Nghiên cứu, khảo sát hệ thống điều khiển tầng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI        Hå THÞ THU MINH NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : ðiện khí hóa SX Nông nghiệp và Nông thôn Mã số : 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: TS. NguyÔn v¨n hßa HÀ NỘI - 2012 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa công bố trong công trình khoa học nào trước ñó. Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn trong bản luận văn của tôi ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc. Tác giả Hồ Thị Thu Minh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ii LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập và nghiên cứu tại trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội. Tôi ñã hoàn thành luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật với ñề tài: “Nghiên cứu, khảo sát hệ thống ñiều khiển tầng”. Tôi xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Văn Hoà ñã tận tình hướng dẫn và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn Bộ môn ðiện kỹ thuật – Khoa cơ ñiện, Viện sau ðại học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã ñọc và ñóng góp nhiều ý kiến quý báu ñể luận văn của tôi ñược hoàn chỉnh hơn. Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến Ban giám hiệu và lãnh ñạo Trường Cao ñẳng Kinh tế - Kỹ thuật Vĩnh Phúc nơi tôi công tác ñã tạo mọi ñiều kiện thuận lợi nhất ñể tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến bạn bè ñồng nghiệp và gia ñình ñã ñộng viên khích lệ ñể hoàn thành luận văn này. Vĩnh Phúc, ngày 08 tháng 04 năm 2012 Tác giả! Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục các chữ viết tắt v Danh mục bảng vi Danh mục hình vii LỜI NÓI ðẦU 1 A PHẦN MỞ ðẦU 2 B PHẦN NỘI DUNG 4 CHƯƠNG I. NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ðIỀU CHỈNH TRONG CÔNG NGHIỆP 4 1.1 HỆ THỐNG MỘT MẠCH VÒNG 4 1.2 HỆ THỐNG BÙ TÁC ðỘNG NHIỄU 5 1.2.1 Bù nhiễu phụ tải 6 1.2.2 Bù nhiễu ñặt trước 7 1.3 HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TẦNG 8 1.4 HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN PHÂN LI 9 CHƯƠNG II. TỔNG HỢP HỆ THỐNG ðIỀU CHỈNH MỘT MẠCH VÒNG 13 2.1 NGHIÊN CỨU VỀ ðỐI TƯỢNG ðIỀU KHIỂN VÀ THIẾT BỊ ðIỀU KHIỂN 13 2.1.1 Các ñặc tính của ñối tượng ñiều khiển 13 2.1.2 Xác ñịnh mô tả ñộng học của ñối tượng 17 2.1.3 Thiết bị ñiều khiển 22 2.2 PHƯƠNG PHÁP XÁC ðỊNH THÔNG SỐ BỘ ðIỀU KHIỂN 34 2.2.1 Phương pháp Zigler – Nichols 35 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… iv 2.2.2 Phương pháp tổng T của Kuhn 37 2.2.3 Phương pháp tối ưu ñộ lớn 39 2.2.4 Phương pháp Chien - Hrones - Reswick 41 2.2.5 Phương pháp xác ñịnh theo công thức kinh nghiệm 44 2.2.6 Phương pháp thực nghiệm xác ñịnh thông số của bộ ñiều khiển PI 46 2.3 KHẢO SÁT TỔNG HỢP HỆ THỐNG MỘT MẠCH VÒNG 48 2.3.1 Tổng hợp theo phương pháp Ziegler - Nichols 1 49 2.3.2 Tổng hợp theo phương pháp tổng T của Kuhn 50 2.3.3 Tổng hợp theo phương pháp Chien, Reswish và Hrones. 