Giải bài tập điều khiển quá trình hoàng minh sơn

cơ sở điều điều khiển quá trình bách khoa hoàng minh sơn giải bài tập điều khiển quá trình đại học bách khoa hà nội thầy cao thành trung ....tài liệu hay bài tập giải đầy đủ

lOMoARcPSD|13624587 Bài tập ĐKQT - None Điều khiển trình (Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) StuDocu is not sponsored or endorsed by any college or university Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÀI TẬP GIỮA KỲ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Sinh viên thực hiện: Phạm Quốc Huy Mã số sinh viên: 20181534 Khóa: 63 Mã lớp học: 124689 Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU Câu 1.1: - Điều khiển trình ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động điều khiển, vận hành giám sát q trình cơng nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất an tồn cho người, máy móc mơi trường - Một số lĩnh vực ứng dụng điều khiển trình là: trình lọc dầu, sản xuất giấy, hóa chất, điều khiển dây chuyền sản xuất bia, điều khiển dây chuyền lọc nước ngọt, ứng dụng dây chuyền xử lý nước thải, dây chuyền sản xuất sữa,… - Phân biệt điều khiển trình với lĩnh vực điều khiển khác: Đặc điểm Điều khiển trình Các lĩnh vực điều khiển khác điều khiển máy , điều khiển chuyển động,… Ứng dụng Trong ngành Trong nhiều lĩnh vực sản xuất, công nghiệp chế lắp ráp sản phẩm, … biến, khai thác lượng Vừa lớn Nhỏ, vừa lớn Quy mơ Độ tin cậy tính Rất cao sẵn sàng Các trình liên quan đến biến đổi lượng vật chất Vừa -Bài toán điều chỉnh -Diễn biến nhanh tiêu biểu -Có thể thay đổi thiết kể cơng nghệ -Diễn biến tương -Mơ hình dễ xác định đối chậm -Mơ hình khó xác định -Khả điều khiển hạn chế -Khó thay đổi thiết kế công nghệ Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 1.2: Các đặc thù lĩnh vực điều khiển trình: - Đối tượng điều khiển: Điều khiển q trình sản xuất, cơng nghệ nhà máy chế biến, khai thác, lượng, - Yêu cầu kỹ thuật yêu cầu công nghệ: + Độ tin cậy tính sẵn sàng phải cao bảo + Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: Giữ cho hệ thống hoạt động ổn định điểm làm việc chuyển chế độ cách trơn tru, đảm điều kiện theo yêu cầu chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận động thuận tiện + Đảm bảo suất chất lượng sản phẩm: Đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất trì thơng số liên quan đến chất lượng sản phẩm phạm vi yêu cầu + Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn: Giảm thiểu nguy xảy cố bảo vệ cho người, máy móc, thiết bị môi trường trường hợp xảy cố + Bảo vê môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thơng qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm lườn nước sử dụng nước thải, hạn chế bụi giảm khói, giảm tiêu thụ nhiên liệu nguyên liệu Câu 1.3: Phân loại loại biến trình: Tên biến trình Biến vào Khái niệm Là đại lượng điều kiện phản ánh tác động từ bên ngồi vào q trình Biến Là đại lượng điều kiện thể tác động q trình bên ngồi Mang thơng tin trạng thái bên trình Biến trạng thái Ví dụ Lưu lượng dịng ngun liệu, nhiệt độ nước cấp nhiệt, trạng thái đóng/mở rơ-le sợi đốt, Nồng độ lưu lượng sản phẩm ra, nồng độ khí thải mức bình thường hay q cao,… Nhiệt độ lò, áp suất hơi, mức