Cùng với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, cộng nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong đời sống xã hội. Tự động hóa cao song song với việc sử dụng một cách triệt để nguồn năng lượng, tăng năng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm, cải tiến môi trường làm việc, cải thiện nhu cầu sống của con người
113 trang |
Chia sẻ: vietpd | Lượt xem: 1444 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Nghiên cứu điều khiển thích nghi cho đối tượng có đặc tính cực trị, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-----------***-----------
THUYẾT MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
CHO ĐỐI TƯỢNG CÓ ĐẶC TÍNH CỰC TRỊ
Học viên: Nguyễn Tiến Dũng
Lớp: CH K10
Chuyên ngành: Tự động hoá
Người HD Khoa học: PGS.TS Nguyễn Hữu Công
Ngày giao đề tài: 01/02/2009
Ngày hoàn thành: 31/07/2009
KHOA ĐT SAU ĐH CB HƯỚNG DẪN
PGS.TS Nguyễn Hữu Công
HỌC VIÊN
Nguyễn Tiến Dũng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------***----------------
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
CHO ĐỐI TƯỢNG CÓ ĐẶC TÍNH CỰC TRỊ
THÁI NGUYÊN 2009
Ngành: TỰ ĐỘNG HÓA
Mã số:
Học viên: NGUYỄN VĂN HUỲNH
Người HD Khoa học: PGS.TS LẠI KHẮC LÃI
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
----------------***----------------
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH: TỰ ĐỘNG HOÁ
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI
CHO ĐỐI TƯỢNG CÓ ĐẶC TÍNH CỰC TRỊ
NGUYỄN TIẾN DŨNG
THÁI NGUYÊN 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ………………………………………………………………………………1
....................................................................................................................... C
HƢƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI VÀ HỆ
CỰC TRỊ ........................................................................................................... 3
....................................................................................................................... 1
.1. Định nghĩa, phân loại sơ đồ khối của hệ điều khiển thích nghi ...................... 3
1.1.1.Định nghĩa ............................................................................................. 3
....................................................................................................................... 1
.1.2.Phân loại ..................................................................................................... 3
....................................................................................................................... 1
.1.3.Sơ đồ tổng quát của một hệ thích nghi ........................................................ 4
....................................................................................................................... 1
.2. Hệ cực trị ...................................................................................................... 5
....................................................................................................................... 1
.2.1. Đối tƣợng có đặc tính cực trị ...................................................................... 5
....................................................................................................................... 1
.2.2. Hệ cực trị xây dựng theo phƣơng pháp tách sóng đồng bộ.......................... 6
....................................................................................................................... 1
.2.3. Các phƣơng pháp xác định Gradient và chuyển động cực trị .................... 10
....................................................................................................................... 1
.2.3.1. Các phƣơng pháp xác định Gradient của hàm mục tiêu ......................... 10
....................................................................................................................... 1
.2.3.2.Các phƣơng pháp chuyển động đến cực trị ............................................. 12
....................................................................................................................... 1
.2.4. Các phƣơng pháp thực hiện đồng thời cả hai quá trình ............................. 13
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
....................................................................................................................... 1
.2.4.1. Phƣơng pháp ghi nhớ cực trị. ................................................................ 13
....................................................................................................................... 1
.2.4.2. Phƣơng pháp bƣớc. ............................................................................... 14
....................................................................................................................... 1
.2.4.3. Phƣơng pháp đơn hình. ......................................................................... 16
