Yêu cầu: 1. Phân tích bài toán điều khiển, xác định các biến của mô hình và mô hình tổng quát 2. Thiết kế sách lược điều khiển tỉ lệ để điều khiển thành phần x và mức sản phẩm thu được. 3. Tìm phương trình hàm truyền đạt của hệ. Mô phỏng hệ hở trên Simulink 4. Thiết kế Bộ điều khiển cho quá trình khuấy trộn nhiên liệu, xác định giá trị của bộ điều khiển.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO MƠN HỌC ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển trình cho hệ thống khuấy trộn liên tục Sinh viên thực : NGUYỄN ĐỨC UYÊN ĐẶNG VĂN TUYÊN Lớp : TĐH K18A Giáo viên hướng dẫn : Th.S HOÀNG THỊ THƯƠNG Thái Nguyên, năm 2023 MỤC L MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 1.1.Điều khiển trình 1.2 Qúa trình biến 1.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển trình .10 CHƯƠNG 2: MƠ HINH HĨA HỆ THỐNG .12 2.1 Giới thiệu chung 12 2.1.1 Các bước mơ hình hóa .12 2.2 Các dạng mơ hình hóa 13 2.2.1 Mơ hình tuyến tính mơ hình phi tuyến 13 2.2.2 Mơ hình liên tục mơ hình gián đoạn 13 2.2.3 Mơ hình đơn biến mơ hình đa biến 13 2.2.4 Mơ hình tham số mơ hình tham số biến thiên .14 2.3 Mơ hình hóa lý thuyết 14 2.3.1 Các bước mơ hình hóa .14 2.3.2 Phương pháp tuyến tính hóa quanh điểm làm việc 14 2.4 Mơ hình hóa thực nghiệm 17 2.4.1 Nhận dạng hệ thống 17 2.5 Động học điều khiển qua trình 18 2.5.1 Động học khâu có thời gian chết 18 2.5.2 Động học mạch vòng điều khiển lưu lượng .18 2.5.3 Động học q trình tích lũy .19 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH BÀI TỐN, XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB .21 3.1 Yêu cầu toán 21 3.2 Phân tích tốn điều khiển, xác định biến mơ hình mơ hình tổng qt 22 3.3 Thiết kế sách lược .23 3.3.1 Xây dựng mơ hình điều khiển tỉ lệ 24 Y LỜI MỞ ĐẦU Cùng với phát triển xã hội, đời sống người dân ngày nâng cao, việc thay hoạt động thủ công thiết bị tự động người dân ứng dụng nhiều công nghiệp sinh hoạt Trong kỳ em thực đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển trình cho hệ thống khuấy trộn liên tục” Ngày nay, biết rõ cơng nghệ khuấy trộn liên tục đóng vai trị quan trọng cơng nghiệp nào, giúp trộn chất sơn hay bê tơng với tỉ lệ xác, lao động chất lượng cao Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình giáo Th.S Hồng Thị Thương thầy cô giáo khoa để em thực tốt đề tài Tuy nhiên kiến thức, kinh nghiệm chưa hồn chỉnh nên cịn có số thiếu sót q trình thực đề tài, mong bảo, đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn đọc quan tâm đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH 1.1 Điều khiển q trình Điều khiển tự động phát triển theo hai hướng lý thuyết ứng dụng, hướng lý thuyết phát triển theo hướng tìm điều khiển thơng minh (mờ, nơron, thích nghi…), cịn hướng ứng dụng tìm giải pháp vận hành, điều khiển trình công nghệ cụ thể thực tiễn Điều khiển trình ứng dụng kỹ thuật điều khiển vào ngành cơng nghiệp chế biến (cơng nghệ hóa học, sinh học thực phẩm), kết nối chặt chẽ tảng lý thuyết điều khiển tự động với qui trình cơng nghệ q trình sản xuất Để học mơn học sinh viên cần có kiến thức mơn học: Hóa học, Vật lý, Đo lường cảm biến LT ĐKTĐ thực tế quan sát dây chuyền công nghệ sản xuất nhà máy, xí nghiệp thực tập doanh nghiệp - Khái niệm Điều khiển trình ứng dụng kỹ thuật 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 người - Mục đích chức ĐKQT Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định trơn tru: Giữ cho hệ thống 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 hành 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 Đảm bảo hệ thống vận hành an toàn: Giảm thiểu nguy xảy cố bảo vệ cho người, máy móc, thiết bị môi trường trường hợp xảy cố Bảo vệ môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thơng qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm nước sử dụng nước thải, hạn chế lượng bụi khói, giảm tiêu thụ nguyên nhiên liệu Nâng cao hiệu kinh tế: Đảm bảo suất chất lượng theo yêu cầu giảm chi phí nhân cơng, ngun liệu nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thị trường - Tầm quan trọng điều khiển trình + ĐKQT ảnh hưởng trực tiếp đến an tồn tính tin cậy trình + ĐKQT định chất lượng sản phẩm trình sản xuất + ĐKQT ảnh hưởng đến hiệu suất vận hành trình 1.2 Qúa trình biến Quá trình biến trình Quá trình định nghĩa trình tự diễn biến vật lý, hóa học sinh