đề tài tiểu luận THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID, bài báo cáo tiểu luận THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID Tự động hóa đang là xu hướng phát triển của thế giới, dần thay thế nhân công bằng các thiết bị máy móc tự động trong dây chuyển sản xuất. Nghiên cứu về robot đặc biệt là robot di động là một phần quan trọng trong ngành tự động hóa. Xe hai bánh tự cần bằng là một đề tài rất quen thuộc và được rất nhiều kỹ sư trên thế giới chú ý. Ta phải thiết kế bộ điều khiển sao cho xe có thể cân bằng trong mọi địa hình, trong bất cứ thời tiết nào và trong bất kỳ tình huống nào. Từ đó ta có thể ứng dụng vào đời sống giúp giảm thiểu tai nạn khi xe mất tự chủ hay áp dụng vào các nhà máy vận chuyển hàng giảm thiểu tối đa về kinh tế,.... Chúng em nhận thấy được tầm quan trọng trong nghiên cứu về xe hai bánh tự cân bằng nên chúng em đã chọn đề tài: “Thiết kế mô hình xe hai bánh tự cân bằng với bộ điều khiển PID”. Do kiến thức và kinh nghiệm vẫn chưa nhiều nên sẽ có những sai sót trong bài báo cáo, mong thầy và các bạn đọc thông cảm. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu + Nắm cơ bản các khái niệm về robot di động + Ứng dụng lý thuyết đã học để thiết kế thành công bộ điều khiển cho xe hai bánh tự cân bằng. + Rèn luyện kỹ năng mô phỏng dung MATLAB và SIMULINK + Hiểu các quy trình nghiên cứu và thiết kế một hệ thống. 1.3 Phương pháp nghiên cứu + Đọc sách và tham khảo các nguồn trên mạng mô phỏng xe hai bánh tự cân bằng + Tìm kiếm các báo về giải thuật PID cho xe tự cân bằng + Tham khảo giảng viên hướng dẫn và bạn bè + Thực hiện chứng minh lý thuyết và mô phỏng song song.
GIỚI THIỆU
Đặt vấn đề
Tự động hóa đang trở thành xu hướng toàn cầu, thay thế dần nhân công bằng máy móc trong sản xuất Nghiên cứu về robot, đặc biệt là robot di động, đóng vai trò quan trọng trong ngành này Xe hai bánh tự cân bằng là một đề tài được nhiều kỹ sư quan tâm, yêu cầu thiết kế bộ điều khiển để xe có thể hoạt động ổn định trên mọi địa hình, trong mọi điều kiện thời tiết và tình huống Ứng dụng của xe này có thể giúp giảm thiểu tai nạn do mất kiểm soát và tối ưu hóa quy trình vận chuyển trong các nhà máy, mang lại lợi ích kinh tế Nhận thấy tầm quan trọng của nghiên cứu xe hai bánh tự cân bằng, chúng em đã chọn đề tài: “Thiết kế mô hình xe hai bánh tự cân bằng với bộ điều khiển PID” Do còn thiếu kinh nghiệm, bài báo cáo có thể có một số sai sót, mong thầy và các bạn thông cảm.
Mục tiêu nghiên cứu
+ Nắm cơ bản các khái niệm về robot di động
+ Ứng dụng lý thuyết đã học để thiết kế thành công bộ điều khiển cho xe hai bánh tự cân bằng.
+ Rèn luyện kỹ năng mô phỏng dung MATLAB và SIMULINK
+ Hiểu các quy trình nghiên cứu và thiết kế một hệ thống.
Phương pháp nghiên cứu
Để phát triển xe hai bánh tự cân bằng, bạn nên đọc sách và tham khảo các nguồn trực tuyến liên quan đến mô phỏng Bên cạnh đó, việc tìm kiếm các bài báo về giải thuật PID cho xe tự cân bằng cũng rất quan trọng để hiểu rõ hơn về công nghệ này.
+ Tham khảo giảng viên hướng dẫn và bạn bè
+ Thực hiện chứng minh lý thuyết và mô phỏng song song.
Bố cục của đề tài
Chương 1 : Giới thiệu đề tài
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về bộ điều khiển PID Chương 3: Mô phỏng
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Bộ điều khiển PID
Một hệ thống làm việc hiệu quả là một hệ thống hoạt động tối ưu theo tiêu chuẩn nhất định Sự duy trì trạng thái tối ưu phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng, các tác động lên đối tượng và điều kiện làm việc Bộ điều khiển PID là một trong những giải pháp giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống theo mong muốn của người sử dụng.
