Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHẠM THANH AN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIỀU BỒN CHỨA ỨNG DỤNG TRONG VIỆC CUNG CẤP NƯỚC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐÀ NẴNG, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH ẢNH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI...............................................1 1.1. Đặt vấn đề. ...........................................................................................................1 1.2. Giới thiệu về đề tài. ..............................................................................................1 1.3. Mục tiêu đề tài......................................................................................................1 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................1 2.1. Ý nghĩa của nghiên cứu phương pháp luận khoa học. ......................................2 2.2. Mô hình hóa và mô phỏng...................................................................................2 2.3. Tổng quan về hệ thống đa biến. ..........................................................................2 2.4. Hệ thống điều khiển vòng hở...............................................................................2 2.5. Hệ thống điều khiển vòng kín. ...............................................................................2 2.6. Tuyến tính hóa. ....................................................................................................3 2.7. Định luật Bernoulli..............................................................................................3 2.8. Sử dụng ma trận. .................................................................................................5 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG BỐN BỒN...............................................5 3.1. Giới thiệu về mô hình hóa. ..................................................................................5 3.2. Sơ đồ mô hình hóa hệ thống................................................................................6 3.3. Mô tả quy trình bốn bồn.. ....................................................................................6 3.4. Tính toán hệ thống bốn bồn. ...............................................................................7 3.4.1 Mối quan hệ giữa mực nước và lưu lượng dòng chảy. ..................................7 3.4.2 Mối quan hệ giữa dòng chảy bể trên và bể dưới.............................................7 3.4.3 Mối quan hệ giữa áp suất và tốc độ.................................................................8 3.4.4 Khảo sát hệ thống bốn bồn.. ............................................................................9 3.4.4.1 Tuyến tính hóa hệ thống bốn bồn. ..........................................................7 3.4.4.2 Phương trình không gian trạng thái.....................................................10 CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, KHẢO SÁT VÀ HÀM TRUYỀN G(s) ............................11 4.1. Hàm truyền hệ thống G(s). ................................................................................11 