MỞ ĐẦU
Ngày nay khi các ngành công nghiệp phát triển mạnh mẽ thì kèm theo
những lợi ích mà nó mang lại chính là sự ô nhiễm môi trường, các nhà môi trường
trên thế giới đang lên tiếng cảnh báo về sự xuống dốc trầm trọng của môi trường
sống do lượng khí thải mà các loại máy móc mà phương tiện thải ra, trong đó có
một lượng lớn khí thải Cácbon monoxide (CO).
Khí CO là một loại khí không mùi, không mầu, không kích thích và không
gây tổn thương liên mạc do đó giác quan ít phát hiện ra khí này. Khí CO được tạo
thành chủ yếu do đốt cháy không hoàn toàn những chất có chứa cacbon. Có rất
nhiều nguồn tạo ra khí CO xung quanh nhà như lò nướng, bếp than, bếp ga, khí thải
của xe ôtô, xe gắn máy. Khói thuốc lá cũng là nguồn quan trọng tạo ra ô nhiễm khí
CO. Ở các nhà máy, công xưởng, hàm lượng Co thường đạt giá trị cao trong các
môi trường có diễn ra quá trình cháy như lò cao, khoang lò hơi, luyện kim, lọc dầu,
động cơ chạy bằng xăng dầu, máy phát điện, bãi đậu xe kín trong nhà .
Cơ chế về tính độc hại của CO được công nhận nhiều nhất là sự liên kết
mạnh mẽ của CO với Hemoglobin (Hb). Sự liên kết này làm giảm Hb và từ đó làm
giảm lượng O2 trong huyết do giảm vận chuyển O2 của các hồng cầu tới các bộ
phận của cơ thể và tăng sự phân ly O2 khỏi Hb trong mao mạch. Như vậy CO gây ra
thiếu O2 dẫn đến giảm chức năng của các cơ quan và tổ chức nhậy cảm như não,
tim, nội mạc, mạch máu và tiểu cầu, do đó ảnh hưởng đến sức khoẻ.
Khi lượng O2 trong không khí nhỏ, nạn nhân có thể mệt mỏi, hoa mắt, chóng
mặt, buồn nôn, đau đầu. khi nồng độ CO trong môi trường gia tăng, tim và não của
nạn nhân bị ảnh hưởng nặng nề có thể dẫn đến tử vong. Mức độ ngộ độc khí CO
phụ thuộc vào ba yếu tố; nồng độ khí CO trong môi trường, khoảng thời gian tồn tại
nồng độ đó và cường độ làm việc hay tốc độ tốc độ hít thở của mỗi người. Khi ở
trong môi trường mà nồng độ khoảng 80 đến 100ppm trong vòng 1 đến 2 giờ, có thể
làm giảm cường độ làm việc, tức ngực, loạn nhịp tim. Ở nồng độ 100 đến 200 ppm
ngộ độc khí CO có biểu hiện như nhức đầu, buồn nôn, đầu óc kém minh mẫn. Hệ
thống thần kinh trung ương bị tê liệt, hôn mê và dẫn đến tử vong với nồng độ CO ở
700ppm hoặc lớn hơn trong vòng 1 giờ.
Một số tổ chức an toàn và sức khoẻ thế giới đặt ra những giới hạn cho phép
nồng độ khí CO ở nơi làm việc, nhà xưởng, khu công nghiệp như sau:
- Tổ chức an toàn vệ sinh Hoa Kỳ (OSHA) đưa ra giới hạn chấp nhận được
với nồng độ khí CO là 65ppm trong 8 giờ làm việc.
- Viện an toàn sức khoẻ quốc gia Mỹ (NIOSHA) đề nghị giới hạn đối với
nồng độ khí CO là 35ppm trong 8 giờ làm việc.
Do khí CO là khí không mùi, không màu, không kích thích nên sự hiện diện
của khí CO trong không khí rất khó phát hiện và khi nạn nhân bị nhiễm độc khí CO
việc chuẩn đoán bệnh cũng rất khó khăn dẫn đến tình trạng tử vong nhanh chóng,
chính vì vậy CO được mệnh danh là “thủ phạm giết người lặng lẽ”
Việt nam, là một đất nước đang phát triển mạnh về công nghiệp nhưng việc
xử lý các chất thải không khí trong sản xuất còn chưa được quan tâm đúng mức. Vì
vậy đối với các nhà máy có lượng khí thải lớn như các nhà máy nhiệt điện đốt than,
các phân xưởng có quá trình nung phôi .là điều rất đáng lo ngại. Ở nước ta số
lượng các nhà máy nhiệt điện, các phân xưởng có quá trình nung, nấu phôi và các
phân xưởng , nhà máy có nồng độ khí thải độc hại lớn có số lượng tương đối nhiều.
Tuy nhiên hầu hết các đơn vị này mới chỉ dừng ở việc đo và cảnh báo nồng độ khí
thải chứ chưa có biện pháp giải quyết, xử lý và khống chế đồng thời để bảo đảm an
toàn cho người lao động
Hiện nay ở một số cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ có áp dụng các phương
pháp xử lý khí độc đơn giản như: tháp rửa khí, tháp hấp thụ bằng vật liệu rỗng tưới
nước hoặc dung dịch sữa vôi, nhưng nhìn chung các thiết bị và hệ thống xử lý khí ở
các khu công nghiệp này còn ở mức thấp do trình độ thiết kế, chế tạo, trình độ vận
hành của công nhân và ý thức tự giác của doanh nghiệp. Theo kết quả điều tra tại
các khu công nghiệp ở các tỉnh phía Nam có khoảng 5% các cơ sở sản xuất công
nghiệp có lò đốt nhiên liệu được lắp đặt hệ thống xử lý khí độc hại. Chỉ có một số
rất ít các cơ sở sản xuất mới xây dựng hiện đại có các hệ thống xử lý kèm theo dây
chuyền công nghệ, số còn lại hiện nay mới chỉ xây dựng phương án hoặc áp dụng
các biện pháp truyền thống như sử dụng các hệ thống thông gió trong nhà xưởng
hoặc trồng nhiều cây xanh nên không thể hoàn toàn chủ động trong việc khống chế
nồng độ của khí độc này.
Như vậy có thể thấy việc sử dụng các thiết bị đo, giám sát nồngđộ khí CO
trong nhà, công xưởng, môi trường, nơi làm việc và khống chế nó đã trở thành vấn
đề bức thiết mà bản luận văn này đề cập tới.
Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu điều khiển quá trình
- Khảo sát tìm hiểu một số thiết bị đo nồng độ khí CO trong môi trường
- Thiết kế hệ thống tự động khống chế nồng độ khí CO trong môi trường
- Qúa trình nghiên cứu sẽ góp phần tăng nguồn tư liệu phục vụ cho công tác học tập
và giảmg dạy trong trường.
Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết điều khiển quá trình, tìm hiểu các phương pháp đo
nồng độ khí CO, thiết kế hệ thống tự động khống chế nồng độ khí CO, mô hình hoá
và tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Matlab – Simulink. Hiệu chỉnh, nâng cao
chất lượng hệ thống bằng mờ lai.
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nội dung nghiên cứu của bản luận văn “Nghiên cứu điều khiển quá trình nhằm
khống chế nồng độ khí thải CO trong môi trường”bao gồm các phần chính sau:
- Trình bầy lý do lựa chọn đề tài: Tác hại của ô nhiễm môi trường, tác hại
của khí CO đến sức khoả của con người đặc biệt là với những người thường xuyên
phải lao động trong môi trường có nồng độ khí CO cao hơn mức cho phép.
- Nghiên cứu tổng quan về điều khiển quá trình, khái niệm cơ bản, cấu trúc,
ứng dụng của điều khiển quá trình vào một số hệ thống cụ thể như hệ thống pha chế
nước ngọt, tháp chưng trong nhà máy lọc dầu Tìm hiểu một số thiết bị đo sử
dụng trong điều khiển quá trình như các loại van, động cơ điện và cơ cấu điện từ,
các loại cảm biến đo nhiệt đọ, đo lưu lượng, đo áp lực, đo nồng độ
- Nghiên cứu các thuật toán của điều khiển quá trình, các bộ điều khiển P, I,
D, PI, PD, PID và các phương pháp điều khiển sử dụng trong điều khiển quá trình
như phương pháp điều khiển theo mô hình dự báo PMC, phương pháp dự báo
Smith. Cấu trúc điều khiển theo mô hình nội suy. Tổng hợp các mạch vòng điều
khiển quá trình.
- Tiến hành thiết kế và mô phỏng cho một hệ thống cụ thể là hệ thống tự
động khống chế nồng độ khí CO, giới thiệu tổng quan về hệ thống, đưa ra sơ đồ cấu
trúc hệ thống, hàm truyền đạt của các thiết bị trong hệ thống, tiến hành mô phỏng
bằng phần mềm matlap – simulink, lựa chọn bộ thông số của bộ PID cho hệ thống.
- Nghiên cứu lý thuyết điều khiển mờ, mờ lai và ứng dụng điều khiển mờ lai
để hiệu chỉnh thông số của bộ PID và nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển.
93 trang |
Chia sẻ: maiphuongtl | Lượt xem: 1938 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu điều khiển quá trình nhằm khống chế nồng độ khí thải (CO) trong môi trường, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
điều khiển chính xác của
mạch vòng thứ hai.