Ta có sơ đồ bộ điều khiển PID như sau:
Hinh 1: Sơ đồ bộ điều khiển PID Để thiết kế bộ điều khiển PID ta phải thiết bộ điều khiển hồi tiếp âm để được giá trị sai số giữa ngõ ra với giá trị đặt sau đó đưa vào bộ điều khiển PID Từ bộ PID sẽ cấp điện áp để điều khiển 2 động cơ sao cho hệ thống đạt vị trí cân bằng
Mô hình và các ký hiệu
Ta có mô hình xe hai bánh tự cân bằng như sau:
Mô hình xe hai bánh tự cân bằng Một số ký hiệu đặc trưng cho xe 2 bánh tự cân bằng:
Kí hiệu Đơn vị Ý nghĩa
M w Kg Khối lượng bánh xe
R m Bán kính bánh xe θ P rad Góc nghiêng của thân robot θ w rad Góc xoay của bánh xe ˙ Rad/s Vận tốc góc của bánh xe θ W r Ohms Điện trở của động cơ
L H Cuộn cảm của động co k f Nms/rad Hệ số ma sát k m Nm/A Hệ số moment
K e Vs/rad Hệ số Back emf của động cơ α rad / s 2 Gia tốc góc của động cơ
V a V Điện áp cấp cho động cơ
V e V Điện áp phần ứng i A Dòng điện phần ứng
I R Kgm 2 Moment quán tính của động cơ τ m Nm Moment của động cơ
I w Moment quán tính của bánh xe
I p Moment quán tính của thân xe
H L ,H R P L ,P R Lực tác động giữa bánh xe và thân robot l Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm trọng trường của thân xe
C L ,C R Moment động cơ tác động lên bánh xe
H fL ,H fR Lực ma sát giữa bánh xe và mặt phẳng β Hệ số hiệu chỉnh
2.3 Mô hình động học của xe động cơ DC ˙ 0 1
2.4 Mô hình động học cho hệ xe 2 bánh tự cân bằng
Phân tích lực tác động lên 2 bánh xe
- Áp dụng định luật Newton tính được tổng lực tác động lên bánh xe theo phương ngang
- Tổng lực tác động vào trục bánh xe
- Từ phương trình động học của động cơ DC, ta có moment của động cơ τ m =I R dω+ τ a (6) dt
- Từ phương trình động học và phương trình vi phân của động cơ DC, ta có moment ngõ ra của động cơ dω − k m k e ˙ k m (7)
- Thay phương trình (7) vào phương trình (5) ta được: ¨ −k m k e ˙ k m
- Phương trình cho bánh trái
- Phương trình cho bánh phải
- Vì chuyển động tuyến tính tác dụng lực lên trục động cơ, vận tốc góc có thể chuyển thành vận tốc tuyến tính theo phương trình sau: θ¨ w r= x¨ θ¨ w = x r ¨ θ˙ w r= x˙ θ˙ w = x r ˙
- Từ 2 phương trình trên ta có thể có phương trình của bánh trái và phải như sau:
- Tính tổng 2 phương trình 2 bánh:
Phân tích lực tác động lên thân bánh xe
- Áp dụng định luật Newton tính được tổng lực tác động lên bánh xe theo phương ngang
- Lực vuông góc tác động lên thân xe:
- Tổng moment tác động lên trọng tâm của thân xe:
- Thay vào phương trình 15 ta có:
- Nhân -l vào phương trình (14) và thế phương trình 16 vào đó ta có:
- Thế phương trình 13 vào 12 ta có:
Hai phương trình (18) và (19) tạo thành một hệ phương trình phi tuyến Để tuyến tính hóa mô hình, ta đặt θ p = π + ϕ, trong đó ϕ là một góc nhỏ hướng thẳng đứng lên trên Kết quả là: cos θ p = -1 và sin θ p = -ϕ.
- Từ đó ta có mô hình tuyến tính hóa của hệ thống:
- Để có được mô hình biến trạng thái của hệ thống ta rút các biến trạng thái từ phương trình (20) và (21), ta có: ¨ M p lθ 2k m k e 2 k m M p glθ ϕ = x¨ + x˙ − V a + ϕ
- Bằng cách thay 2 phương trình trên vào lần lượt các phương trình (20) và (21) ta được hệ không gian trạng thái như sau:
Mô hình này chỉ chính xác khi xe luôn di chuyển trên mặt phẳng, không tính đến ma sát giữa bánh xe và mặt phẳng, đồng thời lực tác động cũng cần phải không đáng kể.
3.1 Khai báo, khảo sát hệ thống và xây dựng bộ điều khiển
Để xây dựng bộ điều khiển, trước tiên cần khai báo giá trị của các biến trong hệ thống, khảo sát khả năng điều khiển và quan sát các biến trạng thái, đồng thời đánh giá tính ổn định của hệ thống.
3.1.1 Khai báo thông số hệ thống
3.1.2 Khảo sát tính ổn định của hệ thống
- Sử dụng MATLAB để tính hàm truyền và nghiệm của hệ thống
- Dựa vào nghiệm của hàm truyền và các cực, zero của hệ thống ta có thể kết luận hệ thống không ổn định theo tiêu chuẩn Routh Hurwitz.
3.1.3 Khảo sát tính điều khiển được của hệ thống
- Dựa vào lí thuyết điều khiển tự động với 1 hệ tuyến tính có phương trình không gian trạng thái dạng như sau: x˙= Ax+ Bu y=Cx + Du
- Với A ∈ℝ nxn , B∈ℝ nxu ,C ∈ℝ rxn , D∈ℝ rxm
- Xây dựng ma trận điều khiển:
Để một hệ thống mô tả toán học dưới dạng phương trình trạng thái có thể điều khiển được, điều kiện cần và đủ là rank(P) phải bằng n, trong đó n là số biến trạng thái của hệ thống.
