -11.4799 0.5165 -3.5411 -10.0272 0.5808 -3.7290 -8.7012 0.6531 -3.8598 -7.4882 0.7343 -3.9403 -6.3753 0.8257 -3.9748 -5.3508 0.9285 -3.9658 -4.4042 1.0440 -3.9135 -3.5264 1.1739 -3.8164 -2.7102 1.3200 -3.6717 -1.9508 1.4843 -3.4749 -1.2458 1.6690 -3.2211 -0.5962 1.8766 -2.9052 -0.0071 2.1102 -2.5232 0.5115 2.3727 -2.0745 0.9448 2.6680 -1.5640 1.2722 3.0000 -1.0062 1.4693 83 Phụ lục 11 Cấu trúc phần tử hệ thống điều khiển System has Following Elements (Structure 1): o11: Tre=1.034 a0=-5.7827 b1=12.4912 o12: Tre=0.7378 a0=-32.8732 b1=24.1035 o21: Tre=0.8723 a0=-19.6551 b1=11.1631 o22: Tre=0.4953 a0=5.9604 b1=17.1994 b11: Tre=1.034 a0=-5.7827 b1=12.4912 b12: Tre=0.7378 a0=-32.8732 b1=24.1035 b21: Tre=0.8723 a0=-19.6551 b1=11.1631 b22: Tre=0.4953 a0=5.9604 b1=17.1994 d11: a0=1 d12(B): a0=-5.6847 a1=12.49 b1=24.1 d21(B): a0=3.2976 a1=17.2 b1=11.16 d22: a0=1 R11(B,l=1): a0=-0.01 a1=16.4564 R22(B,l=1): a0=0.006 a1=22.0626 f11: a0=1 f22: a0=1 l1 (l=1): a0=1 l2 (l=1): a0=1 g1 (l=1): a0=1 g2 (l=1): a0=1 84 Phụ lục 12 Mô tả chơng trình hỗ trợ CADM Chơng trình CADM đợc viết tác giả Nguyễn Văn Mạnh ngôn ngữ PASCAL, nhằm mục đích hỗ trợ tính toán trình thiết kế điều chỉnh nhiều chiều Chơng trình CADM phát triển số chức chơng trình thiết kế hệ thống tự động chiều CADM áp dụng cho hệ nhiều chiều Chơng trình CADM bao gồm chức sau: Cho phép tiến hành nhận dạng ma trận truyền đối tợng sở số liệu thực nghiệm Tối u hoá tham số hệ nhiều chiều (cụ thể tới chiều) theo thuật toán quy hoạch phi tuyến vợt khe Chơng trình cho phép mô tính động học hệ thống (tới chiều) thông qua đồ thị: đặc tính định thức tần số pha, đặc tính định thức mềm, đặc tính độ theo kênh điều khiển nh nhiễu Sơ đồ cấu trúc mô hệ thống CADM thể dới hình sau: G g1 g2 g3 g4 g5 C R r1 r r r r L l1.l2.l3.l4.l5 c1.c12.c13.c14.c15 c 21.c 2.c 23.c 24.c 25 c31.c32.c3.c34.c35 c 41.c 42.c 43.c 4.c 45 c51.c52.c53.c54.c5 F f f f f f U O Y o1.o12.o13.o14.o15 o21.o 2.o 23.o 24.o 25 o31.o32.o3.o34.o35 o41.o 42.o 43.o 4.o 45 o51.o52.o53.o54.o5 y1 y2 y3 y4 y5 u1.u12.u13.u14.u15 u 21.u 2.u 23.u 24.u 25 u 31.u32.u3.u 34.u35 u 41.u 42.u 43.u 4.u 45 u 51.u52.u53.u 54.u5 Cấu trúc mô tối đa hệ nhiều chiều CADM Trong đó: G: Vector đại lợng đầu vào (tối đa năm phần tử) Y: Vector đại lợng đầu L: Vector tác động nhiễu 85 R: Ma trận điều chỉnh đờng chéo C: Ma trận khử (tối đa ma trận vuông bậc 5) F: Ma trận liên hệ nghịch (thờng ma trận đơn vị với hệ kín, ma trận hệ hở) O: Ma trận truyền đối tợng U: Ma trận thành phần bất định đối tợng Sử dụng CADM để giải toán tổng hợp hệ nhiều chiều đợc tiến hành theo bớc nh sau: Bớc Tiến hành nhận dạng ma trận truyền đối tợng phần bất định - O, U theo kênh riêng biệt sở số liệu thu nhập, sử dụng chức Indentife chơng trình Hàm truyền thu đợc đợc ghi chơng trình Bớc Trên sở hàm truyền thu đợc bớc 1, tiến hành vào số liệu đối tợng cho mô hình mô hệ thống Bớc Xác định cấu trúc điều chỉnh R, sở ma trận truyền đối tợng O theo công thức Rđ = diag [1/s] O-1, phần làm bên chơng trình: Nếu cấu trúc có bậc cao chọn cấu trúc gồm luật điều chỉnh điển hình (PI PD, PID) gần với cấu trúc xác định theo tính toán Vào mô hình hệ thống dạng cấu trúc ma trận điều chỉnh Rđ (lúc mô hình cấu trúc hệ thống lấy Rđ = C, ma trận đờng chéo R = I) Bớc 4: Xác định tham số điều chỉnh cách tối u hoá chất lợng hệ thống với ràng buộc độ dự trữ ổn định Bớc thực chơng trình CADM nhờ chức Optimize Bớc 5: Sử dụng khả mô chơng trình CADM (chức Graph) vẽ đồ thị đặc tính mềm, đặc tính độ theo kênh kiểm tra lại dự trữ ổn định chất lợng hệ thống theo kênh Nếu kết cha thoả mãn yêu cầu quay lại bớc Các bớc nêu bớc để sử dụng chức CADM trọng toán tổng hợp hệ thống Trên thực tế thờng cấu trúc hàm truyền phần tử ma trận truyền có cấu trúc bậc cao phức tạp, cần tiến hành tách ma trận truyền điều chỉnh thành ma trận điều chỉnh đờng chéo ma trận khử: Rđ = C.R bớc 3, sau đa cấu trúc vào mô hình hệ thống Đối với hệ nhiều chiều thờng phức tạp không khả vi liên tục có nhiều cực trị địa phơng, mặt mức thờng có dạng địa hình nhiều lòng khe sâu đan chéo nhau, để trình tối u hoá đến nghiệm cực trị thật, cần thiết xác định quy trình tiến hành tối u cho phần tử toàn hệ thống 86 87 [...]... thống xử lý vi khí hậu thực hiện đợc gọi là quá trình công nghệ xử lý vi khí hậu Hệ thống các thiết bị điều khiển cho phép giữ các thông số vi khí hậu ở giá trị định trớc gọi là hệ thống điều khiển vi khí hậu Quá trình điều khiển trên đợc gọi là quá trình điều khiển vi khí hậu Bài toán xử lý vi khí hậu là bài toán phức tạp do cùng đồng thời phải tạo ra và duy trì nhiều tham số có liên quan chặt chẽ... và thiết bị hệ thống này đợc gọi là "Hệ thống điều không xử lý vi khí hậu" Hay gọi tắt là hệ thống "Xử lý vi khí hậu" Hệ thống điều không xử lý vi khí hậu là một hệ thống phức tạp bao gồm những hệ thống chính sau: Hệ thống làm lạnh, hoặc làm nóng không khí (Mà chúng ta vẫn quen gọi là điều hoà không khí) , hệ thống quạt thông gió, hệ thống máy hút ẩm, máy gia ẩm, hệ thống lọc bụi Các quá trình mà hệ. .. phơng pháp tối u hoá vợt khe theo chỉ tiêu về chất lợng điều chỉnh với ràng buộc về dự trữ ổn định cho trớc theo CDM 2.8 Kết luận Quan điểm bền vững tối u đã đợc kiểm nghiệm và khá hiệu quả trong lĩnh vực điều khiển quá trình nhiệt Do vậy trong luận văn này chúng ta cũng vận dụng quan điểm này để giải bài toán thiết kế hệ thống điều khiển vi khí hậu sẽ xdét ở chơng sau 33 chơng 3 Đặc điểm đối tợng vi khí. .. đối tợng vi khí hậu mô hình hoá các đối tợng điều khiển vi khí hậu Trong chơng này chúng ta xét bài toán điều khiển vi khí hậu với hai thông số chính là nhiệt độ (t 0C) và độ ẩm tơng đối ( %) Trên cơ sở nhận dạng theo số liệu thu đợc trên thực tế, hình thành bài toán điều khiển hệ thống cụ thể trên quan điểm tổng hợp bền vững tối u 3.1 Đặc điểm và ý nghĩa của bài toán điều khiển vi khí hậu Tập hợp các... số điều chỉnh thờng khá lớn Đối với các phòng thí nghiệm, đòi hỏi yêu cầu điều chỉnh tham số vi