Đang tải... (xem toàn văn)
` ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH CH3341 GVHD Bùi Ngọc Pha SVTH[.]
` ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MƠN Q TRÌNH VÀ THIẾT BỊ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH - CH3341 GVHD: Bùi Ngọc Pha SVTH: Lê Đức Thạc – 2010630 ` ĐỀ TÀI: Phát triển sơ đồ khối điều khiển phản hồi Sơ đồ khối điều khiển giúp cho việc phân tích, thiết kế vịng điều khiển đơn giản Trong sơ đồ khối, tất phần tử biểu diễn hàm truyền riêng chúng Mơ hình hàm truyền kết hợp với sơ đồ khối cho ta công cụ đơn giản hữu dụng việc phân tích thiết kế hệ thống điều khiển Trong phần này, lấy ví dụ điều khiển mức chất lỏng để minh họa việc phát triển sơ đồ khối Hệ thống điều khiển mức chất lỏng bao gồm thành phần sau: Bộ điều khiển mức LC với đầu vào tín hiệu sai lệch điều khiển e tín hiệu chủ đạo hsp, đầu tiến hiệu điều khiển u Van điều khiển đường cấp với đầu vào tín hiệu điều khiển u từ điều khiển đầu tín hiệu lưu lượng cấp vào bình chất lỏng F2 Quá trình chứa chất lỏng với đầu vào tín hiệu lưu lượng từ van điều khiển, tín hiệu từ biến nhiễu, đầu tín hiệu biến điều khiểnmức chất lỏng h Cảm biến đo mức bình chứa LT với tín hiệu vào mức chất lỏng bình chứa HÌNH Sau ta xem xét hàm truyền thành phần hệ thống điều khiển: I XÂY DỰNG HÀM TRUYỀN: Từ phương trình cân vật chất ta có: h A t =F+F–F Gỉa sử lưu lượng dòng phụ thuộc chiều cao mức chất lỏng: F3 = √ h R => A h t = F1 + F2 – √ h R Hình 1: lưu đồ điều khiển mức Với: F1, F2, F3 – lưu lượng dòng vào khỏi bồn chứa h – chiều cao mức chất lỏng, A – tiết diện ngang không đổi bể chứa ` Sau ta xem xét hàm truyền thành phần thành phần hệ thống điều khiển I Xây dựng hàm truyền trình Hình 2: hàm truyền trình sơ đồ khối Ta có phương trình cân vật chất: dh A dt =F1 + F2−F3 =√ h Giả sử lưu lượng dòng phụ thuộc chiều cao mức chất lỏng F3 => A dh =F1+F2−¿ dt =>AR √ R h R dh dt =R F1+R F2−¿ √ h Từ phương trình cân vật chất ta đặt f(Fi,h)=RF1 + RF2 – √ Lại có trên: => AR AR h t h t =RF1+RF2-√ h h = f(Fi,h) Sử dụng phép biến đổi Taylor cho f(Fi,h): df df h A t = f[(Fi,h)]ss + [ d F1 ] (F -F ) + [ ss 1ss d F2 ] (F -F ) ss 2ss ` h d (h−hss ) Thay biểu thức AR = AR vào ta có: t dt ( Δhh) d ( Δhh) AR dt ≈ R( Δh F1 ) + R( Δh F2 ) - 2√hss Phương trình tuyến tính theo biến chêch lệch: d (Δhh) 2AR√hss + ( Δhh ) = 2R√hss ( Δh F1 ) + 2R√hss ( Δh F2 ) t Biến đổi Laplace ta hàm truyền có dạng tuyến tính: 2AR√hss.s.