....................................................................................................................... 1
.2.5. Phƣơng pháp tìm khi có nhiều điểm cực trị .............................................. 17
....................................................................................................................... 1
.2.6. Động học hệ cực trị .................................................................................. 17
....................................................................................................................... 1
.3. Kết luận chƣơng một ................................................................................... 19
1.3.1.Hệ điều khiển thích nghi ...................................................................... 19
....................................................................................................................... 1
.3.2.Hệ cực trị. ................................................................................................. 20
....................................................................................................................... C
HƢƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐỐI TƢỢNG LÕ NUNG TRONG CÔNG NGHỆ
LUYỆN CÁN THÉP ....................................................................................... 21
2.1 ...................................................................................................... Đặt vấn đề
........................................................................................................................ 21
2.2 ................................................. Vai trò của lò nung trong công nghệ cán thép
........................................................................................................................ 22
2.3 ............................................................... Đặc điểm lò nung và công nghệ cán
........................................................................................................................ 23
2.4 Cấu tạo lò nung và chế độ vận hành ......................................................... 24
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
....................................................................................................................... 2
.4.1. Cấu tạo lò nung ........................................................................................ 24
....................................................................................................................... 2
.4.2. Bộ phận dịch phôi .................................................................................... 24
....................................................................................................................... 2
.4.3. Vị trí các mỏ đốt ..................................................................................... 25
....................................................................................................................... 2
.4.4. Bộ phận giữ nhiệt ..................................................................................... 25
....................................................................................................................... 2
.4.5. Chế độ vận hành và yêu cầu tự động hóa.................................................. 26
....................................................................................................................... 2
.4.5.1.Vùng sấy ................................................................................................ 26
....................................................................................................................... 2
.4.5.2.Vùng nung ............................................................................................. 26
....................................................................................................................... 2
.4.5.3.Vùng đồng nhiệt ..................................................................................... 26
2.5 ......................................................... Các đặc tính tĩnh và động của đối tƣợng
........................................................................................................................ 27
2.5.1 .................................................................................. Các đặc tính tĩnh
27
2.5.2 ....................................................................................... Đặc tính động
28
2.5.2.1 ............................ Xác định cấu trúc hàm truyền từ đặc tính quá độ
28
2.5.2.2 .................................................. Xác định tham số cho hàm truyền
29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2.6 ............... Tỷ lệ nhiên liệu, không khí, xác định đặc tính cực trị của đối tƣợng
........................................................................................................................ 31