- Ta sử dụng matlab để kiểm chứng hệ thống
Bậc của ma trận P bằng với số biến trạng thái của hệ thống
3.1.4 Khảo sát tính quan sát được của hệ thống
Ta lựa chọn ma trận C=[ 0 1 0 0 1 0 0 0 ]
- Xây dựng ma trận quan sát:
- Ta sử dụng matlab để kiểm chứng hệ thống
Bậc của ma trận P bằng với số biến trạng thái của hệ thống
Dựa trên hai kiểm chứng, chúng ta có thể kết luận rằng hệ thống có khả năng điều khiển và quan sát bốn biến trạng thái Việc thiết lập ma trận C cho phép theo dõi hai biến trạng thái quan trọng là vị trí xe và góc nghiêng của xe Nếu hai biến này duy trì sự ổn định, toàn bộ hệ thống cũng sẽ đảm bảo tính ổn định.
3.1.5 Xây dựng bộ điều khiển
Mô tả hệ thống với bộ điều khiển
Trong hệ thống điều khiển xe 2 bánh tự cân bằng, việc ổn định hai tham số chính là góc nghiêng và vị trí là rất quan trọng Để đạt được điều này, chúng ta tách ra thành hai bộ điều khiển song song hoặc lồng nhau Việc hiệu chỉnh các thông số Kp, Ki, Kd là cần thiết để điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ, nhằm đảm bảo đáp ứng mong muốn trong quá trình vận hành.
Để điều khiển ổn định xe cân bằng, trước tiên cần hiệu chỉnh góc nghiêng của xe Sau đó, tiến hành điều chỉnh bộ điều khiển vị trí nhằm duy trì sự ổn định cho xe.
3.2 Xây dựng mô hình Matlab Simulink
Toàn bộ hệ thống với bộ điều khiển
Khối mô tả phương trình không gian trạng thái của hệ thống
Bộ điều khiển PID vị trí của hệ thống với Kp = 1143, Ki = 1940.4, Kd = -5
Bộ điều khiển PID góc nghiêng của hệ thống Kp = 520, Ki = 1550.5, Kd = 23.28 Đáp ứng của hệ thống
Qua quá trình thử nghiệm và áp dụng giải thuật di truyền, nhóm đã tìm ra thông số PID phù hợp để điều khiển xe 2 bánh tự cân bằng Hệ thống ổn định trong khoảng thời gian 3 giây với độ vọt chấp nhận được, cho phép điều khiển xe với góc nghiêng bằng 0 độ Mặc dù nhóm đã thử nghiệm với giải thuật pid_GA dưới sự hướng dẫn của thầy Huỳnh Thái Hoàng và thầy Nguyễn Văn Đông Hải, nhưng vẫn chưa đạt được kết quả mong muốn Nhóm sẽ tiếp tục nghiên cứu giải thuật di truyền để hoàn thiện hệ thống trong tương lai.
Kết quả mô phỏng cho thấy khi thay đổi giá trị đặt ban đầu, hệ thống phản ứng chậm hơn và độ vọt lố tăng lên Tuy nhiên, xe vẫn có khả năng ổn định sau một thời gian nhất định Do đó, bộ điều khiển PID có thể được áp dụng cho xe 2 bánh tự cân bằng, nhưng cần lựa chọn các thông số ban đầu một cách hợp lý.
Kết hợp xe hai bánh tự cân bằng dùng bộ điều khiển PID kết hợp với LQR
Khảo sát xe trên một số môi trường không bằng phẳng
Kết hợp một số phương pháp để điều khiển được xe
Dự án "Thiết kế xe hai bánh tự cân bằng sử dụng bộ điều khiển PID" đã giúp nhóm nghiên cứu sâu về các bộ điều khiển và hệ thống trong lĩnh vực Hệ thống điều khiển tự động Đồng thời, dự án cũng nâng cao kiến thức và kỹ năng của chúng em trong việc sử dụng phần mềm mô phỏng hệ thống, cụ thể là Matlab.
