báo cáo cuối kỳ đề 2 môn điều khiển quá trình

Đưa ra các giả thiết đơn giản hóa cầnthiết:* Giả thiết đơn giản hóa cần thiết:-Thiết bị khuấy trộn lý tưởng, nghĩa là nhiệt độ và mật độ khối lượng tại mọi vị trí trong mỗi bình chứa nhi

  

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO CUỐI KỲ [Nhóm 11]

ĐỀ 2

Môn: Điều khiển quá trình

Giảng viên hướng dẫn: Thầy Nguyễn Phong Lưu

Sinh viên thực hiện: Đỗ Thị Thanh Trang – 21151518

La Văn Bình – 21151197

Mai Xuân Định – 21151220 Trần Thanh Hải – 21151336

Lớp: Chiều Thứ 6 tiết 8 – 10

Năm học: 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TP HỒ CHÍ MINH - 2023

Câu 1: Cho hình vẽ sau:

Bài giải

a Nhận biết các biến quá trình:

- Biến vào: F1, T1, F2, T2, F3,T4

- Biến ra: V1, h2, W4,T4

- Biến điều khiển: W4, F3

- Biến cần điều khiển: W4,T4

- Biến nhiễu: F1, T1, F2, T2, T3

- Vlà hằng số do có cơ chế tự tràn

b Xây dựng (các) phương trình mô hình Đưa ra các giả thiết đơn giản hóa cần thiết:

* Giả thiết đơn giản hóa cần thiết:

-Thiết bị khuấy trộn lý tưởng, nghĩa là nhiệt độ và mật độ khối lượng tại mọi vị trí trong mỗi bình chứa nhiệt như nhau giống hệt như nhiệt độ và mật độ khối lượng dòng ra

- Các thành phần năng lượng khác không đáng kể so với nhiệt lượng, tổn thất nhiệt ra bên ngoài cũng được bỏ qua

- Hai bình có cấu tạo như nhau là hai bình có hình trụ

- Áp suất & khối lượng riêng của dòng quá trình trước và sau khi khuấy trộn, được coi

là không thay đổi đáng kể

* Xây dựng (các) phương trình mô hình:

 Phương trình cân bằng vật chất toàn phần:

- Bình 1:

d V1

dt =F1−F2

- Bình 2:

d V2

dt =F2+F3−F4(1)

Với: F4=W4

p

Trong đó: p là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m )3

F4 là lưu lượng thể tích ra (m3/s)

Ta có: V2= A h2

Trong đó: A là diện tích đáy bình (m )2

( )1 ⇒ A d h2

=F2+ F3−W4

 Phương trình cân bằng nhiệt:

- Bình 1:

d(p V1h2)

dt = p F1h1− p F2h2

Với: h =Cp T

⇒d (V¿¿1T2)

dt =F1T1−F2T2¿

⇒ V1d T2

dt +T2d V1

dt =F1T1−F2T2

Do cơ chế tự tràn nên:

F1=F2

⇒ V1d T2

dt =F1(T¿¿1−T2)¿

- Bình 2:

d ( p V2h4)

dt = p F2h2+ p F3h3−W4h4

⇒ p (V2Cp T4)

dt = p F2Cp T2+ p F3Cp T3−W4Cp T4

⇒ d (V2T4)

dt =F2T2+ F3T3−W4

p T4

⇒T4

d V2

dt + V2

d T4

dt =F2T2+F3T3−W4

p T4

⇒ A h2

d T4

dt =F2T2+ F3T3−W4

p T4−T4(F2+F3−W4

p )

⇒ A h2

d T4

dt =F2(T2−T4)+F3(T3−T4)

c Phân tích số bậc tự do của mô hình và đánh giá khả năng điều khiển được:

- Tổng biến quá trình = 10

- Số phương trình độc lập = 4

⇒ Số bậc tự do = 10 – 4 = 6 = số biến vào ⇒Mô hình đảm bảo tính nhất quán.

* Phân tích các biến vào từ mô hình hệ thống:

- Biến T1, T , T2 3là nhiệt độ dòng vào nên không điều khiển được nhiễu.à

- F1=F2do có cơ chế tự tràn F1 là nhiễu do từ quá trình trước đưa đến àF2 là nhiễu

- Trong 6 biến vào có W4, F3là biến điều khiển

* Phân tích biến ra từ mô hình hệ thống:

- V1,V2là hằng số nên không cần điều khiển (V2= A h2 do h2là hằng số nên V2là hằng số)

- W4là biến cần điều khiển tiềm năng ( chỉ có 1 F3là điều khiển nên chỉ có thể điều khiển độc lập 1 trong 2 biến) T4đại diện cho chất lượng (W4đại diện cho năng suất)

d Tuyến tính hóa mô hình và đưa về dạng hàm truyền đạt:

Để đưa về dạng mô hình hàm truyền đạt , trước hết ta cần tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc ở trạng thái xác lập, sau đó sử dụng các biến chênh lệch thay cho các biến quá trình thực Ở đây ta sẽ sử dụng ký hiệu để biểu diễn giá trị của một biến tại điểm làm việc ở trạng thái xác lập, và ký hiệu (Δ*) biểu diễn biến chênh lệch

so với giá trị tại điểm làm việc

Ở trạng thái xác lập ta có:

V1=const ⇒ d V1

dt =F1−F2=0 ⇒ F1=F2=F

V2= A h2=const ⇒ A d h2

dt =F2+ F3−W4

p ⇒ F2+F3=W4

p

Vậy ta có: F1=F2=F và F2+F3=W4

p

Sử dụng các biến chênh lệch

⇒{¿Δ F1=Δ F2=ΔF =F1−F1=F2−F2

¿Δ W4=W4−W4=p(Δ F2+Δ F3) Đặt các biến đầu vào dưới dạng ma trận của các biến chênh lệch:

x=|¿Δ T2

¿Δ T4| ; y = ΔT4

Biến điều khiển u =Δ F3 ;biến nhiễu d=|¿Δ T1

¿Δ T3| vì (F1=F2=F)