ΔhH ( s )+ ΔhH (s )=2 R √hss ΔhF1 (s )+ R √hss Δh F2 ( s) h 2R√ => ΔhH ( s )= 2R√ ss AR √hss s+1 Δh F2 (s )+ h ss AR√h ss s+1 ΔhF1 (s ) Thay biến chêch lệch: Y = ΔhH (s ); X= Δh F2 ( s ); Z=Δh F1 ( s) 2R √ =>Y= G = p => { Gp = h 2R√ ss 2AR√ hss s+1 X + Y 2R√ = Z hss s+1 ss AR √hss s+1 Y R √hss = 2AR√ ss h X Z 2AR√ h hss s +1 Từ liệu đề R = phút/m ; A=1 m2 ; ta chọn giá trị setpoint hsp = 1m G => =Y = X p { 12 s+1 Y Gp = Hàm truyền điều khiển Gc: Z 12 12 = 12 s+ Hình 3: hàm truyền điều khiển sơ đồ khối ` U (s ) Bộ điều khiển có hàm truyền ký hiệu Gc = E( s) Dạng hàm truyền thơng số phụ thuộc vào q trình cơng nghệ u cầu cụ thể Hàm truyền van điều khiển Gv Hình 4: hàm truyền van điều khiển sơ đồ khối Trong phạm vi làm việc, coi quan hệ lưu lượng đầu tín hiệu khiển tuyến tính, mơ hình van điều khiển đưa khâu bậc nhất: Δh Fi( s) Gv = Ở toán ta cho Gv =1/1 Hàm truyền thiết bị đo Gm Hình 5: hàm truyền thiết bị đo sơ đồ khối Ở toán ta cho Gm = 1/1 U (s) ` II Hệ thống điều khiển mức sử dụng điều khiển tỷ lệ P Sơ đồ khối điều khiển hệ thống điều khiển mức thể Cảm biến truyền tín hiệu mức (LT) có hàm truyền G m = 1/1 Van điều khiển có hàm truyền Gv = 1/1 Bộ điều khiển phản hồi (LC) điều khiển PID, có hàm truyền Gc Với thông số A,R, h sp cho trên, hàm truyền q trình là: ΔhH Δh F2 = * Theo kênh chủ đạo: Gp = ΔhH * Theo kênh nhiễu: Gp = Δh F2 12 12 s+1 , với k=12 t = 12 phút 12 = 12 s+1 , với k=12 t = 12 phút Sơ đồ khối hệ thống điều khiển bình chứa biểu diễn: Hình 6: lưu đồ sơ đồ khối bình chứa lỏng Với hệ thống điều khiển này, ta cần phải tìm hàm truyền G c điều khiển để đáp ứng đầu biến cần điều khiển thỏa mãn yêu cầu chất lượng mong muốn Khi sử dụng điều khiển tỷ lệ P, tín hiệu đầu điều khiển tỷ lệ với sai lệch điều khiển thời điểm theo biểu thức: u(t) = u+ k p e (t)=¿ u+ k p ( ysp− y ) Với: u(t) đầu thành phần tỷ lệ; ` u độ dịch, giá trị chỉnh định thủ công cho u(t) = u e = 0; kp = kc gọi hệ số khếch đại tỷ lệ: ysp, y giá trị đặt giá trị tức thời đo biến cần điều khiển Để thuận tiện việc ký hiệu đặt kp = kc Để có hàm truyền điều khiển, ta biến đổi Laplace hai vế phương trình trên: U(s) = kc.E(s) Từ ta có hàm truyền điều khiển tỷ lệ P là: U (s ) Gc = = kc E( s) Sơ đồ khối điều khiển với điều khiển tỷ lệ P là: Hình 7: sơ đồ khối điều khiển phản hồi với điều khiển tỷ lệ Đến ta tiến hành khảo sát đáp ứng độ hệ có tác động thay đổi biến đầu vào Ysp Z: Đáp ứng độ điều khiển P với thay đổi giá trị đặt Hàm truyền theo kênh chủ đạo Y-Ysp hệ thống là: G G Y GY-Ysp = Y sp c = kc p 1+ Gc Gp = 1+ kc k τss+1 k τss+1 = τs ` ( GY-Z = ( (k kk Đặt K = T= c (k τs k +1 c c k +1 kc kc k τs kc k +1 ) hệ số khếch đại hệ kín ) số thời gian hệ kín K Hàm truyền hệ trở thành dạng quán tính bật nhất: GY-Ysp = Ts + Nếu giá trị đặt thay đổi theo hàm nấc: ysp = ta có Ysp = M M t ≥ { t < , hệ đạt giá trị xác lập yxl = , hay miền Laplace y ∞ = KM s Sai lệch điều khiển tính là: ( ) ysp− y≠ Từ ta có nhận xét sử dụng điều k k exl = ysp− y xl=M−KM =M (1−K )= M 1− kc kc +1 = k M c k+1 ≠0 khiển P: => Hệ tồn sai lệch tĩnh, exl = => Hệ số khếch đại điều khiển k ccàng lớn, sai lệch tĩnh nhỏ k c T K 0,24 0,98 Ở ta chọn kc = 4, cho thời gian chạy giả lập giây, step time giây Sơ đồ mô máy tính: ` Hình 9: đồ thị đáp ứng điều khiển tỷ lệ P ` Hình 10: sơ đồ khối mô