Sau một thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn của giảng viên, chúng em đã hoàn thành bài tập lớn Mặc dù thời gian hạn chế và kinh nghiệm còn thiếu, báo cáo của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong thầy thông cảm Chúng em xin cảm ơn thầy đã hỗ trợ tận tình trong quá trình thực hiện, và hứa sẽ nỗ lực nâng cao kiến thức cũng như kỹ năng để áp dụng vào thực tiễn sau này.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN
BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BÁNH DONUT
NHÓM SVTH: ĐÀO DUY ĐẠT (1811846)
LÊ TRỊNH HOÀNG DƯƠNG (1811811) PHAN THỊ QUỲNH LOAN (1811034)
GVHD: GS TS LÊ VĂN VIỆT MẪN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN
BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BÁNH DONUT
NHÓM SVTH: ĐÀO DUY ĐẠT (1811846)
LÊ TRỊNH HOÀNG DƯƠNG (1811811) PHAN THỊ QUỲNH LOAN (1811034)
GVHD: GS TS LÊ VĂN VIỆT MẪN
BẢNG TỰ ĐÁNH GIÁ CÔNG VIỆC 9
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÁNH DONUT 12
1.4 TÌNH HÌNH TIÊU THỤ VÀ SẢN XUẤT 15
CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BÁNH DONUT 17
CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BÁNH DONUT 44
CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM BÁNH DONUT 64
4.1 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG 64
PHỤ LỤC – TRẢ LỜI CÂU HỎI 68
Hình 1.1 Bánh Donut phủ kem chocolate (Ring donut) 12
Hình 1.2 Bánh donut có nhân (Filled Donut) 13
Hình 1.3 Bánh donut tròn (Donut holes) 13
Hình 1.5 Thương hiệu bánh donut 70 năm, Dunkin’donuts của Mỹ 15 Hình 1.6 Một tiệm bánh Donut kết hợp cà phê ở Mỹ, Krispy Kreme Doughnuts 16
Hình 2.1 Bột mỳ trắng trong sản xuất bánh Donut 17
Hình 2.2 Sơ đồ thành phần Gluten 20
Hình 2.4 Lòng đỏ trứng gà là nguyên liệu chính để làm bánh donut 23 Hình 2.5 Sản phẩm sữa bột gầy của hãng Great Value (Mỹ) 26
Hình 2.6 Bột nở (baking powder) 31
Hình 2.8 Các loại sucrose khác nhau thích hợp cho các ứng dụng khác nhau 35
Hình 2.9 Công thức phân tử Acid Sorbic 41
Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị dây chuyền sản xuất bánh Donut 45
Hệ thống hoàn nguyên sữa được thiết kế với thiết bị có cánh khuấy đặt lệch tâm trong thùng khuấy, giúp tối ưu hóa quá trình tái chế sữa Thiết bị phối trộn với chậu chuyển động hình ellipsoide cũng góp phần nâng cao hiệu quả trộn nguyên liệu Ngoài ra, thiết bị ép đùn bằng trọng lực, như DonutKing Depositor, mang lại giải pháp hiệu quả cho việc định hình sản phẩm.
Hình 3.5 Cơ chế tạo hình bánh của thiết bị tạo hình 51
Hình 3.6 Cấu tạo thiết bị ép đùn bằng trọng lực 51
Hình 3.7 Quá trình thuỷ phân chất béo khi chiên 53
Hình 3.8 Cơ chế quá trình oxy hoá chất béo 54
Hình 3.9 Sản phẩm quá trình polymer hoá 55
Hình 3.10 Thiết bị chiên bề sâu liên tục, được gia nhiệt bằng điện (Moline) 55
Hình 3.11 Nguyên lý hoạt động thiết bị chiên 56
Hình 3.12 Khoảng nhiệt độ chiên phù hợp 57
Hình 3.13 Cơ cấu máy tạo màng chocolate chung 58
Hình 3.14 Máy tạo màng kèm thiết bị gia nhiệt trong 59
Hình 3.15Hệ thống gia nhiệt bên ngoài 59
Hình 3.16Băng chuyền làm nguội donut 61
Hình 3.17Thiết bị bao gói phổ biến trong sản xuất bánh donut 62
Hình 3.18Cấu tạo chi tiết thiết bị bao gói 62
Bảng 1.1 Tỉ lệ thành phần trong bột nhào làm bánh 13
Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng cho bánh Donut 14
Bảng 2.1 Thành phần các hạng của bột mỳ 18
B ảng 2.2 Thành phần hoá học của bột mỳ 19
Bảng 2.3 Chỉ tiêu chất lượng chung của bột mì trong sản xuất bánh 22
Bảng 2.4 Chỉ tiêu cảm quan của trứng 24
Bảng 2.5 Thành phần lỏng đỏ trứng 24
Bảng 2.6Chỉ tiêu sinh học của trứng 25
Bảng 2.7Các chỉ tiêu cảm quan của sữa bột 26
Bảng 2.8Các chỉ tiêu hoá lý của sữa bột 27
Bảng 2.9Các chỉ tiêu về kim loại nặng của sữa bột 27
Bảng 2.10 Các chỉ tiêu vi sinh của sữa bột 27
Bảng 2.11 Chỉ tiêu cảm quan của nước 29
Bảng 2.12Chỉ tiêu sinh học của nước 29
Bảng 2.13Chỉ tiêu hóa lý của nước 30
Bảng 2.14Các tác nhân acid trong bột nở 32
Bảng 2.15Các chỉ tiêu chất lượng cho chất béo trong sản xuất donut 34
Bảng 2.16 Các chỉ tiêu cảm quan của đường trắng 37
Bảng 2.17 Các chỉ tiêu lý – hóa của đường trắng 38
Bảng 2.18 Chỉ tiêu các chất nhiễm bẩn của đường trắng 38
Bảng 2.19 Chỉ tiêu chất lượng muối ăn trong sản xuất (TCVN 3974 – 84) 39
Bảng 2.20 Chỉ tiêu cảm quan của chocolate 40
Bảng 2.21Chỉ tiêu hoá lý của chocolate 40
Bảng 2.22Chỉ tiêu sinh học của chocolate 40
Bảng 2.23Chỉ tiêu chất lượng cho Acid Sorbic 42
Bảng 2.24Các chỉ tiêu hoá lý của Lecithin 43
Bảng 3.1 Thông số công nghệ của thiết bị tạo hình 52
Bảng 3.2 Sự thay đổi thành phần hoá học của Cake Donut sau khi chiên sâu 53
Bảng 3.3 Sản phẩm của quá trình oxy hoá chất béo 54
Bảng 3.4 Ảnh hưởng các thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm 57
Bảng 3.5 Thiết bị phủ màng chocolate Model BELSHAW GL30 61
Bảng 4.1Các chỉ tiêu cảm quan của bánh Cake Donut 65
Bảng 4.2Các chỉ tiêu hoá lý của bánh Cake Donut 65
Bảng 4.3Hàm lượng kim loại nặng trong bánh Cake Donut 66
Bảng 4.4Chỉ tiêu vi sinh vật trong bánh Cake Donut 66
BẢNG TỰ ĐÁNH GIÁ CÔNG VIỆC
1 BẢNG PHÂN CÔNG VÀ MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH
Người thực hiện MSSV Nội dung hoàn thành
Lê Trịnh Hoàng Dương 1811811 Chương 3: 3.2.6, 3.2.7 100%
Vẽ thiết bị làm nguội, đóng gói Tổng hợp bản vẽ
Lê Ngọc Diễm Quỳnh 1811188 Chương 1: Mục 1.2 100%
Vẽ thiết bị phủ chocolate, hoàn nguyên và nhào trộn.