- Mạch vòng thứ nhất:
Thường sử dụng bộ điều khiển PI hoặc PID
Mạch vòng điều khiển thứ hai có thể được xem xét như là một phần của quá
trình của mạch vòng thứ nhất
R1 R2 S2 S1
MV2 SV1
MV1=MV2
PV2 PV1
Process Disturbance
(D)
PV2
PV1
Primary
Controller
Secondary
Controller
Secondary
Process
Primary
Process
-
Hình 2.10: sơ đồ khối của cấu trúc điều khiển cascade
Luận văn Cao học 49
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Ƣu điểm:
Nhiễu ảnh hưởng đến mạch vòn thứ hai được hiệu chỉnh trước khi ảnh hưởng
đến mạch vòng thứ nhất.
Mạch vòng thứ hai giảm trễ được đo bởi bộ điều khiển thứ nhất, vì vậỵ sẽ
tăng độ đáp ứng.
Nhƣợc điểm:
Chu kỳ tự nhiên trong mạch vòng điều khiển thứ nhất và trong mạch vòng
điều khiển thứ hai. Chu kỳ tự nhiên trong mạch vòng điều khiển thứ nhất phải lớn
hơn 3 lần chu kỳ tự nhiên trong mạch vòng điều khiển thứ hai.
Ảnh hưởng của tính phi tuyến đến mạch vòng điều khiển thứ hai:
R1 R2 S2 S1
MV2 SV1
MV1=MV2
PV2 PV1
Process Disturbance
(D)
PV2
PV1
Primary
Controller
Secondary
Controller
Secondary
Process
Primary
Process
-
Hình 2.11: sơ đồ khối của cấu trúc điều khiển cascade
R1 S2 S1
MV1=MV2 SV1 PV2 PV1
Process
PV1
Primary
Controller
Secondary
Process
Primary
Process
Disturbance
(D)
Hình 2.11: Đẳng trị mạch vòng thứ hai chỉnh định tham số mạch vòng thứ nhất
Luận văn Cao học 50
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Xây dựng mạch vòng thứ hai (mạch vòng bên trong) bao gồm nhiễu chính.
Xây dựng mạch vòng thứ hai đủ nhanh để hệ số khuếch đại đủ lớn có thể
được dùng trong bộ điều khiển thứ hai cho việc điều khiển tốt hơn với nhiễu.
Mạch vòng thứ hai ( bên trong) cần nhanh hơn ít nhất 3 lần so với mạch vòng
thứ nhất ( bên ngoài)
Lựa chọn biến thứ hai mà giá trị của nó có quan hệ với biến thứ nhất.
2.2.5. Điều khiển Feedforward (Feedforward control)
- Điều khiển feedforward hoạt động để ngăn chặn sai số xẩy ra giữa giá trị
đặt và giá trị thực.
- Bộ điều khiển feeđforward xác định những thay đổi cần thiết trong giá trị
thao tác (MV) để khi ảnh hưởng của nhiễu được kết hợp với ảnh hưởng của sự thay
đổi trong MV thì sẽ không có sự thay đổi ở biến điều khiển.
- Hoạt động trước khi nhiễu ảnh hưởng đến hệ thống.
- Rất tốt cho những hệ thống chậm ( dung lượng lớn), có ý nghĩa với những
hệ có thời gian chết.
Không tạo ra sự mất ổn định trong đáp ứng mạch vòng kín.
Bù feedforward bất biến theo đầu vào:
GF(s)
GC(s)
GP(s)
-
E(s) Ysp(s) Y(s) U(s)
-
Hình 2.12: Sơ đồ điều khiển feedforward bất biến theo đầu vào
Luận văn Cao học 51
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Từ sơ đồ hình vẽ ta có được hàm truyền đạt hệ kín như sau:
( )( )
( ) [ ( ) ( )]
( ) 1 ( ) ( )
p
CL C F
sp C p
G sY s
G s G s G s
Y s G s G s
(2.35)
Với mong muốn tín hiệu đặt vào ysp(t) thì hệ thống phải có đáp ứng y(t)
trùng với ysp(t), tức là y(t) = ysp(t)
Khi đó: GCL(s) =1 [GC(s)+GF(s)]Gp(s) = 1+GC(s)Gp(s)
1
( )
( )
F
p
G s
G s
(2.36)
Như vậy, nếu thực hiện được 1
( )
( )
F
p
G s
G s
thì sai lệch của hệ thống sẽ bằng
không vì y(t) = ysp(t)
Bù feedforward bất biến theo nhiễu
Từ sơ đồ ta có:
Hàm truyền đạt của hệ thống theo tín hiệu đầu vào:
( ) ( )
( ) ( )
1 ( ) ( )
C p
D sp
C p
G s G s
Y s Y s
G s G s
(2.37)
Hàm truyền đạt của hệ thống theo tín hiệu nhiễu:
GF(s)
GC(s)
GP(s)
-
E(s) Ysp(s) Y(s) U(s)
-
Hình 2.13: Sơ đồ điều khiển feedforward bất biến theo nhiễu
-
Luận văn Cao học 52
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
[1-G ( )G ( )]G ( )
( ) ( )
1 G ( )G ( )
C F P
Y
C P
s s s
Y s D s
s s
(2.38)
Do đó: Y(s)=YD(s)+YY(s)
( ) ( ) [1-G ( )G ( )]G ( )
( ) ( ) ( )
1 ( ) ( ) 1 G ( )G ( )
C p C F P
sp
C p C P
G s G s s s s
Y s Y s D s
G s G s s s
(2.39)
Từ đó muốn hệ thống bất biến nhiễu thì: 1-GC(s).GF(s) = 0
1
( )
( )
F
C
G s
G s
(2.40)
Vậy khi tạo ra được quan hệ
1
( )
( )
F
C
G s
G s
thì hệ thống bất biến với nhiễu
Vậy ta thấy có những yêu cầu khi thực hiện điều khiển Feedforward:
Nhiễu tác động lên quá trình phải là nhiễu đo được, do đó sẽ không có ý
nghĩa với những nhiễu không đo được.
Phương trình hoặc thuật toán của mỗi bộ điều khiển Feedforward được thiết
kế chuyên dụng và duy nhất cho những ứng dụng điều khiển đặc biệt.
Ứng dụng hiệu quả trong những quá trình có nhiễu lớn, có tổng trễ lớn mà ở
đó bộ điều khiển feedback không đáp ứng được.
Tuy nhiên, với những bộ điều khiển feedforward thuần tuý vẫn tồn tại sai
lệch, do đó trong những ứng dụng thực tế thường kết hợp cả điều khiển feedforward
và điều khiển feedbak.
Luận văn Cao học 53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
CHƢƠNG 3
THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ MÔ PHỎNG
3.1.Tổng quan về hệ thống tự động khống chế nồng độ khí CO
CO là loại khí không mầu, không mùi, không vị, tỷ trọng 0,967. Nó được
sinh ra do sự cháy không hoàn toàn của các vật liệu có chứa cácbon. Mỗi năm trên
trái đất sinh ra khoảng 250 triệu tấn CO, trong đó có một phần CO sinh học. Khí
CO chiếm tỷ trọng lớn trong các chất ô nhiễm môi trường không khí, nhưng nồng
độ CO trong không khí không ổn định, biến đổi nhanh ta khó xác định được chính
xác. Khí CO là loại khí rất độc hại, người và động vật có thể tử vong đột ngột khi
tiếp xúc hít thở phải khí CO. Mỗi năm trên thế giới có hàng trăm người chết vì
trúng độc khí CO. Do đó việc hiện đại hoá, hoàn thiện các hệ thống tự động khống
chế nồng độ khí CO trong môi trường đặc biệt là trong môi trường làm việc lâu dài
có nồng độ khí CO cao là vô cùng quan trọng và cần thiết. Thành phần CO trong
không khí khô bị ô nhiễm tính theo tỷ lệ thể tích là 0,1%. Khi nồng độ CO cao
(10010000ppm) thì ảnh hưởng của CO đến môi trường và con người là rất lớn.
Hiện nay ở một số cơ sở sản xuất quy mô vừa và nhỏ có áp dụng các phương
pháp xử lý khí độc đơn giản như: tháp rửa khí, tháp hấp thụ bằng vật liệu rỗng tưới
nước hoặc dung dịch sữa vôi, nhưng nhìn chung các thiết bị và hệ thống xử lý khí ở
các khu công nghiệp này còn ở mức thấp do trình độ thiết kế, chế tạo, trình độ vận
hành của công nhân và ý thức tự giác của doanh nghiệp. Theo kết quả điều tra tại
các khu công nghiệp ở các tỉnh phía Nam có khoảng 5% các cơ sở sản xuất công
nghiệp có lò đốt nhiên liệu được lắp đặt hệ thống xử lý khí độc hại. Chỉ có một số
rất ít các cơ sở sản xuất mới xây dựng hiện đại có các hệ thống xử lý kèm theo dây
truyền công nghệ, số còn lại hiện nay mới chỉ xây dựng phương án hoặc áp dụng
các biện pháp truyền thống như sử dụng các hệ thống thông gió trong nhà xưởng
hoặc trồng nhiều cây xanh nên không thể hoàn toàn chủ động trong việc khống chế
nồng độ của khí độc này.
