đồ án học phần điều khiển quá trình nghiên cứu bài tập 3

Viết hàm truyền đạt thể hiện quan hệ vào ra với cấu trúc điều khiển một bậc tự do và cấu trúc điều khiển hai bậc tự do...63.. Xây dựng Simulink cấu trúc điều khiển một bậc tự do mô phỏng

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TPHCM

KHOA ĐIỆN - ĐTVT

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

NGHIÊN CỨU BÀI TẬP 3

Giảng viên hướng dẫn: Lê Mạnh Thắng

SVTH: NGUYỄN VĂN PHƯƠNG MSSV: 1751050036 Lớp TD17A SVTH: NGUYỄN TẤN LẬP MSSV: 1751050020 Lớp TD17

Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2020

MỤC LỤC

1 Hãy nêu các biến quá trình của hệ thống 4

2 Lập phương hệ trình vi phân mô tả hệ thống Viết hàm truyền đạt thể hiện quan hệ vào ra với cấu trúc điều khiển một bậc tự do và cấu trúc điều khiển hai bậc tự do 6

3 Xây dựng Simulink cấu trúc điều khiển một bậc tự do mô phỏng đáp ứng của hệ thống 8

4 Xây dựng Simulink cấu trúc điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng mô phỏng đáp ứng của hệ thống (tự chọn 13

MỤC LỤC HÌNH

Hình 1 Điều khiển mức với sách lược phản hồi 5

Hình 2 Sơ đồ điều khiển mức với sách lược phản hồi 6

Hình 3 Cấu hình điều khiển một bậc tự do 7

Hình 4 Cấu hình điều khiển hai bậc tự do 8

Hình 5 Xây dựng mô hình Simulink một bậc tự do 8

Hình 6 Thay đổi các thống số hệ thống một bậc tự do 9

Hình 7 hay đổi giá trị đặt Step 9

Hình 8 thay đổi nhiễu ngẫu nhiên .10

Hình 9 thay đổi khâu hiệu chỉnh .10

Hình 10 mô tả hệ thống theo thông số câu a) 11

Hình 11mô tả hệ thống theo thông số câu b) 12

Hình 12 mô tả hệ thống theo thông số câu c) 13

Hình 13 xây dựng mô hình hệ thống Simulink hai bậc tự do 13

Hình 14 điều chỉnh các thông số hệ thống hai bậc tự do 14

Hình 15 điều chỉnh nhiễu d 14

Hình 16 điều chỉnh giá trị đặt step 15

Hình 17 điều khiển truyền thẳng mô phỏng đáp ứng của hệ thống (tự chọn ) 16

Hình 18 điều chỉnh khâu hiệu chỉnh Kc 16

Hình 19 kết quả mô tả hệ thống theo thông số câu a) 17

Hình 20 điều chỉnh thông số theo câu b) 17

Hình 21 kết quả mô tả hệ thống theo thông số câu b) 18

1 HÃY NÊU CÁC BIẾN QUÁ TRÌNH CỦA HỆ THỐNG.

Vai trò ổn định hệ kín của điều khiển phản hồi được minh họa một cách đơn giản nhất qua ví dụ điều khiển mức nước bình chứa( hình 5-10) Thiết bị đo LT ( level transmitter) có nhiệm vụ đo mức trong bình chứa, chuyển thành một tín hiệu chuẩn và truyền về bộ điều khiển Bộ điều khiển mức LC ( level controller) so sánh giá trị đo được với giá trị đặt mong muốn ( h ) và tính toán đầu ra tỉ lệ với giá trị sai lệch này.sp

Tín hiệu điều khiển được đưa tới van điều khiển để thay đổi độ mở van tỉ lệ theo sai lệch Nếu giá trị mức đo được thấp hơn giá trị đặt, van sẽ mở nhiều hơn và lưu lượng vào F tăng lên giúp mức trong bình tăng trở lại Thông thường, giá trị mức mongi

muốn ít khi thay đổi Nếu bộ điều khiển được thiết kế tố thì giá trị mức trong bình sẽ được duy trì trong phạm vi theo ý muốn, ngay cả khi lưu lượng ra F thay đổi không0

biết trước

Một điểm rất đáng chú ý là ở đây bộ điều khiển phản hồi chỉ cần sử dụng thuật toán tỉ lệ đơn giản cũng có thể ổn định giá trị mức trong bình mà không cần bất cứ thông tin nào về mô hình quá trình Điều này ta đã thấy là bất kỳ một bộ điều khiển truyền thẳng nào cũng không thể làm được Hơn nữa, việc ổn định mức trong bình cũng không bao giờ được thức hiện được bằng tay, mà chỉ có thể nhờ một bộ điều khiển tự động

