chương 2 hệ thống điều khiển mức mô phỏng đáp ứng của hệ thống điều khiên mức

Thiết kế bộ điều khiển Trong trường hợp một hệ thống không sử dụng bộ điều khiển, khả năng của nó để tự điều chỉnh và đáp ứng chính xác đến các biến động hoặc giá trị đặt có thể bị hạn c

PHỤ LỤC

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC

Mô phỏng đáp ứng của hệ thống điều khiên mức

Ta sẽ sử dụng MATLAB-Simulink để xây dựng mô hình hệ thống mức dựa trên các thông số đã cho Điều này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về đáp ứng của hệ thống:

Figure 1 Thông số của hệ thống điều khiên mức

Figure 2 Gía trị đầu ra sau khi run

Chạy mô phỏng để thu được đáp ứng thời gian của hệ thống:

Figure 4 Kết quả sau khi chạy

Tuyến tính hóa mô hình

Trong phần này, ta tiến hành khảo sát đáp ứng đầu ra của hệ tuyến tính, sử dụng dữ

liệu từ Bảng 4.2 Ta sẽ so sánh mô hình tuyến tính với mô hình phi tuyến được xây

dựng trong Mục 2.3, và xem xét ảnh hưởng của các giá trị khác nhau của L

Figure 5 Mô hình tuyến tính

Figure 6 Kết quả sau khi chạy

Figure 7 So sánh hai mô hình

Figure 9 Sau khi thay đổi các giá trị đặt

Nhận dạng mô hình

Phương pháp thực nghiệm

Từ các bước làm được liệt kê, ta tìm ba thông số quan trọng là Kp, Tp và tau để mô phỏng lại mô hình

Figure 10 Gía trị đầu vào và đầu ra của mô hình

Figure 11 Biểu diễn mô hình

Figure 13 Thay đổi đầu vào wi

Figure 14 Kết quả sau khi thay đổi

Figure 15 Plot giá trị

Figure 16 Xác định các giá trị tham số K, T, tau

Figure 17 Các tham số Kp, Tp, tau

Figure 18 Điền các tham số vào hàm truyên

Sử dụng Toolbox Identification

Ta sẽ biểu diễn mô hình theo các hình như bên dưới để lựa chọn ra được mô hình tối ưu nhất

Figure 20 Toolbox Indentification

Figure 21 Time plot

Figure 22 Lựa chọn điểm cực và điểm không

Figure 23 Meansured and simulated model output

Figure 24 Lựa chọn model tốt nhất

Thiết kế bộ điều khiển

Trong trường hợp một hệ thống không sử dụng bộ điều khiển, khả năng của nó để

tự điều chỉnh và đáp ứng chính xác đến các biến động hoặc giá trị đặt có thể bị hạn chế, dẫn đến sự không ổn định và thiếu khả năng điều khiển hiệu quả

Figure 26 Mô hình hệ thống

Thiết kế sách lược truyên thẳng

Sử dụng MATLAB và Simulink để kiểm chứng kết quả của việc sử dụng

feedforward trong mô hình điều khiển là một quá trình quan trọng giúp đảm bảo hiệu suất và chính xác của hệ thống điều khiển

Figure 27 Mô hình chung

Figure 28 Mô hình thiết kế sách lược bộ điều khiển truyền thẳng

Figure 29 Đặt L_bar

Figure 30 Kết quả của feedforward

Thiết kế bộ điều khiển tỉ lệ

Sử dụng MATLAB và Simulink để kiểm chứng kết quả của việc sử dụng bộ điều khiển tỷ lệ (ratio) cho mô hình điều khiển là một quá trình quan trọng để đảm bảo hiệu suất ổn định và chính xác của hệ thống

Figure 31 Mô hình chung của bộ điều khiển tỉ lệ

Figure 32 Mô hình thiết kế ratio

Figure 33 Kết quả thu được của bộ điều khiển ratio

Thiết kế sách lược phản hồi

Sử dụng MATLAB và Simulink để kiểm chứng kết quả của việc sử dụng feedback (phương pháp PID) cho mô hình điều khiển là một quá trình quan trọng để đảm bảo ổn định và chính xác của hệ thống

Figure 34 Mô hình chung của bộ điều khiển phản hồi

Figure 35 Mô hình bộ điều khiển feedback

Figure 36 Đầu ra khi kết hợp với bộ điều khiển phản hồi

Thiết kế bộ điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng

Sử dụng MATLAB và Simulink để kiểm chứng kết quả của việc sử dụng cả feedback và feedforward cho mô hình điều khiển là một quá trình quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu của hệ thống