Luận văn Cao học 54
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Giả sử ta chọn đối tượng để thiết kế hệ thống là một nhà xưởng có diện tích
khoảng 2000m2, chiều cao nhà xưởng là 7m, trong nhà xưởng này có các thiết bị mà
trong quá trình làm việc chúng thải ra khí CO làm thay đổi nồng độ khí CO trong
môi trường làm việc và có khả năng gây nguy hiểm cho người tham gia lao động tại
nhà xưởng. Khi nồng độ khí CO trong nhà xưởng vượt quá giá trị cho phép thì hệ
thống sẽ tự động điều khiển mở van khí Oxi để xả khí oxi vào và làm giảm nồng độ
khí CO xuống mức cho phép.
- Bình thường khi nồng độ khí CO nằm trong phạm vi cho phép đầu, vào của
bộ điều chỉnh nồng độ cũng không thay đổi và van xả khí oxi không cần mở
- Khi nồng độ khí CO tăng vượt quá giá trị cho phép, tín hiệu vào của bộ điều
chỉnh nồng độ theo đó cũng tăng lên, độ mở của van sẽ được tăng làm cho lượng
khí oxi cấp vào nhiều hơn, do đó mà nồng độ khí CO lại giảm xuống mức cho phép
Nồng độ cho phép của khí độc hại CO như sau:
- Đại lượng biểu thị lượng chất độc hại trong không khí gọi là nồng độ. Kí
hiệu là C (đơn vị là [mg/l] hoặc [g/m3] không khí ). Ngoài ra nồng độ được biểu
diễn bằng tỷ lệ % theo trọng lượng: m(%) – Theo thể tích; K(%) – theo trọng lượng.
Quan hệ giữa C, K và m như sau:
.
2,24
m
C
Nồng độ độc hại không phải là hằng số mà thay đổi theo không gian và thời
gian. Có các loại nồng độ sau: Nồng độ tức thời, nồng độ trung bình, trung bình
tháng, trung bình năm cho một điểm trong không gian hoặc nồng độ trung bình cho
một vùng, một mặt phẳng nào đấy. Trị số nồng độ lớn nhất trong quá trình quan trắc
gọi là nồng độ tức thời. Tuỳ thuộc theo mức độ tác hại của chất độc hại đối với con
người có thể phân ra, giới hạn cho phép, giới hạn nguy hiểm và mức gây tử vong.
Ở nước ta chất lượng không khí được nhà nước quy định tại cuốn “Một số tiêu
Luận văn Cao học 55
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
chuẩn tạm thời về môi trường ” của nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, ta có tiêu chuẩn
về nồng độ CO như sau:
1.Nồng độ tối đa cho phép của khí độc CO trong không khí ở cơ sở sản xuất
là: 75ppm.
2.Nồng độ cho phép của khí độc CO trong không khí ở khu vực dân cư là:
- Từng lần tối đa 70ppm
- Trung bình trong ngày đêm là 40ppm
Một số tổ chức an toàn và sức khẻo thế giới đặt ra những giới hạn cho phép
nồng độ khí CO ở nơi làm việc, nhà xưởng và khu công nghiệp như sau:
- Tổ chức an toàn vệ sinh Hoa Kỳ (OSHA) đưa ra giới hạn chấp nhận được
đối với nồng độ khí CO là 65 ppm trong 8 giờ làm việc.
-Viện an toàn sức khoẻ quốc gia Mỹ (NIOSHA) đề nghị giới hạn khí CO là
35ppm trong 8 giờ làm việc.
Trước khi đo nồng độ khí nào đó ta phải tách khí đó ra khỏi hỗn hợp khí sau
đó mới có thể đo nó bằng một dụng cụ đo chuyên nghiệp. Phương pháp tách CO ra
khỏi hỗn hợp khí bằng cách dùng các phương pháp hoá học hoặc các phương pháp
lọc vật lý để có thể tách hỗn hợp khí thành các thành phần cần thiết thoả mãn cho
nhiệm vụ đo một nồng độ chất khí nào đó. Đối với mỗi một nguồn khí thải khác
nhau ta có thành phần các khí trong hỗn hợp khác nhau dẫn đến phương pháp tách
chúng cũng khác nhau.
Hỗn hợp khí thải thông thường bao gồm các khí sau: SOx , NOx, COx, CxHy,
O2, H2, Bụi…Nhưng đối với mỗi nguồn thải ta có số khí và tỷ lệ của nó trong hỗn
hợp là khác nhau: Tách bằng các dụng cụ thích hợp, tách bằng các cột tách sắc ký
khí…
Luận văn Cao học 56
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Sơ đồ khối của việc thực hiện tách khí như sau:
Hình 3.1: Sơ đồ khối việc thực hiện tách khí
Các phƣơng pháp đo khí:
Có nhiều phương pháp đo nồng độ chất khí, đó là các phương pháp sau:
- Phương pháp điện hoá: Các dụng cụ đo nồng độ vật chất dựa trên sự ứng dụng các
chuyển đổi điện hoá.
- Phương pháp ion hoá: Đây là phương pháp dựa trên sự ion hoá các chất cần phân
tích và đo dòng điện ion hoá để xác định nồng độ của chất đó
- Phương pháp phổ: Là phương pháp dựa trên khả năng hấp thụ, bức xạ, tán xạ,
phản xạ hoặc khúc xạ có chọn lọc của các chất khác nhau với các loại bức xạ khác
nhau.
- Phương pháp phân tích nhiệt: Là phương pháp đo độ dẫn nhiệt của thành phần
trong hợp chất khí và nồng độ của thành phần ấy.
- Phương pháp sắc kí: Khi phân tích những hợp chất phức tạp người ta thương dùng
phương pháp sắc kí, phương pháp này thực hiện bằng cách chia hợp chất thành các
thành phần riêng rẽ nhờ hiện tượng hút tập trung không di chuyển. Do sự làm chậm
có lựa chọn được thực hiện bằng chất hút, các thành phần bị hút ít đi qua nước, do
THIẾT BỊ LỌC
BỤI
THIẾT BỊ TÁCH
KHÍ
THIẾT BỊ ĐO
Bụi ra Các khí khác
Tín hiệu đo
Khí thải h
2
khí CO vào CO ra
Luận văn Cao học 57
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
đó sự phân chia hợp chất thành nhiều thành phần khác nhau, những thành phần này
được di chuyển qua cột sắc kí thành những vùng riêng rẽ và theo trình tự được dẫn
đi bằng khí mang. Mỗi thành phần được đưa ra khỏi cột nước với thời gian khác
nhau, nồng độ của chúng được xác định theo tỷ số diện tích của mỗi khoảng với
diện tích của tất cả sắc phổ
3.2.Tính toán mô phỏng hệ thống tự động khống chế nồng độ khí CO ở chế độ
khởi động
Ta có sơ đồ khối hệ thống như sau:
Trong đó: RC: là bộ chuyển đổi dòng điện khí nén I/P
Van khí Oxy: là van cung cấp khí oxy
Đối tượng: là nhà xưởng
Đo CO: là thiết bị đo nồng độ khí CO
Dung tích nhà xưởng là 2000 7=14.000m3
Ở điều kiện bình thường thành phần không khí như sau: Khí Nitơ: 78,030%,
khí Oxy: 20,990%; khí Argon:0,933%; khí Cacbonic:0,030%; khí Hydro: 0,01%
Trong 1m
3
không khí thì dung tích khí Oxy là 0,21m
3
và dung tích khí CO là
0,0003m
3
.
RC
Van khí
O xi
Đối
tượng
Đo CO
Tín hiệu
đặt
(-)
Hình 3.2 : Sơ đồ khối hệ thống tự động khống chế nồng
độ khí CO một tín hiệu
C
Luận văn Cao học 58
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Với nhà xưởng có dung tích là 14.000m3 thì ở điều kiện bình thường dung tích
khí Oxy là 2.940m
3
và khí CO là 4,2m
3
. Vì ở đây ta chỉ quan tâm đến nồng độ khí
Oxy và khí CO nên nếu coi tổng nồng dung tích khí Oxy và khí CO là 100% thì khi
đó với nhà xưởng mà ta đang tính toán thì khí Oxy sẽ chiếm 99,85% còn khí CO
chiếm 0,15%. Như vậy ta thấy rằng ở điều kiện bình thường thì nồng độ khí CO là
rất nhỏ, vì vậy khi lượng khí CO tăng lên, để làm giảm nồng độ khí CO xuống giá
trị cho phép ta phải bơm vào một lượng đủ lớn khí Oxy. Do vậy để rút ngắn thời
gian khống chế nồng độ khí CO ta có thể sử dụng một số van bơm khí Oxy đồng
thời bố trí xung quanh nhà xưởng. Với nhà xưởng này ta chọn sử dụng 4 van bố trí
xung quanh nhà xưởng để đảm bảo lượng khí Oxi bơm vào đủ lớn và được phân bố
đồng đều.
3.2.1.Hàm truyền đạt của thiết bị đo nồng độ CO
Hiện nay cũng đã có bán các loại senser đo nồng độ khí CO ta có thể mua và
sử dụng các thiết bị đo này một cách hiệu quả bởi vì các thiết bị đo này gọn nhẹ và
tương đối chính xác như:
- PESONAL CO MONITOR MODEL CO-82 của hãng RIKEN dải đo từ 0
đến 300ppm, kích thước 78Wx26Hx142Dmm, khối lượng 250g. có thể đo liên tục
trong vòng 75 giờ, với độ chính xác đến 1ppm.tương ứng cho tín hiệu đầu ra dạng
dòng liên tục 4 20mA.
