ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN

ĐỒ ÁN LIÊN MÔN 1
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIỆT
ĐỘ TRONG LỊ NHIỆT (MÁY ẤP TRỨNG)
TÊN NHĨM: MOE
Giảng viên hướng dẫn
Sinh viên thực hiện

Lời Mở Đầu

: TRẦN THỊ MINH DUNG
NGUYỄN KHÁNH QUANG
:


Trong suốt quá trình thực hiện đề tài, mặc dù gặp phải nhiều khó khăn
nhưng được sự giúp đỡ, hỗ trợ kịp thời từ quý Thầy Cô và các bạn nên
Đồ án đã hoàn thành đúng tiến độ. Em xin chân thành cảm ơn cô Trần
Thị Minh Dung, thầy Nguyễn Khánh Quang đã tận tình hướng dẫn, chỉ
bảo kinh nghiệm q báu.
Mặc dù nhóm thực hiện đã cố gắng hồn thiện được đồ án, nhưng
trong quá trình soạn thảo cũng như kiến thức cịn hạn chế nên có thể
cịn nhiều thiếu sót. Nhóm thực hiện mong nhận được sự đóng góp ý
kiến của q thầy cơ cùng các bạn sinh viên.
Sau cùng nhóm thực hiện xin chúc Thầy cơ sức khỏe, thành công và
tiếp tục đào tạo những sinh viên giỏi đóng góp cho đất nước. Chúc các
bạn sức khỏe, học tập thật tốt để không phụ công lao các Thầy Cơ đã
giảng dạy.

Nhóm thực hiện xin chân thành cảm ơn.


MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DỰ ÁN
I.

Đặt vấn đề

Đề tài “ Thiết kế bộ điều khiển nhiệt độ cho lò nhiệt” trên cơ sở những lý
thuyết đã học được chủ yếu trong mơn học Điều khiển tuyến tính, kèm theo
đó là kiến thức của các mơn học cơ sở ngành và các mơn học có liên quan như
Mạch điện tử, Mạch số …được các thầy cô đặt ra nhằm giúp cho sinh viên bắt
đầu làm quen, nắm bắt với khái niệm như thế nào là một Dự án Liên mơn,
bước đầu hình dung được việc xây dựng đề tài bằng cách áp dụng các kiến
thức của nhiều môn học khác nhau.
Đồ án này sẽ nêu ra cách xác định hàm truyền đạt của lò điện trở, từ hàm
truyền thu được khảo sát động học sử dụng MATLAB, tổng hợp bộ điều khiển
P, PD, PID cho vòng điều chỉnh nhiệt độ và mô phỏng trên SIMULINK và Mô
phỏng hệ thống.

-

-

II.

Mô tả hệ thống


Q trình điều khiển theo mơ hình trên là một q trình khép kín. Giá trị
setpointSP là giá trị đặt trước mà hệ thống phải làm việc xung quanh giá trị đó
tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng của hệ thống. Việc đảm bảo tính ổn định cũng
như chất lượng của hệ thống thực chất là đưa hệ thống luôn bám sát SP với độ sai
lệch nhỏ nhất và thời gian quá độ nhanh nhất.
Mục đích của đề tài:
Hiểu được nguyên lí cấu tạo và hệ thống của 1 lò nhiệt.
Thiết kế bộ điều khiển PID với khả năng điều chỉnh nhiệt độ theo yêu cầu.
Đưa ra hàm truyền bằng cách đo thực tế và sử dụng matlab.

III.
-


-

Đánh giá, đưa ra nhân xét với các tín hiệu gây nhiễu và đưa ra giải pháp.

IV.

Tiến trình thực hiện

V.

Phân cơng nhiệm vụ giữa các thành viên

1.
2.
3.
4.

5.
-

Mai Trí Tồn
Tìm hiểu lý thuyết
Tham gia nghiên cứu và thiết kế bộ PID
Nguyễn Đăng Đức Bảo
Tìm hiểu cách mơ hình hóa hệ thống
Đưa ra các ý tưởng về thiết kế mạch
Tham gia nghiên cứu về bộ PID
Nguyễn Đăng Bảo Đức
Tìm hiểu về linh kiện và những phần cứng liên quan tới đề tài
Tham gia đo đạt số liệu, tìm hàm truyền
Tham gia tìm hàm truyền hệ thống qua matlab
Phùng Xuân Phong
Lập kế hoạch, đưa ra dự kiến ban đầu
Tham gia nghiên cứu PID
Tham gia đo đạt số liệu
Tham gia tìm hàm truyền hệ thống trên matlab
Trần Lê Anh Quang
Vẽ Gantt chart
Tham gia đo đạt số liệu


CHƯƠNG II:THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
NHIỆT ĐỘ TRONG LÒ NHIỆT
I.