4.2.Xét hệ thống với pha cực tiểu và pha không cực tiểu.......................................12 4.2.1. Xét điểm Zero. ............................................................................................12 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI. ........................................................14 5.1. Công thức toán học của bộ điều khiển.............................................................14 5.2. Thiết kế theo phương pháp khử cực. ...............................................................15 5.3. Thiết kế theo phương pháp gán cực.................................................................16 5.4. Thiết kế theo phương pháp đáp ứng tần số NieglerNichols. .........................19 5.5. Cấu trúc của bộ điều khiển PI..........................................................................20 5.6. Mô phỏng hệ thống bốn bồn.............................................................................20 5.6.1. Khảo sát đối tượng tuyến tính hóa tại điểm làm việc...............................20 5.6.1.1. Mô phỏng đối tượng tại điểm làm việc. .............................................21 5.6.1.2. Mô phỏng với đối tượng thực tế.........................................................22 5.6.1.3. Mô phỏng hệ thống thực tế với bộ điều khiển PI..............................25 5.7. Kết luận..............................................................................................................30 5.8. Thiết kế bộ điều khiển.......................................................................................30 5.8.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển. ..........................................................................30 5.8.2. Lựa chọn thiết bị........................................................................................31 ĐỊNH HƯỚNG ĐỀ TÀI...............................................................................................33 KẾT LUẬN....................................................................................................................33 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................34 2.2. Mô hình hóa và mô phỏng. Mô hình hóa (Modeling) là thay thế đối tượng gốc bằng một mô hình nhằm thu nhận hông tin quan trọng về đối tượng bằng cách tiến hành các thực nghiệm trên mô hình. Lý huyết xây dựng mô hình và nghiên cứu mô hình để hiểu biết về đối tượng gốc gọi là lý huyết mô hình hóa. Mô phỏng (Simulation, Imitation) là phương pháp mô hình hóa dựa trên việc xây dựng mô hình số (Numerical model) và dùng phương pháp số (Numerical Method) để tìm các lời giải. Chính vì vậy máy tính số là công cụ hữu hiệu và duy nhất để thực hiện việc mô phỏng hệ thống. 