Phan Thị Quỳnh Loan 1811034 Chương 3: 3.2.3 100%
Vẽ thiết bị tạo hình Hiệu chỉnh word
Chương 1: Mục 1.1 Chương 2: Mục 2.3, 2.5, 2.6 Đào Duy Đạt (Nhóm trưởng) 1811846 Chương 3: 3.2.4 100%
Vẽ thiết bị chiên Tổng hợp báo cáo word
2 BẢNG TỰ NHẬN XÉT KẾT QUẢ Ưu điểm Rút kinh nghiệm
Quá trình làm việc vẫn cần cải thiện, đặc biệt là phần báo cáo, nơi còn tồn tại một số nội dung chưa đủ sâu sắc và chưa gắn kết chặt chẽ với nhau Cần có sự hỗ trợ và nhận xét lẫn nhau để nâng cao chất lượng công việc.
Tiến độ làm việc của các thành viên cần được cải thiện, đặc biệt là khả năng tìm kiếm và lọc báo cáo để nộp kết quả đúng hạn Điều này đảm bảo rằng nội dung báo cáo phù hợp với yêu cầu đã đề ra.
Kết quả làm việc cho thấy bài powerpoint đạt yêu cầu thẩm mỹ và báo cáo được hoàn thành đúng thời hạn Điều này củng cố khả năng viết báo cáo theo văn phong khoa học, với việc tham khảo các tài liệu uy tín và tránh sử dụng ngôn ngữ suồng sã Bài báo cáo đã đầy đủ nội dung theo yêu cầu và đáp ứng các tiêu chuẩn hình thức cần thiết như căn lề, font chữ, tài liệu tham khảo, header và footer.
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Kết quả
Kết quả mô phỏng cho thấy việc thay đổi giá trị đặt ban đầu làm tăng thời gian đáp ứng và độ vọt lố của hệ thống Tuy nhiên, xe vẫn có khả năng ổn định sau một thời gian Do đó, việc lựa chọn các thông số ban đầu hợp lý là rất quan trọng khi sử dụng bộ điều khiển PID cho xe 2 bánh tự cân bằng.
Hướng phát triển
Kết hợp xe hai bánh tự cân bằng dùng bộ điều khiển PID kết hợp với LQR
Khảo sát xe trên một số môi trường không bằng phẳng
Kết hợp một số phương pháp để điều khiển được xe
Nhận đinh chung
Dự án "Thiết kế xe hai bánh tự cân bằng sử dụng bộ điều khiển PID" đã cung cấp cho nhóm chúng em cái nhìn sâu sắc về các bộ điều khiển và hệ thống trong lĩnh vực Hệ thống điều khiển tự động Bên cạnh đó, chúng em cũng đã nâng cao kiến thức và kỹ năng sử dụng phần mềm mô phỏng hệ thống cụ thể, đặc biệt là Matlab.