Figure 37 Mô hình chung của bộ điều khiển kết hợp fb + ff

Figure 38 Kết hợp fb và ff

Figure 39 feedforward

Figure 40 Feedback

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

Mô hình thí nghiệm bình chưng cất đứng:

Figure 42 Mô hình ảo

Thu thập tập dữ liệu dưới dạng *.csv, trong đó nó bao gồm các trường dữ liệu được

mô tả trong hình trên Tiến hành thay đổi các giá trị đầu vào và quan sát tín hiệu đầu ra

Trong bài thực hành chương 3 này, việc ta cần làm là thay đổi giá trị Nhiệt lượng

Q (Heat Duty) để thu được giá trị Nhiệt độ (Temperature) khi qua hệ thống Sau khi đã ghi nhận được giá trị thay đổi thích hợp theo thời gian, log dữ liệu bằng cách chọn lệch Snapshot.CSV

Ta xác định các thông số yêu cầu, sau đó là import data của file csv vừa thu được

Figure 43 Import Data

Tiếp theo là lấy các các giá cần cho nhận dạng và thiết kế bộ điều khiển

Figure 44 Lấy dữ liệu yêu cầu

Figure 45 Heat Duty

Figure 46 Temperature

Figure 49 Thiết kế mô hình

Figure 50 Kết quả thu được

Sử dụng Toolbox Identification

Ta gõ lệnh “ident” để mở thiết bị, sau khi hiện lên một bảng System Identification,

ta import data tại Time Domain Sau đó thì cũng có thể biểu diễn data đó trên Time Plot:

Figure 51 System Identification

Figure 53 Measured and simulated model output

Figure 54 Biểu diễn hàm truyền thích hợp

Figure 55 Gía trị thu được bằng toolbox identification

Thiết kế sách lược phản hồi

Bộ điều khiển P

Figure 56 Mô hình

Figure 57 Bộ điều khiển P

Figure 59 Đầu ra của mô hình có bộ điều khiển P

Cài đặt các tham số điều khiển để kiểm chứng kết quả tại mô hình thí nghiệm:

Figure 60 Kiểm chứng kết quả

Bộ điều khiển PI

Figure 61 Mô hình

Figure 62 Mô hình sử dụng bộ điều khiển PI

Figure 64 Đầu ra của mô hình có bộ điều khiển PI

Cài đặt các tham số để kiểm chứng kết quả:

Figure 65 Kiểm chứng kết quả

Hiệu chỉnh bộ điều khiển

Mô hình bộ điều khiển PID cho mô hình điều khiển nhiệt độ:

Figure 66 Mô hình có bộ điều khiển PID

Tăng Kc

Khi tăng giá trị này:

- Thời gian đáp ứng giảm

- Thời gian quá độ giảm

- Độ quá điều chỉnh giảm

- Sai lệch tĩnh giảm

- Độ dự trữ ổn định giảm

- Bền vững với nhiễu giảm

Figure 68 Tăng Kc

Giảm Ti

Khi giảm giá trị này:

- Thời gian đáp ứng giảm

- Thời gian quá độ giảm

- Độ quá điều chỉnh tăng

- Sai lệch tĩnh triệt tiêu

- Độ dự trữ ổn định giảm

- Bền vững với nhiễu thay đổi ít

Figure 69 Giảm Ti và giữ nguyên Td và Kc

Tăng Td

Khi tăng giá trị này:

- Thời gian đáp ứng giảm

- Thời gian quá độ giảm

- Độ quá điều chỉnh tăng

- Sai lệch tĩnh triệt tiêu

- Độ dự trữ ổn định tăng

- Bền vững với nhiễu giảm

Figure 71 Tăng Td, giữ nguyên Kc và Ti

Figure 72 Tăng Td

Figure 73 Tăng Kc

Giảm Ti

Figure 74 Giảm Ti

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT

Hệ thống thí nghiệm mô hình bình chưng cất đứng:

Figure 75 Mô hình bình chưng cất đứng

Cấu trúc của hệ thống bao gồm 03 thành phần chính

- Hệ thống ổn định nhiệt độ cho bình chưng cất dạng đứng, với đầu vào là lượng

trong bể chứa được cung cấp bằng sensor đo mức (%)

