bài tập lớn lý thuyết điều chỉnh quá trình nhiệt

Câu 1 và câu 3: Vẽ sơ đồ cấu trúc của vòng điều chỉnh mức nước và đặt ký hiệu cho các khối trong vòng điều chỉnh mức nướcVẽ sơ đồ Giải thích các ký hiệu trong hình vẽ:+ �0: giá trị đặt

TR ƯỜ NG Đ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ạ Ọ Ộ

VI N Ệ KHOA H C Ọ VÀ CÔNG NGH NHI T Ệ Ệ L NH Ạ

đ ng ộ quá trình nhi t ệ

Gi ng ả viến h ướ dẫẫn ng : TS Vũ Thu Di p ệ

Sinh viến th c ự hi n ệ : Vũ Quang Minh

Hà N i ộ – 2022

Bài tập lớn: Lý thuyết điều chỉnh quá trình nhiệt

Đề bài: Một bộ trao đổi nhiệt cung cấp nước nóng liên tục cho hộ tiêu thụ với các thông số công nghệ như sau:

- H – Mức nước trong bình trao đổi nhiệt, [m ]

-  - Nhiệt độ nước đầu ra,[0C]

-  1 - Độ mở van V1 điều chỉnh nước cấp đầu vào

- q1 – Lưu lượng nước cấp đầu vào

-  2 - Độ mở van V2 điều chỉnh lưu lượng môi chất cấp nhiệt

- q2 – Lưu lượng môi chất cấp nhiệt vào bình gia nhiệt

- qr – Lưu lượng nước ra khỏi bình gia nhiệt đến hộ tiêu thụ

- R1,R2 là các bộ điều chỉnh

Các thông số ở trạng thái cân bằng : H0, ,  0   , q10,q20,qr0=qt0

Câu hỏi:

1.Vẽ sơ đồ cấu trúc điều khiển của vòng điều chỉnh mức nước

2.Vẽ sơ đồ cấu trúc điều khiển của vòng điều chỉnh nhiệt độ

3.Hãy đặt ký hiệu cho các khối và viết các tín hiệu trong sơ đồ cấu trúc điều khiển mức nước

4.Hãy đặt ký hiệu cho các khối và viết các tín hiệu trong sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiệt độ

5.Xác định bộ điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh mức nước 6.Xác định bộ điều chỉnh bền vững tối ưu R2 cho vòng điều chỉnh nhiệt độ 7.Đánh giá chất lượng hệ thống đạt được với yêu cầu chỉ số dao động cho trước là

mc= a*STT

Biết rằng STT là số thứ tự của sinh viên làm bài trong danh sách điểm danh của lớp

 a = 0,1 nếu STT = [1;15]

 a=0,05 nếu STT = [16; 30]

 a=0,03 nếu STT = [31; 50]

 a = 0,02 nếu STT = [51; 74]

8.Đánh giá chất lượng hệ thống đạt được với yêu cầu chỉ số tắt dần chotrước là ѱ c=

a Biết rằng a có các giá trị sau:

 a = 0,95 nếu STT = [1;35]

 a=0,9 nếu STT = [36; 74]

STT là số thứ tự của sinh viên làm bài trong danh sách điểm danh của lớp

Câu 1 và câu 3: Vẽ sơ đồ cấu trúc của vòng điều chỉnh mức nước và đặt ký hiệu cho các khối trong vòng điều chỉnh mức nước

Vẽ sơ đồ

Giải thích các ký hiệu trong hình vẽ:

+ �0: giá trị đặt ban đầu biểu thị mức nước ban đầu có trong bình

+ R1: bộ điều chỉnh mức nước

+ V1: van điều chỉnh lưu lượng nước

+ : độ mở van�1

+ q1 : lưu lượng nước chảy vào bể

+ O11: Đối tượng công nghệ theo kênh q1

+ O1 : đối tượng điều chỉnh của cả hệ thống

Câu 2 và câu 4: Vẽ sơ đồ cấu trúc của vòng điều chỉnh nhiệt độ và đặt ký hiệu cho các khối trong vòng điều chỉnh nhiệt độ

: Nhiệt độ nước vào

: Nhiệt độ nước ra

: Bộ điều khiển

: Độ mở van V2

: Van V2

: Đối tượng

: Lưu lượng môi chất cấp vào bình gia nhiệt

: Lưu lượng môi chất cấp vào bình gia nhiệt

5.Xác định bộ điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh mức nước.