chất lỏng, tốc độ Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Biến điều khiển Biến điều khiển Nhiễu dẫn suất từ đại lượng đặc trưng khác Là biến vào q trình can thiệp trực tiếp từ bên ngồi, qua tác động tới biến theo ý muốn Là biến biến trạng thái trình điều khiển, điều chỉnh cho gần với giá trị mong muốn hay giá trị đặt bám theo biến chủ đạo Là biến q trình khơng can thiệp cách trực tiếp gián tiếp phạm vi trình quan tâm biến thiên nhiệt độ, áp suất mức, Lưu lượng, Nhiệt độ, áp suất, mức, lương lượng, nồng độ,… Trọng lượng hàng cần nâng, lưu lượng chất lỏng ra, thành phần nhiên liệu, Câu 1.4: Phân biệt toán điều chỉnh toán điều khiển bám: Bài toán điều chỉnh Bài toán điều khiển bám Đặc điểm Thiết lập trì đầu giá trị đặt cho trước có tác động nhiễu Đầu bám theo tín hiệu chủ đạo liên tục thay đổi Ví dụ Bài toán điều chỉnh nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, mức nồng độ,… Bài toán khởi động/dừng hệ thống, thay đổi chế độ vận hành điều khiển trình theo mẻ Câu 1.5: Mục đích hệ thống điều khiển trình: - Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: Giữ cho hệ thống hoạt động ổn định điểm làm việc chuyển chế độ cách trơn tru, đảm Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 - - - - bảo điều kiện theo yêu cầu chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận động thuận tiện Đảm bảo suất chất lượng sản phẩm: Đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất trì thơng số liên quan đến chất lượng sản phẩm phạm vi yêu cầu Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn: Giảm thiểu nguy xảy cố bảo vệ cho người, máy móc, thiết bị mơi trường trường hợp xảy cố Bảo vê môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thông qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm lườn nước sử dụng nước thải, hạn chế bụi giảm khói, giảm tiêu thụ nhiên liệu nguyên liệu Nâng cao hiệu kinh tế: Đảm bảo suất chất luwowjjng theo yêu cầu giảm chi phí nhân cơng, ngun liệu nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi thị trường * Ta xét ví dụ cụ thể : Thiết bị khuấy trộn - Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: Thể việc trì mức thiết bị khuấy trộn thành phần sản phẩm giá trị cố định nằm khoảng giới hạn cho phép - Năng suất chất lượng sản phẩm: Trong ví dụ chất lượng sản phẩm địi hỏi thành phần khơng ổn định mà phải đảm bảo theo giá trị đặt trước, với sai lệch nằm phạm vi cho phép Như sai lêch điều khiển, hay nói hơn, diễn biến sai lệch điều khiển theo thời gian tiêu dánh giá chất lượng quan trọng Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 - Vận hành an toàn: Ở ví dụ hệ thống động khuấy trộn đạt tốc độ cao u cầu an tồn hệ thống khơng cho phép đặt tốc độ cao tùy ý Vì việc khống chế tốc độ động điều cần thiết Cũng yêu cầu mức bình trộn không cao thấp - Bảo vệ môi trường: giảm lượng nước sử dụng nước thải thông qua việc cân chỉnh nguyên liệu cho phù hợp Câu 1.6: Các chức điều khiển trình: - Giữ cho hệ thống hoạt động ổn định điểm làm việc chuyển chế độ cách trơn tru, đảm bảo điều kiện theo yêu cầu chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận động thuận tiện => Nhằm mục đích: Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru - Đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất trì thơng số liên quan đến chất lượng sản phẩm phạm vi yêu cầu => Nhằm mục đích: Đảm bảo suất chất lượng sản phẩm - Giảm thiểu nguy xảy cố bảo vệ cho người, máy móc, thiết bị mơi trường trường hợp xảy cố => Nhằm mục đích: Đảm bảo vận hành hệ thống an tồn - Giảm nhiễm mơi trường thơng qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm lườn nước sử dụng nước thải, hạn chế bụi giảm khói, giảm tiêu thụ nhiên liệu nguyên liệu => Nhằm mục đích: Bảo vê môi trường - Đảm bảo suất chất lượng theo u cầu giảm chi phí nhân cơng, nguyên liệu nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi thị trường => Nhằm mục đích: Nâng cao hiệu kinh tế Câu 1.7: Các thành phần hệ thống điều khiển trình : Thiết bị đo, thiết bị chấp hành điều khiển Chức thành phần hệ thống quan hệ chúng thể cách trực quan với sơ đồ khối đây: Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 - Thiết bị đo: Chức thiết bị đo cung cấp tín hiệu tỷ lệ theo nghĩa theo đại lượng đo Một thiết bị đo gồm thành phần cảm biến chuyển đổi đo Một cảm biến thực chức tự động cảm nhận đại lượng quan tâm trình kỹ thuật biến đổi thành tín hiệu Bộ chuyển đổi đo có chức khuếch đại, điều hịa chuyển đổi tín hiệu đo sang dạng thích hợp ( vd: 1-10V, 0-20mA, ) để tín hiệu chuyền xa sử dụng thiết bị điều khiển - Bộ điều khiển: Trên sở nhận tín hiệu đo từ thiết bị đo sách lược điều khiển lựa chọn, điều khiển thực thuật toán điều khiển đưa tín hiệu điều khiển để can thiệp lại trình kỹ thuật thơng qua thiết bị chấp hành Tùy theo dạng tính hiệu vào phương pháp thể luật điều khiển, thiết bị điều khiển xếp loại thiết bị điều khiển tương tự, thiết bị điều khiển logic, thiết bị điều khiển số - Thiết bị chấp hành: Nhận tín hiệu từ điều khiển thực tác động can thiệp tới biến điều khiển Các thiết bị chấp hành tiêu biểu công nghiệp van điều khiển, động cơ, máy bơm quạt gió Một thiết bị chấp hành công nghiệp bao gồm thành phần cấu chấp hành ( cấu dẫn động ) phần tử điều khiển Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điều khiển thành lượng ( nhiệt ), phần tử tác động can thiệp trực tiếp vào biến điều khiển Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 1.8: Biểu tượng Ý nghĩa Đo truyền mức, thiết bị phần cứng đơn lẻ cấp trường Đo truyền lưu lượng, thiết bị phần cứng đơn lẻ cấp trường Đo truyền áp suất, thiết bị phần cứng đơn lẻ cấp trường Đo truyền nồng độ, thiết bị phần cứng đơn lẻ cấp trường Đo truyền nhiệt độ, thiết bị phần cứng đơn lẻ cấp trường Bộ biến đổi lưu lượng Bộ chuyển vị trí trục Z Bộ chuyển mạch tay Bộ điều khiển hiển thị mức Điều khiển lưu lại lưu lượng cấp trường, mạch vòng 102, thiết bị phần cứng đơn lẻ Bộ điều chỉnh tỷ lệ lưu lượng mạch vòng 102, thiết bị phần cứng đơn lẻ, phòng điều khiển trung tâm Bộ điều chỉnh áp suất, mạch vòng 102, thiết bị phần cứng đơn lẻ, phòng điều khiển trung tâm Bộ điều chỉnh nhiệt độ, mạch vòng 102, thiết bị phần cứng chia sẻ, vị trí mở rộng Bộ điều chỉnh nồng độ, mạch vòng 102, thiết bị phần cứng chia sẻ, phòng điều khiển trung tâm Bộ điều khiển tỷ lệ, mạch vòng 102, phòng điều khiển trung tâm Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Bộ điều