BÁO cáo THÍ NGHIỆM môn học điều KHIỂN QUÁ TRÌNH xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN Bộ mơn Điều khiển Tự động BÁO CÁO THÍ NGHIỆM MƠN HỌC ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH GV Hướng dẫn: Đặng Văn Mỹ Họ tên sinh viên: Nguyễn Vũ Huy SHSV: 20181533 Mã lớp TN: 707428 Nhóm: Thơng số cho thí nghiệm: Course: 63 Class: 28 Number: Stoptime: 33 3300 Hà Nội, 2021 Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển bình mức Đối tượng thí nghiệm : 1) Xác dịnh tín hiệu vào, tín hiệu nhiễu hệ thống - Tín hiệu vào : F1 độ mở van ( In Flow) - Tín hiệu : h mức nước (Level) - Nhiễu : F2 độ mở van ( Out Flow) 2) Trên sở nguyên lý làm việc bình mức, xây dựng mơ hình tốn học cho đối tuợng với tham số hình thức Pt cân vật chất: 𝑑𝑉 𝑑𝑡 =A 𝑑ℎ 𝑑𝑡 = F1 – F2 F1 nhiễu, F2 đầu vào Biến thiên mức nước hàm phụ thuộc vào lưu lượng vào , độ mở van, mức nước điểm làm việc đạo hàm h nên ̅̅̅̅ 𝐹1 – ̅̅̅̅ 𝐹2 =0 Với 𝛥* chênh lệch giá trị điểm làm việc có: 𝑑𝛥ℎ A 𝑑𝑡 = 𝛥𝐹1 – 𝛥𝐹2 Laplace vế có hàm truyền đạt : A.s.H(s)=F1(s) – F2(s) Đặt y =h, u=F2, d= F1: s.y(s) = 1/A (D(s) – U(s)) coi van tuyến tính, van khâu qn tính bậc nên hàm truyền có dạng : G(s) = 𝐾 𝑠(𝑇𝑠+1) Hàm truyền van : Gv= 1/(Ts+1) Hàm truyền bình : Gb = K/s 3) Xác định tham số mơ hình ; Sử dụng pp đường cong đáp ứng Single-tank có thơng số : - Course : 63 - Class : 28 - Number : 33 Từ đồ thị lý thuyết ta tính tham số: T = 3.7 K= 12/(9-3.7) = 2.3 Mơ hình kiểm tra lại: Ta điều chỉnh T=3.9, K=2.6 để có sai số nhỏ đồ thị: Vậy ta tìm - K=2.6 T = 3.9 4) Xác định sách lược điều chỉnh a sách lược sử dụng : điều khiển phản hồi điều khiển tầng b Sách lược sử dụng: điều khiển truyền thẳng điều khiển tỉ lệ c Giải thích - hệ thống khơng ổn định nên sử dụng điều khiển truyền thẳng , điều khiển tỷ lệ Quá trình bình mức khâu tích phân khơng có tính tự cân bằng, đk truyền thẳng khơng làm thây đổi tính ổn định hệ thống nên tác động nhỏ làm hệ cân Điều khiển tỉ lệ áp dụng cho hệ thống trì quan hệ biến mà bình mức có biến điều khiển Đk chọn lựa đk phân vùng cần biến đk Điều khiển phản hồi ổn định hệ không ổn định loại bỏ nhiễu bất định Điều khiển tầng cải thiện khả loại bỏ nhiễu cục bộ, giảm độ điều chỉnh , cải thiện tính ổn định hệ thống, nâng cao tính bền vững hệ thống 5) Thiết kế điều khiển PID cho đối tượng: Do hàm truyền khâu tích phân qn tính bậc ta sử dụng phương pháp ziegler nichol Hàm truyền đạt chuẩn PID K(s) = Kc(1+1/(Ti.s)+Td.s) Bộ điều khiển p pi pid Kp 1/K = 0.385 0.9/K = 0.346 1.2/K = 0.462 Ti T/0.3=13 2T=7.8 Td 0.5T=1.95 6) Sách lược điều khiển truyền thẳng Giá trị tối đa out flow 8.10^5 mà bình chữa max 1000 nên ta chia tín hiệu từ out flow cho 800 Sơ đồ mô : điều khiển p với p= 0.385, stoptime = 3300 Kết mô phỏng: Bộ p: Bộ PI: Bọ PID: Nhận xét: Sách lược điều khiển truyền thẳng áp dụng trường hợp , giá trị sp level