2.3. Tổng quan về hệ thống đa biến. Các hệ thống có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau dựa trên số lượng đầu vào và đầu ra như SISO (Single input Single Output) và MIMO (Multi Input Multi Output). Một SISO là một hệ thống đơn giản với một đầu vào và một đầu ra duy nhất rong khi hệ thống MIMO là một hệ thống có nhiều hơn hơn một đầu vào và đầu ra. 2.4. Hệ thống điều khiển vòng hở. Hệ thống điều khiển vòng hở là hệ thống có tác động điều khiển độc lập với tín hiệu ngõ ra. Hai điểm nổi bật của hệ thống điều khiển vòng hở là: Khả năng đạt chính xác được xác định bằng phương thức định cở (Calibrate). Định cở có nghĩa là thành lập hay tái lập quan hệ giữa ngõ vào và ngõ ra để đạt được mức chính xác mong muốn cho hệ thống. Hệ thống thường không gặp sự cố bất ổn định (Instability), điều này sẽ được trình bày trong các chương sau. Hình 1: Hệ thống điều khiển vòng hở 2.5. Hệ thống điều khiển vòng kín. Hệ thống điều khiển vòng kín là hệ thống có tác động điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu ngõ ra. Hệ thống điều khiển vòng kín còn được gọi là hệ thống Controller Thiết bị ham khảo Tín hiệu tác động Biến được kiểm soát r u c
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHẠM THANH AN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIỀU BỒN CHỨA ỨNG DỤNG TRONG VIỆC CUNG CẤP NƯỚC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐIỆN TỰ ĐỘNG ĐÀ NẴNG, 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIỀU BỒN CHỨA ỨNG DỤNG TRONG VIỆC CUNG CẤP NƯỚC CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG GVHD: PGS- TS HOÀNG NGỌC HÀ SVTN: PHẠM THANH AN LỚP: K24 EDT2 MSSV: 24211715273 ĐÀ NẴNG, 2022 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH ẢNH CÁC CHỮ VIẾT TẮT CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .1 1.1 Đặt vấn đề .1 1.2 Giới thiệu đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Ý nghĩa nghiên cứu phương pháp luận khoa học 2.2 Mơ hình hóa mơ 2.3 Tổng quan hệ thống đa biến 2.4 Hệ thống điều khiển vòng hở .2 2.5 Hệ thống điều khiển vịng kín 2.6 Tuyến tính hóa 2.7 Định luật Bernoulli 2.8 Sử dụng ma trận .5 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG BỐN BỒN .5 3.1 Giới thiệu mơ hình hóa 3.2 Sơ đồ mơ hình hóa hệ thống 3.3 Mơ tả quy trình bốn bồn 3.4 Tính toán hệ thống bốn bồn 3.4.1 Mối quan hệ mực nước lưu lượng dòng chảy 3.4.2 Mối quan hệ dòng chảy bể bể 3.4.3 Mối quan hệ áp suất tốc độ 3.4.4 Khảo sát hệ thống bốn bồn 3.4.4.1 Tuyến tính hóa hệ thống bốn bồn 3.4.4.2 Phương trình khơng gian trạng thái 10 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN, KHẢO SÁT VÀ HÀM TRUYỀN G(s) 11 4.1 Hàm truyền hệ thống G(s) 11 4.2.Xét hệ thống với pha cực tiểu pha không cực tiểu .12 4.2.1 Xét điểm Zero 12 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PI 14 5.1 Cơng thức tốn học điều khiển 14 5.2 Thiết kế theo phương pháp khử cực 15 5.3 Thiết kế theo phương pháp gán cực 16 5.4 Thiết kế theo phương pháp đáp ứng tần số Niegler-Nichols .19 5.5 Cấu trúc điều khiển PI .20 5.6 Mô hệ thống bốn bồn 20 5.6.1 Khảo sát đối tượng tuyến tính hóa điểm làm việc 20 5.6.1.1 Mô đối tượng điểm làm việc 21 5.6.1.2 Mô với đối tượng thực tế 22 5.6.1.3 Mô hệ thống thực tế với điều khiển PI 25 5.7 Kết luận 30 5.8 Thiết kế điều khiển 30 5.8.1 Sơ đồ khối điều khiển 30 5.8.2 Lựa chọn thiết bị 31 ĐỊNH HƯỚNG ĐỀ TÀI .33 KẾT LUẬN 33 TÀI LIỆU THAM KHẢO .34 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp “Nghiên cứu điều khiển hệ thống nhiều bồn chứa ứng dụng việc cung cấp nước” cơng trình nghiên cứu