chỉnh số lượng, mạch vòng 102, thiết bị phần cứng đơn lẻ, phòng điều khiển trung tâm Logic khả trình Điều khiển logic khả trình mạch vịng 102 Ghi chép giá trị lưu lượng áp suất thiết bị đầu vào Cảnh báo vượt ngưỡng ngưỡng nhiệt độ Điều khiển giá trị nồng độ mạch vịng 102 (thơng qua phần mềm máy tính) với giá trị lấy từ máy tính Câu 1.9: • Điều khiển mức sử dụng tín hiệu vào/ra 4-20mA, điều khiển DCS với giá trị đặt truyền từ máy tính vận hành • Điều khiển hiển thị chênh áp với tín hiệu vào/ra khí nén với thiết bị đơn lẻ chuyên dụng, ghi chép giá trị áp suất thiết bị riêng Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 - Bộ điều khiển nồng độ sản phẩm: Sử dụng sách lược điều khiển tỉ lệ kết hợp truyền thẳng nồng độ chất phụ thuộc theo tỷ lệ khối lượng chất cho vào Sử giá trị đặt tỉ lệ chất vào cho đáp ứng chất lượng chất cho điều khiển tỷ lệ Đầu điều khiển tỉ lệ tín hiệu điều khiển gửi đến điều khiển lưu lượng chất đầu vào ( sử dụng sách lược truyền thẳng nhằm mục đích bù nhiễu) - Bộ điều khiển mức lưu lượng sản phẩm: Sử dụng điều khiển phản hồi điều khiển van theo giá trị đặt Nếu điều khiển chỉnh lưu ta điều khiển tự động Trong trường hợp ta sử dụng tỷ lệ đo trực tiếp lưu lượng dòng đậm đặc để gửi tới điều khiển tỷ lệ điều khiển van Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 CHƯƠNG 6: ĐẶC TÍNH CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG Câu 6.1: * Các dạng chuẩn tín hiệu điều khiển q trình: - Tín hiệu tương tự: • Điện: 0-20mA, 4-20mA, 10-50mA, 0-5V, 1-5V, … • Khí nén: 0.2-1bar (3-15 psig) - Tín hiệu logic: 0-5 VDC, 0-24 VDC, 110/120 VAC, 220/230 VAC, … - Tín hiệu xung/số: • Tín hiệu điều chế độ rộng xung, tần số xung • Chuẩn bus trường: Foundation Fieldbus, Profibus – PA, … • Chuẩn nối tiếp thơng thường: RS-485, RS-422 * Giải thích: Mức tín hiệu từ đến 20mA - Với 4mA tương ứng với 0% thang đo - Với 20mA tương ứng với 100% thang đo - Tuyến tính tồn thang đo Câu 6.2: * Thành phần thiết bị đo: * Giải thích thuật ngữ: - Sensor: chuyển đổi tín hiệu vật lí (P, t0, C, …) sang tín hiệu điện khí nén - Transmitter: dùng đề khuếch đại, chuyển đổi, lọc nhiễu, điều chỉnh phạm vi, bù sai lệch tuyến tính hóa Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 - Transducer: Bộ chuyển đổi theo nghĩa rộng (với thiết bị đo sensor, transmitter sensor + transmitter) Câu 6.3: - Độ xác: mức độ phù hợp đầu thiết bị đo so với giá trị thực đại lượng đo xác định số tiêu chuẩn Độ xác đánh giá thông qua thử nghiệm thiết bị đo với quy trình đặc biệt điều kiện quy chuẩn - Độ phân giải: Khi giá trị biến đo biến thiên liên tục phạm vi đo, số thiết bị đo cho tín hiệu thay đổi cách rời rạc thay liên tục Trong trường hợp này, độ phân giải thiết bị định nghĩa bước thay đổi tín hiệu Khi kích cỡ bước thay đổi khơng cố định bước thay đổi lớn gọi độ phân giải cực đại - Tính trung thực thiết bị độ lệch lớn giá trị quan sát sau nhiều lần lặp lại so với giá trị trung bình đại lượng đo Một thiết bị đo có tính trung thực cao khơng thiết xác, nhiên thiết bị có độ xác cao nhiết thiết phải trung thực Câu 6.4: - Phạm vi đo phạm vi giá trị danh định đại lượng đo mà thiết bị đo sử dụng theo quy định Phạm vi đo giới hạn từ xmin đến