khí hậu ở mức 35 độ chính xác cao thì điều này là không chấp nhận đợc Trong chơng này, chúng ta sẽ xây dựng bài toán điều khiển vi khí hậu trên quan điểm coi đó là một hệ thống điều khiển hai chiều thống nhất 3.2 Các công thức liên quan tới các quá trình của không khí ẩm 3.2.1 Độ ẩm không khí Độ ẩm không khí. .. này, bài toán điều khiển vi khí hậu đợc hiểu nh là bài toán điều khiển hai thông số nhiệt độ (t0C) và độ ẩm tơng đối ( %) của môi trờng cho trớc Bài toán xử lý và điều khiển vi khí hậu rất phổ biến trong thực tế; ví dụ nh các buồng xử lý không khí dùng cho thí nghiệm ở trung tâm Nhiệt đới Vi t - Nga thuộc Bộ Quốc phòng, Vi n Bảo 34 hộ lao động thuộc TLĐ Lao động Vi t Nam, ở các bệnh vi n trong các... ngoài Nhiễu trong là loại nhiễu gây ra ở trong không gian điều khiển vi khí hậu, gây nên chủ yếu bởi sự thay đổi nguồn nhiệt, cũng nh các sai lệch gây nên do các thiết bị làm vi c trong hệ thống vì lý do nào đó bị lệch khỏi chế độ làm vi c cần thiết Tóm lại bài toán điều khiển vi khí hậu trên thực tế tuy đã rút về chỉ còn là bài toán hai chiều điều khiển hai tham số nhiệt độ t0C và độ ẩm % nhng vẫn còn... của hệ thống thay đổi tuỳ vào trạng thái không khí yêu cầu, hệ thống luôn làm vi c dới tác động của nhiễu Vì tính phức tạp nói trên cho đến nay bài toán điều khiển vi khí hậu vẫn còn nhiều vấn đề cha đợc giải quyết Thông thờng tuỳ thuộc vào yêu cầu chất lợng điều chỉnh các tham số về nhiệt độ, độ ẩm, ngời ta chỉ có thể tiến hành điều khiển phần nào theo từng kênh riêng biệt Do vậy, chất lợng điều khiển. .. ảnh hởng qua lại Hơn nữa, hệ thống xử lý vi khí hậu lại gồm nhiều thiết bị khác nhau, chịu ảnh hởng nhiễu mạnh, vì vậy cho tới nay bài toán điều khiển vi khí hậu vẫn còn là vấn đề hóc búa Trên thực tế phần lớn các bài toán xử lý và điều khiển vi khí hậu thờng chỉ quan tâm tới hai thông số chính là nhiệt độ (t0C) và độ ẩm tơng đối ( %) của môi trờng, còn các thông số khác ít đợc quan tâm do ảnh hởng thực... của không khí trong một môi trờng hữu hạn đợc ngăn cách bởi môi trờng xung quanh nh nhiệt độ (to C), độ ẩm tơng đối ( %), áp suất không khí (p, Pa), vận tốc không khí trong phòng (v, m/s), nồng độ các khí CO, CO2 (co,co2%), nồng độ các hạt bụi trong không khí (, mg/m3), thành phần không khí Xác định điều kiện "Vi khí hậu" của môi trờng đó Để tạo ra và duy trì điều kiện "Vi khí hậu" Cần một hệ thống ... điểm để giải toán thiết kế hệ thống điều khiển vi khí hậu xdét chơng sau 33 chơng Đặc điểm đối tợng vi khí hậu mô hình hoá đối tợng điều khiển vi khí hậu Trong chơng xét toán điều khiển vi khí. .. lý vi khí hậu Hệ thống thiết bị điều khiển cho phép giữ thông số vi khí hậu giá trị định trớc gọi hệ thống điều khiển vi khí hậu Quá trình điều khiển đợc gọi trình điều khiển vi khí hậu Bài toán... lợng điều chỉnh không cao Còn đối tợng hệ thống điều khiển nhiệt độ buồng vi khí hậu theo quan điểm bền vững chất lợng cao nên phơng pháp điều khiển mờ không áp dụng đợc 1.4 Phơng pháp tính theo