51 2.3.4 Theo phương pháp kinh nghiệm 54 2.3.5 Theo phương pháp thực nghiệm 55 CHƯƠNG III. TỔNG HỢP HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TẦNG 58 3.1 TỔNG HỢP HỆ THỐNG HAI MẠCH VÒNG 58 3.1.1 Phương pháp 1 58 3.1.2 Phương pháp 2 69 3.2 TỔNG HỢP HỆ THỐNG BA MẠCH VÒNG 75 3.3 TỔNG HỢP HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN NHIỆT ðỘ LÒ NHIÊN LIỆU 78 3.3.1 Các ñặc trưng cơ bản của lò nhiên liệu 78 3.3.2 Xây dựng hệ thống ñiều khiển một mạch vòng 79 3.3.3 Xây dựng hệ thống ñiều khiển 2 mạch vòng 83 KẾT LUẬN 87 1 Các kết quả ñạt ñược trong luận văn 87 2 Hướng phát triển của ñề tài 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CCCH Cơ cấu chấp hành CTðK Chủ thể ñiều khiển CQðC Cơ quan ñiều chỉnh ðTðC ðối tượng ñiều chỉnh ðTðK ðối tượng ñiều khiển FC Thiết bị ñiều khiển lưu lượng FT Bộ chuyển ñổi ño lưu lượng I Quy luật tích phân MG Máy ghi NL Nhiên liệu PI Quy luật tỉ lệ tích phân PID Quy luật tỉ lệ vi tích phân TBðK Thiết bị ñiều khiển TC Thiết bị ñiều chỉnh nhiệt ñộ TT Chuyển ñổi ño nhiệt ñộ ZC Thiết bị ñiều chỉnh vị trí ñộ mở van Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1-1 Lựa chọn tham số bộ ñiều khiển PID theo Ziegler - Nichols 36 1-2 Thông số bộ ñiều khiển PID theo phương pháp tổng T của Kuhn 39 1-3 Lựa chọn tham số PID theo Chien – Hrones - Reswick 1 42 1-4 Lựa chọn tham số PID theo Chien-Hrones-Reswick 2 43 1-5 Lựa chọn tham số PID theo Chien-Hrones-Reswick 3 43 1-6 Lựa chọn tham số PID theo Chien-Hrones-Reswick 4 43 1-7 Lựa chọn tham số PID theo công thức kinh nghiệm 46 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… vii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1-1 Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển 4 1-2 Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển tự ñộng 4 1-3 Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển tự ñộng công nghiệp 5 1- 4 Xây dựng hệ thống bất biến với nhiễu phụ tải 6 1-5 Sơ ñồ hệ thống ñiều chỉnh bù nhiễu ñặt trước 7 1-6 Hệ thống ñiều chỉnh tầng 9 1-7 Hệ thống ñiều chỉnh hai vào hai ra 10 1-8 Sơ ñồ cấu trúc hệ thống phân li 11 2-1 Sơ ñồ cấu trúc vào ra của ñối tượng ñiều chỉnh 14 2-2 Hàm quá ñộ của ñối tượng tự cân bằng 15 2-3 Hàm quá ñộ của ñối tượng không tự cân bằng 16 2- 4 Sơ ñồ khối phương pháp thực nghiệm 17 2-5 Hàm ∆(t) 18 2-6 Xây dựng H(t) từ K(t) 19 2-7 Kết quả thực nghiệm cho tác ñộng dao ñộng ñiều hoà 19 2-8 Hàm quá ñộ của ñối tượng tự cân bằng 20 2-9 Sơ ñồ khối cấu trúc ñối tượng 20 2-10 Hàm quá ñộ của ñối tượng không tự cân bằng 21 2-11 Quá