Hình 1 Điều khiển mức với sách lược phản hồi

Hình 2 Sơ đồ điều khiển mức với sách lược phản hồi

Trong sơ đồ điều khiển mức với sách lược phản hồi Ta sử dụng các ký hiệu sau đây:

– lưu lượng chất lỏng đầu vào (l/s)

–lưu lượng chất lỏng đầu ra (l/s)

– mức chất lỏng trong bình (m)

2 LẬP PHƯƠNG HỆ TRÌNH VI PHÂN MÔ TẢ HỆ THỐNG VIẾT HÀM TRUYỀN ĐẠT THỂ HIỆN QUAN HỆ VÀO RA VỚI CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MỘT BẬC TỰ

DO VÀ CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HAI BẬC TỰ DO.

Ví dụ 5-2: điều khiển mức bình chứa( hình 1) Ta biết rằng, quá trình mức là một khâu tích phân, mô hình của nó được thể hiện qua phương trình vi phân:

Đặt các biến chệnh lệch chuẩn hóa

Bỏ qua động học của thiết bị đo mức và của van điểu khiển, ta có các hàm truyền đạt

trong đó hằng số thời gian Cho các số liệu , và , ta có Quá trình mức có thể được ổn định bằng một bộ điều khiển P đơn giản với mỗi hệ số khuếch đại

Thay các hàm truyền đạt trên vào sơ đồ cấu hình điều khiển một bậc tự do ta có hàm truyền đạt thể hiện quan hệ vào ra như sau:

Với n(s) = 0 do không có nhiễu đo được

Bỏ biến phức s cho dễ nhìn ta có:

Hình 3 Cấu hình điều khiển một bậc tự do

Thay các hàm truyền đạt trên vào sơ đồ cấu hình điều khiển hai bậc tự do ta có hàm truyền đạt thể hiện quan hệ vào ra như sau:

Với n(s) = 0 do không có nhiễu đo được

Bỏ biến phức s cho dễ nhìn ta có:

Hình 4 Cấu hình điều khiển hai bậc tự do

Ký hiệu

: biến chủ đạo, giá trị đặt

: biến được điều khiển

: biến điều khiển

: nhiễu quá trình

: nhiễu đo

: giá trị đo được

: sai lệch điều khiển quan sát được : mô hình đối tượng

: mô hình nhiễu : khâu hiệu chỉnh : khâu truyền thẳng

3 XÂY DỰNG SIMULINK CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MỘT BẬC TỰ DO MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG CỦA HỆ THỐNG

Bước đầu xây dựng hệ thống trước

Hình 5 Xây dựng mô hình Simulink một bậc tự do

Sau đó chúng ta cần thay đổi một vài thông số của hệ thống là , ,

Hình 6 Thay đổi các thống số hệ thống một bậc tự do

Hình 7 Thay đổi giá trị đặt Step

Hình 8 Thay đổi nhiễu ngẫu nhiên

Hình 9 thay đổi khâu hiệu chỉnh

a) , và nhiễu quá trình với Mean bằng 0 và Variance bằng 0.

Hình 10 mô tả hệ thống theo thông số câu a)

b) , và nhiễu quá trình với Mean bằng 0 và Variance bằng 1.

Hình 11mô tả hệ thống theo thông số câu b)

c) , và nhiễu quá trình với Mean bằng 0,6 và Variance bằng 0,8.

Hình 12 mô tả hệ thống theo thông số câu c)

4 XÂY DỰNG SIMULINK CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THẲNG MÔ PHỎNG ĐÁP ỨNG CỦA HỆ THỐNG (TỰ CHỌN )

a) , và nhiễm quá trình với Mean bằng 1, 2 và Variance bằng 0, 6 với

Hình 13 xây dựng mô hình hệ thống Simulink hai bậc tự do

Hình 14 điều chỉnh các thông số hệ thống hai bậc tự do

Hình 15 điều chỉnh nhiễu d

Hình 16 điều chỉnh giá trị đặt step

Hình 17 điều khiển truyền thẳng mô phỏng đáp ứng của hệ thống (tự chọn )

Hình 18 điều chỉnh khâu hiệu chỉnh Kc

Hình 19 kết quả mô tả hệ thống theo thông số câu a)

b) , và nhiễm quá trình với Mean bằng 1, 5 và Variance bằng 0, 3 với (cách điều chỉnh tương tự câu a)

Hình 20 điều chỉnh thông số theo câu b)

Hình 21 kết quả mô tả hệ thống theo thông số câu b)