thân Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có đồ án liệt kê nêu rõ phần tài liệu tham khảo Đồng thời số liệu hay kết trình bày đồ án mang tính chất trung thực, khơng chép, đạo nhái Nếu sai xin chịu hoàn toàn trách nhiệm chịu tất kỷ luật môn nhà trường đề Giảng viên hướng dẫn Sinh viên thực PGS- TS Hoàng Ngọc Hà PHẠM THANH AN ĐẠI HỌC DUY TÂN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực : Phạm Thanh An Mã số sinh viên : 24211715273 Khoa: Điện – Điện tử Chuyên ngành: Điện tự động Khóa: K24 Niên khóa: 2018 – 2023 TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu điều khiển hệ thống nhiều bồn chứa ứng dụng việc cung cấp nước” NỘI DUNG CƠ BẢN THỰC HIỆN: - Hiểu mơ hình hóa hệ thống từ kiến thức vật lý Tính tốn, khảo sát, phân tích Có chương trình phần mềm điều khiển dùng Matlab & Simulink Báo cáo đồ án trình bày hồn chỉnh theo quy định Đà Nẵng, ngày…tháng…năm 2021 Giảng viên hướng dẫn PGS- TS Hồng Ngọc Hà LỜI NĨI ĐẦU Thời đại cơng nghệ phát triển mạnh mẽ, với hàng loạt phần mềm hỗ trợ theo MATLAB SIMULINK phần mềm mà ứng dụng nói mơ – mơ hình hóa khơng nhỏ MATLAB & SIMULINK phần mềm mô đa Trong MATLAB tích hợp nhiều cơng cụ chuyên dùng để giải toán khác như: nhận dạng đối tượng động học, điều khiển tối ưu, điểu khiển bền vững, điều khiển mờ, xử lí tín hiệu,…Mơ hệ thống điều khiển tự động MATLAB cho phép ta sử dụng mơ hình toán học khác hệ thống đối tượng khảo sát như: dùng hàm truyền đạt, dùng hàm trạng thái, dùng mơ hình sơ đồ cấu trúc SIMULINK cho phép ta khảo sát hệ thống điều khiển tự động miền tần số thời gian Một kỹ sư tự động hóa cần phải có khả phân tích thiết kế hệ thống Do em vận dụng kiến thức học trường kiến thức tìm hiểu từ báo khoa học em hướng tới đề tài đồ án tốt nghiệp lần Và với đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống nhiều bồn chứa ứng dụng việc cung cấp nước” em đem hết kiến thức học để vận dụng vào đồ án tốt nghiệp em Em xin chân thành cảm ơn Thầy Hoàng Ngọc Hà hướng dẫn cho em đề tài nghiên cứu lần Vì kiến thức em cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót Em kính mong góp ý thầy cô khoa để đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện Em xin cảm ơn! Đà Nẵng, ngày…tháng…năm2021 Sinh viên thực Phạm Thanh An - Bộ biến tần Là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên động thơng qua điều khiển tốc độ động cách vô cấp, không cần dùng đến hộp số khí Biến tần sử dụng linh kiện bán dẫn để đóng ngắt dòng điện đặt vào cuộn dây động để làm sinh từ trường xoay làm quay động Có nhiều loại biến tần như: Biến tần AC, biến tần DC; biến tần pha 220V, biến tần pha 220V, biến tần pha 380V, biến tần pha 660V, biến tần trung Bên cạnh dòng biến tần đa năng, hãng sản xuất dòng biến tần chuyên dụng: biến tần chuyên dùng cho bơm, quạt; biến tần chuyên dùng cho nâng hạ, cẩu trục; biến tần chuyên dùng cho thang máy; biến tần chuyên dùng cho hệ thống HVAC; Chọn biến tần LS SV008IG5A-2: Biến tần dùng cho bơm, quạt, biến tần dùng cho băng tải vừa nhỏ Động hoạt động 150% moment tần số 0.5Hz Hình 22: Bộ biến tần LS IG5A-2 - Sensor đo mức nước Chọn Sensor WiKa S11: Cảm biến áp suất kiểu S-11 với màng ngăn xả thiết kế đặc