TÀI LIỆU HƯỚNG dẫn THÍ NGHIỆM điều KHIỂN QUÁ TRÌNH– EE3550

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH– EE3550 Họ tên : Lê Trần Nhật Phong MSSV : 20192079 Lớp : Tự động hóa 04-k64 Mã lớp TN : 719492 Hà Nội, 2021 MỤC LỤC GIỚI THIỆU THÔNG TIN CHUNG VỀ CÁC BÀI THÍ NGHIỆM TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LÝ THUYẾT I HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT ( BÀI – BÀI 3) BÀI MÔ HÌNH HĨA Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT 11 MỤC TIÊU 11 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 11 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 11 Lập Mơ Hình Tốn Học Của Đối Tượng Bình Chứa Áp suất 11 Xác Định tham số mơ hình từ thực nghiệm 12 Mô đối tượng áp suất matlab 12 BÀI THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT 12 MỤC TIÊU 12 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 12 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 13 Thiết kế điều khiển cho trình áp suất phương pháp lý thuyết 13 Mô hệ thống điều khiển áp suất matlab 13 BÀI CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT 13 MỤC TIÊU 13 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 14 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 14 Tìm hiều cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển áp suất 14 Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử 14 Hiệu chỉnh điều khiển 14 II HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG , 14 (BÀI – BÀI 6) ,,,, .14 BÀI MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG .16 MỤC TIÊU 16 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 16 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 17 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Lập Mơ Hình Tốn Học Của Đối Tượng Q Trình Lưu Lượng .17 Xác Định tham số mơ hình từ thực nghiệm 18 BÀI THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT 18 MỤC TIÊU 18 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 18 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 18 Thiết kế điều khiển cho trình lưu lượng phương pháp lý thuyết 18 Mô hệ thống điều khiển lưu lượng matlab 19 BÀI CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG 20 MỤC TIÊU 20 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 20 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 20 Tìm hiều cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng 20 Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử 20 Hiệu chỉnh điều khiển 20 III HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH MỨC 20 (BÀI – BÀI 9) 20 BÀI MƠ HÌNH HĨA Q TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MỨC 22 MỤC TIÊU 22 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 22 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 22 BÀI THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT……………………………… 24 MỤC TIÊU 24 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 24 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 24 Thiết kế điều khiển cho trình mức phương pháp lý thuyết 24 Mô hệ thống điều khiển MỨC matlab … 24 BÀI CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC 25 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com MỤC TIÊU 25 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA 25 TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH 25 Tìm hiều cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển mức 25 Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử 25 Hiệu chỉnh điều khiển 25 PHỤ LỤC I ĐỀ CƯƠNG HỌC PHẦN CHI TIẾT 26 EE355 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 26 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com GIỚI THIỆU Nội dung việc thí nghiệm điều khiển trình tìm hiểu nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển, hiểu vai trò thiết bị hệ thống cảm biến, cấu chấp hành, điều khiển Trên sở biết hiệu chỉnh thang đo cảm biến, cấu chấp hành tương ứng với dải hoạt động hệ thống Các bước tiến hành trình thực nghiệm tương ứng với trình làm việc thực tế sản xuất như: khảo sát đặc tính thực nghiệm đối tượng điều khiển