ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN DÙNG ĐẠI SỐ GIA TỬ Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Học viên: LÊ VĂN TÙNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN HỮU CÔNG THÁI NGUYÊN 2012 1Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KÝ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN DÙNG ĐẠI SỐ GIA TỬ BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN HỮU CÔNG HỌC VIÊN LÊ VĂN TÙNG THÁI NGUYÊN, 2012 2Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Lê Văn Tùng 3Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tâm và nghiêm khắc của PGS.TS. Nguyễn Hữu Công. Lời đầu tiên, tác giả xin chân thành cảm ơn Thầy đã tận tình hướng dẫn và cung cấp cho em những tài liệu để hoàn thành luận văn này, cũng như việc truyền thụ những kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian làm luận văn. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô Khoa Điện tử và Khoa Điện Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tận tình trong việc nghiên cứu đề tài. Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của Ban giám hiệu, Khoa Sau Đại học Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành luận văn này. Tác giả luận văn Lê Văn Tùng 4Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ ix MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG THỰC TẾ 5 1.1. Nguồn năng lượng mặt trời 5 1.2. Đặc điểm của năng lượng mặt trời trên bề mặt quả đất 6 1.3. Các thành phần của bức xạ mặt trời 7 1.4. Hiệu ứng nhà kính và bộ thu phẳng 7 1.4.1. Hiệu ứng nhà kính 7 1.4.2. Bộ thu năng lượng mặt trời phẳng 8 1.5. Một số ứng dụng năng lượng mặt trời 9 1.5.1. Sản xuất nước nóng bằng NLMT 10 1.5.1.1. Hệ thống sản xuất nước nóng đối lưu tự nhiên 10 1.5.1.2. Hệ thống sản xuất nước nóng đối lưu cưỡng bức 12 1.5.2. Sấy bằng NLMT 13 1.5.2.1. Hệ thống sấy đối lưu tự nhiên 14 1.5.2.2. Hệ thống sấy đối lưu cưỡng bức 15 1.5.3. Chưng lọc nước bằng NLMT 17 1.5.4. Bếp mặt trời 18 1.5.4.1. Bếp mặt trời kiểu hiệu ứng nhà kính 18 1.5.4.2. Bếp mặt trời hội tụ 19 5Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 1.5.5. Sưởi ấm nhà cửa, chuồng trại 20 1.5.6. Pin mặt trời 21 1.5.6.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 22 1.5.6.2. Hệ thống nguồn điện PMT 24 1.6. Kết luận 27 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI.29 2.1. Vai trò của hệ thống pin mặt trời 29 2.2. Giới thiệu hệ thống thu năng lượng dùng pin mặt trời 30 2.2.1. Nguyên lý làm việc của pin mặt trời 30 2.2.2. Hệ thống điều khiển pin mặt trời 34 2.2.3. Mô hình điều khiển pin mặt trời dùng Fuzzy Controller 35 2.3. Kết luận 36 CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU VỀ ĐẠI SỐ GIA TỬ 37 3.1. Bộ điều khiển mờ cơ bản 38 3.1.1. Mờ hoá 39 3.1.2. Sử dụng luật hợp thành 40 3.1.3. Sử dụng các toán tử mờ - khối luật mờ 40 3.1.4. Giải mờ 41 3.1.5. Nguyên lý điều khiển mờ 42 3.1.6. Nguyên tắc thiết kế bộ điều khiển mờ 45 3.1.6.1. Định nghĩa các biến vào/ra 45 3.1.6.2. Xác định tập mờ 45 3.1.6.3. Xây dựng các luật điều khiển 47 3.1.6.4. Chọn thiết bị hợp thành 47 3.1.6.5. Chọn nguyên lý giải mờ 47 3.1.6.6. Tối ưu 48 3.2. Đại số gia tử 48 3.2.3. Đại số gia tử tuyến tính đầy đủ 55 6Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v 3.3. Điều khiển sử dụng đại số gia tử 58 3.4. Kết luận chương 3 60 CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN PIN MẶT TRỜI 61 4.1.Chất lượng của hệ thống điều khiển tự động 61 4.1.1. Đặc tính quá độ của hệ thống ĐKTĐ 61 4.1.2. Các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống ĐKTĐ 61 4.1.2.1. Chất lượng động 61 4.1.2.2. Chất lượng tĩnh 62 4.1.2.3. Chất lượng ở quá trình quá độ 63 4.1.2.4. Chất lượng hỗn hợp 65 4.2. Mô hình cấu trúc toán học của hệ thống 66 4.2.1 Mô hình cấu trúc của hệ thống pin mặt trời 66 4.2.2. Mô hình toán học của hệ thống pin mặt trời 67 4.3. Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển mờ 70 4.3.1. Định nghĩa các biến vào ra 70 4.3.2. Định nghĩa tập mờ (giá trị ngôn ngữ) cho các biến vào ra 71 4.3.3. Xây dựng các luật điều khiển 74 4.3.4. Chọn thiết bị hợp thành và nguyên lý giải mờ 74 4.3.5. Sơ đồ và kết quả mô phỏng 76 4.4. Thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng bộ điều khiển Đại số gia tử 76 4.4.1. Thiết kế bộ điều khiển Đại số gia tử có α=β 76 4.4.2. So sánh chất lượng hệ thống khi dùng BĐK mờ và ĐSGT (α=β) 82 4.5. Thiết kế tối ưu cho bộ điều khiển bằng đại số gia tử 83 4.5.1. Yêu cầu thiết kế tối ưu 83 4.5.2. Thiết kế tối ưu bộ điều khiển bằng Đại số gia tử sao cho J 1 min 83 4.5.3. Thiết kế bộ điều khiển Đại số gia tử có α≠β 84 4.5.3.1. Khi α = 0.1, β = 0.9 84 4.5.3.2. Lập bảng thống kê giá trị khi thay đổi α và β của bộ điều khiển 88 7Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi 4.5.4. Thiết kế tối ưu bộ điều khiển bằng Đại số gia tử sao cho J 2 min 89 4.6. Kết luận chương 4 92 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 PHỤ LỤC 97 8Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii CÁC CHỮ VIẾT TẮT NLMT : Năng lượng mặt trời BXMT : Bức xạ mặt trời PMT : Pin mặt trời FLC : Fuzzy Logic Controller (Bộ điều khiển mờ) BĐK : Bộ điều khiển BDD : Bộ biến đổi điện 9Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. So sánh hiệu suất của pin mặt trời đặt cố định và có điều khiển 35 Bảng 4.1. Các trạng thái khác nhau của pin mặt trời 68 Bảng 4.2. Các luật điều khiển hợp thành 74 Bảng 4.3. Bảng SAM 79 Bảng 4.4. Bảng thực hiện phép Product khi α=β 80 Bảng 4.5. Bảng SAM 86 Bảng 4.7. Giá trị tiêu chuẩn tích phân J 88 Bảng 4.8. Giá trị tiêu chuẩn tích phân J theo tốc độ biến thiên của sai lệch khi γ =0.2 90 Bảng 4.9. Giá trị tiêu chuẩn tích phân J theo tốc độ biến thiên của sai lệch khi γ =1.5 91 10Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn [...]... tớch phõn sai lch ca h thng Jmin Qua quỏ trỡnh nghiờn cu v ng dng cho thy rng cú th s dng cụng c i s gia t cho nhiu lnh vc cụng ngh khỏc nhau v mt trong nhng s ú l cụng ngh iu khin trờn c s tri thc chuyờn gia Lun vn Thit k ti u b iu khin dựng i s gia t, s dng phng phỏp thit k ti u b iu khin dựng i s gia t iu khin h thng PIN mt tri, sao cho hiu qu thu nhit l ln nht, tc l ti u v mt iu khin, ng thi cú... phi gii quyt vi mt mc no ú nhng vn cũn ng trong iu khin thụng minh hin nay, ú l hng x lý ti u tri thc chuyờn gia Tri thc chuyờn gia l kt qu rỳt ra t quỏ trỡnh t chc thụng tin phc tp, a cp, a cu trỳc, a chiu nhm ỏnh giỏ v nhn thc c (cng chớnh xỏc cng tt) th gii khỏch quan Tri thc chuyờn gia c th hin 14S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 di dng cỏc lut mang tớnh... Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 trựng, gia sỳc, gia cm phỏ hoi Vỡ vy ngi ta ó nghiờn cu v thit k cỏc h sy hin i hn, khc phc c cỏc nhc im ó núi trờn Núi chung quỏ trỡnh sy l quỏ trỡnh lm gim m trong sn phm n mt gii hn m an ton no ú ph thuc vo loi sn phm Quỏ trỡnh sy l mt quỏ trỡnh lý, hoỏ rt phc tp, nú ph thuc khụng nhng nhit m cũn ỏp sut hi nc trong khụng gian sy, vo tc giú, v.v õy chỳng ta... ln ca i tng iu khin Logic m ó em li cho cụng ngh iu khin truyn thng mt cỏch nhỡn mi, nú cho phộp iu khin c khỏ hiu qu cỏc i tng khụng rừ rng v mụ hỡnh trờn c s tri thc chuyờn gia y cm tớnh iu khin m l mt thnh cụng ca s kt hp gia logic m v lý thuyt iu khin trong quỏ trỡnh i tỡm cỏc thut toỏn iu khin thụng minh Chỡa khúa ca s thnh cụng ny l s gii quyt tng i tha ỏng bi toỏn suy lun xp x (suy lun m) Tuy... nhng tri thc trc giỏc ca cỏc chuyờn gia Khỏc hn vi k thut iu khin kinh in l hon ton da vo chớnh xỏc tuyt i ca thụng tin m trong nhiu ng dng khụng cn thit hoc khụng th cú c, trong khi ú iu khin m cú th x lý nhng thụng tin khụng chớnh xỏc hay khụng y Nhng thụng tin m s chớnh xỏc 15S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 ca nú ch nhn thy c gia cỏc quan h ca chỳng i vi nhau... iu ny lý thuyt m cha ỏp ng c y khc phc khú khn ny, trong lun vn cp n lý thuyt i s gia t, mt cụng c m bo tớnh trt t ng ngha, h tr cho logic m trong cỏc bi toỏn suy lun núi chung v iu khin m núi riờng Cú th thy õy l mt s c gng ln nhm m ra mt hng gii quyt mi cho x lý bin ngụn ng t nhiờn v vn t duy trc cm Lý thuyt i s gia t c hỡnh thnh t nhng nm 1990 Ngy nay lý thuyt ny ang c phỏt trin v mt trong nhng... trong khong thi gian iu khin l ngn nht, trong ú phi k n cỏc h thng iu khin m ang c s dng rt rng rói hin nay Trong quỏ trỡnh iu khin trờn thc t, ngi ta luụn mong mun cú mt thut toỏn iu khin n gin, d th hin v mt cụng ngh v cú chớnh xỏc cng cao cng tt õy l nhng yờu cu khú thc hin khi thụng tin cú c v tớnh iu khin c v v mụ hỡnh ng hc ca i tng iu khin ch c bit m h di dng tri thc chuyờn gia theo kiu cỏc... http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Phn ni dung ca bn lun vn gm 4 chng: Chng 1: Nng lng mt tri v mt s ng dng thc t Chng 2: Tng quan v cỏc h thng pin mt tri Chng 3: Gii thiu v i s gia t Chng 4: Xõy dng thut toỏn iu khin PIN mt tri Do trỡnh v thi gian hn ch, em rt mong nhn c nhng ý kin gúp ý ca cỏc thy, cụ giỏo v cỏc ý kin úng gúp ca ng nghip c bit, em xin chõn thnh cm n s hng dn tn tỡnh ca PGS.TS.Nguyn Hu Cụng... vũng mt 365,25 ngy (mt nm) ng thi qu t li t quay xuang quanh trc BcNam ca nú Thi gian quay mt vũng l 24 gi (mt ngy ờm) c bit, trc quay riờng Bc-Nam ca qu t li to mt gúc 23,50 so vi phỏp tuyn ca mt phng qu o ca nú quay xung quanh mt tri (hỡnh 1.2) Tng hp ca cỏc chuyn ng ú dn ti kt qu l cng BXMT bin i liờn tc theo thi gian (theo gi, ngy, thỏng, mựa trong nm) v cng cũn bin i theo v tuyn trờn mt t B N... iu khin m ng 38 Hỡnh 3.3 H kớn, phn hi õm v b iu khin m 42 Hỡnh 3.4 B iu khin m PID 44 Hỡnh 3.5 o tớnh m 52 Hỡnh 3.6 B iu khin da trờn i s gia t 59 Hỡnh 4.1 c tớnh quỏ ca h thng n nh theo thi gian 61 Hỡnh 4.2.c tớnh quỏ y(t) vi tớn hiu vo x(t)=1(t) 62 Hỡnh 4.3 th biu din c tớnh L 65 Hỡnh 4.4 Mụ hỡnh cu trỳc ca h thng pin mt tri 66 Hỡnh 4.5 . gia tử 83 4.5.1. Yêu cầu thiết kế tối ưu 83 4.5.2. Thiết kế tối ưu bộ điều khiển bằng Đại số gia tử sao cho J 1 min 83 4.5.3. Thiết kế bộ điều khiển Đại số gia tử có α≠β 84 4.5.3.1. Khi α =. kế bộ điều khiển Đại số gia tử có α=β 76 4.4.2. So sánh chất lượng hệ thống khi dùng BĐK mờ và ĐSGT (α=β) 82 4.5. Thiết kế tối ưu cho bộ điều khiển bằng đại số gia tử 83 4.5.1. Yêu cầu thiết. cụ đại số gia tử cho nhiều lĩnh vực công nghệ khác nhau và một trong những số đó là công nghệ điều khiển trên cơ sở tri thức chuyên gia. Luận văn Thiết kế tối ưu bộ điều khiển dùng Đại số gia