trình quá ñộ ñiều khiển hai vị trí 23 2-12 Quá trình quá ñộ ñiều khiển ba vị trí 23 2-13 ðặc tính quá ñộ của quy luật tỉ lệ 24 2-14 ðặc tính quá ñộ của bộ ñiều khiển I 25 2-15 ðặc tính quá ñộ của bộ ñiều khiển PI 27 2-16 ðặc tính quá ñộ của bộ ñiều khiển PID 29 2-17 ðặc tính biên ñộ tần số của bộ ñiều khiển PID 30 2-18 Sơ ñồ khối cấu trúc PID 31 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… viii 2-19 ðặc tính rơle thực 31 2-20 Xác ñịnh thông số cho mô hình xấp xỉ của ñối tượng 35 2-21 Xác ñịnh hằng số tới hạn 37 2-22 ðặc tính quá ñộ của ñối tượng 38 2-23 Hàm quá ñộ ñối tượng thích hợp theo phương pháp Chien-Hrones- Reswick 42 2-24 Các quá trình quá ñộ chuẩn 44 2-25 ðối tượng có tính tự cân bằng 45 2-26 Sơ ñồ hệ thống ñiều chỉnh sử dụng quy luật tỉ lệ P 47 2-27 Sơ ñồ hệ thống ñiều chỉnh sử dụng quy luật PI 47 2-28 ðường quá ñộ ñiều khiển khi sử dụng quy luật P 48 2-29 ðặc tính quá ñộ của ñối tượng 49 2-30 ðặc tính của hệ thống theo phương pháp Ziegler - Nichols 1 50 2-31 ðặc tính của ñối tượng khi có nhiễu phụ tải 51 2-32 Cách xác ñịnh thông số a, b theo phương pháp C-R-H 51 2-33 ðặc tính của hệ thống theo phương pháp C-R-H 1 52 2-34 ðặc tính của hệ thống theo phương pháp C-R-H 2 53 2-35 ðặc tính của hệ thống theo phương pháp C-R-H 3 53 2-36 ðặc tính của hệ thống theo phương pháp C-R-H 4 54 2-37 ðặc tính quá ñộ ñiều khiển khi sử dụng phương pháp kinh nghiệm 54 2-38 ðường quá ñộ ñiều khiển khi sử dụng quy luật P 55 2-39 ðường quá ñộ ñiều khiển khi sử dụng quy luật PI 56 3-1 Sơ ñồ khối hệ thống 2 mạch vòng 58 3-2 Sơ ñồ cấu trúc mạch vòng trong và mạch vòng ngoài 59 3-3 Sơ ñồ khối mạch vòng trong 59 3-4 ðặc tính mạch vòng trong sử dụng PI với K p = 3; T i = 5,5s 60 3-5 ðặc tính mạch vòng trong sử dụng PI với Kp= 2.2; Ti= 5s 60 3-6 Sơ ñồ khối mạch vòng ngoài 61 3-7 ðặc tính mạch vòng ngoài sử dụng PI với K p = 3.6; T i = 495s 61 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………… ix 3-8 Sơ ñồ khối 2 mạch vòng trên matlab 62 3-9 ðặc tính của hệ thống khi sử dụng PI với K p1 = 3.6, T i1 = 495s, K p2 = 3, T i2 = 5.5s. 62 3-10 ðặc tính của hệ thống sử dụng PI với K p1 = 3.6, T i1 = 495s, K p2 =2.2, T i2 = 5s. 63 3-11 ðặc tính của hệ thống với T 2 = 15s, T i2 = 16.5s, K p2 = 9 64 3-12 ðặc tính của hệ thống với T 2 = 50s, T i 2 = 55s, K p2 = 30 65 3-13 ðặc tính của hệ thống với T 2 = 100s, T i2 = 110s, K p2 = 60 65 3-14 ðặc tính của hệ thống với T 2 = 100s, T i2 = 110s, K p2 =6, τ ττ τ 2 =10 66 3-15 ðặc tính của hệ thống với T 2 = 150s, τ ττ τ 2 =10, T i2 = 165s, K p2 =9 66 3-16 ðặc tính của hệ thống với T 2 = 100s, T i2 = 110s, K p2 = 3, τ ττ τ 2 =20 67 3-17 ðặc tính của hệ thống với T 2 = 150s, τ ττ τ 2 =20, T i2 = 165s, K p2 = 4.5, 67 3-18 ðặc tính của hệ thống với T 2 = 100s, τ ττ τ 