....................................................................................................................... 2
.7 Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................... 34
....................................................................................................................... C
HƢƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ...................................... 35
....................................................................................................................... 3
.1. Giới thiệu một số phƣơng pháp thiết kế bộ điều khiển................................. 35
3.1.1. ................................................................. Hệ thống điều khiển vị trí:
35
....................................................................................................................... 3
.1.1.1 Quy luật điều chỉnh 2 vị trí ..................................................................... 35
3.1.1.2 ............................................................ Quy luật điều chỉnh 3 vị trí:
36
....................................................................................................................... 3
.1.1.3. Quy luật điều chỉnh với cơ cấu chấp hành có tốc độ không đổi : ........... 37
....................................................................................................................... 3
.1.2 Phƣơng pháp đa thức đặc trƣng thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống tuyến
tính .................................................................................................................. 40
....................................................................................................................... 3
.1.2.1 Xét hệ bậc hai ...................................................................................... 40
....................................................................................................................... 3
.1.2.2 Phƣơng pháp đa thức đặc trƣng có hệ số suy giảm thay đổi đƣợc cho hệ
cao ................................................................................................................... 40
3.1.2.3 Xét ảnh hƣởng của tử số hàm truyền ....................................................... 42
3.2. Sơ đồ khối hệ thống ............................................................................................ 42
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3.3. Mạch vòng ổn định lƣu luợng dầu ....................................................................... 42
3.4. Thiết kế bộ điều khiển lƣu lƣợng khí theo phƣơng pháp bƣớc .............................. 45
3.4.1. Sơ đồ khối của bộ điều khiển tự động tìm cực trị kiểu bƣớc .......................... 45
3.4.2. Nguyên tắc làm việc của sơ đồ ..................................................................... 47
3.4.3. Thiết lập sơ đồ nguyên lý ............................................................................. 48
3.4.3.1. Bộ phát lệnh........................................................................................... 48
3.4.3.2. Bộ ghi nhớ ............................................................................................. 52
3.4.3.3. Mạch so sánh ......................................................................................... 53
3.4.3.4. Động cơ chấp hành ................................................................................. 54
3.4.3.5. Mạch logic ............................................................................................. 56
3.4.3.6. Mạch điều khiển tốc độ động cơ chấp hành ............................................ 58
3.4.3.7 Sensor .................................................................................................... 65
3.4.3.8. Nguồn .................................................................................................... 66
3.4.4 Máy điều chỉnh .............................................................................................. 66
3.4.4.1. Xây dựng hàm truyền động cơ chấp hành …………………………… 66
3.4.4.2. Xây dựng hàm truyền bộ biến đổi …………………………………… 68
3.4.4.3. Hàm truyền máy phát tốc ……………………………………………. 69
3.4.4.4. Thiết kế mạch hiệu chỉnh ……………………………………………. 70
3.5. Thuyết minh sơ đồ nguyên lý ............................................................................... 71
3.6. Kết luận chƣơng 3 .............................................................................................. 72
CHƢƠNG IV: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ................................................................. 74
4.1 Các thông số chất lƣợng ................................................................................... 74
4.2 Mô phỏng động cơ mở van .............................................................................. 74
4.3 Xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống ........................................................ 75
4.4. Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab - Simulink ………………………….. 78