Sau một thời gian làm việc dưới sự hướng dẫn của giảng viên, chúng em đã hoàn thành bài tập lớn của mình Mặc dù thời gian hạn chế và thiếu kinh nghiệm thực tế, bài báo cáo của chúng em vẫn còn một số thiếu sót, mong thầy thông cảm Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã hỗ trợ trong suốt quá trình thực hiện, và sẽ nỗ lực nâng cao kiến thức cùng kỹ năng để áp dụng vào thực tế trong tương lai.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN
BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BÁNH DONUT
NHÓM SVTH: ĐÀO DUY ĐẠT (1811846)
LÊ TRỊNH HOÀNG DƯƠNG (1811811) PHAN THỊ QUỲNH LOAN (1811034)
GVHD: GS TS LÊ VĂN VIỆT MẪN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN
BÀI TẬP LỚN CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BÁNH DONUT
NHÓM SVTH: ĐÀO DUY ĐẠT (1811846)
LÊ TRỊNH HOÀNG DƯƠNG (1811811) PHAN THỊ QUỲNH LOAN (1811034)
GVHD: GS TS LÊ VĂN VIỆT MẪN
BẢNG TỰ ĐÁNH GIÁ CÔNG VIỆC 9
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÁNH DONUT 12
1.4 TÌNH HÌNH TIÊU THỤ VÀ SẢN XUẤT 15
CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BÁNH DONUT 17
CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BÁNH DONUT 44
CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM BÁNH DONUT 64
4.1 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG 64
PHỤ LỤC – TRẢ LỜI CÂU HỎI 68
Hình 1.1 Bánh Donut phủ kem chocolate (Ring donut) 12
Hình 1.2 Bánh donut có nhân (Filled Donut) 13
Hình 1.3 Bánh donut tròn (Donut holes) 13
Hình 1.5 Thương hiệu bánh donut 70 năm, Dunkin’donuts của Mỹ 15 Hình 1.6 Một tiệm bánh Donut kết hợp cà phê ở Mỹ, Krispy Kreme Doughnuts 16
Hình 2.1 Bột mỳ trắng trong sản xuất bánh Donut 17
Hình 2.2 Sơ đồ thành phần Gluten 20
Hình 2.4 Lòng đỏ trứng gà là nguyên liệu chính để làm bánh donut 23 Hình 2.5 Sản phẩm sữa bột gầy của hãng Great Value (Mỹ) 26
Hình 2.6 Bột nở (baking powder) 31
Hình 2.8 Các loại sucrose khác nhau thích hợp cho các ứng dụng khác nhau 35
Hình 2.9 Công thức phân tử Acid Sorbic 41
Hình 3.1 Sơ đồ thiết bị dây chuyền sản xuất bánh Donut 45
Hệ thống hoàn nguyên sữa được thiết kế với thiết bị có cánh khuấy lệch tâm, giúp tối ưu hóa quá trình khuấy trộn Thiết bị phối trộn với chậu chuyển động hình ellipsoide mang lại hiệu quả cao trong việc trộn các thành phần Ngoài ra, thiết bị ép đùn bằng trọng lực (DonutKing Depositor) cũng đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Hình 3.5 Cơ chế tạo hình bánh của thiết bị tạo hình 51
Hình 3.6 Cấu tạo thiết bị ép đùn bằng trọng lực 51
Hình 3.7 Quá trình thuỷ phân chất béo khi chiên 53
Hình 3.8 Cơ chế quá trình oxy hoá chất béo 54
Hình 3.9 Sản phẩm quá trình polymer hoá 55
Hình 3.10 Thiết bị chiên bề sâu liên tục, được gia nhiệt bằng điện (Moline) 55
Hình 3.11 Nguyên lý hoạt động thiết bị chiên 56
Hình 3.12 Khoảng nhiệt độ chiên phù hợp 57
Hình 3.13 Cơ cấu máy tạo màng chocolate chung 58
Hình 3.14 Máy tạo màng kèm thiết bị gia nhiệt trong 59
Hình 3.15Hệ thống gia nhiệt bên ngoài 59
Hình 3.16Băng chuyền làm nguội donut 61
Hình 3.17Thiết bị bao gói phổ biến trong sản xuất bánh donut 62
Hình 3.18Cấu tạo chi tiết thiết bị bao gói 62
Bảng 1.1 Tỉ lệ thành phần trong bột nhào làm bánh 13
Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng cho bánh Donut 14
Bảng 2.1 Thành phần các hạng của bột mỳ 18
B ảng 2.2 Thành phần hoá học của bột mỳ 19
Bảng 2.3 Chỉ tiêu chất lượng chung của bột mì trong sản xuất bánh 22
Bảng 2.4 Chỉ tiêu cảm quan của trứng 24
Bảng 2.5 Thành phần lỏng đỏ trứng 24
Bảng 2.6Chỉ tiêu sinh học của trứng 25
Bảng 2.7Các chỉ tiêu cảm quan của sữa bột 26
Bảng 2.8Các chỉ tiêu hoá lý của sữa bột 27
Bảng 2.9Các chỉ tiêu về kim loại nặng của sữa bột 27
Bảng 2.10 Các chỉ tiêu vi sinh của sữa bột 27
Bảng 2.11 Chỉ tiêu cảm quan của nước 29
Bảng 2.12Chỉ tiêu sinh học của nước 29
Bảng 2.13Chỉ tiêu hóa lý của nước 30
Bảng 2.14Các tác nhân acid trong bột nở 32
Bảng 2.15Các chỉ tiêu chất lượng cho chất béo trong sản xuất donut 34
Bảng 2.16 Các chỉ tiêu cảm quan của đường trắng 37
Bảng 2.17 Các chỉ tiêu lý – hóa của đường trắng 38
Bảng 2.18 Chỉ tiêu các chất nhiễm bẩn của đường trắng 38