xmax - Dải đo khoảng cách giới hạn phạm vi dải đo: S x = xmax − xmin - Phạm vi đầu vào giá trị danh định đại lượng đầu vào - Dải đầu vào khoảng cách giới hạn phạm vi đầu vào - Phạm vi đầu dải đầu tương tự với tín hiệu đầu vào - Phạm vi tín hiệu khoảng giới hạn tín hiệu - Dải tín hiệu khoảng biến thiên cho phép tín hiệu Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 6.5: a) Nhận xét: - Đặc tính đo thiết bị khơng tuyến tính - Tồn độ trễ dải chết lớn b) Nhận xét: - Giá trị dòng điện chuẩn 1250 C 12Ma - Sai số trường hợp 1,6%, 0,8%, 0,8% Các sai số nằm khoảng cho phép - Độ phân giải tín hiệu 0,1 mA = 0,6% dải đo - Độ xác cao - Độ trung thực cao c) Ta xấp xỉ hàm truyền thiết bị đo khâu quán tính bậc −t   k → h(t ) = k 1 − e  G( s) = + 3s   −3   − 1 − e    = 36, 78% Nên ta có: Sai số sau 3s  T = −15   − 1 − e    = 0, 67% Sai số sau 15s  T = Câu 6.6: Nguyên lí hoạt động loại cảm biến: * Nhiệt độ: - Sử dụng nguyên lí giãn nở chất theo nhiệt độ (Ví dụ: nhiệt kế thủy ngân) Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 - Sử dụng điện kế điện trở: nhiệt độ làm thay đổi điện trở kim loại chất bán dẫn - Sử dụng cặp nhiệt điện: dùng thay đổi điện chỗ tiếp xúc kim loại * Áp suất: - Cảm biến áp suất đàn hồi hai phần tử: Phần tử sơ cấp biến đổi áp suất thành dịch chuyển theo tính chất đàn hồi Phần tử thứ cấp biến thành dịch chuyển thành tín hiệu điện - Cảm biến Piezio: hiệu ứng áp trở gây thay đổi điện trở thạch anh - Cảm biến chân không: đo gián tiếp nguyên lí truyền nhiệt ( chân khơng kế Pirani) ion hóa chất khí (chân khơng hóa ion) * Lưu lượng: - Lưu lượng kế chênh áp: Đo gián tiếp thông qua chênh áp cấu thu hẹp đường ống - Lưu lượng kế tuabin: Đo gián tiếp thông qua tốc độ quay tuabin - Lưu lượng kế điện từ: Đo gián tiếp thay đổi điện dung điện cảm lưu lượng thay đổi * Mức: - Phương pháp tiếp xúc bề mặt: Dùng phao que dò, phần tử cảm biến chuyển - Phương pháp điện học: Dựa thay đổi điện dung học điên cảm - Phương pháp siêu âm: Sử dụng cảm biên siêu âm đặt nắp bình xác định khoảng cách bề mặt nắp Câu 6.7: Thiết bị chấp hành bao gồm: - Cơ cấu chấp hành (Actuator ): Phần từ điều khiển truyền lượng cho cấu chấp hành Ví dụ: Van khí nén, công tắc, … Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 - Phần tử điều khiển: Nhận lệnh từ điều khiển (CO) điều khiển trực tiếp cấu chấp hành Thành phần Chức Phần tử điều khiển (control element) Can thiệp trực tiếp tới đại lượng điều khiển, ví dụ van tỉ lệ, van on/off, tiếp điểm, sợi đốt, băng tải Cơ cấu tác động, cấu chấp hành Cơ cầu truyền động, truyền (actuator, actuating element) cho phần tử chấp hành, ví dụ động (điện), cuộn hút, cấu khí nén Câu 6.8: Các thành phần phụ kiện van bản: + Màn chắn + Cửa vào nén khí + Lị xo + Chỉ thị hành trình + Cổng chất lưu vào + Chốt van + Chân van + Cổng chất lưu + Cần van Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 6.9: Phân loại van theo cấu chấp hành: • Van khí nén: Loại phổ biến nhất, truyền động khí nén sử dụng màng chắn/lị so piston Tín hiệu đầu vào khí nén, dịng điện tín hiệu số (bus trường) Nếu tín hiệu điều khiển dòng điện, ta cần chuyển đổi dịng điện – khí nén (I/P) tích hợp bên tách riêng bên ngồi • Van điện: Cơ chế