Bài tập lớn đề tài mô hình hóa hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ Điện tử Mơn: Cơ điện tử Đề tài: Mơ hình hóa hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Giảng viên hướng dẫn: Thầy Khổng Minh Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Hải Mã SV:1141020206 Lớp: Cơ điện tử 3- k11 Hà Nội, 11/2018 123docz NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 201… 123docz DHCNHN MỤC LỤC Chương Lời mở đầu giới thiệu đề tài Chương Tổng quan hệ thống 2.1 Ứng dụng đề tài điều khiển lưu lượng thực tế 2.2 Hệ thống điều khiển 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Phân loại 2.2.3 Đặc tính hiệu suất hệ thống 2.3 Bộ điều khiển PID 2.3.1 Giới thiệu 2.3.2 Phương trình PID lý tưởng: 2.4 Phần mềm MatLab Chương Mơ hình hóa mơ hệ thống 10 3.1 Mơ hình hóa hệ thống 10 3.1.1 Mơ hình hóa bơm DC 10 3.1.1.1 Giới thiệu 10 3.1.1.2 Phần điện 11 3.1.1.3 Phần 12 3.1.2 Các mối liên hệ phần thủy lực 13 3.1.2.1 Bơm 13 3.1.2.2 Ống dẫn 13 3.1.2.3 Van 14 3.1.3 Xây dựng hàm truyền 14 3.1.3.1 Phần thủy khí 14 3.1.3.2 Cảm biến 15 3.1.3.3 Bộ điều khiển PID: 15 3.1.4 Hệ thống điều khiển 16 123docz DHCNHN 3.2 Mô hệ thống sử dụng Matlab Matlab simulink 17 3.2.1 Đối tượng mô phỏng: 17 3.2.2 Sư ly sô liêu 20 3.2.2.1 Thông số động cơ: 20 3.2.2.2 Bơm 20 3.2.2.3 Ống dẫn: 20 3.2.2.4 Van 20 3.2.2.5 Cảm biến 20 3.2.3 Mô công cụ Matlab 21 3.2.3.1 Bô điêu khiên P 22 3.2.3.2 Bô điêu khiên PI 23 3.2.3.3 Bộ điều khiển PID 24 3.2.4 Sử dụng Matlab Simulink cơng cụ dị hệ số PID 26 Chương Nhận xét kết luận 32 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Cấu trúc đập thủy điện .2 Hình 2: Nhà máy nhiệt điện Hình 3: Lọc máu tĩnh mạch Hình 4: Tản nhiệt chất lỏng Hình 5: Mơ tả đơn giản hệ thống điều khiển Hình 6: Hệ thống điều khiển vòng mở Hình 7: Hệ thống điều khiển vịng kín Hình 8: Đáp ứng hệ thống với đầu vào bước .7 Hình 9: Cấu trúc điều khiển PID Hình 10: Đáp ứng điều khiển (ref: tín hiệu chuẩn) .9 Hình 1: Mơ hình thực tế cần mơ hình hóa 10 Hình 2: Mơ hình động DC 10 123docz DHCNHN Hình 3: Hệ thống điều khiển 16 Hình 4: Thơng số bơm 17 Hình 5: Datasheet động Baureihe DC motor 51x88 1.13.044.236 18 Hình 6: Hệ số Kv van RA-FN 19 Hình 7: Cảm biến YF-S201 19 Hình 8: Đáp ứng điều khiển P 23 Hình 9: Đáp ứng điều khiển PI 24 Hình 10: Bộ PID với Kp=5500, Kd=2000 Kd thay đổi 25 Hình 11:Bộ PID với Kp=5500, Ki=20000 26 Hình 12: Cấu trúc hệ thống mô simulink 27 Hình 13: Thay đổi Tranfer Fcn 28 Hình 14: Bộ PID 28 Hình 15: Cơng cụ dị hệ số PID 29 Hình 16: Hộp thoại Parameters 29 Hình 17: Thơng số hệ thống sau dò hệ số 30 Hình 18: Kiểm tra hệ số simulink mfile 31 Key word: PID (Proportional Integral Derivative) : Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ PI (Proportional Integral) : Bộ điều khiển tích phân tỉ lệ P (Proportional) : Bộ điều khiển tỉ lệ DC motor : Động chiều Lưu lượng Hồi tiếp Hệ thống vịng kín : Feedback control : Closed-Loop (Feedback Control) Systems 123docz DHCNHN Chương Lời mở đầu giới thiệu đề tài Thủy lực phận quan trọng ngành