Bảng 2.19 Chỉ tiêu chất lượng muối ăn trong sản xuất (TCVN 3974 – 84) 39
Bảng 2.20 Chỉ tiêu cảm quan của chocolate 40
Bảng 2.21Chỉ tiêu hoá lý của chocolate 40
Bảng 2.22Chỉ tiêu sinh học của chocolate 40
Bảng 2.23Chỉ tiêu chất lượng cho Acid Sorbic 42
Bảng 2.24Các chỉ tiêu hoá lý của Lecithin 43
Bảng 3.1 Thông số công nghệ của thiết bị tạo hình 52
Bảng 3.2 Sự thay đổi thành phần hoá học của Cake Donut sau khi chiên sâu 53
Bảng 3.3 Sản phẩm của quá trình oxy hoá chất béo 54
Bảng 3.4 Ảnh hưởng các thông số công nghệ đến chất lượng sản phẩm 57
Bảng 3.5 Thiết bị phủ màng chocolate Model BELSHAW GL30 61
Bảng 4.1Các chỉ tiêu cảm quan của bánh Cake Donut 65
Bảng 4.2Các chỉ tiêu hoá lý của bánh Cake Donut 65
Bảng 4.3Hàm lượng kim loại nặng trong bánh Cake Donut 66
Bảng 4.4Chỉ tiêu vi sinh vật trong bánh Cake Donut 66
BẢNG TỰ ĐÁNH GIÁ CÔNG VIỆC
1 BẢNG PHÂN CÔNG VÀ MỨC ĐỘ HOÀN THÀNH
Người thực hiện MSSV Nội dung hoàn thành
Lê Trịnh Hoàng Dương 1811811 Chương 3: 3.2.6, 3.2.7 100%
Vẽ thiết bị làm nguội, đóng gói Tổng hợp bản vẽ
Lê Ngọc Diễm Quỳnh 1811188 Chương 1: Mục 1.2 100%
Vẽ thiết bị phủ chocolate, hoàn nguyên và nhào trộn.
Phan Thị Quỳnh Loan 1811034 Chương 3: 3.2.3 100%
Vẽ thiết bị tạo hình Hiệu chỉnh word
Chương 1: Mục 1.1 Chương 2: Mục 2.3, 2.5, 2.6 Đào Duy Đạt (Nhóm trưởng) 1811846 Chương 3: 3.2.4 100%
Vẽ thiết bị chiên Tổng hợp báo cáo word
2 BẢNG TỰ NHẬN XÉT KẾT QUẢ Ưu điểm Rút kinh nghiệm
Quá trình làm việc hiện tại vẫn còn thiếu sự sâu sắc cần thiết trong phần báo cáo, mặc dù một số nội dung vẫn có sự gắn kết và hỗ trợ lẫn nhau Cần cải thiện để đáp ứng yêu cầu cao hơn.
Để nâng cao hiệu quả làm việc, các thành viên cần cải thiện khả năng tìm kiếm và lọc báo cáo, đảm bảo nộp kết quả đúng thời hạn và phù hợp với nội dung yêu cầu.
Kết quả làm việc cho thấy bài powerpoint đạt độ thẩm mỹ cao và báo cáo đã được hoàn thành đúng hạn Điều này củng cố khả năng viết báo cáo theo chuẩn mực văn bản khoa học, với việc tham khảo các tài liệu, sử dụng từ ngữ khoa học chính xác và tránh những cụm từ suồng sã Bài báo cáo cũng đầy đủ nội dung theo yêu cầu, đồng thời nâng cao khả năng trình bày văn bản theo các tiêu chuẩn hình thức cần thiết như căn lề, font chữ, tài liệu tham khảo, header và footer.
Bánh Donut, hay còn gọi là doughnut, là một loại bánh ngọt nổi tiếng có nguồn gốc từ Mỹ và đã được du nhập vào Việt Nam Với vẻ ngoài hấp dẫn và hương vị thơm ngon, bánh trở thành món tráng miệng được yêu thích trên toàn thế giới Nguyên liệu chính để làm bánh bao gồm bột mì, sữa bột gầy, trứng, nước, chất làm nở, chất béo, đường, muối, cùng một số phụ gia khác Bánh Donut thường được phủ kem chocolate, vanila và trang trí bằng hạt đường hoặc cốm, tạo nên sự thu hút cho người thưởng thức.
Hiện nay, bánh donut đã xuất hiện trên thị trường Việt Nam, mặc dù chưa chiếm lĩnh thị phần cao Một số thương hiệu nổi tiếng thế giới như Dunkin's Donut và Krispy Crème đã có mặt tại đây, mang đến sự đa dạng cho người tiêu dùng.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày tổng quan về sản phẩm bánh Donut, bao gồm các nguyên liệu chính được sử dụng trong sản xuất, quy trình công nghệ chế biến và các tiêu chí chất lượng để đánh giá sản phẩm.
Chúng em xin chân thành cảm ơn GS.TS Lê Văn Việt Mẫn và TS Nguyễn Quốc Cường, giảng viên Bộ môn Công nghệ thực phẩm, khoa Kỹ thuật Hóa học, trường Đại học Bách khoa TP.HCM, đã tận tình hướng dẫn chúng em trong quá trình hoàn thành bài tiểu luận này Chúng em nhận thức rằng trong quá trình thực hiện có thể xảy ra một số sai sót và rất mong nhận được những nhận xét quý báu từ thầy để cải thiện các bài báo cáo sau.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BÁNH DONUT
Bánh Donut (hay Doughnut theo cách đọc người Anh) là một loại bánh rán nổi tiếng, phổ biến ở Mỹ và các quốc gia phương Tây Người tiêu dùng có thể dễ dàng tìm thấy Donut tại các tiệm bánh, siêu thị, cửa hàng tạp hóa và quán cà phê, hoặc có thể tự tay làm tại nhà Với hương vị ngọt ngào và màu vàng bắt mắt, bánh Donut thường có hình dáng vòng tròn, được phủ kem chocolate và trang trí bằng hạt đường hoặc hạt cốm, tạo nên sự hấp dẫn cho món ăn này.
