BÀI tập lớn kỹ THUẬT điều KHIỂN tự ĐỘNG lò nhiệt điện trở và mô tả toán học

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ BÀI TẬP LỚN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Lớp: L02 Tên Phạm Cao Tâm Giáo viên hướng dẫn: Trần Việt Hồng download by : skknchat@gmail.com MSSV 1915029 1.Giới thiệu chung lò nhiệt điện trở mơ tả tốn học : 1.1 Khái niệm chung Lò điện trở thiết bị biến đổi điện thành nhiệt thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt, qua xạ, đối lưu truyền dẫn nhiệt, nhiệt truyền tới vật cần gia nhiệt Lò điện trở thường dùng để nung, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu hợp kim màu… 1.2 Cấu tạo lị điện trở Hình Lị nhiệt điện trở 1-   Đầu nối điện 2-   dây nung 3-   nhiệt kế 4-   nắp đậy 5-   phôi nung download by : skknchat@gmail.com 6-   ghi lò 7-   cửa lò 8- vỏ lò 9- lớp lót Lị điện trở thơng thường gồm phần vỏ lị, lớp lót dây nung ∙Vỏ lò Vỏ lò điện trở khung cứng vững, chủ yếu để chịu tải trọng trình làm việc lò Mặt khác vỏ lò dùng để giữ lớp cách nhiệt rời đảm bảo kín hồn tồn tương đối lị Đối với lị làm việc với khí bảo vệ, cần thiết vỏ lị phải hồn tồn kín; cịn đốivới lị điện trở bình thường, kín vỏ lị cần giảm tổn thất nhiệt tránh lùa không khí lạnh vào lị, đặc biệt theo chiều cao lị Trong trường hợp riêng, lị điện trở làm vỏ lị khơng bọc kín Khung vỏ lị cần cứng vững đủ để chịu tải trọng lớp lót, phụ tải lò (vật nung) cấu khí gắn vỏ lị ∙Lớp lót Lớp lót lị điện trở thường gồm phần: vật liệu chịu lửa cách nhiệt Phần vật liệu chịu lửa xây gạch tiêu chuẩn, gạch hình gạch hình đặc biệt tùy theo hình dáng kích thước cho buồng lị Cũng có người ta đầm loại bột chịu lửa chất kết dính gọi khối đầm Khối đầm tiến hành lị tiến hành ngồi nhờ khn Phần cách nhiệt thường nằm vỏ lò phần vật liệu chịu lửa Mục đích chủ yếu phần để giảm tổn thất nhiệt Riêng đáy, phần cách nhiệt đòi hỏi phải có độ bền học định cịn phần khác nói chung khơng u cầu Phần cách nhiệt xây gạch cách nhiệt, điền đầy bột cách nhiệt download by : skknchat@gmail.com ∙Dây nung Dây nung phận phát nhiệt lị, làm việc điều kiện khắc nghiệt,do đòi hỏi phải đảm bảo yêu cầu sau: - Chịu nóng tốt, bị oxi hóa nhiệt độ cao - Phải có độ bền học cao, khơng bị biến dạng nhiệt độ cao - Điện trở suất phải lớn - Hệ số nhiệt điện trở phải nhỏ - Các tính chất điện phải cố định thay đổi - Các kích thước phải không thay đổi sử dụng - Dễ gia công, dễ hàn dễ ép uốn Theo đặc tính vật liệu dùng làm dây nung, người ta chia dây nung làm loại: dây nung kim loại dây nung phi kim loại Để đảm bảo yêu cầu dây nung, hầu hết lị điện trở cơng nghiệp, dây nung kim loại chế tao hợp kim Crơm-Nhơm Crơm-Niken hợp kim có điện trở suất lớn Còn kim loại nguyên chất dùng để chế tạo dây nung Dây nung kim loại thường chế tạo dạng tròn dạng băng Dây nung phi kim loại dùng phổ biến SiC, grafit than 1.3 Nguyên lý làm việc lò điện trở Lò điện trở làm việc dựa sở có dịng điện chạy qua dây dẫn vật dẫn tỏa lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ: Q=I2RT Q: Nhiệt lượng tính Jun (J) I: Dịng điện tính Ampe (A) R: Điện trở tính Ơm (Ω) download by : skknchat@gmail.com T: Thời gian tính giây (s) 1.4 Mơ tả tốn học: Hàm truyền lị nhiệt xác định phương pháp thực nghiệm Cấp nhiệt tối đa cho lị (cơng suất vào P=100%), nhiệt độ lò tăng dần Sau thời gian nhiệt độ lị đạt đến giá trị bão hịa Đặc tính nhiệt độ theo thời gian biễu diễn hình 2.1a Do đặc tính xác lị nhiệt phức tạp nên ta xấp xỉ đáp ứng gần hình 2.1b Hình 2.1 Đặc tính nhiệt độ lị nung a) đặc tính xác b) đặc tính gần Hàm truyền lị có dạng tín hiệu đầu chia cho tín hiệu đầu vào G ( s )= Y (s) U ( s) Tín hiệu vào hàm bước nhảy đơn vị u ( t )= s ( t ) , (P = 100%) Tín hiệu gần (hình 2.1b) hàm: y ( t ) =f ( t−T ) −t