2 =25, T i2 = 110s, K p2 = 2.4 68 3-19 Sơ ñồ khối mô phỏng trên matlab 69 3-20 ðặc tính của ñối tượng tương ñương khi mạch vòng trong dùng PI với 20% dao ñộng 70 3-21 ðặc tính của hệ thống tổng hợp tương ñương 71 3-22 ðặc tính của ñối tượng tương ñương khi mạch vòng trong dùng P với 20% dao ñộng 72 3-23 ðặc tính của hệ thống tổng hợp tương ñương 73 3-24 ðặc tính của ñối tượng tương ñương khi mạch vòng trong dùng P với 45% dao ñộng 73 3-25 ðặc tính của hệ thống tổng hợp tương ñương 74 3-26 ðặc tính của hệ thống 3 mạch vòng tổng hợp theo phương pháp 1 75 3-27 Sơ ñồ khối hệ thống 3 mạch vòng 76 3-28 Sơ ñồ khối mô phỏng xác ñịnh ñối tượng tương ñương 77 3-29 ðặc tính của ñối tượng tương ñương 77 3-30 ðặc tính của hệ thống 3 mạch vòng tổng hợp theo phương pháp 2 78 [...]... a ñi m, phương pháp nghiên c u 3.2.1 ð i tư ng nghiên c u - Nghiên c u v cơ s lý thuy t ñi u khi n t ñ ng - Các phương pháp nâng cao ch t lư ng ñi u khi n - Kh o sát ch t lư ng ñi u khi n cho lò nhiên li u 3.2.2 ð a ñi m nghiên c u - Phòng thí nghi m - B môn ði u khi n t ñ ng - Khoa ði n - Trư ng ð i h c Bách Khoa Hà N i 3.2.3 Phương pháp nghiên c u - V lý thuy t: + Phương pháp nghiên c u tài li u... ng h p này c n ph i nghiên c u các phương pháp nâng cao ch t lư ng c a h th ng M t trong nh ng phương pháp ñó là h th ng ñi u ch nh t ng Vì nh ng lí do ñó, em ch n ñ tài lu n văn là: Nghiên c u, kh o sát h th ng ñi u khi n t ng” 2 M c ñích c a ñ tài (các k t qu c n ñ t ñư c) - Nghiên c u t ng quan lý thuy t v các h th ng ñi u ch nh trong công nghi p: Các phương pháp ñi u ch nh; nghiên c u v ñ i tư... vào ñ c ñi m h th ng ch u tác ñ ng c a x ho c z Trong th c t , h th ng luôn luôn ch u tác ñ ng c a nhi u vì v y nó luôn luôn v n ñ ng ð nghiên c u h th ng như v y b ng lý thuy t là m t bài toán h t s c ph c t p Do ñó khi nghiên c u, kh o sát h th ng b ng lý thuy t ch nghiên c u cho t ng tác ñ ng riêng bi t và xem các tác ñ ng khác không t n t i 1.2 H TH NG BÙ TÁC ð NG NHI U Trong h th ng ñi u ch nh t... không b o ñ m ngay c khi thông s c a b ñi u ch nh ñó ñ t t i ưu Trong các trư ng h p này c n ph i nghiên c u các phương pháp nâng cao ch t lư ng c a h th ng Trong lu n văn này tác gi nghiên c u m t trong nh ng phương pháp ñó là h th ng ñi u ch nh t ng N i dung lu n văn bao g m 3 chương v i n i dung: Chương 1 Nghiên c u t ng quát chung v h th ng ñi u ch nh trong công nghi p Chương 2 T ng h p h th ng m t... Phương pháp nghiên c u tài li u + Phương pháp phân tích, t ng h p h th ng + Phương pháp khái quát - V th c nghi m: + Phương pháp quan sát + Phương pháp so sánh ñ i chi u Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 3 B PH N N I DUNG CHƯƠNG I NGHIÊN C U T NG QUÁT CHUNG V H TH NG ðI U CH NH TRONG CÔNG NGHI P 1.1 H TH NG M T M