Có rất nhiều loại bánh donut hiện nay, cả về mẫu mã, kích thước, màu sắc,… Tuy nhiên, có thể chia bánh donut ra làm các loại sau đây:
✔ Donut dạng vòng (Ring Donut).
✔ Donut có nhân (Filled Donut).
- Theo cách làm nở bánh:
✔ Yeast Donut: sử dụng nấm men làm tác nhân để tạo độ nở cho bánh qua quá trình ủ.
✔ Cake Donut: sử dụng bột nở (baking soda) để làm bánh với tác dụng tương tự [1]
- Sản phẩm chọn để sản xuất: Cake Donut.
Hỗn hợp bột bánh có tỷ lệ các thành phần như sau:
Bảng 1.1 Tỉ lệ thành phần trong bột nhào làm bánh [2]
Bột mì (hàm lượng protein 9 - 10%) 55 - 65 Đường 22 - 30
1.75 - 3 Tuỳ chọn Tuỳ chọn Tuỳ chọn
✔ Hộp polimer: hình vuông (chiều dài cạnh 84,2 mm, chiều cao 25mm).
✔ Bao polimer: hình vuông/chữ nhật, không thấm khí - nước.
✔ 24 bánh/thùng: hộp (dài x rộng x cao (mm) = 150(25x6) - 198(95*2+2*4) -198), gồm các đơn vị bao bì trực tiếp xếp dọc sát nhau làm tối đa 2 lớp, mỗi lớp 2 hàng, mỗi hàng
✔ 12 bánh/hộp: hộp (dài x rộng x cao (mm) = 75(25 x3) - 198(95*2+2*4) -198), gồm các đơn vị bao bì trực tiếp xếp dọc sát nhau làm tối đa 2 lớp, mỗi lớp 2 hàng, mỗi hàng 3 cái.
✔ 6 bánh/hộp: hộp (dài x rộng x cao (mm) = 75(25 x3) - 99(95*1+2*2) -99), gồm các đơn vị bao bì trực tiếp xếp dọc sát nhau làm tối đa 2 lớp, mỗi lớp 2 hàng, mỗi hàng 6 cái.
- Kích thước bánh (sau chiên): đường kính ngoài 95mm, đường kính trong 53 - 54 mm (?), chiều cao 25 mm.
Dưới đây là thành phần dinh dưỡng cho mỗi bánh donut có khối lượng 57g/ donut.
Bảng 1.2 Thành phần dinh dưỡng cho bánh Donut
Năng lượng cung cấp bởi mỗi bánh donut 57g = 290 kcal Nhu cầu mỗi ngày
1.4 TÌNH HÌNH TIÊU THỤ VÀ SẢN XUẤT
Donut là một loại bánh ngọt hình vòng, thường được chế biến từ bột và có nhiều màu sắc hấp dẫn Loại bánh này rất phổ biến và được yêu thích bởi cả trẻ em lẫn người lớn, thường được dùng làm món tráng miệng.
Thị trường donut toàn cầu đã ghi nhận doanh thu 40 tỷ USD vào năm 2016, với Bắc Mỹ chiếm 49.2% thị phần Khu vực châu Á Thái Bình Dương, bao gồm các quốc gia như Trung Quốc, Ấn Độ và Nhật Bản, đạt doanh thu 8 tỷ USD, trở thành thị trường lớn thứ hai thế giới Sự phát triển của thị trường bánh donut chủ yếu được thúc đẩy bởi sự gia tăng thu nhập cá nhân và sự phổ biến của sản phẩm này trong giới trẻ và trẻ em.
Trong đó, bánh donut lên men bằng nấm men là loại bánh hiện đang chiếm lĩnh thị trường donut với thị phần 65% trong năm 2016.
Hiện nay, donut đã trở thành một món snack ngọt phổ biến tại hầu hết các cửa hàng bánh ngọt Mặc dù thị trường donut toàn cầu đang phát triển mạnh mẽ, nhưng vẫn đối mặt với một số thách thức, như sự quan tâm ngày càng tăng của người tiêu dùng về sức khỏe, đặc biệt là ở các thành phố lớn với dân trí cao Bên cạnh đó, người tiêu dùng cũng có nhiều lựa chọn hơn cho các sản phẩm bánh ngọt.
Some of the leading global companies renowned for producing donuts include Dunkin' Donuts, Daylight Donut Flour Company, Krispy Kreme Doughnuts, Mister Donuts, Bimbo Bakeries, McDonald's, and Starbucks.
Hình 1.5 Một tiệm bánh Donut kết hợp cà phê ở Mỹ, Krispy Kreme Doughnuts
CHƯƠNG 2 NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT BÁNH DONUT
2.1.1.1 Tính chất của bột mỳ