chấp hành sử dụng động servo động bước, điều khiển trực tiếp từ tín hiệu đầu điều khiển, thơng thường dịng điện tương tự 4-20mA tín hiệu số Van điện sử dụng ứng dụng cơng suất nhỏ địi hỏi độ xác cao • Van thủy lực: Cơ chế chấp hành sử dụng hệ thống bơm dầu kết hợp màng chắn piston, bơm dầu điều khiển tín hiệu từ điều khiển Van thủy lực sử dụng cho ứng dụng công suất lớn • Van từ: Cơ chế chấp hành cuộn hút kết hợp lị xo, lực nén yếu độ xác kém, phù hợp với toàn đơn giản Câu 6.10: Phân loại van theo thiết kế chốt van: • Van cầu (globe valve): Chốt trượt có đầu hình cầu hình nón, chuyển động lên xuống • Van nút (plug valve): Chốt xoay hình trụ (có đục lỗ theo chiều ngang) phần hình trụ • Van bi (ball valve): Chốt xoay hình cầu (có đục lỗ theo chiều ngang) phần hình cầu • Van bướm (butterfly valve): Chốt xoay hình đĩa Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 6.11: Vai trò định vị van: - Vấn đề: van điều khiển thơng thường có độ xác khơng cao (có thể sai số vị trí tới 5%) do: • Dải chết (Deadband), độ trễ (Hysteresis) • Ma sát thay đổi bụi bẩn, thiếu bơi trơn han gỉ • Áp suất lưu chất thay đổi • Đặc tính phi tuyến chế chấp hành - Bộ định vị: Sử dụng tín hiệu đo vị trí mở van thực tác động tới chế chấp hành để điều chỉnh độ mở van xác theo tín hiệu điều khiển • Thực chất điều khiển vịng trong, cấu trúc điều khiển tầng • Thơng thường sử dụng luật tỉ lệ với hệ số khuếch đại tương đối lớn (10-200) • Có thể giảm sai số vị trí xuống tới 0.5% Khi nên sử dụng định vị: - Nên sử dụng khi: • Cần độ xác cao tăng tốc độ tác động • Động học q trình chậm đáng kể so với van (hằng số thời gian lớn lần so với van), ví dụ trình phản ứng, trình nhiệt, trình trộn, … - Khơng nên sử dụng khi: • Q trình tương đối nhanh (hằng số thời gian không lớn lần so với van): định vị làm chậm giảm chất lượng điều khiển vòng ngồi • Đã sử dụng điều khiển số chỗ (tích hợp với van), điều khiển số đóng vai trị định vị Câu 6.12: Khi độ mở van cố định, lưu lượng qua van điều khiến biến thiên thuận với bậc hai áp suất sụt qua van biến thiên nghịch với bậc hai trọng lượng riêng chất lỏng Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 6.13: - Phân loại van theo đặc tính cố hữu dịng chảy: • Van tuyến tính: độ sụt áp qua van có định lưu lượng qua van tỉ lệ thuận với độ mở van • Van mở nhanh: độ sụt áp qua van cố định lưu lượng qua van tỉ lệ thuận với bậc độ mở • Van phân trăm nhau: sụt áp qua van cố định độ mở van tăng lên lượng lưu lượng qua van tăng lên với tỉ lệ phần trăm so với giá trị - Loại van phù hợp với toàn điều chỉnh lưu lượng: Van tỉ lệ phần trăm - Van phù hợp sử dụng trường hợp cụ thể: • Van mở nhanh: sử dụng cho van an tồn, cần đóng mở nhanh • Van tuyến tính: sử dụng áp suất sút qua van giữ tương đối cố định, toàn lưu lượng qua van thay đổi khơng nhiều • Van tỉ lệ phần trăm nhau: chiếm tới khoảng 90% ứng dụng van điều khiển bời đặc tính lắp đặt gần tuyến tính, sử dụng toàn lưu lượng qua van thay đổi nhanh nhiều Khi tỉ lệ sụt áp qua van với lưu lượng thấp cao lớn => nên chọn van tỉ lệ phần trăm Câu 6.14: - Đặc tính dịng chảy cố hữu van quan hệ tĩnh lưu lượng qua van độ mở van điều kiện độ sụt áp qua van khơng đổi Đặc tính cố hữu