- TESTO 350 0632.3500 có thể đo được nhiều loại khí khác nhau trên cùng
một thiết bị đo này nếu ta sử dụng các môdun khác nhau. Ví dụ đo CO ta sử dụng
modul 1 0440.3503 sẽ đo được nồng độ CO từ 0 đến 20000ppm; modul 30440.3507
sẽ đo nồng độ CO từ 0 đến 40.000ppm với sai số ±20ppm.
Ở đây ta chọn thiết bị đo khí CO là TSG2442 của hãng Figaro để thiết kế hệ
thống. Đây là cảm biến có kích cỡ nhỏ, công suất tiêu thụ thấp, độ nhậy với khí CO
lớn, ít chịu ảnh hưởng của hơi ẩm và các khí khác, có giá thành rẻ, hoạt động ổn
định tin cậy. Dải đo của sensor từ 30 1000(ppm), đáp ứng được yêu cầu giám sát
Luận văn Cao học 59
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
nồng độ khí CO gây nguy hiểm đến sức khoẻ con người. Tín hiệu đầu ra dạng dòng
liên tục 420mA
Thiết bị này có hàm truyền đạt là một khâu quán tính bậc nhất.
( )
1
H
K
W s
Ts
Trong đó: K: hệ số khuyếch đại của thiết bị đo, được xác định như sau:
max
max
20 4
0,016
1000 30
I mA
K
C ppm
T: thời gian trễ của thiết bị đo, thường lấy T = 0,005(s)
0,016
( )
1 0,005
H
W s
s
(3.1)
3.2.2. Hàm truyền đạt của bộ chuyển đổi dòng điện - khí nén (I/P)
Bộ chuyển đổi I /P được chọn là PK200 của hãng YOKOGAWA có tín hiệu
đầu vào là dòng điện I: 4 20mA và tín hiệu đầu ra là áp suất khí nén P: 0,2
1KG/cm
2
.
Như vậy, thiết bị này có hàm truyền là một khâu khuyếch đại với hệ số
khuyếch đại K được xác định như sau:
2
max
max
1 0,2 /
0,05
20 4
P KG cm
K
I mA
3.2.3. Hàm truyền đạt của van
Trong thực tế hàm truyền của van thường được coi là khâu quán tính bậc
nhất có trễ, lấy gần đúng thì xem là khâu quán tính bậc nhất:
( )
1
V
V
v
K
W s
T s
Trong đó: K: hệ số khuyếch đại của van
T: thời gian trễ của van, thường lấy T = 10 ms = 0,01s
Luận văn Cao học 60
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Khi tín hiệu vào thay đổi từ 0,2 1KG/cm2 thì độ mở của van thay đổi từ 0
80%, khi đó hệ số khuyếch đại được xác định như sau:
2
%®é ë80
100
1 0,8 /
V
m
K
KG cm
Ta có khi độ mở của van thay đổi từ 5 80% thì lưu lượng khí qua van thay
đổi từ 3 48m3/h. Từ đó hệ số truyền của sự liên hệ giữa lưu lượng khí qua van và
độ mở của van là:
3
48 3 /
0,6
80 5 %®é ë
T
m h
K
m
Kết hợp các hàm truyền ở trên ta có hàm truyền đạt với tín hiệu vào là áp
suất khí nén và tín hiệu ra là lượng khí oxi cấp thông qua cơ cấu van:
3
2
%®é ë60 /
.
1 0,01 / %®é ë
V T
m m h
W
s KG cm m
(3.2)
3.2.4. Hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh
Để tính hàm truyền đạt của đối tượng khi có sự thay đổi lưu lượng khí oxi
cấp ta cần thành lập sự liên hệ giữa nồng độ khí CO là CCO và lưu lượng khí oxi
cấp.
Trong thực tế hàm truyền đạt của đối tượng không có tính tự cân bằng được
mô tả gần đúng như sau:
.
( )
s
dt
K e
W s
s
Các thông số của đối tượng hoàn toàn có thể xác định được từ hàm quá độ
bằng phương pháp thuần túy đồ thị hoặc giải tích.
Trong đó: K: hệ số khuyếch đại hay hệ số truyền,
3
0,08
/
ppm
K
m h
Luận văn Cao học 61
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
: hằng số thời gian trễ, = 15 (s)
Khi đó hàm truyền của đối tượng là:
150,08.
( )
s
dt
e
W s
s
Khâu trễ e -15s có thể biến đổi gần đúng như sau:
15 1
1 15
s
e
s
0,08 0,0054
( )
(1 15 ) (0,067 )
dt
W s
s s s s
(3.3)
3.3.Mô phỏng trên Matlap - Simulink:
Ở đây ta tiến hành mô phỏng cho 1 van của hệ thống
Bộ điều chỉnh nồng độ khí CO dùng luật PID với hàm truyền:
1
( ) (1 )
PID P D
I
W s K T s
T s
Hình 3.3 : sơ đồ mô phỏng nồng độ khí CO
Luận văn Cao học 62
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 3.4: Sơ đồ Subsystem 1 van cho mạch vòng hệ thống
Hình 3.5. :Sơ đồ cấu trúc bộ PID
Luận văn Cao học 63
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Cho chạy chương trình khi thay đổi KP từ 3.10
3
5.103, Td = 50 và Ki =30
Kết quả chương trình khi thay đổi Ki =1/Ti từ 30 150, Kp = 3.10
3
, Kd =Td = 50
Hình 3.6: Đặc tính quá độ của nồng độ khí CO khi thay đổi
tham số khuyếch đại của bộ điều chỉnh
Hình 3.7: Đặc tính quá độ của nồng độ khí CO khi thay đổi
tham số thời gian tích phân của bộ điều chỉnh
Luận văn Cao học 64
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Kết quả mô phỏng khi thay đổi Kd = Td từ 0 200 , KP = 3.10
3
, Ki=1/Ti = 30.
Hình 3.8: Đặc tính quá độ của nồng độ khí CO khi thay đổi
tham số thời gian vi phân của bộ điều chỉnh
Luận văn Cao học 65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Sau quá trình mô phỏng với sự thay đổi tham số của bộ điều chỉnh PID như
trên chọn tham số như sau: KD = TD = 200, KI = 1/TI = 30, KP = 3.10
3
Nhận xét:
Theo kết quả mô phỏng có quá trình quá độ ổn định với chất lượng điều chỉnh như
sau:
- Độ quá điều chỉnh = 8%
- Thời gian quá độ tqd = 8s
- Thời gian đáp ứng tm = 5s.
Hình 3.9: Đặc tính quá độ của nồng độ khí CO với tham số
bộ điều chỉnh tối ưu
Luận văn Cao học 66
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
CHƢƠNG 4
ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ NÂNG CAO
CHẤT LƢỢNG QUÁ TRÌNH
4.1. Các khái niệm cơ bản
4.1.1. Tập mờ
4.1.1.1. Nhắc lại tập rõ
Cho E là một tập hợp bất kỳ, nói rằng A là tập con của E, viết là A E và
đọc là A bao hàm trong E, nếu bất kỳ phần tử x nào của A thì x cũng là phần tử của
E, thường được diễn đạt dưới dạng:
A E x A x E (4.1)
Theo cách diễn đạt ở (3.1), nói khác đi, một tập con A E có định nghĩa
thông qua hàm IA(x), IA(x) được gọi là hàm chỉ thị của tập A
AxnÕu0
AxnÕu1
x
A
I
(4.2)
4.1.1.2. Tập con mờ
Với các tập rõ, hàm chỉ thị chỉ nhận hai giá trị là 0 và 1. Năm 1965 L. A.
Zadeh đã xây dựng về khái niệm tập con mờ bằng cách mở rộng miền giá trị của
IA(x), trong trường hợp này thay cho IA(x) là hàm A(x), gọi là hàm liên thuộc của
A. Hàm A(x) có thể có rất nhiều giá trị, thậm chí có tất cả các giá trị trên đoạn
[0:1].
Định nghĩa tập con mờ và hàm liên thuộc
Cho tập E, gọi
A
là tập con mờ của E, ký hiệu là:
A
:={(x/A(x)); x E (4.3)
Luận văn Cao học 67
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Trong đó: A(x) được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ
A
, A(x) lấy giá trị bất kỳ
trong đoạn [0:1], A(x) càng gần 1 thì phần tử x E tương ứng càng tỏ, nếu A(x)=
1 thì x đúng là phần tử tỏ (rõ) của
A
, nếu A(x) càng gần 0 thì phần tử x E tương
ứng càng mờ.
Về mặt toán học người ta nói rằng: hàm liên thuộc A(x) đã ánh xạ mỗi phần
tử x E thành một giá trị liên thuộc (cấp độ liên thuộc) liên tục trong khoảng [0:1].
Chính hàm liên thuộc đã làm “mềm hoá” và “linh hoạt hoá” một tập hợp,
tuỳ theo quan niệm của mỗi người có thể đặt các giá trị A(x) cụ thể để diễn đạt
“mức độ mờ”, nếu A(x) = IA(x) thì tập
A
trở thành tập tỏ A. Hình 4.1 biểu diễn
hàm chỉ thị IA(x) của tập tỏ A và hàm liên thuộc B(x), C(x) của các tập mờ B và
C.