Trong đó: f ( t )=K (1−e T ) Biến đổi Laplace hàm f ( t ) ta có: F ( s) = K s(1+T s) download by : skknchat@gmail.com Suy ( áp dụng định lý chậm trễ ): −T s Ke Y ( s )= s (1+T s) Vậy hàm truyền lị thu có dạng sau: G ( s )= −T s Ke K ≈ (1+T s) (1+T s)(1+T s) Hình 2.2 Đối tượng lị nung với đầu vào P (công suất), đầu T (nhiệt độ) −T s Ke Vậy hàm truyền lị có dạng G ( s )= (1+T s) Xét hệ thống lị nung có thơng số sau : K=500; T1=80 ;T2=240 Vậy ta hàm truyền lò: G ( s )= −T s −80 s Ke 500 = 500 e ≈ (1+T s) (1+240 s ) (1+80 s)(1+240 s) Mô tả sơ đồ khối hệ thống: 2.1 Thiết kế điều khiển PID để điều khiển lò nung: GC ( s )=K p + Ki +s Kd s 2.2 Sơ đồ khối hệ thống: download by : skknchat@gmail.com Tìm hàm truyền hệ thống: Theo sơ đồ khối hệ thống ta có hàm truyền sau: Ki +s K d ) C( s) s H(s)= R( s) = Ki 1+ G ( s ) ( K p + + s K d ) s G ( s ) ( K p + 500 Với: G(s)= (1+80 s)(1+240 s) Phân tích điểm quan trọng chọn lựa cấu chấp hành cho hệ thống: -Có khả định vị xác -Khởi động dừng lập tức, khơng có thời gian “chết” chuyển động vị trí -Thực nhiệm vụ liên tục, không giới hạn số lần khởi động phút Chuyển động quán -Những thiết bị công nghiệp phải đảm bảo chắn, hoạt động tốt môi trường khắc nghiệt mà không giảm hiệu suất -Cần bảo dưỡng định kỳ thời gian tối thiểu 5.Phân tích điểm quan trọng chọn lựa thiết bị đo cho hệ thống: download by : skknchat@gmail.com - Độ ổn định - Độ xác - Độ bền cao 6.Phân tích điểm quan trọng việc xử lý tín hiệu: - Tính xác độ tin cậy đạt cao - Có thể lập trình để xử lý tự động - Ít chịu ảnh hưởng tác động lạ (nhiễu) 7.Mô phỏng: - Ta chọn Kp = 0,0036; Ki = 0,00001125; Kd =0,288 download by : skknchat@gmail.com PID download by : skknchat@gmail.com - Ta chọn Kp = 0,0015; Ki = 0,00000625; Kd =0 Khi trở thành điều khiển PI PI download by : skknchat@gmail.com 8.Nhận xét: - Khi điều khiển PID kết thu ta nhận thấy dao động nhiều , biên độ dao động lớn , thời gian xác lập lớn - Khi điều khiển PI kết thu được: thời gian xác lập nhỏ có điều khiển PID, dao động ít, biên độ lao động nhỏ - Như đối tượng tổng hợp điều khiển theo phương pháp khác cho kết khác 9.Tài liệu tham khảo : [1] Sobota J & Schlegel M (2004) Iterative feedback tuning of PID controller Proceedings of the conference: Process control 2004 pp 1-16) 08-11 June 2004, University of Pardubice, Pardubice [2] Nguyễn Doãn Phước (2009) Lý thuyết điều khiển tuyến tính Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [3] Yu C C (2006) Autotuning of PID controller: A relay feedback approach Springer, Taipei-Taiwan [4] Ho W K., Hong Y., Hansson A., Jalmarsson H & Deng J W (2003) Relay auto-tuning of PID controller using interative feedback tuning Automatica, 39, 149-157 [5] Vimala A., Manikandan S., Aravinth T S., Birundha Devi S & Sathiya Gopika S (2019) download by : skknchat@gmail.com Microcontroller Based Floor Cleaning Bobot International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 8, 446-448 [6] Manya Jain, Pankaj Sigh Rawat & Jyoti Morbale (2017) Automatic floor cleaner International Research Journal of Engineering and Technology, 4, 303-307 download by : skknchat@gmail.com ... chung lị nhiệt điện trở mơ tả tốn học : 1.1 Khái niệm chung Lị điện trở thiết bị biến đổi điện thành nhiệt thông qua dây đốt (dây điện trở) Từ dây đốt, qua xạ, đối lưu truyền dẫn nhiệt, nhiệt truyền... vật cần gia nhiệt Lò điện trở thường dùng để nung, nhiệt luyện, nấu chảy kim loại màu hợp kim màu… 1.2 Cấu tạo lị điện trở Hình Lị nhiệt điện trở 1-   Đầu nối? ?điện 2-   dây nung 3-  ? ?nhiệt kế 4- ... lò điện trở Lò điện trở làm việc dựa sở có dịng điện chạy qua dây dẫn vật dẫn tỏa lượng nhiệt theo định luật Jun-Lenxơ: Q=I2RT Q: Nhiệt lượng tính Jun (J) I: Dịng điện tính Ampe (A) R: Điện trở