van phục thuộc vào kích cỡ van thiết kế chốt van - Đặc tính dịng chảy lắp đặt đặc tính thực tế van lắp đặt có nghĩa cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác gây thay đổi áp suất qua van Một van có đặc tính tuyến tính cố hữu sau lắp đặt khơng cịn tuyến tính Trái lại, van có đặc tính phần trăm tính tốn lựa chọn hợp lý lại cho đặc tính lắp đặt gần tuyến tính phạm vi làm việc yêu cầu Nguyên nhân khác đặc tính cố hữu van phụ Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 thưóc vào kích cỡ van thiết kế chốt van Khi lắp đặt đặc tính lắp đặt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, lưu lượng lưu chất chảy qua đường ống điều tiết cách thay đổi độ mở van Nhưng lưu lượng thay đổi áp suất tổn thất qua đường ống qua thiết bị trình thay đổi, áp suất bơm thay đổi theo, dẫn tới chênh lệch áp suất qua van thay đổi Câu 6.15: Hệ số sức cản van liên quan đến chất lỏng thông qua tổn thất điện trở van, biểu thị độ sụt áp (Áp suất chênh lệch △P) trước sau van Hệ số sức cản van phụ thuộc vào kích thước van, cấu trúc hình dạng khoang, nhiều phụ thuộc vào đĩa, cấu trúc ghế Câu 6.16: - Chiều tác động van có hai loại: + Chiều tác động nghịch: có nghĩa độ mở van giảm tín hiệu điều khiển tăng + Chiều tác động thuận: có nghĩa độ mở van tăng lên tín hiệu điều khiển tăng - Chiều tác động điều khiển phản hồi: + Tác động thuận là đầu vào hàm đồng biến với tín hiệu cần điều khiển + Tác động nghịch tín hiệu đầu vào hàm nghịch biến với tín hiệu cần điều khiển Câu 6.17: - Lựa chọn kiểu tác động van phụ thuộc vào đặc tính trình muốn đóng an toan hay mở an tồn - Lựa chọn chiều tác động điều khiển phản hồi yêu cầu hiều biết đối tượng kiểu tác động van Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 6.18: Hình 1: Van điều khiển: đóng an tồn, tác động nghịch Bộ điều khiển: tác động thuận Hình 2: Van điều khiển: đóng an tồn, tác động nghịch Bộ điều khiển: tác động nghịch Hình 3: Van điều khiển: đóng an tồn, tác động nghịch Bộ điều khiển: tác động nghịch Câu 6.19: - Thành phần tỷ lệ (Kp) điều khiển PID có tác dụng làm tăng tốc độ đáp ứng làm giảm không làm triệt tiêu sai số trạng thái xác lập - Thành phần tích phân (Ki) làm triệt tiêu sai số trạng thái xác lập, làm ảnh hưởng đến hiệu suất thời theo chiều hướng khơng mong muốn phần trăm q mức đáp ứng thời tăng K i tăng - Ngược lại với Ki , thành phần đạo hàm (Kd) có tác dụng nâng cao tính ổn định hệ thống làm giảm phần trăm mức đáp ứng thời, nhờ cải thiện hiệu suất thời hệ thống vịng kín Câu 6.20: - Nếu thân q trình khơng tồn nhiễu chấp nhận sai lệch tĩnh sử dụng điều khiển P - Đặc tính q trình khaai q tính bạc khơng có trễ yêu cầu chất lượng điều khiển trạng thái xác lập cịn đặc tính bán tín hiệu chủ đạo qua trình q độ khơng đặt lên hang đầu chon điều khiển PI - Đặc tính q trình là khâu bậc thời gian trễ tương đối nhỏ ta chọn luật điều khiển PID - Luật điều khiển PD sử dụng thực tế Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 6.21: - Hiện tượng bão hịa tích phân tượng đầu điều khiển tiếp tục tăng mức giới hạn tích lũy thành phần tích phân tiếp tục trì sai lệch điều khiển trở không - Hiện tượng xảy điều khiển có chứa thành phần tích phân tín hiệu điều khiển