không sát nhau, hệ khơng ổn định Giải thích: Điều khiển bình mức hệ khơng ổn định, có nhiễu Điều khiển truyền thẳng khơng có độ xác cao, khơng đo mức sai lệch sau điều khiển nên hiệu điều khiển áp dụng sách lược 7) Sử dụng sách lược điều khiển vòng đơn Pid có hàm truyền G(s) = Kp (1 + Ti.s Sơ đồ mô : + Td.s) Nhận xét : - Trường hợp sử dụng bdk P: kp=0.385 Level gần với sp thời gian độ cịn lớn, khơng có dao động - Trường hợp sử dụng điều khiển PI với kp = 0.346, Ti=13 Nhận xét : tín hiệu bám sát giá trị đặt,thời gian độ tương đối dài - Trường hợp sử dụng bdk PID kp= 0.462, Ti =7.8 , Td =1.95 Kết gần giống với sử dụng điều khiển PI chất lượng điều khiển mức đạt giá trị ổn định 10 a giải thích: sử dụng điều khiển tầng loại bỏ số nhiễu giúp hệ thống linh hoạt cải thiện tính động học hệ thống b Xác định nhiệm vụ vòng điều khiển tầng - sơ đồ khối - vòng : điều khiển van dựa vào tín hiệu vào in,out Flow -vịng ngồi : nhận giá trị SP,level ,điều khiển phần lại c Xây dựng vòng điều khiển: sơ đồ: đầu in flow 800000 mà tín hiệu đk van từ 0-1 nên ta chia cho 800000 Tham số : Vòng - Bộ p/p 15 Gv= 1/(3.9s+1) khâu quán tính bậc ta áp dụng ziegler nichol ,phương pháp dựa đáp ứng bậc thang,bộ đk p vịng có Kp = 3.9 in flow có giá trị max 8.10^5 mà giá trị đk van 0-1 nên ta chia cho 800000 - p/ Pi-RW hàm truyền đạt van Gv=1/(3.9s + ) , theo pp gán thời gian xác lập độ qua điều chỉnh đk PI R(s) = kp(1+1/(Ti.s)) Ti=T=3.9; kp =(T.Ln20)/(k.T5%)=1 Vịng ngồi: Bdk vịng ngồi (vịng P)điều khiển hệ có hàm truyền G = Gv*k/s= 1.3/(s*(1+1.95s)) ( T=1.95, k=1.3) Chọn bdk p có kc = 1/k = 0.77 Nhận xét: Hệ đạt giá trị mong muốn Trường hợp không đo lưu lượng đầu Nhận xét : Mức xấp xỉ giá trị đặt , độ điều chỉnh thời gian độ tương đối nhỏ 16 TRường hợp đo lưu lượng Nhận xét: hệ thống có chất lượng điều khiển tốt  So sánh hai trường hợp không đo có đo lưu lượng đầu 17 Chất lượng điều khiển trường hợp có đo lưu lượng đầu tương đương có thêm tín hiệu điều khiển out flow làm hệ xác Bài 2: Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức thơng 1) Xây dựng mơ hình đối tượng, xác định tín hiệu vào - Tín hiệu vào F1,F2 lưu lượng vào in flow1,2 - Tín hiệu h1,h2 mức nước bình - Nhiễu F3 F1 F2 F3 h1 Hệ thống h2 2) Viết pt cân Pt cân vật chất: Bình mức dV/dt = F2-F3 Adh2/dt = F2-F3 Bình Adh1/dt =F1-F2 Van khâu qn tính bậc nên hàm truyền bình mức có dạng G(s) = k/(s*(Ts+1)) 3) Xác tham số mơ hình Sử dụng pp đường cong đáp ứng Sơ đồ : 18 Kết mơ Bình có T1=4 K1 = 15/(20-4)=1 19 Bình có T2 =20 K2 = 55/(100-20)=0.69 Mơ hình kiểm chứng 20 Bình Bình Tinh chỉnh giá trị k,T có Bình 1: k1=1, T1=4 Bình 2: k2 = 0.69, T2 =20 4) Các sách lược điều khiển - Sách lược sử dụng: điều khiển phản hồi,điều khiển tầng 21 - Sách lược sử dụng:đk truyền thẳng, tỉ lệ, lựa chọn, phân vùng - Giải thích: Q trình bình mức khâu tích phân khơng có