từ lựa chọn phương pháp điều khiển hiệu chỉnh tham số điều khiển Để chuẩn bị thí nghiệm sinh viên cần đọc tài liệu thí nghiệm chuẩn bị nhà trước đến trường thí nghiệm Sinh viên cần nắm rõ lý thuyết bước thực thí nghiệm để việc thí nghiệm đạt hiệu hồn thành thời gian định trước Vì thời gian dành cho thí nghiệm cịn hạn chế nên thí nghiệm hướng dẫn cách làm số thí nghiệm điều khiển trình đặc trưng cần thiết THƠNG TIN CHUNG VỀ CÁC BÀI THÍ NGHIỆM - Tên học phần: - Mã học phần: - Cấu trúc học TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com phần: - Khối lượng thí nghiệm: - Số thí nghiệm: TT Bài Nội dung Mơ hình hóa q trình điều khiển áp suất Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển áp suất Lập mơ hình tốn học đối tượng bình chứa áp suất Bài Xác định tham số mơ hình thực nghiệm Mô đối tượng áp suất Matlab Thiết kế điều khiển áp suất phương pháp lý thuyết Thiết kế điều khiển cho trình áp suất Bài phương pháp lý thuyết Mô hệ thống điều khiển áp suất Matlab Cài đặt điều khiển áp suất Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển áp suất Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển áp suất Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử hiệu chỉnh điều khiển TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Bài Mơ hình hóa q trình điều khiển lưu lượng Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển lưu lượng Lập mơ hình tốn học đối tượng trình lưu lượng Bài Xác định tham số mơ hình thực nghiệm Mơ đối tượng Matlab Thiết kế lưu lượng pháp lý thuyết Thiết kế điều khiển cho trình lưu lượng phương pháp lý thuyết TT Bài Nội dung Mô hệ thống điều khiển lưu lượng Matlab Cài đặt điều khiển lưu lượng Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển lưu lượng Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển lưu lượng Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử hiệu TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com chỉnh điều khiển Bài Mơ hình hóa q trình điều khiển mức Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển mức Lập mơ hình tốn học đối tượng q trình mức Xác định tham số mơ hình thực nghiệm Mơ đối tượng Matlab Bài Thiết mức phương pháp lý thuyết Thiết kế điều khiển cho phương pháp lý thuyết Mô hệ thống điều khiển mức Matlab Bài Cài đặt điều khiển mức Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển mức Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử hiệu chỉnh điều khiển Chú ý: Nội dung thí nghiệm phải đóng góp vào chuẩn đầu tương ứng học phần - Chuẩn đầu ra, đánh giá định nghĩa mô tả chi tiết Đề cương học phần xây dựng (như PHỤ LỤC I) - ()=(1+ ) Bước 4: Mô đối tượng Matlab , so sánh mô hình ước lượng giá trị thực nghiệm hiệu chỉnh cho sai số nhỏ Hình 14 Mơ chỉnh định tham số mơ hình nhận dạng BÀI THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT MỤC TIÊU Khi hoàn thành xong tập này, sinh viên thiết kế điều khiển phương pháp lý thuyết, chỉnh định thông số điều khiển thay đổi sách lược điều khiển CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA Đọc kỹ phần thiết kế điều khiển ( chương 6) sách lược điều khiển ( chương 3) Xác định tham số điều khiển PID theo tiêu chất lượng: thời gian đáp ứng, thời gian độ, độ điều chỉnh, hệ số tắt dần, sai lệch tĩnh, độ dự trữ ổn định, bền vững với nhiễu đo TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO QUÁ TRÌNH MỨC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÝ THUYẾT Mơ hình đối tượng mức xấp xỉ khâu tích phân quán tính bậc có hàm truyền đạt: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com (1+ ) Áp dụng phương pháp tối ưu đối xứng ta xác định tham số điều khiển PI sau: Bước 1: Xác định a từ độ điều chỉnh h cần có hệ kín theo; =h exp − D =exp − −D2 tự chọn a>1 từ yêu cầu chất lượng đề Giá trị a đuợc chọn lớn, độ điều chỉnh nhỏ Nếu a 1, hệ kín khơng ổn định Bước 2: Tính TI theo cơng thức TI = aT Bước 3: Tính kp theo cơng thức: kp = kT a MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC TRÊN MATLAB Mô hệ thống điều khiển mức với yêu cầu đây: 1.Sử dụng sách luợc điều khiển phản hồi vòng