biệt để đo chất lỏng dạng sệt, chất kết dính, kết tinh, chứa nhiều hạt môi trường bị ô nhiễm, làm tắc nghẽn kênh áp suất kết nối quy trình thơng thường Thơng qua thiết kế Trang | 32 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Trong thập kỷ qua, kiểm soát mức chất lỏng trở thành thách thức lớn nghiên cứu việc sử dụng ngày nhiều nhiều ứng dụng, đặc biệt ứng dụng cơng nghiệp phần trở nên quan trọng, đặc biệt ngành cơng nghiệp hóa dầu, dược phẩm chế biến thực phẩm, nhà máy hóa chất Nhiệm vụ điều khiển cung cấp đầu thích hợp Vì lý điều khiển mức hoạt động tốt sản phẩm cuối khơng có lỗi xác, chất lượng sản phẩm cuối phụ thuộc vào độ xác điều khiển mức Kể từ kiểm soát mức chất lỏng đối tượng nghiên cứu số lượng lớn nhà nghiên cứu Hơn nữa, kiểm soát mức chất lỏng thiết bị tiêu biểu hệ thống bể chứa 1.2 Giới thiệu đề tài Với yêu cầu ứng dụng thực tế vậy, đề tài nghiên cứu đối tượng hệ bốn bể chứa Mơ hình hệ thống phi tuyến tính với bể chứa nước, hai máy bơm hai van tách chất lỏng Mục tiêu để kiểm sốt mực nước hai bể cách sử dụng phương pháp kiểm sốt thích hợp Bằng cách điều chỉnh van rẽ nhánh hệ thống, tỷ lệ nước bơm vào bể chứa khác thay đổi để điều chỉnh mức độ tương tác thông lượng máy bơm mực nước Em thầy cô giao cho đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống nhiều bồn chứa ứng dụng việc cung cấp nước” để làm Đồ án tốt nghiệp em năm Em cố gắng 1.3 Mục tiêu đề tài Đề xuất phương án điều khiển để vận hành tối ưu hệ thống bốn bồn Tìm hiểu tài liệu hệ thống bốn bồn Hiểu mơ hình hóa hệ thống bốn bồn Tính tốn, khảo sát phân tích Lập trình mơ hệ thống điều khiển dùng Matlab & Simulink CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Ý nghĩa nghiên cứu phương pháp luận khoa học -Phương pháp luận nghiên cứu khoa học hệ thống lý thuyết phương pháp nhận thức khoa học bao gồm lý thuyết chê sáng tạo, quan điểm tiếp cận đối tượng khoa học, với hệ thống lý thuyết phương pháp kỹ thuật logic tiến hành nghiên cứu cơng trình khoa học phương pháp tổ chức, quản lý trình -Nghiên cứu làm sáng tỏ chất khoa học hoạt động nghiên cứu khoa học, tổng kết quy luật phát triển khoa học đại Trang | -Nghiên cứu làm sáng tỏ chế tư sáng tạo nhận thức nhà khoa học kỹ thực hành sáng tạo họ -Nghiên cứu quan điểm tổng quát, cách tiếp cận đối tượng nhận thức, đồng thời xây dựng hệ thống lý thuyết phương pháp nghiên cứu khoa học 2.2 Mơ hình hóa mơ -Mơ hình hóa (Modeling) thay đối tượng gốc mô hình nhằm thu nhận thơng tin quan trọng đối tượng cách tiến hành thực nghiệm mô hình Lý thuyết xây dựng mơ hình nghiên cứu mơ hình để hiểu biết đối tượng gốc gọi lý thuyết mơ hình hóa -Mơ (Simulation, Imitation) phương pháp mơ hình hóa dựa việc xây dựng mơ hình số (Numerical model) dùng phương pháp số (Numerical Method) để tìm lời giải Chính máy tính số cơng cụ hữu hiệu để thực việc mô hệ thống 2.3 Tổng quan hệ thống đa biến -Các hệ thống phân loại thành nhiều loại khác dựa số lượng đầu vào đầu SISO (Single input Single Output) MIMO (Multi Input Multi Output) Một SISO hệ thống đơn giản với đầu vào đầu hệ thống MIMO hệ thống có nhiều hơn đầu vào đầu 2.4 Hệ thống điều khiển vòng hở -Hệ thống điều khiển