Hàm liên thuộc thường là các đường
cong, trong kỹ thuật và điều khiển chúng
thường được thay bằng các đoạn thẳng tiệm
cận. Thí dụ tập mờ F bao gồm các số thực lớn
hơn 3 và nhỏ hơn 9 có hàm liên thuộc hình
thang như hình 4.2 thì ta xác định được độ
phụ thuộc (liên thuộc) của các số trong tập
này:
f(4) =0.5; f(4.5)= 0.75; f(5)= 1
f(6)= 1; f(8)= 0.5.
x
f(x)
1
0.5
0
3
9
4
5
6
8
Hình 4.2
Hình 4.1: Hàm liên thuộc kinh điển (a) và trong logic mờ (b) và (c).
C(x)
B(x) IA(x)
x x x 0 0
1
0
1 1
a b c
Luận văn Cao học 68
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Tuy nhiên không phải bắt buộc các hàm liên thuộc phải có giá trị lớn nhất
bằng 1, để phân biệt người ta chia ra các định nghĩa và các khái niệm nhỏ:
- Độ cao của tập mờ F là giá trị H = sup f(x) x M nếu tập mờ có H = 1 gọi là
chính tắc: H luôn < 1 là không chính tắc.
- Miền xác định của tập mờ F ký hiệu bằng S, là tập con của M thoả mãn:
S = { x M; f(x) > 0}.
- Miền tin cậy của tập mờ F, ký hiệu bằng T, là tập con của M thoả mãn:
T = {x M; f(x) = 1}
4.1.2. Các phép toán trên tập mờ
Tập mờ cũng có 3 phép toán cơ bản là phép hợp (tương đương OR); phép
giao (tương đương AND) và phép bù (tương đương NOT).
Phép hợp (tương đương logic OR): Hợp của hai tập mờ A và B có cùng cơ
sở M là một tập mờ cũng xác định trên cơ sở M với hàm liên thuộc:
A B(x)= MAX{A(x), B(x)} (4.4)
Còn 4 biểu thức khác để tính hàm liên thuộc trong phép hợp như phép hợp
Lukasiewier, tổng Einstein, tổng trực tiếp và Drastic. Nếu 2 tập mờ không cùng cơ
sở thì ta đưa chúng về cùng 1 cơ sở bằng cách lấy tích 2 cơ sở đã có.
Phép giao (AND): Giao của 2 tập mờ A và B có cùng cơ sở M là một tập mờ
cũng xác định trên cơ sở M với hàm liên thuộc.
A B(x) = MIN{A(x), B(x)} (4.5)
và cũng có một số biểu thức tính khác như tích Einstein phép giao Lukasiewier....
Nếu 2 tập mờ không cùng cơ sở cũng cần đưa về một cơ sở bằng tích 2 cơ sở đó.
Luận văn Cao học 69
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Phép bù (NOT): Bù của tập mờ A có cơ sở M và hàm liên thuộc A(x) là một tập
hợp AC xác định trên cùng cơ sở M với hàm liên thuộc:
A
(x) =1- A(x). (4.6)
4.1.3. Biến ngôn ngữ
Biến ngôn ngữ là một biến có thể gán các từ trong ngôn ngữ cho giá trị của
nó. ở đây các từ được đặc trưng bởi định nghĩa tập mờ trong miền xác định mà ở đó
biến được định nghĩa.
Các biến ngôn ngữ chuẩn hoá thường dùng là: âm lớn NB (negative big); âm
trung bình NM (negative medium); âm nhỏ NS (negative small); không Z (zero);
dương nhỏ PS (positive small); dương trung bình PM (positive medium); dương lớn
PB (positive big). Với trường hợp tối giản có thể biến ngôn ngữ chỉ gồm: âm N;
dương P và không Z.
Biến ngôn ngữ chỉ cần thiết trước tiên là cho quá trình mờ hoá (Fuzzifiezs)
các giá trị rõ của đầu vào các bộ điều khiển mờ, sau là để chuẩn hoá các hàm liên
thuộc khác nhau.
4.2. Suy luận mờ và luật hợp thành
Suy luận mờ cũng thường được gọi là suy luận xấp xỉ (Fuzzy reasoning or
approximate reasoning) là thủ tục suy luận để suy diễn ra kết quả từ tập các quy tắc
a.Hợp hai tập mờ b. Giao hai tập mờ c.Phép
bù
x x x
A(x) B(x) (x)μA
B(x) A(x) A(x)
Hình 4.3
Luận văn Cao học 70
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Nếu... Thì … theo một hay nhiều điều kiện. Trước tiên ta giới thiệu về luật hợp
thành để mô tả sự hợp lý thực chất của suy luận mờ.
Luật hợp thành là sự khái quát hoá các khái niệm tương tự sau đây.
Giả thiết ta có đường cong y = f(x), đó là quan hệ điều khiển giữa x và y. Khi
cho x = a thì suy ra y = b = f(a). Tổng quát, nếu bây giờ ta cho a là một khoảng và f
(x) là hàm của khoảng giá trị như hình 4.4b. Để tìm khoảng kết quả y = b tương
ứng với khoảng x = a, trước tiên ta mở rộng vùng a theo kiểu hình trụ từ X sang
vùng X Y và tìm vùng I là giao của khoảng giá trị a và hàm của khoảng giá trị f
(x), sau đó lấy hình chiếu của I lên trục Y ta tìm được y =b (hình 4.4b).
Mở rộng suy nghĩ trên ra xa hơn, ta cho rằng A là tập mờ của X và R là quan hệ mờ
trên X Y. Cần tìm tập mờ kết quả B. Chúng ta lại xây dựng kiểu mở rộng hình trụ
C (A) với A làm cơ sở (nghĩa là việc mở rộng vùng A từ X sang X Y). Mặt giao
giữa c (A) và R có dạng tương tự như vùng I, bằng cách chiếu phần giao C (A) R
lên trục Y ta được tập mờ B. Ta ký hiệu các hàm liên thuộc của các tập mờ A, C(A),
B và R là A, C/A, B và R, trong đó C/A(x,y) = A(x).
Từ đây ta có: C/AR(x,y) = Min{C/A(x,y), R(x,y)}
=Min{A(x),R(x,y)} (4.7)
Hình chiếu của C /AR trên trục y là:
B(y) = MaxMin{A(x), R(x,y)} (4.8)
Y
y=b
x = a
X
y = f(x) Y
b
a
X
y = f(x)
I
Hình 4.4a Hình 4.4b
Luận văn Cao học 71
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Công thức (4.8) là biểu hiện của luật hợp thành max -MIN. Ngoài ra còn có
các dạng luật hợp thành khác như: max-PROD, sum-MIN, sum-PROD.
Dùng luật hợp thành ta đã công thức hoá thủ tục suy luận và gọi đó là suy
luận mờ theo tập các qui tắc mờ Nếu … Thì. Luật mờ cơ bản là luật mô tả bởi quan
hệ: Nếu... Thì... (IF....THEN....), một cách tổng quát có dạng:
IF THEN
Một số dạng mệnh đề mờ:
x is A; x1 is A and x2 is not B
x1 is A1 and x2 is A2 and...and xn is An
x1 is A1 or x2 is A2 or...or xn is An
(lưu ý rằng các phép logic and, or, not trong logic mờ tương ứng các phép giao,
hợp, bù).
Thí dụ một luật cơ bản phát biểu theo biến ngôn ngữ như sau:
If x1 is NB and x2 is NM then y is PB.
Trong bộ điều khiển mờ luật điều khiển mờ là bộ não của nó, người thiết kế
phải dựa vào kinh nghiệm của mình mà phát biểu và xây dựng cho được một tập mờ
dạng này làm cơ sở cho việc triển khai thiết kế tiếp theo.
4.3. Bộ điều khiển mờ
4.3.1. Cấu trúc một bộ điều khiển mờ
Cấu trúc một bộ điều khiển mờ cơ bản thể hiện trên hình 3.5 gồm 4 khối:
Khối mờ hoá, khối luật mờ, khối hợp thành và khối giải mờ.
y B’
x
Khối luật mờ
Mờ hoá-
fuzzyfier
Khèi hîp thµnh
Giải mờ
- defuzzyfier
Hình 4.5: Cấu trúc bộ điều khiển mờ cơ bản
Luận văn Cao học 72
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4.3.2. Mờ hoá
Phép mờ hoá là sự ánh xạ điểm thực x *U vào tập mờ A U trên nguyên
tắc:
- Tập mờ A phải có hàm liên thuộc lớn nhất tại x *.
- Phép mờ hoá phải sao cho tính toán đơn giản các luật hợp thành.
- Có khả năng khử nhiễu đầu vào.