Thiết kế cơ khí


Lị nhiệt gồm 2 phần chính:vỏ lị, dây nung.
•

Vỏ lị đươc dùng là một thùng xốp có kích thước 30cm*40cm*20cm, vừa
vững chắc vừa giảm tổn thất về nhiệt. Gọn nhẹ, dễ tìm kiếm và gia cơng.

•

Dây nung được dùng là bóng đèn sợi đốt 220V-60W, được bố ở chính giữa
lị


Thiết kế mạch điện

II.

Bộ điều khiển:
Sử dụng bộ điều khiển PID tự thiết kế , sử dụng mạch điện tử
I.



Bộ điều khiển PID gồm 3 thành phần: Tỉ lệ (P), Vi phân (D), Tích phân (I).
Mỗi thành phần có tác động khác nhau tới quá trình điều khiển của hệ thống.
Cụ thể:

1.1

Bộ điều khiển tỉ lệ (P- Portitional Controller)
Khâu tỉ lệ làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số hiện tại. Đáp

ứng tỉ lệ có thể được điều chỉnh bằng cách nhân sai số đó với một hằng số
Kp, được gọi là hệ số tỉ lệ.




Ưu điểm: Đơn giản, tác động nhanh, không làm thay đổi về pha
Khuyết điểm: - Không triệt tiêu hết sai lệch tĩnh
- Độ chính xác bị hạn chế (đặc biệt là các đối tượng có
độ qn tính lớn và thời gian trễ lớn)


1.2 Bộ điều khiển tích phân tỉ lệ (PI)
Khâu tích phân tỉ lệ gây ra sự chậm pha ở tần số thấp.



Ưu điểm:



Khuyết điểm:

- Độ chính xác cao ở chế độ xác lập
- Khơng có sai lệch tĩnh
- Thay đổi tốc độ, giảm sai lệch nhanh (nhờ P)
- Độ dự trữ ổn định lớn hơn so với tích phân I
- Tốc độ tách động chậm hơn so với tỉ lệ P

1.3


Bộ điều khiển vi phân tỉ lệ (PD)



Ưu điểm:



Khuyết điểm:

- Độ ổn định cao
- Tính tác động nhanh cao so với P, PI
- Vẫn có sai lệch tĩnh vì khơng có thành phần I

1.4 Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID)



Ưu điểm:

- Nhanh đáp ứng quá độ, tăng bậc vơ sai của hệ thống
- Khơng có sai lệch tĩnh
- Điều chỉnh tốc độ thay đổi của hệ thống
- Tăng độ dự trữ pha ổn định


Cảm biến đo nhiệt độ
Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tương tự rất hay được ứng dụng
trong các ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực. Vì nó hoạt động khá chính xác với

sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ và giá thành rẻ là một trong những ưu
điểm của nó.

II.

3. Thiết bị chấp hành

Hệ thống các bóng đèn dây tóc được kết nối với nguồn điện.

Nguyên lí hoạt động

III.
-

Giá trị đặt bằng biến trở.
Bộ điều khiển cung cấp tín hiệu điện điều khiển cho thiết bị chấp hành.
Sử dụng đo nhiệt độ của đối tượng rồi phản hồi bộ điều khiển.
Bộ điều khiển xử lý thơng tin và hiệu chỉnh tín hiệu điều khiển sao cho giá
trị đầu ra đạt như yêu cầu


CHƯƠNG III:NHẬN DẠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ THIẾT KẾ
BỘ ĐIỀU KHIỂN
Các bước cần thiết để thiết lập mơ hình tốn học bao gồm: Cho điện áp đầu vào
và đo đầu ra nhiệt độ, khai báo các biến đầu vào và ra vào matlab, sử dụng
toolbox để thiết lập công thức và vẽ hàm truyền
I.
-