tính tự cân bằng, đk truyền thẳng khơng làm thây đổi tính ổn định hệ thống nên tác động nhỏ làm hệ cân Điều khiển tỉ lệ áp dụng cho hệ thống trì quan hệ biến mà bình mức có biến điều khiển Đk chọn lựa đk phân vùng cần biến đk Điều khiển phản hồi ổn định hệ khơng ổn định loại bỏ nhiễu bất định Điều khiển tầng cải thiện khả loại bỏ nhiễu cục bộ, giảm độ điều chỉnh , cải thiện tính ổn định hệ thống, nâng cao tính bền vững hệ thống 5) Thiết kế điều khiển PID cho đối tượng Bình bình đối tượng khâu tích phân qn tính bậc thooiwg gian trễ tương đối nhỏ nên ta sử dụng pp ziegler-nichol T1 = 4, k1 =1, T2=20, k2= 0.69 Bdk Kc Ti Td Bình Bình Bình bình Bình Bình P 1.45 PI 0.9 1.3 13.33 66.67 PID 1.2 1.74 40 10 6) Sử dụng điều khiển phản hồi vịng đơn cho bình Sơ đồ mơ phỏng: 22 - Bdk P + Bình 1: Nhận xét: tín hiệu đầu có chất lượng tương đối tốt, thời gian độ nhanh độ qua điều chỉnh nhỏ cịn sai lệch tĩnh + bình 2: 23 Nhận xét : tín hiệu đầu có chất lượng tương đối tốt, thời gian độ nhanh độ qua điều chỉnh nhỏ sai lệch tĩnh - BDK PI-PW Sơ đồ : Bình PIRW1: gain = kc = 0.9, gain1=gain2=1/Ti =0.075 24 Bình PIRW2: gain = kc =1.3, gain1=gain2=0.015 25 Nhận xét: tín hiệu đầu có chất lượng tương đối tốt, thời gian độ nhanh độ qua điều chỉnh nhỏ, sai lệch tĩnh xấp xỉ 0, Chất lượng điều khển tốt đáng kể so với PI 7) Sách lược điều khiển tầng - Bình Vịng : nhận tín hiệu vào in flow đưa tín hiệu điều khiển van Vịng ngoài: đo mức nước h1, điều khiển mức Hàm truyền Gv1 = 1/(4s+1) sử dụng phương pháp dựa đáp unegd bậc thang có k = 0.25 , BDK P có Kc = 1/k =4 Ta có bình có hàm truyền K/s nên hàm truyền hệ G1 = 0.8/(s*(0.8s+1)) , Bdk P có kc = 1/k =1.25 - Bình 2: Vịng trong: nhận tín hiệu vào in flow , điều khiển van Vịng ngồi: đo mức nước bình 2, điều khiển mức bình 26 Hàm truyền van : Gv2 = 1/(20s + 1) tương tự bình ta tính bdk P có kc =20 Hàm truyền hệ G2 = 0.66/(s*(0.95s+1), Bdk P có Kc = 1/0.66=1.5 Sơ đồ mơ phỏng: Kết quả: 27 Bình 1: Nhận xét: thời gian đáp ứng nhanh, không xảy q trình q độ,tín hiệu ổn định bám sát tín hiệu đặt, sai lệch tĩnh xấp xỉ Bình 2: 28 Nhận xét : thời gian đáp ứng nhanh, khơng xảy q trình q độ,tín hiệu ổn định bám sát tín hiệu đặt, tồn tai sai lệch tĩnh không đáng kể 29 ... định hệ thống nên tác động nhỏ làm hệ cân Điều khiển tỉ lệ áp dụng cho hệ thống trì quan hệ biến mà bình mức có biến điều khiển Đk chọn lựa đk phân vùng cần biến đk Điều khiển phản hồi ổn định hệ. .. định hệ thống nên tác động nhỏ làm hệ cân Điều khiển tỉ lệ áp dụng cho hệ thống trì quan hệ biến mà bình mức có biến điều khiển Đk chọn lựa đk phân vùng cần biến đk Điều khiển phản hồi ổn định hệ. ..Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển bình mức Đối tượng thí nghiệm : 1) Xác dịnh tín hiệu vào, tín hiệu nhiễu hệ thống - Tín hiệu vào : F1 độ mở van ( In Flow) - Tín hiệu : h mức nước (Level)