Có một số phép mờ hoá như: Mờ hoá Singleton, mờ hoá Gaussian, mờ hoá
tam giác, hình thang…
Mờ hoá Singleton cho phép tính đơn giản nhất luật hợp thành và có biểu thức
của hàm liên thuộc kinh điển:
*
*
A
x xnÕu0
xxnÕu1
xμ
(4.9)
Mờ hoá tam giác cho một hàm liên thuộc có dạng
n1,2,...,i0xxKhi0
bxxkhi
b
xx
1*...*
b
xx
1
xμ
*
ii
i
*
ii
n1
*
nn
1
*
11
A
(4.10)
ở đây bi > 0 và các phép giao (*)chọn là min hay tích đại số.c
4.3.3. Giải mờ (defuzzyfier)
Sau khâu thiết bị hợp thành, tín hiệu đưa ra không thể sử dụng ngay cho điều
khiển đối tượng vì thực chất đầu ra khâu này luôn là giá trị mờ B,. Vì vậy cần một
khâu giải mờ để làm rõ giá trị cụ thể của tín hiệu điều khiển tương ứng với giá trị
cụ thể ở đầu vào bộ điều khiển mờ. Có hai phương pháp giải mờ chính yếu:
phương pháp cực đại và phương pháp trọng tâm.
Luận văn Cao học 73
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
*Phương pháp cực đại giải mờ theo hai bước:
1. Xác định miền chứa giá trị rõ y’. Giá trị y’ là giá trị mà tại đó hàm liên thuộc đạt
giá trị cực đại (độ cao của tập mờ B’), tức là miền:
G = { yH g(y) = H}
2. Xác định y’ cụ thể (bằng số) từ G theo một trong ba nguyên lý.
- Nguyên lý trung bình: y’ = y1 + y2; y1, y2 là các giá trị biên của miền G ở đây
y1<y2.
- Nguyên lý cận phải: y’ = y2 = sup (y).
- Nguyên lý cận trái: y’ = y1 = inf (y).
*Phương pháp trọng tâm:
Phương pháp cho kết quả y’ là
hoành độ của điểm trọng tâm miền được
bao phủ bởi trục hoành và đường B’(y).
S
B'
S
B'
(y)dyμ
(y)dyyμ
y'
(4.11)
với S là miền xác định của tập mờ.
Xác định y’ theo biểu thức này cho ta giá trị y’ chính xác vì nó có sự tham
gia của toàn bộ các tập mờ đầu ra, tuy nhiên việc tính toán là phức tạp và thời gian
y
0.66
B’1 B’2 B’
Hình 4.7
0.25
y
S
B B
y2 y1 y3 y4
y
Hình 4.6: Phương pháp giải mờ cực đại
y1 y2
y
Bmax Bmax
Luận văn Cao học 74
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
tính toán lâu. Mặt khác cũng chưa tính đến độ thoả mãn của luật điều khiển quyết
định, và có thể xảy ra trường hợp y’ rơi vào điểm có sự phụ thuộc nhỏ nhất thậm chí
sự phụ thuộc này có thể bằng 0.
Một biến dạng của phương pháp điểm trọng tâm là phương pháp độ cao.
Theo phương pháp này giá trị mỗi tập mờ B’(y) được xấp xỉ bằng một cặp giá trị
(yk, Hk) duy nhất, Hk là một điểm mẫu trong miền giá trị y của B’k, lúc đó trị số y’
giải mờ tính theo biểu thức:
q
1k
k
q
1k
kk
y
Hy
y' (4.12)
Phương pháp này áp dụng cho mọi luật hợp thành (MAX-MIN, SUM-MIN,
MAX-PROD, SUM-PROD).
4.3.4. Khối luật mờ và khối hợp thành
Sau khi đã có hàm liên thuộc đầu vào A(x) nhờ phép mờ hoá, để xây dựng
các luật hợp thành ta phải phát biểu được các mệnh đề hợp thành IF... THEN..., hay
A(x) đối với tập mờ A của giá trị đầu vào x ta xác định được hệ số thoả mãn mệnh
đề kết luận của giá trị đầu ra. Biểu diễn hệ số thoả mãn này như một tập mờ B thì
mệnh đề hợp thành chính là ánh xạ:
A(x) B(x) và gọi là hàm liên thuộc của luật hợp thành.
Dựa trên nguyên tắc của Mamdami: “Độ phụ thuộc của kết luận không được
lớn hơn độ phụ thuộc của điều kiện” người ta đưa ra hai quy tắc hợp thành xác định
hàm liên thuộc của mệnh đề hợp thành A B.
1. Qui tắc MAX -MIN: AB(x,y) = MIN{A(x), B (y)}
2. Qui tắc MAX -PROD: AB(x,y) = A(x). B (y)
Luật hợp thành là tên gọi mô hình R biểu diễn 1 hay nhiều hàm liên thuộc
AB(x,y) cho một hay nhiều mệnh đề hợp thành A B. Theo tên của quy tắc dùng
Luận văn Cao học 75
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
để biểu diễn hàm liên thuộc mà người ta gọi tên của luật hợp thành: luật hợp thành
MAX -MIN, MAX- PROD, SUM-MIN, SUM-PROD...
4.3.4.1. Các bước xây dựng luật hợp thành khi có nhiều điều kiện
1. Rời rạc hoá miền xác định hàm liên thuộc A1(x1)... An(xn) và B(y).
2. Xác định độ thoả mãn H cho từng vectơ các giá trị rõ đầu ra, ci là véc tơ tổ
hợp d điểm mẫu thuộc miền xác định của các hàm liên thuộc Ai(xi)
i =1..d.
H = MIN {A1(c1); A2(c2);..., Ad(cd)}
3. Lập luật hợp thành R gồm các hàm liên thuộc giá trị mờ đầu ra cho từng
véc tơ các giá trị đầu vào theo nguyên tắc:
B’ (y) = MIN{H,B(y)} theo nguyên tắc MAX -MIN hoặc
B’(y) = H. B(y) theo nguyên tắc MAX -PROD.
lúc này luật hợp thành R là một lưới trong không gian (d+1) chiều.
4.3.4.2. Thuật toán xây dựng luật hợp thành của nhiều mệnh đề hợp thành
Thực tế các bộ điều khiển mờ phải làm việc với nhiều mệnh đề hợp thành và
do đó sẽ có 1 tập điều khiển Rk. Tức là lúc đó mệnh đề có dạng:
R1: nếu x = A1 thì y = B1 hoặc
R2: nếu x = A2 thì y = B2 hoặc...
................................................
Rp: nếu x = Ap thì y = Bp.
Ai có cơ sở X và Bi có cơ sở Y. Hàm liên thuộc của Ak và Bk là Ak(x) và Bk(y),
trong đó k = 1,2,...,p; thì thuật toán triển khai: R = R1 R2 .... Rp là:
Bước 1: Rời rạc hoá X x1, x2,... xn
và Y y1, y2,...,yn
Luận văn Cao học 76
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Bước 2: Xác định các vectơ Ak(x) và Bk(y) k = 1, 2,.., p theo:
mBk2Bk1Bk
T
Bk
nAk2Ak1Ak
T
Ak
y...μ;yμ;yμμ
x...μ;xμ;xμμ
(3.13)
Bước 3: Xác định mô hình cho luật điều khiển:
Theo qui tắc MAX -MIN:
m.1,2,...,j1,2,...n;i),(rμ;μMinR kijTBkAkk
(3.14)
Theo qui tắc MAX -PROD:
)(rμ.μR kij
T
BkAkk
(3.15)
Bước 4: Thiết lập luật hợp thành:
Theo qui tắc MAX -MIN:
1,2,...pk,rMAXR kij
(3.16)
Theo Sum-Min và Sum -Prod:
p
1k
kR1,MinR
(3.17)
Qui tắc này có tính chất thống kê hơn, nó tránh được trường hợp khi đa số
các mệnh đề hợp thành có cùng giá trị đầu ra nhưng vì không phải là lớn nhất nên
không được tính đến do qui tắc chỉ quan tâm đến giá trị max.
4.3.5. Bộ điều khiển mờ tĩnh
Là bộ điều khiển mờ có quan hệ vào -ra y(x) liên hệ nhau theo một phương
trình đại số (phi tuyến). Các bộ điều khiển mờ tĩnh điển hình là bộ khuyếch đại P,
bộ điều khiển Relay hai vị trí, ba vị trí…
Một trong các dạng hay dùng của bộ điều khiển mờ tĩnh là bộ điều khiển mờ
tuyến tính từng đoạn, nó cho phép ta thay đổi mức độ điều khiển trong các phạm vi
khác nhau của quá trình, do đó nâng cao được chất lượng điều khiển.
Luận văn Cao học 77
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Bộ điều khiển mờ tĩnh có ưu điểm là đơn giản, dễ thiết kế, song nó có nhược
điểm là chất lượng điều khiển không cao vì chưa đề cập đến các trạng thái động
(vận tốc, gia tốc…) của quá trình, do đó nó chỉ được sử dụng trong các trường hợp
đơn giản.
4.3.6. Bộ điều khiển mờ động
Là bộ điều khiển mờ mà đầu vào có xét tới các trạng thái động của đối
tượng. Ví dụ với hệ điều khiển theo sai lệch thì đầu vào của bộ điều khiển mờ ngoài
tín hiệu sai lệch e theo thời gian còn có các đạo hàm của sai lệch giúp cho bộ điều
khiển phản ứng kịp thời với các biến động đột xuất của đối tượng.
Các bộ điều khiển mờ động hay được dùng hiện nay là bộ điều khiển mờ
theo luật tỉ lệ tích phân, tỉ lệ vi phân và tỉ lệ vi tích phân (PI, PD, PID).