đơn, xây dựng điều khiển mức cho đối tuợng Mô Simulink Thử sử dụng loại điều khiển khác (P, PI, PID,…) cho toán Nhận xét Sử dụng sách luợc điều khiển tầng (cascade control), xây dựng điều khiển cho đối tuợng theo buớc sau: a Giải thích cần sử dụng điều khiển tầng b Xác dịnh vòng điều khiển cần xây dựng Nhiệm vụ đặc điểm vòng Cần phải đo (những) đại luợng nào? c Xây dựng vòng điều khiển xác định trường hợp không đo đuợc lưu lượng Nếu sử dụng điều khiển có thành phần tích phân, nhận xét độ điều chỉnh dao động Giải thích nguyên nhân nêu biện pháp khắc phục Sửa đổi lại hệ thống để khắc phục tượng Hình 15 Sơ đồ mơ hệ thống điều khiển mức TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com BÀI CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC MỤC TIÊU Khi hồn thành xong tập này, sinh viên cài đặt thông số cho điều khiển chỉnh định thông số điều khiển để đạt chất lượng mong muốn CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÂU HỎI KIỂM TRA Đọc kỹ phần thiết kế điều khiển ( chương 6) TRÌNH TỰ TIẾN HÀNH TÌM HIỀU CÁCH CÀI ĐẶT THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÃ THIẾT KẾ, CHẠY THỬ HIỆU CHỈNH BỘ ĐIỀU KHIỂN Ảnh hưởng tham số điều khiển PID tiêu chất lượng là: Chỉ tiêu chất lượng Thời gian đáp ứng Thời gian độ Độ điều chỉnh Hệ số tắt dần Sai lệch tĩnh Độ dự trữ ổn định Bền vững với nhiễu đo PHỤ LỤC I ĐỀ CƯƠNG HỌC PHẦN CHI TIẾT EE3550 THÔNG TIN CHUNG Tên học phần: Mã số học phần: Khối lượng: − Lý thuyết: 45 tiết − Thí nghiệm: 15 tiết TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Học phần tiên quyết: Học phần học trước: EE3280/EE3288 Học phần song hành: Khơng MƠ TẢ HỌC PHẦN Sinh viên trang bị kiến thức sở nguyên lý điều khiển trình, cấu trúc đặc tính thành phần hệ thống điều khiển trình, có khả áp dụng tốn, vật lý lý thuyết điều khiển tự động để xây dựng mô hình q trình cơng nghệ, mơ phỏng, phân tích hệ thống điều khiển trình, xây dựng sách lược điều khiển thiết kế, chỉnh định điều khiển q trình, ứng dụng ngành cơng nghiệp chế biến, khai thác lượng Sau hoàn thành học phần này, yêu cầu sinh viên có khả năng: Đọc lưu đồ P&ID thể chức điều khiển trình lưu đồ P&ID; Phân tích u cầu cơng nghệ để xác định mục đích điều khiển, chức hệ thống điều khiển, tiêu chất lượng điều khiển nhận biết biến trình; Áp dụng phương pháp phân tích dựa chất vật lý hố học để xây dựng mơ hình tốn học q trình bản, liên hệ tính chất vật lý hố học q trình với đặc tính động học chúng; Liên hệ tham số điều chỉnh PID với chất lượng hệ thống điều khiển, áp dụng hiệu phương pháp chỉnh định PID; Áp dụng sách lược điều khiển để thiết kế cấu trúc điều khiển phù hợp cho trình bản; Liên hệ đặc tính thiết bị đo với chất lượng hệ thống điều khiển; Liên hệ đặc tính thiết bị chấp hành nói chung van điều khiển nói riêng với chất lượng hệ thống điều khiển; Trình bày giải thích vấn đề thực thi điều chỉnh PID; 10 Khai thác sử dụng hiệu cơng cụ MATLAB để mơ phỏng, phân tích thiết kế hệ thống điều khiển q trình Nội dung tóm tắt học phần: Cơ sở phân tích thiết kế hệ thống điều khiển q trình Đặt tốn điều khiển q trình: Xác định mục đích điều khiển biến q trình; Mơ tả thành phần chức hệ thống điều khiển trình; Xây dựng mơ hình q trình cơng nghệ: phương pháp lý thuyết phương pháp thực nghiệm; Thiết kế cấu trúc điều khiển lựa chọn sách lược điều khiển; Phân tích đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển trình; Thiết kế chỉnh định điều khiển PID; Ví dụ áp dụng điều khiển mức, lưu lượng, áp suất, nồng độ/thành phần trình TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com tiêu biểu: Hệ thống dòng chảy-bình chứa, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị phản ứng, tháp chưng, nồi MỤC TIÊU VÀ CHUẨN ĐẦU RA CỦA HỌC PHẦN Sinh viên hoàn thành học phần có khả năng: Mục tiêu/CĐ R [1] M1 M1.1 M1.2 Mơ tả m Hiểu có khiển Đọc lưu đồ khiển t Phân tích y đích điều k khiển, tiêu M1.3 biến qu Áp dụng ph vật lý học chất vật lý M2 M2.1 M2.2 M3 với đặc tính Hiểu có điều khiển Có khả năn đối tượ Hiểu có cơng Có khả nă M3.1 TÀI LIỆU HỌC TẬP Giáo trình [1] Hoàng M Sơn: Cơ sở hệ thống điều khiển trình NXB Bách khoa Hà Nội, tái lần 2, 2009 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Làm việc n Sách tham khảo [1] Smith, C.A; A Corripio: Principles and Practice of Automatic Process Control 3rd Edition John Wiley & Sons, Inc 2006 [2] Seborg, D.E.; T.F Edgar; D.A Mellchamp: Process Dynamics and Control 2nd Edition, 2004 [3] Armando B Corripio: Design and Application of Process Control Systems Instrument Society of America (ISA), 1998 [4] Nguyễn Doãn Phước (2016), Cơ sở lý thuyết điều khiển tuyến tính Nhà xuất Bách Khoa Hà nội [5] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quang Đăng, Nguyễn Huy Phương, Vũ Thụy Nguyên (2014), Điều khiển trình Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật CÁCH ĐÁNH GIÁ HỌC PHẦN Điểm thành phần A1 Điểm trình (*) A2 Điểm cuối kỳ * Điểm trình điều chỉnh cách cộng thêm điểm chuyên cần Điểm chuyên cần có giá trị từ –2 đến +1, theo Quy chế Đào tạo đại học hệ quy Trường ĐH Bách khoa Hà Nội KẾ HOẠCH GIẢNG DẠY Tuần Nội dung [1] [2] Mở đầu 1.1 Quá trình điều khiển q trìn 1-2 1.2 Mục đích điều khiển q trình 1.3 Sách lược thuật toán điều kh 1.4 Hệ thống điều khiển trình 1.5 Đặc tả chức hệ thống (lưu 1.6 Các nhiệm vụ phát triển hệ thốn TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Mơ hình động học q trì 2.1 Giới thiệu chung 2.1.1 Mơ hình vai trị mơ hình 2.1.2 Phân loại mơ hình 2.1.3 Các phương pháp xây dựng mơ hì 2.2 Các quan hệ 2.2.1 Phương trình cân k 3-4 Phương trình cân thành 2.2.2 2.2.3 Phương trình cân lượng 2.3 Các bước xây dựng mơ h thuyết (trên sở ví dụ trìn 2.3.1 Nhận biết biến vào-ra 2.3.2 Xác định biến trạng thái 2.3.3 Phân chia mô hình 2.3.4 Xây dựng phương tr 2.3.5 Phân tích bậc tự 2.4 Tuyến tính hóa mơ hình 2.5 Phương pháp công cụ m Thiết kế cấu trúc điều khiển Đặt vấn đề 3.1 Điều khiển truyền thẳng/bù n 3.2 3.3 5-7 3.4 3.5 3.6 3.7 8-10 4.1 4.2 4.3 Điều khiển tỉ lệ Điều khiển cascade Điều khiển suy diễn Điều khiển lựa chọn Điều khiển phân vùng Đặc tính thành phần hệ th Thiết bị đo 4.1.1 Cấu tạo chung thiết 4.1.2 Đặc tính vận hành th 4.1.3 Đặc tính động học t Thiết bị chấp hành van điề 4.2.1 Cấu trúc chung thiế hành 4.2.2 Van điều khiển phân 4.2.3 Đặc tính dịng chảy khiển 4.2.4 Đặc tính động học điều khiển Thiết bị điều khiển điều 4.3.1 Điều khiển tương tự TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com số 4.3.2 Thuật toán điều khiển 4.3.3 Thuật toán PID lý tưởng 4.3.4 Bộ điều khiển PID thực Thiết kế chỉnh định tham s 5.1 Giới thiệu chung 5.1.1 Các tiêu chí đánh giá chất lượ khiển 5.1.2 Lựa chọn luật điều khiển 5.1.3 Phân loại phương pháp ch PID 5.2 Các phương pháp dựa đặ 5.3 Các phương pháp đặc tính dao 11-13 hạn 5.4 Các phương pháp mơ hình mẫ 5.5 Các phương pháp tối ưu tham 5.6 Chỉnh định số vòng điều biểu 5.6.1 Điều khiển lưu lượng 5.6.2 Điều khiển áp suất chất lỏng 5.6.3 Điều khiển mức chất lỏng 5.6.4 Điều khiển áp suất chất khí 5.6.5 Điều khiển nhiệt độ Các hệ thống điều khiển hình 6.1 Điều khiển trình 14-15 nhiệt 6.2 Điều khiển trình khối Ơn tập CÁC BÀI THÍ NGHIỆM Theo tài liệu hướng dẫn riêng QUY ĐỊNH CỦA HỌC PHẦN (Các quy định học phần có) NGÀY PHÊ DUYỆT: ………………… Chủ tịch Hội đồng Nhóm xây dựng đề cương TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TS Nguyễn Thu Hà ThS Đinh Thị Lan Anh ThS Cao Thành Trung QUÁ TRÌNH CẬP NHẬT Lần cập Nội dung điều chỉnh nhật Kết thực nghiệm( Bài 4-6 – Máy 03) …………… …………………… TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... điều khiển áp suất Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển áp suất Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển áp suất Cài đặt điều khiển thiết kế, chạy thử hiệu chỉnh điều khiển. .. trúc điều khiển Đặt vấn đề 3.1 Điều khiển truyền thẳng/bù n 3.2 3.3 5-7 3.4 3.5 3.6 3.7 8-10 4.1 4.2 4.3 Điều khiển tỉ lệ Điều khiển cascade Điều khiển suy diễn Điều khiển lựa chọn Điều khiển. .. thuyết Mô hệ thống điều khiển mức Matlab Bài Cài đặt điều khiển mức Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển hệ thống điều khiển mức Cài đặt điều khiển thiết kế,