Hệ thống thí nghiệm ảo trên cung cấp cho ta một tập dữ liệu dưới dạng *.csv, trong

đó nó bao gồm các trường dữ liệu được mô tả trong hình bên trên

Figure 76 Giá trị đề bài

Ta thay các tham số theo yêu cầu vào đầu vào của mô hình và quan sát tín hiệu đầu

ra Trong bài thực hành chương 4 này, việc ta cần làm là thay đổi giá trị Độ mở van (Lift) để thu được giá trị Áp suất (Pressure) khi qua hệ thống Sau khi đã ghi nhận được giá trị thay đổi thích hợp theo thời gian, log dữ liệu bằng cách chọn lệch Snapshot.CSV Sau cùng là Import Data tại Matlap

Giá trị thu được khi import:

Figure 77 Dữ liệu từ mô hình thí nghiệm

Figure 78 Độ mở van

Figure 79 Đáp ứng đầu ra

Figure 81 Tham số được xác định

Sau khi đã xác định được tham số, ta sử dụng chúng vào khối Transfer fcn để mô

tả được mô hình thí nghiệm:

Ta truyền một xung tương tự với giá trị độ mở van đã truyền vào mô hình thí nghiệm để so sánh

Figure 83 Step

Figure 84 Đầu ra đáp ứng

Sử dụng Toolbox Identification

Ta mở công cụ Ident tại command rồi import data vào Time Domain Data, có thể biểu diễn lại đầu vào và đầu ra của data bằng Time Plot

Figure 85 System Identification

Figure 86 Input and output signals

Tiếp theo đấy ta Estimate dữ liệu vào Transfer function Models, tại đây ta lựa chọn các giá trị điểm không và điểm cực sao cho ra được các hàm truyên có độ chính xác hợp lý nhất (tránh độ chính xác quá thấp hoặc quá cao (overfitting)) Sau đó là

Figure 87 Measured and simulated model output

Figure 88 Biểu diễn mô hình bừng toolbox Ident

Thiết kế sách lược phản hồi

Bộ điều khiển P

Ta thiết kế một bộ điều khiển bằng những kiến thức đã được liệt kê trong các mục trước:

Figure 90 Mô hình bộ điều khiển

Figure 91 Mô hình thiết kế bộ điều khiển phản hồi

Việc ta có thể làm tại mô hình này là thay đổi giá trị Kc để điều chỉnh lại độ chính xác cho mô hình:

Figure 92 Tùy chỉnh giá trị đặt

Figure 93 Bộ điều khiển

Cài đặt tham số để kiểm chứng kết quả

Bộ điều khiển PI

Bộ điều khiển PI cho hệ thống bao gồm Kc và Ti được điều chỉnh tại Matlab sẽ giúp cho đáp ứng chính xác hơn

Figure 95 Mô hình

Figure 96 Mô hình thiết kế cho bộ điều khiển PI

Figure 97 Điều chỉnh các giá trị thích hợp

Figure 98 Đầu ra mô hình sử dụng bộ điều khiển PI

Cài đặt tham số để kiểm chứng kết quả

Figure 99 Kiểm chứng kết quả

Hiệu chỉnh bộ điều khiển

Figure 100 Mô hình bộ điều khiển PID cho hiệu chỉnh tham số

Tăng Kc

Khi tăng giá trị này, các chỉ tiêu chất lượng sẽ thay đổi với:

- Thời gian đáp ứng giảm

- Thời gian quá độ tăng

- Độ quá điều chỉnh tăng

- Sai lệch tĩnh giảm

- Độ dự trữ ổn định giảm

- Bền vững với nhiễu đo giảm

Figure 101 Thay đổi Kc giữ nguyên Td và Ti

Giảm Ti

Khi giảm giá trị này, các chỉ tiêu chất lượng sẽ thay đổi với:

- Thời gian đáp ứng giảm

- Thời gian quá độ giảm

- Độ quá điều chỉnh tăng

- Sai lệch tĩnh triệt tiêu

- Độ dự trữ ổn định giảm

- Bền vững với nhiễu đo thay đổi ít

Figure 103 Giảm Ti, giữ nguyên Kc và Td

Figure 104 Giảm Ti

Tăng Td

Khi tăng giá trị này, các chỉ tiêu chất lượng sẽ thay đổi với:

Figure 105 Tăng Td, giữ nguyên Kc và Ti

Figure 106 Tăng Td

Cài đặt các kết quả và kiểm chứng

Tăng Kc

Figure 108 Giảm Ti