CH VÒNG H th ng ñi u khi n nói chung bao g m... pháp xác ñ nh thông s b ñi u khi n - T ng h p h th ng ñi u khi n t ng g m nhi u m ch vòng - ng d ng t ng h p, kh o sát b ng mô ph ng h th ng ñi u khi n t ng nâng cao ch t lư ng ñi u ch nh cho ñ i tư ng công nghi p 3 N i dung c a ñ tài, các v n ñ c n gi i quy t 3.1 T ng quan tài li u Chương 1 Nghiên c u t ng quát chung v h th ng ñi u ch nh trong Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa... T M CH VÒNG 2.1 NGHIÊN C U V ð I TƯ NG ðI U KHI N VÀ THI T B ðI U KHI N 2.1.1 Các ñ c tính c a ñ i tư ng ñi u khi n ð i tư ng ñi u khi n là thành ph n t n t i khách quan có tín hi u ra là ñ i lư ng c n ñư c ñi u khi n Các thông tin v ñ i tư ng ñi u ch nh thu th p càng ñ y ñ thì vi c t ng h p h th ng ñi u ch nh t ñ ng càng ñơn gi n và quá trình ñi u ch nh càng ñ t ñ chính xác cao Vi c nghiên c u ñ i... c a ñ i tư ng ñi u ch nh Hai tính ch t cơ b n c a ñ i tư ng ñi u ch nh là kh năng tích lu năng lư ng hay v t ch t trong lòng nó, còn g i là tính dung lư ng và tính t cân b ng Nghiên c u b n ch t v t lý c a ñ i tư ng chính là nghiên c u các tính ch t này c a nó a Tính dung lư ng Các ñ i tư ng ñi u ch nh luôn luôn có kh năng tích lu môi trư ng ho t ñ ng và d tr trong b n thân mình Kh năng ñó ñư c g i... N u khi m t máy ñi u ch nh làm Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………… 9 vi c mà không gây nh hư ng lên các tín hi u ra c a các kênh khác thì h th ng ñư c kh o sát riêng bi t t ng kênh m t như ñã làm trên ñây Tuy nhiên có nh ng ñ i tư ng khi m t máy ñi u ch nh làm vi c s gây ra s thay ñ i tín hi u ra c a các kênh khác b t bu c các máy ñi u ch nh khác ph i làm... ng ñi u ch nh thu th p càng ñ y ñ thì vi c t ng h p h th ng ñi u ch nh t ñ ng càng ñơn gi n và quá trình ñi u ch nh càng ñ t ñ chính xác cao Vi c nghiên c u ñ i tư ng ñi u ch nh ph i xu t phát t vi c nghiên c u các hi n tư ng hoá lý x y ra trong thi t b công ngh Các hi n tư ng này luôn liên quan ñ n dòng v t ch t hay dòng năng lư ng ch y vào Qv và ch y ra QR t ñ i tư ng, t o nên môi trư ng ho t ñ . 7 1.3 HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TẦNG 8 1.4 HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN PHÂN LI 9 CHƯƠNG II. TỔNG HỢP HỆ THỐNG ðIỀU CHỈNH MỘT MẠCH VÒNG 13 2.1 NGHIÊN CỨU VỀ ðỐI TƯỢNG ðIỀU KHIỂN VÀ THIẾT BỊ ðIỀU KHIỂN 13. hệ thống ñiều khiển 4 1-2 Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển tự ñộng 4 1-3 Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển tự ñộng công nghiệp 5 1- 4 Xây dựng hệ thống bất biến với nhiễu phụ tải 6 1-5 Sơ ñồ hệ. của hệ thống khi có nhiễu phụ tải tác ñộng 83 3-37 Sơ ñồ cấu trúc thiết bị hệ thống ñiều khiển tầng 83 3-38 Sơ ñồ khối cấu trúc của hệ thống ñiều khiển tầng 84 3-39 Sơ ñồ khối mô phỏng hệ thống