vịng hở hệ thống có tác động điều khiển độc lập với tín hiệu ngõ -Hai điểm bật hệ thống điều khiển vòng hở là: Khả đạt xác xác định phương thức định cở (Calibrate) Định cở có nghĩa thành lập hay tái lập quan hệ ngõ vào ngõ để đạt mức xác mong muốn cho hệ thống Hệ thống thường không gặp cố bất ổn định (Instability), điều trình bày chương sau Tham khảo r Tín hiệu tác động Controller Thiết bị u c Biến kiểm sốt Hình 1: Hệ thống điều khiển vịng hở 2.5 Hệ thống điều khiển vịng kín -Hệ thống điều khiển vịng kín hệ thống có tác động điều khiển phụ thuộc vào tín hiệu ngõ Hệ thống điều khiển vịng kín cịn gọi hệ thống điều khiển hồi tiếp (Feedback Control Systems) Trang | 5.5 - Cấu trúc điều khiển PI Hệ thống với hai đầu vào hai đầu điều khiển với cấu trúc sau: Hình 5: Cấu trúc điều khiển phân cấp với điều khiển PI hệ thống bốn bồn -Hàm truyền G(s): 𝒄 𝟏 𝜸𝟏 (𝟏 + 𝒔𝑻𝟏 ) 𝑮(𝒔) = 𝒄𝟐 (𝟏 − 𝜸𝟏 ) [(𝟏 + 𝒔𝑻𝟐 )(𝟏 + 𝒔𝑻𝟒 ) 5.6 𝒄𝟏 (𝟏 − 𝜸𝟐 ) (𝟏 + 𝒔𝑻𝟏 )(𝟏 + 𝒔𝑻𝟑 ) 𝒄 𝟐 𝜸𝟐 (𝟏 + 𝒔𝑻𝟐 ) ] Mô hệ thống bốn bồn 5.6.1 Khảo sát đối tượng tuyến tính hóa hàm truyền điểm làm việc 5.6.1.1 Mô đối tượng điểm làm việc - Ta có hàm truyền G(s) sau: 𝟐 𝟔 (𝟏 + 𝟔𝟐𝒔) 𝑮(𝒔) = 𝟏 𝟒 [(𝟏 + 𝟑𝟎𝒔)(𝟏 + 𝟗𝟎𝒔) - 𝟏 𝟓 (𝟏 + 𝟐𝟑𝒔)(𝟏 + 𝟔𝟐𝒔) 𝟐 𝟖 (𝟏 + 𝟗𝟎𝒔) ] Ta mô hàm truyền G(s) điểm làm việc: Trang | 21 Hình 6: Mơ hình đối tượng điểm làm việc Hình 7: Chiều cao mực nước h1, h2 đối tượng điểm làm việc -Nhận xét: -Ta thấy đối tượng có chiều cao mực nước bồn bồn gần xấp xỉ 12.3 với h1 12.5 với h2 5.6.1.2 Mô với đối tượng thực tế Trang | 22 - Ta có đối tượng thực tế từ mơ hình tốn học hệ thống sau : Hình 8: Đối tượng thực tế Hình 9: Chiều cao mực nước h1, h2 đối tượng thực tế Trang | 23 Hình 10: Chiều cao mực nước h3, h4 đối tượng thực tế - Nhận xét: - Ta thấy mực nước bồn bồn đối tượng thực tế 12,2 12,8 Chiều cao mực nước bồn bồn 1,4 1,6 - Ta so sánh mực nước đối tượng thực tế đối tượng làm việc: Hình 11: So sánh đối tượng thực tế với đối tượng điểm làm việc Trang | 24 Nhận xét: -Ta thấy mực nước khơng lệch q nhiếu Từ đó, ta thấy với hàm truyền G(s) ta dễ quan sát sai lệch 5.6.1.3 Mô hệ thống thực tế với điều khiển PI Theo mục 5.2 ta có: Ti1 =62, Ti2 =90 𝒌𝒑𝟏 = 𝟔𝟐 𝑻𝒔𝟏 ∗ 𝟐 𝟔 𝒌𝒑𝟐 = 𝟗𝟎 𝑻𝒔𝟐 ∗ 𝟐 𝟖 Chọn Ts1= Ts2=10s Ta có: 𝒌𝒑𝟏 = 𝟔𝟐 = 𝟐 𝟑𝟖𝟒 𝑻𝒔𝟏 ∗ 𝟐 𝟔 𝒌𝒑𝟐 = 𝟗𝟎 = 𝟑 𝟐𝟏𝟒 𝑻𝒔𝟐 ∗ 𝟐 𝟖 →ki1=kp1/(Ti1) =0.038 →ki2=kp2/(Ti2) =0.0357 Trang | 25 - Hệ thống với điều khiển PI: Hình 12: Hệ thống với điều khiển PI - Ta đặt mức tham chiếu với tham số là: Hình 13: Các tham số tham chiếu đặt Trang | 26 - Bộ điều khiển PI hệ thống : Hình 14: Bộ điều khiển PI - Chiều cao mức nước bồn bồn 4: Hình 15: Chiều cao mực nước h1, h4 với giá trị tham chiếu 12 đến 13 cm Trang | 27 - Chiều cao mức nước bồn bồn 3: Hình 16: Chiều cao mực nước h2, h3 với giá trị tham chiếu 12 đến 13 cm - Có thể thấy từ hình mực nước theo sát tín hiệu tham chiếu mong muốn trạng thái ổn định - Cải tiến điều khiển: Tiến hành khử thành phần nhiễu bồn Với hệ số khử: 𝑇21 = − 𝐺𝑃21 1.4/2.8 =− 𝐺𝑃22 (30𝑠 + 1) 𝑇12 = − 𝐺𝑃12 1.5/2.6 =− 𝐺𝑃11 (23𝑠 + 1) Từ ta có hệ thống với điều khiển cải tiến: Trang | 28 Hình 17: Hệ thống với điều khiển cải tiến Hình 18: Chiều cao mực nước h1 với điều khiển sau cải tiến Trang | 29 Hình 19: Chiều cao mực nước h2 với điều khiển sau cải tiến - Nhận xét: - Có thể thấy từ hình mực nước theo sát với tín hiệu tham chiếu mong muốn trạng thái ổn định 5.7 Kết luận - Sau mô hệ thống với điều khiển PI Ta thấy việc tổng hợp thuật tốn điều khiển địi hỏi mơ tả phân tích hệ thống điều khiển mơ hình tốn học thích hợp Điểm đạt xác định mơ hình khơng gian trạng thái hàm truyền cho hệ thống bốn bồn, điều thiết kế điều khiển PI 5.8 Thiết kế điều khiển 5.8.1 Sơ đồ khối điều khiển Trang | 30 Giá trị đặt u PI Bơm Biến tần Bồn + - Sensor đo mức nước Bộ điều khiển PLC Hình 20: Sơ đồ khối điều khiển 5.8.2 Lựa chọn thiết bị - Bộ điều khiển PLC S7-1200 Bộ điều khiển PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ yêu cầu điều khiển tự động Sự kết hợp thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt tập lệnh mạnh mẽ khiến cho S7-1200 trở thành giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác Chọn điều khiển PLC S7-1200: 6ES7214-1AG40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Thông số kĩ thuật: SIMATIC S7-1200, CPU 1214C, COMPACT CPU, DC/DC/DC, ONBOARD I/O: 14 DI 24V DC; 10 DO 24 V DC; AI – 10V DC, POWER SUPPLY: DC 20.4 – 28.8 V DC, PROGRAM/DATA MEMORY: 100 KB (6ES7214-1AG40-0XB0) Hình 21: Bộ điều khiển PLC S7-1200 Trang | 31 - Bộ biến tần Là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên động thông qua điều khiển tốc độ động cách vô cấp, không cần dùng đến hộp số khí Biến tần sử dụng linh kiện bán dẫn để đóng ngắt dịng điện đặt vào cuộn dây động để làm sinh từ trường xoay làm quay động Có nhiều loại biến tần như: Biến tần AC, biến tần DC; biến tần pha 220V, biến tần pha 220V, biến tần pha 380V, biến tần pha 660V, biến tần trung Bên cạnh dòng biến tần đa năng, hãng sản xuất dòng biến tần chuyên dụng: biến tần chuyên dùng cho bơm, quạt; biến tần chuyên dùng cho nâng hạ, cẩu trục; biến tần chuyên dùng cho thang máy; biến tần chuyên dùng cho hệ thống HVAC; Chọn biến tần LS SV008IG5A-2: Biến tần dùng cho bơm, quạt, biến tần dùng cho băng tải vừa nhỏ Động hoạt động 150% moment tần số 0.5Hz Hình 22: Bộ biến tần LS IG5A-2 - Sensor đo mức nước Chọn Sensor WiKa S11: Cảm biến áp suất kiểu S-11 với màng ngăn xả thiết kế đặc biệt để đo chất lỏng dạng sệt, chất kết dính, kết tinh, chứa nhiều hạt mơi trường bị nhiễm, làm tắc nghẽn kênh áp suất kết nối quy trình thơng thường Thơng qua thiết kế Trang | 32 tối ưu hóa nó, kết nối quy trình xả cho phép khả làm với màng ngăn làm ướt tích hợp vào quy trình Do đó, việc đo áp suất bảo trì thấp khơng gặp cố đảm bảo ứng dụng quan trọng với phương tiện thay đổi thường xuyên Độ xác cao, thiết kế mạnh mẽ, tay nghề chất lượng cao tính linh hoạt cao cấu hình đặc điểm mẫu S-11 Thơng số kĩ thuật: Pressume Sensor – 250mbar – 20mA 10 – 30V (DC) Hình 23: Sensor đo mức nước WiKa S11 Trang | 33 ĐỊNH HƯỚNG ĐỀ TÀI Trừ phương pháp sử dụng điều khiển PI ra, em có nghiên cứu qua điều khiển Fuzzy PI Controller Nó giúp cho điều khiển ổn định cách tối ưu sử dụng Fuzzy PI Mục tiêu thiết kế điều khiển đạt hiệu suất điều khiển tốt độ ổn định mạnh mẽ thay đổi điểm đặt nhiễu tải Trong tương lai, đề tài đưa thực tế nghiên cứu cách chi tiết nữa, dựa