học, vật chất, lượng thơng tin biến đổi, vận chuyển lưu trữ Q trình cơng nghệ trình liên quan tới biển đổi, vận chuyển lưu trữ vật chất lượng, nằm dây chuyền công nghệ nhà máy sản xuất lượng Một q trình cơng nghệ đơn giản q trình cấp liệu, trao đổi nhiệt, pha chế hỗn hợp, phức tạp tổ hợp lò phản ứng-thấp chưng luyện tổ hợp lò hơi-turbin Quá trình kỹ thuật trình với đại lượng kỹ thuật đưoc đo can thiệp Khi nói tới q trình kỹ thuật, ta hiểu q trình cơng nghệ với phương tiện kỹ thuật thiết bị thiết bị chấp hành Sự phân biệt hai khái niệm trình kỹ thuật q trình cơng nghệ khơng phải vấn đề từ ngữ, mà chì nhằm mục đích thuận tiện cho nội dung trình bày sau Từ sau, khơng nhấn mạnh khái niện q trình hiểu q trình cơng nghệ q trình kỹ thuật tùy theo ngữ cảnh sử dụng Trạng thái hoạt động diễn biến trình thể qua biến trình Một biến vào đại lượng điều kiện phản ánh tác động từ bên vào q trình, ví dụ lưu lượng dịng ngun liệu, nhiệt độ nước cấp nhiệt, trạng thái đóng/mở ro-le sợi đốt Một biến nguyên nhân biến xuất kết (quan hệ nhân quả) Cạnh biến vào ra, nhiều ta quan tâm đến trạng thái biến Các thông tin trạng thái biến đổi trạng thái bên q trình, ví dụ nhiệt độ, áp suất mức chất lỏng, dẫn xuất từ đại lượng đặc trưng khác, ví dụ (speed) nhiệt độ biến thiên, áp suất mức Trong nhiều trường hợp, trạng thái biến coi biến Ví dụ, mức nước bình coi trạng thái, vừa coi biến thể Một cách tổng quát, nhiệm vụ điều khiển hệ thống sử dụng biến thể trình hợp lý để biến thể thỏa mãn tiêu chí trước, đồng thời giảm thiểu hư hỏng ảnh trình Thuật ngữ người xung quanh môi trường Hơn nữa, diễn đàn tham số, hoạt động trạng thái thành phần hệ thống cần phải có: theo dõi giám sát chặt chẽ Tuy nhiên, nghệ thuật q khơng phải biến thành thứ sử dụng khơng phải biến thể cần phải điều khiển Biến cần điều khiển (biến điều khiển, CV) biến trạng thái biến trình điều khiển, điều chỉnh cho gần với giá trị mong muốn đặt giá trị (điểm đặt, SP) theo chủ đạo, mẫu tín hiệu biến (biến lệnh / tín hiệu tham chiếu) Các biến cần quan trọng hệ thống liên quan điều khiển, đến vận hành ổn định, an toàn hệ thống chất lượng sản phẩm Nhiệt độ, lượng, lưu lượng, áp suất mức độ biến thể cần điều khiển tiêu biểu điều khiển hệ thống trình Hình 1.1: Quá trình phân loại biến trình - Một biến vào - Biến cần điều khiển (controlled variable): Biến ra, đại lượng hệ trọng tới vận hành an toàn, ổn định chất lượng sản phẩm, cần trì giá trị đặt, bám theo tín hiệu chủ đạo - Biến điều khiển (control variable, manipulated variable): Biến vào can thiệp theo ý muốn để tác động tới đại lượng cần điều khiển - Nhiễu: Biến vào không can thiệp được: + Nhiễu trình (disturbance, process disturbance): Nhiễu đầu vào (input disturbance): biến thiên thông số đầu vào (lưu lượng, nhiệt độ thành phần nguyên liệu, nhiên liệu) Nhiễu tải (load disturbance): thay đổi tải theo yêu cầu sử dụng (lưu lượng dòng chảy, áp suất nước, ) Nhiễu ngoại sinh (exogenous disturbance): nhiệt độ, áp suất bên ngoài, + Nhiễu đo, nhiễu tạp (noise, measurement noise) Ví dụ 1: Bình chứa chất lỏng Hình 1.2: Bình chứa chất lỏng biến q trình Ví dụ 2: Bộ gia nhiệt Hình 1.3: Bộ gia nhiệt biến trình 1.3 Cấu trúc hệ thống điều khiển trình Một hệ thống điều khiển q trình bao gồm thành phần chính: - Thiết bị đo - Thiết bị chấp hành - Thiết bị điều khiển Hình 1.4: Cấu trúc hệ thống ĐKQT Hình 1.6: Các thành phần hệ thống ĐKQT CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HỐ HỆ THỐNG 2.1 Giới thiệu chung Mơ hình hình thức mơ tả khoa học đọng khía cạnh thiết yếu hệ thống thực, có sẵn cần phải xây dựng - Một mơ hình phản ánh hệ thống thực từ góc nhìn phục vụ hữu ích cho mục đích sử dụng - Phân loại mơ hình: + Mơ hình đồ họa: Sơ đồ khối, lưu đồ P&ID, lưu đồ thuật tốn + Mơ hình tốn học: ODE, Hàm truyền, mơ hình trạng thái + Mơ hình máy tính: Chương trình phần mềm + Mơ hình suy luận: Cơ sở tri thức, luật 2.1.1 Các bước mơ hình hóa Bước quy trình mơ hình hóa đặt tốn mơ hình hóa Các cơng việc bao gồm nghiên cứu kỹ lưu đồ cơng nghệ, xác định rõ mục đích sử dụng mơ hình, tóm tắt thơng số cơng nghệ giả thiết quan trọng Trên sở đó, ta cần làm rõ yêu cầu mức độ chi tiết mức độ xác mơ hình, phương pháp cơng cụ phân tích, đánh giá chất lượng mơ hình Hình 2.1: Tổng quan bước mơ hình hóa q trình phức hợp Phương pháp xây dựng mơ hình toán học: 10