bị hạn chế - thực tế phổ biến Thành phần tích phân giúp đầu tín hiệu nhanh chóng tiến tới giá trị đặt Tuy nhiên tín hiệu điều khiển lớn thay đổi nhanh làm cho thiết bị chấp hành khơng đáp ứng tính chất tuyến tính luật điều khiển khơng cịn đảm bảo - Các biện pháp chống bão hịa tích phân: • • • • Khi sai lệch tích phân khơng tách bỏ thành phần tích phân khỏi điều khiển tốt xóa trạng thái tích phân Giảm hệ số khuếch đầu điều khiển nằm giới hạn cho phép Theo dõi tín hiệu thực tín hiệu giới hạn, phản hồi điều khiển để bù nhằm giảm thành phần tích phân Đặt khâu giới hạn đầu của điều khiển để mô thuật tốn đặc tính phi tuyến thiết bị chấp hành sử dụng thuật toán bù trường hợp Câu 6.22: Việc đưa trọng số vào giá trị đặt cho điều khiển PID nhằm làm làm phù hợp với động lực trình: loại bỏ nhiễu, cải thiện thời gian đáp ứng hệ thống, loại bỏ sai lệch tĩnh hệ thống cụ thể: - Thành phần tỷ lệ (Kp) điều khiển PID có tác dụng làm tăng tốc độ đáp ứng làm giảm không làm triệt tiêu sai số trạng thái xác lập - Thành phần tích phân (Ki) làm triệt tiêu sai số trạng thái xác lập, làm ảnh hưởng đến hiệu suất thời theo chiều hướng khơng mong muốn phần trăm mức đáp ứng thời tăng Ki tăng - Ngược lại với Ki , thành phần đạo hàm (Kd) có tác dụng nâng cao tính ổn định hệ thống làm giảm phần trăm mức đáp ứng thời, nhờ cải thiện hiệu suất thời hệ thống vòng kín Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 6.23: Khâu vi phân đáp ứng nhanh với thay đổi của giá trị đặt, giá trị đặt thay đổi nhanh làm cho thành phân vi phân lớn, gây thay đổi đột ngột tín hiệu điều khiển Để tránh điều này, ta đưa thêm trọng số c cho giá trị đặt Câu 6.24: Dạng chung luật điều khiển là:  s u = kc − y + (r − y ) + d (cr − y )  s is 1+ d N Việc đưa vào tham số N, b, c làm tăng thêm tính linh hoạt nhiều trường hợp cải thiện nhiều cho điều khiển PID Hàm truyền đạt:      s K ( s) = kc 1 + + d (cr − y )    s 1+  d s  N     b   +  b i + d  s +  i d  c +  s N N  P( s) =    b   +  i + d  s +  i d  c +  s N N   Ks là hàm truyền đạt PID thực bậc tự Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Ps đóng vai trị khâu lọc trước giúp mềm hóa đáp ứng độ với giá trị đặt Khi b=1 c=1, Ps trở thành khâu khuếch đại đơn vị Câu 6.25: Thuật toán PID xây cách gián đoạn hóa Thành phần tỉ lệ: u p (t ) = kc (br (t ) − y (t )) Đã thực thi khơng cần phải gián đoạn Thành phần tích phân xấp xỉ phương pháp thông dụng phương pháp thông dụng phương pháp diện tích hình chữ nhật phương pháp hình thang Với phương pháp thành phần tích phân biểu diễn thành: ui (t ) = kc i  t e(t )dt  ui (t − T ) + k cT i e(t ) Trong T chu kì trích mẫu tín hiệu Thuật tốn xấp xỉ tích phân theo phương pháp diện tích hình thang biểu diễn sau: ui (t )  ui (t − T ) + k cT i (e(t ) − e(t − T )) Khâu vi phân cải tiến biểu diễn miền thời gian  d dud N dt + ud = −kc d dy dt Được xấp xỉ với phép tích sai phân thành: ud (t ) = d  d + NT ud (t − T ) − kc d N ( y (t ) − y (t − T ))  d + NT Thuật toán PID số viết lại dạng gọn dạng song song sau: u (t ) = u + u p (t ) + ui (t ) + ud (t ) Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com) lOMoARcPSD|13624587 Câu 6.26: Downloaded by Giang PA (phunganhgiang01@gmail.com)