Kẻ tiếp tuyến với đồ thị tại tiếp điểm có = 50% coi van là một khâu tỷ lệ:�1

Hàm truyền V1= tan α = = 0,01

- Ta nhận thấy đặc tính quá độ của đối tượng O11 là một đối tượng không có tự cân bằng và có thể xấp xỉ bởi mô hình khâu tích phân quán tính có trễ với hàm truyền có dạng như sau:

(s)

- Kẻ đường tiếp tuyến của đường cong quá độ tại điểm cuối (B)- coi đây là điểm xấp xỉ vô cùng Đường tiếp tuyến này cắt trục hoành tại A, ứng với thời điểm ts

và tung độ y s

 =1, t =0,6; hs s=0,02

 Hệ số truyền K=��� /� = = = 0.22

 Hệ số quán tính T = = = 0,25

 Thời gian trễ =ts-T = 0,6- 0,25 =0,35�

 Vậy hàm truyền của đối tượng O11 là :

 Đối tượng điều chỉnh của hệ thống điều chỉnh mức nước là:

= = 0,01 =

 Ta có mô hình bộ điều chỉnh bền vững R1 lý tưởng có dạng:

�1(s) = ���1(�)−1

���1( ) = �

�(s) = =

6.Xác định bộ điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh nhiệt độ

Ta có thể coi tín hiệu của �2 là tín hiệu nhiễu ảnh hưởng đến � 2

o Từ đặc tính quá độ của đối tượng �22 ta có thể nhận thấy đối tượng �22 là một khâu quan tính bậc hai có trễ, mô hình đối tượng �22 có dạng như sau:

o Các tham số của mô hình đối tượng �22 cần xác định là: �22, �1, �2,

�2

o Xác định đại lượng của các đối tượng thực từ đặc tính quá độ:

+) Giá trị xác lập: y = 12 [∞ ℃]

+) Hằng số quán tính biểu trưng: = 23-7= 15 (phút) ��

+) Tọa độ điểm uốn U(� �, y ): U(12;4,5)�

+) Độ lớn của xung bậc thang: �� = 1

K22

�22 = (1 + T1.s)(1 + T2.s)

+ Hệ số truyền: K =

o Độ cao tương đối của điểm uốn

+ Độ cao ngưỡng : = 1 - 2=�m 0,264 => > �m

+ Độ vượt ngưỡng : = – = � �� 0,375 – 0,264 = 0,111 + Các hằng số quán tính :

T1= = = 5,089 (phút)

+ T = T = 5,089 (phút)1 2

+ Thời gian trễ: = - �2 �� �� .�.(1+) - �1

= 12 – 15.0,111(1+) – 5,089 = 5,15 (phút)

 Từ các giá trị tính được ta tìm được mô hình đối tượng �22(s) :

�22 (s)= = (T1=T )2

 Từ đồ thị đặc tính của van V2 với V2 là khâu tỉ lệ, ta kẻ đường tiếp tuyến ứng với giá trị độ mở van là 25% Ta xác định được hệ số truyền ��2 bằng

hệ số góc nghiêng của tiếp tuyến với đặc tính van do đó ta có :

=> ��2 = tgα = = 0,05

=> Mô hình của đối tượng (s) là: �2

�2(s) = ��2 �22 => �2(s) =0,05

�(s) =

 Từ mô hình của đối tượng (s) ta có mô hình của bộ điều chỉnh bền vững tối�2

ưu 2 cho vòng điều chỉnh nhiệt độ có dạng là: �

�2(s) = ���2( )�−1

Trong đó:

- ���2(�) = – phân thức thuần túy

- = 5,15 (phút) – trễ vận tải�2

 Do đó bộ điều chỉnh bền vững nhận được là:

�2 (s) = = 7.Đánh giá chất lượng hệ thống đạt được với yêu cầu chỉ số dao động cho trước

là mc= a*STT

 STT=26 => a=0,05 => = 1,3

Hằng số quán tính chuẩn

 = /2 − � �����(� � ) = / 2 − � �����(1,3) = 0,66

- Hằng số quán tính :

Bộ điều chỉnh :

�1 (s) = = 596 + 149s

Dựa vào đồ thị trên ta xác định được các thông số sau :

+ h(∞) = 1; h(max) = 1,23

+ Sai số điều chỉnh : = 5% (∞)� ℎ = 5%.1= 0.05

+ A1= 0,23 ; A2= 0,05

+ Qua đó ta xác định được:

+ Thời gian điều chỉnh (thời gian quá độ): T = 3 (s)q1

+ Độ quá điều chỉnh: δ = x 100% =

+ Độ dao động tắt dần: ψ1 = 1- = 0,78

8.Đánh giá chất lượng hệ thống đạt được với yêu cầu chỉ số tắt dần cho trước là c= a

 STT=26 => a=0,95 => Chỉ số tắt dần ѱ c = 0,95



 = /2 − � �����( ) = / 2 − � �����(0,48) =1,12

- Tính hằng số quán tính chuẩn :

- Hằng số quán tính :

Bộ điều chỉnh :

�(s) = 2,44+ + 6,22s=

- Dựa vào đồ thị trên ta xác định được các thông số sau : + Giá trị đặt h(∞) = 1; h(max) = 1,57

+ Sai số điều chỉnh : = 5% (∞)� ℎ = 5%.1= 0.05 + A1= 0,57 ; A2= 0,075

+ Qua đó ta xác định được:

+ Thời gian điều chỉnh (thời gian quá độ): T = (s)q

+ Độ quá điều chỉnh: δ = x 100% =

+ Độ dao động tắt dần: ψ = 1- = 0,87