khí nói riêng nhiều ứng dụng đời sống nói chung Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà tiêu thơng số đối tượng thủy lực có yêu cầu khác áp suất, độ nhớt, khả nén, … Trong phần tập lớn nghiên cứu đến việc kiểm soát điều khiển lưu lượng thủy lực Ứng dụng điều khiển lưu lượng thực tế bắt gặp công nghiệp lượng: sản xuất thủy điện, hệ thống làm mát nhà máy nhiệt điện; công nghiệp hệ thống làm mát, bôi trơn máy công cụ; công nghiệp sản xuất thực phẩm sản xuất đồ uống, nông nghiệp hệ thống điều tiết độ ẩm, tưới nước tự động,…; y học với thiết bị y tế máy lọc máu Bên cạnh nhiều ứng dụng khơng cần kiểm sốt lưu lượng cách xác nhanh chóng phản ứng tức thời có hệ thống u cầu kiểm soát lưu lượng cách chặt chẽ y học hệ thống làm mát quan trọng Từ yêu cầu sử dụng lý thuyết môn điện tử học lý thuyết đại cương ngành điện tử Vận dụng thành thạo công cụ Matlab, Matlab Simulink, phương pháp lí thuyết thực nghiệm để tìm phương hướng giải đề tài Mục đích: tìm hiểu phương pháp điều khiển lưu lượng bơm (DC motor water pump), biết cách mô mơ hình hóa hệ thống xây dựng hệ thống điều khiển hệ thống cách sử dụng PID Đề tài gồm nội dung sau: Chương 1: Tóm tắt chung đề tài Chương 2: Giới thiệu tổng quan đề tài Chương 3: Mô hình hóa hệ thống Chương 4: Nhận xét rút kết luận 123docz DHCNHN Chương Tổng quan hệ thống 2.1 Ứng dụng đề tài điều khiển lưu lượng thực tế Điều khiển lưu lượng vấn đề quan trọng đời sống sản xuất, góp phần to lớn vào đa số mặt đời sống kể đến số ví dụ như: Kiểm soát lưu lượng nước nhà máy thủy điện Hình 1: Cấu trúc đập thủy điện 123docz DHCNHN Hệ thống làm mát nhà máy nhiệt điên Hình 2: Nhà máy nhiệt điện Máy lọc máu cho bệnh nhân suy thận Hình 3: Lọc máu tĩnh mạch 123docz DHCNHN Hoặc hệ thống tản nhiệt cho máy tính Hình 4: Tản nhiệt chất lỏng Từ yêu cầu ứng dụng cụ thể, có nhiều phương pháp điều khiển lưu lượng sử dụng nhiên tập trung vào hai phương pháp điều khiển độ mở van điều khiển trực tiếp lưu lượng bơm Mỗi phương pháp có phương thức yêu cầu khác 2.2 Hệ thống điều khiển 2.2.1 Giới thiệu Một hệ thống điều khiển bao gồm hệ thống quy trình (hoặc hệ thống) lắp ráp với mục đích có đầu mong muốn với hiệu suất mong muốn, với đầu vào định Hình 2.5 minh họa sơ đồ khối đơn giản hệ thống điều khiển Hình 5: Mơ tả đơn giản hệ thống điều khiển Điều khiển trình đề cập đến kiểm sốt nhiều thơng số hệ thống, chẳng hạn nhiệt độ, lưu lượng vị trí để đạt đầu xác định trước đến mức độ xác định 123docz ... thống điều khiển Hình 6: Hệ thống điều khiển vòng mở Hình 7: Hệ thống điều khiển vịng kín Hình 8: Đáp ứng hệ thống với đầu vào bước .7 Hình 9: Cấu trúc điều khiển. .. hướng giải đề tài Mục đích: tìm hiểu phương pháp điều khiển lưu lượng bơm (DC motor water pump), biết cách mơ mơ hình hóa hệ thống xây dựng hệ thống điều khiển hệ thống cách sử dụng PID Đề tài gồm... sơ đồ khối đơn giản hệ thống điều khiển Hình 5: Mô tả đơn giản hệ thống điều khiển Điều khiển q trình đề cập đến kiểm sốt nhiều thông số hệ thống, chẳng hạn nhiệt độ, lưu lượng vị trí để đạt