tảng đồ án lần Em nghĩ đề tài nghiên cứu hay có tính chất thực tiễn cao thời đại cơng nghiệp hóa KẾT LUẬN Sau ba tháng em giao đồ án tốt nghiệp, vận dụng kiến thức có tìm kiếm tài liệu tham khảo Em nghiên cứu đề tài đưa phân tích tính tốn, xây dựng đề tài Đây lần đầu em tiếp cận với đề tài nghiên cứu khoa học, nên sai sót q trình thực tránh khỏi Nhờ đồ án tốt nghiệp lần này, em hiểu rõ đề tài nghiên cứu hoa khọc Giúp em biết thêm kiến thức từ đến nâng cao, kiến thức từ tìm hiểu báo khoa học, cách để xây dựng báo cáo nghiên cứu Em xin chân thành cám ơn Thầy Hoàng Ngọc Hà hỗ trợ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp lần TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P J Indira, N Vignesh, R Sunandha, P ArunPrasath, and D Saravanan, "Design and Implementation of a Self Tuning Regulator for Quadruple Tank System," Journal of Innovative Research and Solution, vol 1, no 1, 2014, pp 264-9 [2] C Ramadevi and V Vijayan, "Design of Decoupled PI Controller for Quadruple Tank System," International Journal of Science and Research, vol 3, no 5, 2014, pp 318-23 [3] J K Henrik, "The Quadruple-Tank Process: A Multivariable Laboratory Process with an Adjustable Zero," IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol.8, no 3, 2000, pp 456-465 Trang | 34 [4] J Jayaprakash, T SenthilRajan, and T HarishBabu "Analysis of Modelling Methods of Quadruple Tank System," International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, vol 3, no 8, 2014, pp 1155211565 [5] A Pedro and S Antonio, "Multivariable Control Systems: an Engineering Approach," Springer Science & Business Media, 2006 [6] Danica Rosinova and Matus Markech, “Robust control of Quadruple-Tank Process”, ICIC international, 2008 [7] Yousof Gholipour,and Ahmad Zare ’’Comparing the effect of PI and I controllers on a four tank process‘‘ International Journal of Recent Research in Electrical and Electronics Engineering (IJRREEE) Vol 1, Issue 1, pp: (1-6), Month: April - June 2014 [8] V Alamelumangai and S.P Natarajan, “Tuning methods of multi-loop controller for a multivariable process”, Indian Journal of Science and Technology, Vol 3, No 2, 2010 [9] S Singh, Dr Pandey, Dipraj "Design of PI Controller to Minimize the Speed Error of D.C Servo Motor " International Journal of Science & Technology Research, vol 1, 2012 [10] Sinh viên Nguyễn Tăng Kỳ, “NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NHIỀU BỒN CHỨA ỨNG DỤNG TRONG VIỆC CUNG CẤP NƯỚC”, đồ án tốt nghiệp năm 2021 Trang | 35 ... Output) Một SISO hệ thống đơn giản với đầu vào đầu hệ thống MIMO hệ thống có nhiều hơn đầu vào đầu 2.4 Hệ thống điều khiển vòng hở -Hệ thống điều khiển vịng hở hệ thống có tác động điều khiển độc lập... ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp ? ?Nghiên cứu điều khiển hệ thống nhiều bồn chứa ứng dụng việc cung cấp nước? ?? cơng trình nghiên cứu thân Những phần có sử dụng tài liệu tham khảo có đồ án liệt... Niên khóa: 2018 – 2023 TÊN ĐỀ TÀI: ? ?Nghiên cứu điều khiển hệ thống nhiều bồn chứa ứng dụng việc cung cấp nước? ?? NỘI DUNG CƠ BẢN THỰC HIỆN: - Hiểu mơ hình hóa hệ thống từ kiến thức vật lý Tính tốn,