Một bộ điều khiển mờ theo luật I có thể thiết kế từ một bộ mờ theo luật P (bộ
điều khiển mờ tuyến tính) bằng cách mắc nối tiếp một khâu tích phân kinh điển vào
trước hoặc sau khối mờ đó. Do tính phi tuyến của hệ mờ, nên việc mắc khâu tích
phân trước hay sau hệ mờ hoàn toàn khác nhau.
Khi mắc nối tiếp ở đầu vào của một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ một
khâu vi phân sẽ được một bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ vi phân PD
Thành phần của bộ điều khiển này cũng giống như bộ điều khiển theo luật
PD thông thường bao gồm sai lệch giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra của hệ thống
e và đạo hàm của sai lệch e’. Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng chính
xác hơn với những biến đổi lớn của sai lệch theo thời gian. Phát triển tiếp từ ví dụ
về bộ điều khiển mờ theo luật P thành bộ điều khiển mờ theo luật PD hoàn toàn đơn
giản.
Trong kĩ thuật điều khiển kinh điển, bộ điều khiển PID được biết đến như là
một giải pháp đa năng và có miền ứng dụng rộng lớn. Định nghĩa về bộ điều khiển
theo luật PID kinh điển trước đây vẫn có thể sử dụng cho một bộ điều khiển mờ
theo luật PID được thiết kế theo hai thuật toán:
Luận văn Cao học 78
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- Thuật toán chỉnh định PID
- Thuật toán PID tốc độ
Bộ điều khiển mờ được thiết kế theo thuật toán chỉnh định PID có ba đầu vào
gồm sai lệch e giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra, đạo hàm và tích phân của sai
lệch. Đầu ra của bộ điều khiển mờ chính là tín hiệu điều khiển u (t).
0
1
( )
t
D
I
d
u t K e edt T e
T dt
Với thuật toán PID tốc độ, bộ điều khiển PID có 3 đầu vào: sai lệch e giữa tín
hiệu đầu vào và tín hiệu chủ đạo, đạo hàm bậc nhất e’, và đạo hàm bậc hai e’’ của
sai lệch. Đầu ra của hệ mờ là đạo hàm du /dt của tín hiệu điều khiển u (t).
2
2
1
( )
I
du d d
K e e e
dt dt T dt
Do trong thực tế thường có một trong hai thành phần được bỏ qua nên thay
vì thiết kế bộ điều khiển PID hoàn chỉnh người ta thường tổng hợp các bộ điều
khiển PI hoặc PD.
Bộ điều khiển PID mờ được thiết kế trên cơ sở của bộ điều khiển PD mờ,
bằng cách mắc nối tiếp ở đầu ra của bộ điều khiển PD mờ một khâu tích phân.
Cho đến nay, nhiều dạng cấu trúc của PID mờ còn được gọi là bộ điều chỉnh
mờ ba thành phần đã được nghiên cứu. Các dạng cấu trúc này thường được thiết kế
trên cơ sở tách bộ điều khiển PID thành hai bộ điều chỉnh PD và PI. Việc phân chia
này chỉ nhằm mục đích thiết lập các hệ luật cho PI và PD gồm hai biến vào, một
biến ra, thay vì phải thiết lập ba biến vào.
4.3.7.Bộ điều khiển mờ lai
Khái niệm chung
Hệ mờ lai (Furry - hybid) là một hệ thống điều khiển tự động trong đó thiết bị
điều khiển gồm hai thành phần:
Luận văn Cao học 79
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Phần thiết bị điều khiển rõ(thường là bộ điều khiển kinh điển PID )
Phần hệ mờ
Bộ điều khiển mà trong quá trình làm việc có khả năng tự chỉnh định thông số của
nó cho phù hợp với sự thay đổi của đối tượng được gọi là bộ điều khiển thích nghi.
Một hệ thống điều khiển thích nghi, cho dù có hay không sự tham gia của hệ mờ, là
hệ thống phát triển cao và có tiềm năng đặc biệt, song gắn liền mới những ưu điểm
đó là khối lượng tính toán thiết kế lớn.
Phần lớn các hệ thống điều khiển mờ lai là hệ thích nghi. Khái niệm “thích
nghi” định nghĩa ở đây không bao gồm các giải pháp thay đổi cấu trúc hệ thống cho
dù sự thay đổi đó có thể phần nào phục vụ mục đích thích nghi. Chẳng hạn hệ thống
mà tính “tự thích nghi”của thiết bị được điều khiển thực hiện bằng cách dựa vào
thay đổi của đối tượng mà chọn khâu điều khiển có tham số thích hợp trong số các
khâu có cùng cấu trúc nhưng với những tham số khác nhau đã được cài đặt từ trước,
cũng không được gọi là hệ điều khiển thích nghi. Tính “thích nghi” của các loại hệ
thống này được thực hiện bằng cách chuyển công tắc đến bộ điều khiển có tham số
phù hợp chứ không phải tự chỉnh định lại tham số của bộ điều khiển đó theo đúng
nghĩa của một bộ điều khiển thích nghi đã định nghĩa.
Thực tế ứng dụng của bộ điều khiển mờ cho thấy không phải cứ thay thế một bộ
điều khiển kinh điển bằng một bộ điều khiển mờ thì sẽ có một hệ thống tốt
hơn.Trong nhiều trường hợp đặc biệt, để hệ thống có đặc tính động học tốt hơn và
bền vững cần phải thiết kế thiết bị điều khiển lai giữa bộ điều khiển mờ và bộ điều
khiển kinh điển.Từ đó dẫn đến khái niệm “hệ mờ lai” và lĩnh vực thiết kế, ứng dụng
bộ điều khiển mờ lai để nâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống.
Kết luận:
- Các bộ điều khiển P, PI hoặc PID đã điều khiển được các đối tượng kỹ thuật
rất hoàn thiện và cho đặc tính động học của toàn bộ hệ thống rất tốt. Nhưng để xử lý
thêm các tín hiệu đo và tăng thêm khả năng chuẩn đoán cho hệ thống, cần thay thế
ở bước đầu tiên bộ điều khiển kinh điển bằng bộ điều khiển mờ và phát triển thêm
Luận văn Cao học 80
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
hệ điều khiển dựa trên cơ sở của bộ điều khiển mờ này để có được các tính chất
điều khiển mong muốn.
Cùng với kỹ thuật mờ, các bộ điều khiển chung cho phép tạo ra một khả năng
điều khiển đối tượng phong phú và đa dạng.
- Chính vì lý do trên nên bản đồ án đã chọn bộ điều khiển mờ để điều khiển
hệ truyền động điện một chiều nhằm nâng cao hơn nữa chất lượng của hệ truyền
động và tăng phạm vi ứng dụng trong thực tế.
4.4. Xây dựng bộ điều khiển mờ cho quá trình khống chế nồng độ khí CO
4.4.1.Đặt vấn đề
Trong thực tế để phát huy hết ưu điểm của mỗi loại bộ điều khiển mờ và bộ
điều khiển rõ, người ta thường dùng các hệ kết hợp giữa hai loại bộ điều khiển
truyền thống và điều khiển mờ với nhau, do vậy ta có các hệ điều khiển mờ lai. Ta
xét hệ điều khiển có cấu trúc 2 vòng, với mạch vòng thứ nhất là bộ điều khiển PID
và vòng hai là bộ điều khiển mờ
Ưu điểm chính của hệ điều khiển nối nhiều vòng là có thể thiết kế bộ điều
khiển cho mỗi vòng theo yêu cầu chất lượng riêng của vòng đó, vì vậy bộ điều
khiển sẽ đơn giản hơn và chất lượng cao hơn. Ta sẽ đi thiết kế hệ thống điều khiển
nồng độ khí CO khi cấp thứ nhất dùng bộ điều khiển PID truyền thống, cấp thứ hai
dùng bộ điều khiển mờ để chỉnh định tham số bộ điều khiển PID.
4.4.2 Bộ điều khiển PID truyền thống
Do cấu trúc đơn giản và bền vững nên các bộ điều khiển PID được dùng phổ
biến trong các hệ điều khiển công nghiệp. Hàm truyền đạt của bộ điều khiển PID là:
G(s) =Kp +Ki/s +Kds
Trong đó Kp, Ki, Kd là các hệ số tỉ lệ, tích phân và đạo hàm.
Nếu viết theo hàm thời gian thì tín hiệu ra của bộ điều khiển PID là:
Luận văn Cao học 81
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
0
1 ( )
( ) ( ) ( )
t
p d
i
de t
u t K e t e d T
T dt
Trong đó: Ti = Kp/Ki, Td = Kd/Kp là hằng số thời gian tích phân và đạo hàm.
Vì các hệ số của bộ điều khiển PID chỉ được tính toán cho một chế độ làm
việc cụ thể của hệ thống, do vậy trong quá trình vận hành luôn phải chỉnh định các
hệ số này cho phù hợp với thực tế để phát huy tốt hiệu quả của bộ điều chỉnh và
công việc này thường được các nhân viên vận hành tiến hành theo kiểu “thăm dò”.
Dựa theo nguyên lý chỉnh định đó, ta thiết kế bộ điều chỉnh mờ ở vòng ngoài để
chỉnh định tham số bộ PID ở vòng trong.