điện

áp
85
87
89
91
93
95
97
99
101
103
105
107
109
111
113
115
117
119
121
123
125
127
129
131
133
135

Lấy số liệu
Khai báo các biến đầu vào điện áp tang dần ở 1 thời gian chờ cố định để

thu các biến đầu ra nhiệt độ:
nhiệt
độ
59.57
60.24
61.45
62.13
62.87
63.48
64.27
64.97
65.45
66.23
67.87
68.27
70.45
72.67
74.25
76.66
77.43
78.55
80.34
81.42
82.52
83.34
83.88
84.21
85.43
84.45


Thời
gian chờ
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút



137
139
141
143
145
147
149
151
153
155
157
159
161
163
165
167
169
171
173
175
177
179
181
183
185
187
189
191

85.32

86.45
87.23
88.17
88.87
89.45
90.34
92.55
94.17
95.21
96.23
96.89
97.45
98.55
99.61
100.3
5
102.3
2
103.4
5
104.4
6
105.4
7
106.2
3
106.8
9
107.1
7

107.8
6
108.2
3
108.8
7
109.2
3
110.17

10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút

10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút


193
195
197
199
201
203
205
207
209
211
213
215
217
219
221
223

111.45
112.19
112.87

113.23
114.23
114.97
115.34
115.89
116.17
116.45
116.98
117.23
117.45
117.77
118.21
118.35

10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút
10 phút



-

II.

Nhận dạng hàm truyền

1. Khai báo các biến đầu vào và đầu ra trong matlab:
-

Bằng lệnh xlsread(‘thư mục chứa tệp\tên tệp’,bậc ma trận,’cột bắt đầu: cột
kết thúc’)
Cho u1; y1 lần lượt là biến đầu vào điện áp và biến đầu ra nhiệt độ

-

-

2. Sử dụng toolbox để thiết lập công thức và vẽ hàm truyền:
-

Chọn thiết lập ở miền thời gian:


-

-

-


Khai báo các biến như hình:


-

Chọn proceed mode để tính hàm truyền:

-

3. Kết quả thu được:

-

-


-

Thiết kế bộ điều khiển

III.

Mạch mô phỏng:

-

-

Mạch thực tế:


-

-


-

- CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CỦA ĐỀ TÀI
I.
-

II.

Những kết quả đạt được
Thiết lập mơ hình tốn học, hàm trạng thái của mơ hình và mơ phỏng thành
cơng trên Matlab Simulink
Thiết kế được bộ điều khiển hệ thống
Mô hình sản phẩm gần như hồn chỉnh , có thể điều khiển được nhiệt độ theo
yêu cầu , các thành phần mạch điện hoạt động ổn định

Hạn chế của đề tài
-

-

Đề tài còn nhiều yếu tố chưa giải quyết triệt để:


Hệ thống dữ liệu vẫn còn sai số
Thời gian xác lập tương đối dài
Phần mềm còn đơn giản, chưa thật đẹp

Kết luận

III.

Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù gặp nhiều khó khăn: hạn chế về
kiến thức, kinh phí, thiết bị…đề tài chưa thật hoàn chỉnh, song sản phẩm cũng đạt
được một số nội dung nhất định. Làm cơ sở để sinh viên có cơ hội tiếp cận với
thực tế sản xuất và ôn lại kiến thức đã học về thiết kế mơ hình bộ điều khiển PID,
sử dụng Matlab để mô phỏng hàm truyền. giảm thời gian xác lập và độ lọt vố.
-

-


- TÀI LIỆU THAM KHẢO
-

Huỳnh Thái Hoàng, Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất bản Đại học Quốc
Gia,2005

-

Huỳnh Thái Hồng; “ Mơ Hình Hóa Và Nhận Dạng Hệ Thống”; Đại học bách khoa
Tp. HCM.

-


Nguy ễn Phùng Quang; “ Matlab và Simulink”; NXB khoa học và kỹ thuật.

-

Dương Hoài Nghĩa; “Điều khiển hệ thống đa biến”; Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia
TP.HCM, 2007.

-

Huỳnh Thái Hồng; “ Mơ Hình Hóa Và Nhận Dạng Hệ Thống”; Đại học bách khoa
Tp. HCM.

-