Thí nghiệm điều khiển quá trình

Bộ môn Điều khiển tự động - Viện Điện Tài liệu thí nghiệm Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Điều khiển quá trình Bi 1 Xõy dng h thng iu khin mt bỡnh mc 1. Mc ớch thớ nghim Bi thớ nghim c xõy dng dui dng mt bi tp tng hp hn l mt bi thớ nghim n thun, nhm giỳp hc viờn bit cỏch vn dng mt cỏch tng hp cỏc kin thc ó hc vo mt bi toỏn c th v hon chnh. Do dú, hc viờn cn phi dnh mt lung thi gian thớch hp chun b truc cho bi thớ nghim. Bi thớ nghim ny giỳp hc viờn bit cỏch xõy dng mụ hỡnh cho mt i tung iu khin n gin v thit k b iu khin cho i tung ú. Hc viờn cng c th nghim cỏc sỏch lc iu chnh khỏc nhau v xột nh hung ca nhiu n h thng, t ú rỳt ra nhng kinh nghim c bn trong vic xõy dng mt h thng iu khin. Cỏc kin thc c s liờn quan n bi thớ nghim bao gm: Xõy dng mụ hỡnh cho i tung bng phng phỏp lý thuyt. Xõy dng mụ hỡnh cho i tung bng phng phỏp thc nghim. Luu d P&ID. Cỏc sỏch luc iu chnh: iu khin truyn thng, iu khin phn hi, iu khin tng. Thut toỏn PID v b iu chnh PID thc. 2. éi tung v yờu cu ca thớ nghim Chỳ ý: Cỏc i lung ó c chun húa v khụng ghi n v. éi tung thớ nghim l h thng mt bỡnh mc vi mt van vo v mt van ra (hỡnh v). Chiu cao ca bỡnh, chớnh l giỏ tr ti a ca mc cht lng trong bỡnh, l 1000. Lu lng cht lng chy qua cỏc van (van vo v van ra) c tớnh l tớch ca m van (s thc nhn giỏ tr t 0.0 dn 1.0 ng vi m van t 0% dn 100%) vi lu lng ti a qua van. Giỏ tr lu lng ti a qua mi van khụng nht thit l mt hng s. Cú th o hoc khụng o lu lng ra. Yờu cu t ra l xõy dng b iu khin cho h thng ny iu chnh mc cht lng trong bỡnh n nh giỏ tr t (do ngui s dng t). B iu khin ch cú th tỏc ng ti van vo (thay i m van vo), cũn van ra do ngui s dng tựy ý iu khin. 3. Nhim v thớ nghim 1. Xõy dng mụ hỡnh cho i tung bỡnh mc a. Xỏc dnh cỏc tớn hiu vo, tớn hiu ra v nhiu ca h thng. b. Trờn c s nguyờn lý lm vic ca bỡnh mc, xõy dng mụ hỡnh toỏn hc cho i tung vi cỏc tham s hỡnh thc. Bộ môn Điều khiển tự động - Viện Điện Tài liệu thí nghiệm Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Điều khiển quá trình c. éi tung bỡnh mc ó uc mụ phng bng khi Single-Tank trong Toolbox thớ nghim iu khin quỏ trỡnh . S dng Simulink xỏc nh cỏc tham s ca mụ hỡnh trờn, ỏp dng hai phng phỏp nhn dng ó hc. Kim tra li mụ hỡnh. 2. T yờu cu ca bi toỏn v i tung iu khin ó xỏc nh c mụ hỡnh, xỏc nh (cỏc) sỏch luc iu chnh cú th s dng v (cỏc) sỏch luc iu chnh khụng th s dng cho bi toỏn ny. Gii thớch. V lu d P&ID th hin tt c cỏc sỏch lc iu chnh ỏp dng cho i tng ny. 3. S dng sỏch lc iu khin truyn thng, xõy dng b iu khin mc cho i tung. Mụ phng trờn Simulink vi cỏc khi Single-Tank v Tank GUI (xem thờm phn Hung dn xõy dng mụ hỡnh trờn Simulink vi Toolbox thớ nghim iu khin quỏ trỡnh). Nhn xột v kh nng ỏp dng ca sỏch luc iu chnh ny. Gii thớch. 