4.4.4. Thiết kế bộ điều khiển mờ để chỉnh định tham số bộ điều khiển PID
Xét hệ điều khiển nồng độ khí CO có cấu trúc như hình ( 3.2 ) với bộ điều
khiển bên trong dùng PID truyền thống, còn bên ngoài dùng bộ điều khiển mờ để tự
động chỉnh định tham số Kp của bộ PID,
Giả thiết hệ số tỉ lệ cho phép thay đổi trong khoảng [Kpmin, Kpmax]. Để tiện lợi
trong tính toán ta biến đổi chúng về đơn vị tương đối:
min'
max min
p p
p
p p
K K
K
K K
Như vậy nhiệm vụ cụ thể của ta là thiết kế bộ điều khiển mờ để chỉnh định tự
động tham số Kp’.
4.4.4.1 Định nghĩa các biến vào ra
- Đại lượng vào của bộ điều khiển mờ (ĐKM) là sai lệch giữa nồng độ khí
CO cần giữ ổn định (tín hiệu chủ đạo) và nồng độ khí CO thực trong nhà xưởng (SL
là giá trị rõ).
- Đại lượng ra của bộ ĐKM là điện áp ra để điều khiển độ mở của van cấp
khí Oxi
Luận văn Cao học 82
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4.4.4.2. Xác định tập mờ
- Miền giá trị vật lý (cơ sở) của các biến vào - ra:
*) INPUT được chọn trong miền giá trị từ -20 đến +20.
*) OUTPUT được chọn trong miền giá trị từ 0 đến 1
- Số lượng các tập mờ (giá trị ngôn ngữ):
INPUT {RN, N, TB, L}(Rất nhỏ, nhỏ, trung bình, lớn).
OUTPUT(MRN, MN, MTB, ML}(Mở rất nhỏ, mở nhỏ, mở trung bình, mở
lớn).
- Xác định hàm liên thuộc:
Hàm liên thuộc của INPUT gồm 1 biến ngôn ngữ và OUTPUT gồm 1 biến
ngôn ngữ.
4.4.3.3. Mô phỏng bộ điều khiển mờ trong MATLAB
a. Xây dựng các khối của bộ điều khiển mờ
Ta có bộ điều khiển mờ, các hàm liên thuộc tín hiệu vào, hàm liên thuộc đầu
ra, luật điều khiển và kết quả mô phỏng được chỉ ra trên hình sau:
Luận văn Cao học 83
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 4.8 Bộ đ ều khiển mờ
Hình 4.9. Các hàm liên thuộc đầu vào
Luận văn Cao học 84
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- Tập các luật của bộ điều khiển mờ và thể hiện luật dạng mặt được biểu diễn trên
hình 4.11; 4.12
Hình 4.10: Các hàm liên thuộc đầu ra
Hình 4.11: Các luật điều khiển
Luận văn Cao học 85
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
Hình 4.13: sơ đồ cấu trúc hệ thống khi có bộ điều khiển mờ
Hình 4.12: Luật dạng mặt
Luận văn Cao học 86
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
b. Kết quả mô phỏng
Nhận xét:
Hình 4.14 là kết quả mô phỏng khi chọn tham số của bộ PID là [KD=TD =200; KI
=1/TI = 30, KP = 3.10
3] khi chưa đưa thêm bộ điều khiển mờ vào và khi đưa thêm
bộ điều khiển mờ vừa thiết kế vào để chỉnh định tham số của bộ điều khiển PID
Theo kết quả mô phỏng như hình 4.14 ta thấy sau khi hiệu chỉnh tham số KP các
thông số của đặc tính của hệ là:
- Độ quá điều chỉnh = 3%
- Thời gian quá độ tqd = 7s
Hình 4.14: Kết quả mô phỏng
Khi chưa có bộ điều khiển mờ
Khi có bộ điều khiển mờ
Luận văn Cao học 87
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- Thời gian đáp ứng tm = 7s
Như vậy Khi chọn các tập mờ và luật điều khiển thích hợp thì luật điều khiển
mờ giúp cho hệ đạt được độ chính xác cao hơn. Bộ điều khiển mờ giúp cho độ quá
điều chỉnh giảm xuống, chất lượng điều khiển của hệ thống tăng lên hơn so với khi
chỉ sử dụng bộ điều chỉnh PID.
Luận văn Cao học 88
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
KẾT LUẬN
Trong bản luận văn đã nghiên cứu ứng điều khiển quá trình nhằm khống chế
nồng độ khí thải (CO) trong môi trường và đã đạt được các kết quả cụ thể như sau:
- Nghiên cứu tổng quan về điều khiển quá trình, khái niệm điều khiển quá
trình, cấu trúc và khái niệm cơ bản của hệ điều khiển quá trình PCS, một số nghiên
cứu và ứng dụng của các hệ thống điều khiển quá trình, các phương trình động học
của quá trình, một số thiết bị cơ bản trong điều khiển quá trình
- Các thuật toán điều khiển quá trình. Các bộ điều khiển, tổng hợp mạch
vòng điều khiển quá trình: tương quan chỉnh định bộ điều khiển PID, tương quan
chỉnh định bộ điều khiển PI, cấu trúc điều khiển theo mô hình nội IMC, điều khiển
tầng, điều khiển feedforward.
- Thiết kế và mô phỏng hệ thống tự động khống chế nồng độ khí CO cho một
phân xưởng: Tổng quan về hệ thống tự động khống chế nồng độ khí, Sơ đồ cấu trúc
hệ thống tự dộng khống chế nồng độ khí CO và hàm truyền đạt của các phần tử
trong hệ thống. Mô phỏng đặc tính của hệ thống bằng phần mềm matlab – simulink
- Ứng dụng điều khiển mờ để nâng cao chất lượng điều khiển quá trình và
cho kết quả tốt.
- Với kết quả ban đầu thu được luận văn được sử dụng làm tài liệu trong
công tác giảng dạy của bản thân tôi và tôi mong muốn nếu như có điều kiện hơn
nữa về thời gian và kiến thức, kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ được ứng dụng
thực tế và đem lại hiệu quả cao.
Luận văn Cao học 89
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1.Nguyễn Doãn Phước – Phan Xuân Minh – Hán Thành Trung (2008) Lý thuyết
Điều khiển phi tuyến nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật
2.Nguyễn Thương Ngô (1999) Lý thuyết điều khiển tự động hiện đại nhà xuất bản
Khoa học kỹ thuật.
3.Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2006) Lý thuyết điều khiển mờ nhà xuất
bản Khoa học kỹ thuật.
4.Nguyễn Doãn phước (2005) Lý thuyết điều khiển hiện đại nhà xuất bản khoa học
kỹ thuật
5.TS Nguyễn Như Hiển, TS Lại khắc Lãi (2007) Hệ mờ và Nơron trong kỹ thuật
điều khiển nhà xuất bản khoa học tự nhiên và công nghệ
6.Phạm Thượng Hàn, Nguyễn Trọng Quế, Nguyễn Văn Hoà, Nguyễn Thị Vấn
(1997), Kỹ thuật đo lường các đại lượng vật lý tập 1 và 2, Nhà xuất bản giáo dục ,
Hà nội
7. NIOSH – Preventing Carbon Monoxide poisoning from Small Gasoline – Powered
Engines and Tools Alert – DHHS (NIOSH) Publication, HTML Document
Luận văn Cao học 90
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nội dung nghiên cứu của bản luận văn “Nghiên cứu điều khiển quá trình nhằm
khống chế nồng độ khí thải CO trong môi trường”bao gồm các phần chính sau:
- Trình bầy lý do lựa chọn đề tài: Tác hại của ô nhiễm môi trường, tác hại
của khí CO đến sức khoả của con người đặc biệt là với những người thường xuyên
phải lao động trong môi trường có nồng độ khí CO cao hơn mức cho phép.
- Nghiên cứu tổng quan về điều khiển quá trình, khái niệm cơ bản, cấu trúc,
ứng dụng của điều khiển quá trình vào một số hệ thống cụ thể như hệ thống pha chế
nước ngọt, tháp chưng trong nhà máy lọc dầu…. Tìm hiểu một số thiết bị đo sử
dụng trong điều khiển quá trình như các loại van, động cơ điện và cơ cấu điện từ,
các loại cảm biến đo nhiệt đọ, đo lưu lượng, đo áp lực, đo nồng độ….
- Nghiên cứu các thuật toán của điều khiển quá trình, các bộ điều khiển P, I,
D, PI, PD, PID và các phương pháp điều khiển sử dụng trong điều khiển quá trình
như phương pháp điều khiển theo mô hình dự báo PMC, phương pháp dự báo
Smith. Cấu trúc điều khiển theo mô hình nội suy. Tổng hợp các mạch vòng điều
khiển quá trình.
- Tiến hành thiết kế và mô phỏng cho một hệ thống cụ thể là hệ thống tự
động khống chế nồng độ khí CO, giới thiệu tổng quan về hệ thống, đưa ra sơ đồ cấu
trúc hệ thống, hàm truyền đạt của các thiết bị trong hệ thống, tiến hành mô phỏng
bằng phần mềm matlap – simulink, lựa chọn bộ thông số của bộ PID cho hệ thống.
- Nghiên cứu lý thuyết điều khiển mờ, mờ lai và ứng dụng điều khiển mờ lai
để hiệu chỉnh thông số của bộ PID và nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 3LV_09_DHKTCN_TDHOA_HOANG THI THU GIANG.pdf