4.4.1. Kết quả với thuật toán bƣớc đều ………………………………………. ... 78
4.4.2. Kết quả với thuật toán bƣớc hai cấp …………………………………….. 81
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4.4.3. Nhận xét ………………………………………………………………... 83
4.5. Kết luận chƣơng 4 ……………………………………………………………… 84
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 85
5.1. Kết luận …………………………………………………………………………. 85
5.2. Kiến nghị ……………………………………………………………………….. 86
TÓM TẮT …………………………………………………………………………… 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 88
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
STT Ký hiệu Diễn giải tên hình vẽ
1 Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ điều khiển thích nghi
2 Hình 1.2 Sơ đồ tổng thể hệ điều khiển thích nghi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3 Hình 1.3 Đặc tính cực đại của lò đốt
4 Hình 1.4 Đặc tính cực đại của mũi khoan
5 Hình 1.5 Đặc tính cực trị cực tiểu
6 Hình 1.6 Sơ đồ khối hệ cực trị theo phƣơng pháp tách sóng đồng bộ
7 Hình 1.7 Đồ thị tín hiệu thr và tín hiệu tìm
8 Hình 1.8a Đồ thị của bộ lọc lý tƣởng
9 Hình 1.8b Sơ đồ khối bộ lọc
10 Hình 1.9 Sơ đồ khối Phƣơng pháp đạo hàm theo thời gian
11 Hình 1.10 Đồ thị tín hiệu vào theo từng kênh
12 Hình 1.11 Quỹ đạo chuyển động đến cực trị tỷ lệ với građien
13 Hình 1.12a Sơ đồ bộ ghi nhớ cực trị
14 Hình 1.12b Đồ thị tín hiệu ghi nhớ cực trị
15 Hình 1.13a Đồ thị bƣớc cho trƣớc tiến đến cực trị
16 Hình 1.13b Đồ thị bƣớc phụ thuộc vào độ dốc tiến đến cực trị
17 Hình 1.13c Sơ đồ khối bộ điều khiển kiểu bƣớc
18 Hình 1.14a Quỹ đạo chuyển động đến cực trị theo phƣơng pháp đơn hình
19 Hình 1.14b Quỹ đạo chuyển động đến cực trị theo phƣơng pháp đơn hình
20 Hình 1.15a Sơ đồ đối tƣợng cực trị
21 Hình 1.15b Sơ đồ đối tƣợng cực trị tƣơng đƣơng
22 Hình 1.16 Hai dao động cùng chiều
23 Hình 2.1 Nhiệt độ lò nung phụ thuộc vào năng suất nung
24 Hình 2.2 Phản ứng của đối tƣợng với hàm 1(t)
25 Hình 2.3 Xác định các tham số của hàm truyền trên đồ thị
26 Hình 2.4 Đặc tính cực đại của lò đốt
28 Hình 3.1 Quy luật điều chỉnh hai vị
29 Hình 3.2 Quy luật điều chỉnh ba vị trí
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
30 Hình 3.3 Điều chỉnh 2 vị trí với cơ cấu chấp hành có tốc độ không đổi
31 Hình 3.4 Quy luật điều chỉnh ba vị trí có vùng không nhạy
32 Hình 3.5 Sơ đồ khối tổng quát bộ điều chỉnh nhiệt độ lò
33 Hình 3.6 Sơ đồ khối của mạch vòng ổn định lƣu lƣợng dầu
34 Hình 3.7 Sơ đồ khối của bộ điều khiển tự động tìm cực trị kiểu bƣớc
35 Hình 3.8 Sơ đồ mạch điện tạo thời gian trễ
36 Hình 3.9 Kết quả mô phỏng xung ra mạch tạo thời gian trễ
37 Hình 3.10 Sơ đồ nguyên lý bộ phân phối 4 bƣớc
38 Hình 3.11 Đồ thị dạng sóng đầu vào xung nhịp và đầu ra
39 Hình 3.12 Mạch điện bộ phát lệnh
40 Hình 3.13 SW dùng IC 4066
41 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý mạch so sánh
42 Hình 3.15 Sơ đồ mạch điện ghép bộ ghi nhớ và khâu so sánh
43 Hình 3.16 Mạch điện điều khiển tốc độ động cơ
44 Hình 3.17 Phƣơng pháp đảo chiều quay động cơ
45 Hình 3.18 Sơ đồ mạch logic tạo mức ngƣỡng
46 Hình 3.19 Sơ đồ cung cấp điện cho rơle
47 Hình 3.20 Giản đồ điện áp đầu vào động cơ
48 Hình 3.21 Sơ đồ các chân TCA785
49 Hình 3.22 Các khối chức năng của TCA785
50 Hình 3.23 Giản đồ điện áp của các chân TCA785
51 Hình 3.24 Mạch điện điều khiển sử dụng TCA785
52 Hình 3.25 Mạch khuyếch đại xung
53 Hình 3.26 Sơ đồ chân của IC AN6884
54 Hình 3.27 Mạch tạo 5 ngƣỡng Uđk sử dụng AN6884 và cách ly quang
55 Hình 3.28 Mạch điều khiển sử dụng TCA785 kết hợp với AN6884
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
56 Hình 3.29 Bộ nguồn
57 Hình 3.30 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính hóa quanh điểm làm việc cảu động cơ
58 Hình 3.31 Sơ đồ thay thế đơn giản của bộ biến đổi
59 Hình 3.32a Hàm truyền của BBĐ Tiristo
60 Hình 3.32b Hàm truyền của BBĐ Tiristo trong trƣờng hợp gần đúng
61 Hình 3.33 Sơ đồ khối hệ thống khi chƣa có máy điều chỉnh
62 Hình 3.34 Mạch điện máy điều chỉnh
63 Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng và hiệu chỉnh động cơ mở van
64 Hình 4.2 Đặc tính mở máy của động cơ mở van khí
65 Hình 4.3 Sơ đồ mô hình hoá lò nung
66 Hình 4.4 Sơ đồ mô hình hoá bộ điều khiển dịch bƣớc
67 Hình 4.5 Sơ đồ mô phỏng hệ thống với thuật toán bƣớc đều
68 Hình 4.6 Sơ đồ mô phỏng động cơ mở van 2 cấp tốc độ
69 Hình 4.7 Đặc tính tĩnh nhiệt độ lò nung
70 Hình 4.8 Góc dịch mở van bƣớc nhảy đều
71 Hình 4.9 Nhiệt độ ra của lò với bƣớc nhảy đều
72 Hình 4.10 Nhiệt độ ghi nhớ ở các bƣớc
73 Hình 4.11 Tín hiệu ra của khối Triggered
74 Hình 4.12 Góc mở van ứng với bƣớc nhảy 2 cấp
75 Hình 4.13 Đặc tính động nhiệt độ lò với bƣớc nhảy 2 cấp
76 Hình 4.14 Tín hiệu ra của khối Triggered
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
0
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Tiến Dũng
Sinh ngày 11 tháng 8 năm 1982
Học viên lớp cao học khoá 10 - Tự động hoá - Trƣờng đại học Kỹ thuật Công
nghiệp, Đại học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại khoa Điện - Trƣờng đại học Kỹ