Đang tải... (xem toàn văn)
Kalman Filter Nodered Trong bối cảnh phát triển khoa học – công nghệ ngày nay, việc ứng dụng Internet of Things (IoT) vào đời sống, sản xuất ngày trở nên phong phú và đa dạng. Rất nhiều ứng dụng IoT đã đem lại kết quả tuyệt vời, trở thành một phần không thể thiếu trong thế giới thông minh. Đặc biệt sự kết hợp của IoT network với lĩnh vực tự động hóa, đem lại nhiều hướng nghiên cứu mới. Đề tài tập trung nghiên cứu giải thuật Kalman vào xử lý tín hiệu, điều khiển bộ PID dựa trên nền tảng IoT network.
TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ LÊ HỒNG THIỆN ĐIỀU KHIỂN PID BỒN NƯỚC VAN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ LÊ HOÀNG THIỆN - 41801239 ĐIỀU KHIỂN PID BỒN NƯỚC VAN ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA TS TRẦN VIỆT HÙNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 LỜI CAM ĐOAN KHĨA LUẬN/ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP) Cơng trình hồn thành Trường Đại học Tơn Đức Thắng Cán hướng dẫn khoa học: TS Trần Việt Hùng (Ghi rõ học hàm, học vị, họ tên chữ ký) Khóa luận/Đồ án tốt nghiệp bảo vệ Hội đồng đánh giá Khóa luận/Đồ án tốt nghiệp Trường Đại học Tôn Đức Thắng vào ngày… /…/…… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Khóa luận/Đồ án tốt nghiệp Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau nhận Khóa luận/Đồ án tốt nghiệp sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ………………………… TRƯỞNG KHOA ……………………………… LỜI CAM ĐOAN DÀNH CHO BẬC ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn khoa học TS Trần Việt Hùng ; Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngồi ra, luận văn cịn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường Đại học Tơn Đức Thắng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Tác giả (ký tên ghi rõ họ tên) TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN Đồ án: Chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển tự động hóa HK1 năm học 2022-2023 Họ tên sinh viên: Lê Hoàng thiện MSSV: 41801239 Ngành học: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa ĐT: 0353272744 Họ tên GVHD: TS.Trần Việt Hùng Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN PID BỒN NƯỚC VAN Khối lượng Tuần/Ngày GVHD ký Đã thực Tìm hiểu mơ hình hệ thống Tiếp tục thực Tìm hiểu vi điều khiển ESP Tìm hiểu vi điều khiển ESP Tìm hiểu hệ thống PID van Tìm hiểu hệ thống PID van Tìm hiểu Node-red Tìm hiểu Node-red Lập trình vi điều khiển ESP Lập trình Node-red Lập trình vi điều khiển ESP Lập trình Node-red Sử dụng Node-red xây dựng hệ thống SCADA điều khiển Sử dụng Node-red xây dựng hệ thống SCADA điều khiển Thiết kế phần cứng Thiết kế phần cứng Thực nghiệm hệ thống Thực nghiệm hệ thống Canh chỉnh hệ thống Canh chỉnh hệ thống Viết báo cáo 10 Viết báo cáo Bảo vệ đồ án chuyên ngành MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .2 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .3 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT .4 2.1 NODE-RED 2.2 GIAO THỨC MQTT 2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT KALMAN FILTER 2.4 THUẬT TOÁN PID .9 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 14 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 14 3.1.1 Khối vi điều khiển ESP32 14 3.1.2 Khối động 16 3.1.3 Khối cảm biến đo mực nước 17 3.1.4 Khối Node-red 18 3.1.5 Khối giám sát 18 3.2 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG HỆ THỐNG 19 3.3 THIẾT KẾ GIẢI THUẬT KALMAN FILTER 20 3.1 THIẾT KẾ BỘ P TRONG PID .22 3.2 THIẾT KẾ GIẢI THUẬT PID SỬ DỤNG BỘ LỌC KALMAN KHỬ NHIỄU .24 3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM .25 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 26 4.1 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM .26 4.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 26 CHƯƠNG KẾT LUẬN 31 5.1 ƯU ĐIỂM 31 5.2 NHƯỢC ĐIỂM 31 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 0.1 Ứng dụng IoT công nghiệp .1 Hình 2.1 Input-Output Node-red .4 Hình 2.2 Node-red xem server Hình 2.3 Giao diện làm việc Node-red .5 Hình 2.4 Mơ hình Publish/Subscribe MQTT Hình 2.5 Minh họa thuật toán Kalman Filter Hình 2.6 Mơ Kalman Filter chiều hội tụ Hình 2.7 Lưu đồ giải thuật PID .10 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 14 Hình 3.2 Module ESP32 NodeMCU .14 Hình 3.3 Sơ đồ chân Module ESP32 NodeMCU-32 15 Hình 3.4Động Cơ DC Bơm Nước Water Pump P385 12VDC 16 Hình 3.5 Cảm biến siêu âm HC-SR04 17 Hình 3.6 Giao diện Node-red 18 Hình 3.7 Giao diện khối giám sát 18 Hình 3.8 Mặt trước bồn chứa lỏng 19 Hình 3.9 Lưu đồ giải thuật Kalman Filter .20 Hình 3.10 Thuật tốn Kalman đệ quy cho Mạng IoT Node-Red 21 Hình 3.11 Giải thuật bên khối Kalman 1D 21 Hình 3.12 Giải thuật bên khối Prediction 21 Hình 3.13 Giải thuật bên khối Kalman Gain 21 Hình 3.14 Giải thuật bên khối Estimation 21 Hình 3.15 Lưu đồ thuật tốn PID 22 Hình 3.16 Thuật tốn PID Node-red 23 Hình 3.17 Thuật toán bên khối PID .23 Hình 3.18 Thuật tốn bên khối System 23 Hình 3.19 Thuật tốn bên khối Display 23 Hình 3.20 Lưu đồ giải thuật PID Kalman Filter 24 Hình 3.21 Giải thuật PID kết hợp Kalman Filter 25 Hình 3.22 Thiết kế giao diện phần mềm điều khiển 25 Hình 3.23 Giao diện phần mềm điều khiển .25 Hình 4.1 Khởi động Node-red 26 Hình 4.2 Truy cập http://node-red-v2.herokuapp.com/admin đăng nhập 27 Hình 4.3 Giao diện thiết kế chương trình 27 Hình 4.4 Truy cập http://node-red-v2.herokuapp.com mở giao diện điều khiển .28 Hình 4.5 Thiết lập thông số 28 Hình 4.6Kết đo khơng có lọc Kalman 29 Hình 4.7 Sau có lọc Kalman 29 Hình 4.8 Tín hiệu đo khơng có lọc giao động mạnh quanh giá trị mong muốn 30 Hình 4.9 Tín hiệu đo có sử dụng lọc bám sát giá trị mong muốn 30