Sử dụng phép khai triển Taylor tại điểm làm việc: (Thay thế biến thực thành điểm làm việc cộng thêm biến chênh lệch)

V1dΔ T2

dt =f(T1,T2, F1)

V1dΔ T2

dt =(∂ f

∂ T1

Δ T1+∂ f

∂ T2

Δ T2+ ∂ f

∂ F1

Δ F1)T1,T2, F1

⇒ V1dΔ T2

dt =F1Δ T1−F1Δ T2+Δ F1(T1−T2)

⇒ dΔ T2

dt =F1

V1

(Δ T1−ΔT2)+Δ F1

V1

(T1−T2)

A h2

dΔ T4

dt =f(F2, F3, T2, T3, T4)=(∂ f

∂ F2

Δ F2+∂ f

∂ F3

Δ F3+∂ f

∂T2

Δ T2+∂ f

∂T3

Δ T3+∂ f

∂T4

Δ T4)F2,F3,T2,T3, T4

⇒ A h2

dΔ T4

dt =Δ F2(T2−T4)+ Δ F3(T3−T4)+F2Δ T2+F3Δ T3−(F2+F3)Δ T4

d x1

dt =F1d1−F1x1+d2(T1−T2)

¿A h2

d x2

dt =d2(T2−T4)+u(T3−T4)+F2x1+F3d3−W4

p x2

(2)

Từ (2) Laplace 2 vế ta được:

⇒ x1(s)V1s =F1d1(s)−F1x1(s)+d2(s)(T1−T2)

⇒ x1(s)= F1

+F d1(s)+(T1−T2)

+F d2(s)= 1

+F (F1d1(s)+(T1−T2)d2(s))

⇒ A h2x2(s)s=(T2−T4)d2(s)+(T3−T4)u(s)+F2x1(s)+F3d3(s)−

p x2(s)⇒ y(s)=x2(s)

A h2s+W4

p

((T2−T4)d2(s)+(T3−T4)u(s)+F2x1(s)+ F3d3(s))

e Vẽ sơ đồ khối của hệ thống sử dụng các hàm truyền đạt cho từng phần hệ thống:

Mô phỏng Matlab:

Chọn các giá trị ban đầu:

F1=30; F3=20

V1=5 0

A h2=6 0

W4

p =4 0

T1=30; T2=2 0; T3=40 ;T4=10

Δ T1= ΔT3= Δ F1=Δ F3=10

4 2

1

W

Ah s p

1

F

1 1

1

V s F

1 2

T T

2 4

TT

3 4

TT

3

F

 

1

T s

 

1

F s

 

3

F s

 

3

T s





 

 

2

T s

Câu 2: Hệ thống trộn 2 chất lỏng

1 Bộ điều khiển lưu lượng mạch vòng 101

2 Bộ điều khiển lưu lượng mạch vòng 105

3 Biến đổi đo, truyền tín hiệu lưu lượng mạch vòng 101

4 Biến đổi đo, truyền tín hiệu lưu lượng mạch vòng 102

5 Biến đổi đo, truyền tín hiệu lưu lượng mạch vòng 105

6 Van lưu lượng mạch vòng 101

7 Van lưu lượng mạch vòng 105

8 Van lưu lượng mạch vòng 106

9 Bộ điều khiển phân tích mạch vòng 103

10 Bộ điều khiển phân tích mạch vòng 104

11 Van thành phân tích mạch vòng 103

12 Bộ biến đổi tín hiệu, công cụ tính toán phân tích mạch vòng 103

13 Biến đổi đo, truyền tín hiệu phân tích mạch vòng 103

14 Biến đổi đo, truyền tín hiệu phân tích mạch vòng 104

HỆ THỐNG TRỘN 2 CHẤT LỎNG

15 Thiết bị làm nóng chất lỏng

21 Đường lấy tín hiệu đo hay nối tới quá trình

Nguyên lý hoạt động:

Chất lỏng đi qua trước sẽ đi qua FT Chức năng FT như một cảm biến để điều khiển, FC sẽ mở van và dẫn chất lỏng đến Bộ trộn tĩnh Sau đó, chất lỏng thứ hai sẽ chảy từ trên xuống với quy trình tương tự Tuy nhiên, sự điều khiển sẽ được phân tích bởi AT sẽ gửi tín hiệu đến AY sau đó tín hiệu được tiếp tục đến AC (dưới dạng phân tích) và kết thúc tại FC điều khiển van Điều này sẽ quyết định lượng chất lỏng sẽ được truyền qua đường ống thứ hai là bao nhiêu Khi máy trộn chất lỏng một và hai ở trong máy trộn tĩnh, nó sẽ đi vào Bộ trung hòa là thùng chứa để trộn hai loại chất lỏng Khi ở trong Bộ trung hòa, hỗn hợp sẽ thoát ra khỏi đường ống phía dưới và gặp máy bơm trong đường ống và AT sẽ phản ứng khiến hỗn hợp vẫn cần được xử lý thêm hoặc xử lý xong Khi hỗn hợp vẫn không đạt tiêu chuẩn nêu trong AT, hỗn hợp sẽ chảy ngược qua ống góp và quay trở lại thùng chứa AT ở đây cũng có chức năng gửi tín hiệu đến AC ở trên (giống như FT ở đầu) hoạt động trên FC ở trên sẽ mở hoặc