4. S dng sỏch luc iu khin phn hi vũng n, xõy dng b iu khin mc cho i tung. Mụ phng trờn Simulink. Th s dng cỏc loi b iu khin khỏc nhau (P, PI, PID,) cho bi toỏn. Nhn xột. Cú cn o lu lng ra hay khụng? Ti sao? 5. S dng sỏch luc iu khin tng (cascade control), xõy dng b iu khin cho i tung theo cỏc buc sau: a. Gii thớch ti sao cn s dng iu khin tng. b. Xỏc dnh cỏc vũng iu khin cn xõy dng. Nhim v v c im ca tng vũng. Cn phi o (nhng) i lung no? c. Xõy dng cỏc vũng iu khin ó xỏc dnh trờn trong trung hp khụng o uc lu lng ra. Mụ phng trờn Simulink v hiu chnh cỏc tham s ca b iu khin (nu cn). S dng khi scope quan sỏt lu lng vo v ra. Thay i giỏ tr t v/hoc m van ra trong quỏ trỡnh mụ phng. Nhn xột. d. Trong trung hp cú o uc lu lng ra, thay i li b iu khin s dng uc tớn hiu o ny. Tin hnh li thớ nghim nh trờn v nhn xột. So sỏnh hai trung hp khụng o v cú o lu lng ra. 6. Nu s dng b iu khin cú thnh phn tớch phõn, nhn xột v quỏ iu chnh v s dao ng. Gii thớch nguyờn nhõn v nờu bin phỏp khc phc. Sa i li h thng khc phc hin tung trờn. 4. Chun b nh v bỏo cỏo thớ nghim éc k ti liu, thc hin truc bi thớ nghim theo cỏc buc ó nờu trong phn trờn v tr li cỏc cõu hi, cú nhn xột y . Bi chun b ca hc viờn, vi y cỏc kt qu tớnh toỏn v phn tr li cỏc cõu hi, phi uc ghi ra giy (vit tay hoc in, khụng chp nhn photocopy) v mang i trong bui thớ nghim. Mụ hỡnh Simulink phi np l mụ hỡnh hon chnh cui cựng, sau khi ó thc hin tt c cỏc buc trong phần nhim v thớ nghim Bộ môn Điều khiển tự động - Viện Điện Tài liệu thí nghiệm Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Điều khiển quá trình Bi 2 Xõy dng h thng iu khin hai bỡnh mc thụng nhau 1. Mc ớch thớ nghim Tip theo bi thớ nghim 1, bi thớ nghim ny giỳp hc viờn cng c v nõng cao cỏc kin thc ó hc cng nh ỏp dng cỏc kin thc ny vo cỏc bi toỏn phc tp hn. Yờu cu thc hin c bi thớ nghim ny l hc viờn ó phi thc hin hon chnh bi thớ nghim th nht. Cỏc kin thc c s liờn quan n bi thớ nghim bao gm: Xõy dng mụ hỡnh cho i tung MIMO (bng phng phỏp lý thuyt v phng phỏp thc nghim). Phõn tớch RGA, cp ụi vo-ra. Thit k sỏch luc iu khin tng. Thit k sỏch lc iu khin nhiu vũng (iu khin phõn tỏn). 2. éi tung v yờu cu ca thớ nghim Chỳ ý: Cỏc i lng ó uc chun húa v khụng ghi n v. éi tng thớ nghim l h thng gm hai bỡnh mc thụng nhau (hỡnh v). Chiu cao ca c hai bỡnh, chớnh l giỏ tr ti a ca mc cht lng trong bỡnh, l 1000. Lu lung cht lng chy qua cỏc van uc tớnh l tớch ca m van (s thc nhn giỏ tr t 0.0 dn 1.0 ng vi m van t 0% n 100%) vi lu lng ti a qua van. Giỏ tr lu lng ti a qua mi van khụng nht thit l mt hng s. Tt c cỏc giỏ tr lu lng qua cỏc ung ng u o c. Yờu cu t ra l xõy dng b iu khin cho h thng ny diu chnh mc cht lng trong c hai bỡnh n nh cỏc giỏ tr t (do ngui s dng t). B iu khin ch cú th tỏc ng ti van 1 v van 2 (thay i m van), cũn van 3 do ngui s dng tựy ý iu khin. 3. Nhim v thớ nghim 1. Xõy dng mụ hỡnh cho i tung a. Xỏc nh cỏc tớn hiu vo, tớn hiu ra v nhiu ca h thng. b. Xõy dng mụ hỡnh toỏn hc cho i tung vi cỏc tham s hỡnh thc. c. S dng khi Two-Tank trong Toolbox thớ nghim iu khin quỏ trỡnh, xõy dng mt mụ hỡnh Simulink xỏc nh cỏc tham s cn thit trong mụ hỡnh trờn. Kim tra li mụ hỡnh. 2. T yờu cu ca bi toỏn v i tung iu khin ó xỏc dnh mụ hỡnh, la chn sỏch luc iu chnh phự hp (tham kho bi thớ nghim 1). Gii thớch ti sao chn sỏch luc ny. V lu P&ID th hin sỏch luc iu chnh ny. Bộ môn Điều khiển tự động - Viện Điện Tài liệu thí nghiệm Trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Điều khiển quá trình 3. S dng sỏch luc iu chnh ó la chn trờn, xõy dng b iu khin cho i tung theo cỏc buc sau: a. Xỏc nh cỏc tớn hiu iu khin v cỏc tớn hiu o. b. Xỏc nh cỏc vũng iu khin cn xõy dng. Nhim v v c im ca tng vũng. c. Xõy dng cỏc vũng iu khin ó xỏc nh trờn. d. Mụ phng trờn Simulink s dng cỏc khi Two-Tank v Two-Tank GUI (xem thờm phn Hung dn xõy dng mụ hỡnh trờn Simulink vi Toolbox thớ nghim iu khin quỏ trỡnh). Th cỏc trung hp khỏc nhau (thay i cỏc giỏ tr t v/hoc m van 3). Nhn xột. Hiu chnh cỏc tham s ca b iu khin (nu cn). 4. Nhim v chun b nh v bỏo cỏo thớ nghim éc k ti liu, hc viờn cn ụn li v nghiờn cu k cỏc kin thc c s cn thit cho bi thớ nghim (xem Mc ớch bi thớ nghim). Hc viờn phi thc hin truc bi thớ nghim theo cỏc buc ó nờu trong phn trờn v tr li cỏc cõu hi, cú nhn xột y . Bi chun b ca hc viờn, vi y cỏc kt qu tớnh toỏn v phn tr li cỏc cõu hi, phi uc ghi ra giy (vit tay hoc in, khụng chp nhn photocopy) v mang i trong bui thớ nghim. Mụ hỡnh Simulink phi np l mụ hỡnh hon chnh cui cựng, sau khi ó thc hin tt c cỏc buc trong Nhim v thớ nghim. . Bi 1 Xõy dng h thng iu khin mt bỡnh mc 1. Mc ớch thớ nghim Bi thớ nghim c xõy dng dui dng mt bi tp tng hp hn l mt bi thớ nghim n thun, nhm giỳp hc viờn bit cỏch vn dng mt cỏch tng hp. ca mc cht lng trong bỡnh, l 10 00. Lu lng cht lng chy qua cỏc van (van vo v van ra) c tớnh l tớch ca m van (s thc nhn giỏ tr t 0.0 dn 1. 0 ng vi m van t 0% dn 10 0%) vi lu lng ti a qua van luc iu khin tng (cascade control), xõy dng b iu khin cho i tung theo cỏc buc sau: a. Gii thớch ti sao cn s dng iu khin tng. b. Xỏc dnh cỏc vũng iu khin cn xõy dng. Nhim v v c im ca tng vũng.