Báo cáo thí nghiệm điều khiển quá trình

Báo cáo thí nghiệm điều khiển quá trình

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

Bài 1:Xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức.

A:Xây dựng mô hình lý thuyết

1:Xây dựng mô hình đối tượng bình mức.

2:Nhận dạng đối tượng dựa trên đáp ứng quá độ: Dùng sơ đồ được mô tả trên simulink như sau.

1

Cho tín hiệu tác động bậc thang ở đầu vào ta có đáp ứng của hàm quá độ như sau:

Hệ thống một bình mức là khâu tích phân quán tính bậc nhất có mô hình toán học:

Với các thông số tính toán ở trên ta được đồ thị như sau

Dễ thấy đồ thị mô phỏng (above line) và đồ thị nhận dạng (bottom line) có sự khai khác nhất định, ta phải tiến hành chỉnh định các tham K và T của khâu tích phân ở trên để đạtđược sai số khoảng 25% theo nguyên tắc khi tăng K thì làm đồ thị cao lên, và khi tăng Tthì làm nó ra xa trục hoành, và ngược lại.

3

Từ đồ thị ta thấy sai số đồ thị của hai mô hình là nhỏ hơn 25% nên ta có bộ tham

số của mô hình như sau:

T=3.7,K=1.51

B:Thiết kế sách lược điều khiển cho hệ thống

Tính toán thông số bộ điều khiển theo công thức ziegler Nichol 1 với các thông số sau:T=3.7;K=1.51

Scope:

Scope1:

6

Dễ thấy tín hiệu đầu ra không bám theo tín hiệu chủ đạo, quá trình không đi đến ổn định Takhông sử dụng sách lược điều khiển truyền thẳng để điều khiển đối tượng bình mức được.

2 Sách lược điều khiển phản hồi :

a Lưu đồ P&ID:

7

b.Sơ đồ trên simulink:

C:Sử dụng các bộ điều khiển thường:

+Sử dụng bộ điều khiển P:

Kết quả mô phỏng:

Scope:

8

9

+ Sử dụng bộ điều khiển PI:

Scope:

Scope1:

10

+ Sử dụng bộ điều khiển PID:

Scope:

11

Scope1:

12

Khi thực hiện mô phỏng với bộ điều khiển PI và PID thì xảy ra hiện tượng mức nước dao động, và không thể đạt được ổn định trong thời gian ngắn Đây là hiện tượng bão hòa tích phân (Reset Winup), thường xảy ra trong các bộ điều khiển có chứa khâu I (Integral), có các đặc điểm:

- Độ quá điều chỉnh lớn

- Thời gian quá độ dài

- Tồn tại sai lệch tĩnh lớn

- Để khắc phục ta xây dựng sơ đồ có thêm khâu chống bão hòa tích phân.

D:Sử dụng khâu chống bão hòa tích phân:

+ PI-RW:

Sơ đồ:Khâu PI nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân:

Trong đó:Thông số của khâu PI-RW được xác định theo Zinger Nicol1 như sau: Gain:K=Kc=0.45

Gain1:K=1/Ti=0.067.

Gain2:K=1/Tt=4/Ti=0.27.

Sơ đồ simulink:

13

+ PID-RW:

Sơ đồ :Khâu PID nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân:

Trong đó:Thông số của khâu PID-RW được xác định theo Zinger Nicol1 như sau:

Gain:K=Kc=0.6.

Gain1:K=1/Ti=0.11.

Gain2:K=1/Tt=4/Ti=0.44

15

Scope1:

Sử dụng bộ điều khiển PI-RW và PID-RW ta thấy đã giảm được hiện tượng bão hòa tích phân, tín hiệu ra nhanh chóng bám tới tín hiệu chủ đạo mà không dao động quá nhiều, quá trình nhanh chóng đi đến ổn định :

- Độ quá điều chỉnh nhỏ

- Thời gian quá độ nhanh

- Đã giảm được sai lệch tĩnh xuống mức thấp.

3 Sách lược điều khiển tầng :

a Lưu đồ P&ID:

17

b:Sơ đồ trên simulink:

C: Mô phỏng với các bộ điều khiển khác nhau.

+) Vòng ngoài là bộ điều khiển P (lấy Kp = 1000) , vòng trong là bộ điều khiển P (Kp = 10000)

Kết quả mô phỏng như sau:

Scope:

18

19

+) Vòng ngoài là bộ điều khiển P(Kp = 1000), vòng trong là bộ điều khiển PI-RW có các thông số như trên bài điều khiển phản hồi.

21

+)Vòng ngoài là bộ điều khiển P(Kp = 1000), vòng trong là bộ điều khiển PID-RW có các thông số như bộ điều khiển phản hồi

Sơ đồ:

Kết quả mô phỏng:

Scope:

22

So sánh giữa sách lược điều khiển phản hồi và điều khiển tầng

- Cả hai sách lược điều khiển phản hồi và tầng đều đem lại kết quả điều khiển khá tốt, thời gian xác lập nhanh, độ quá điều chỉnh và sai lệch tĩnh nhỏ.

- Tuy nhiên khi thay đổi giá trị đặt và lưu lượng ra, ta thấy bộ điều khiển tầng có đáp ứng nhanh với độ quá điều chỉnh nhỏ hơn bộ điều khiển phản hồi Vì trong bộ điều khiển tầng có khâu tỷ lệ P ở vòng ngoài nên tác động nhanh với sự thay đổi của nhiễu ở đầu vào và có tác dụng triệt tiêu được nhiễu này.

23

Bài 2 : Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức

A:Xây dựng mô hình lý thuyết

1:Xây dựng mô hình đối tượng bình mức.

2:Nhận dạng đối tượng : Dựa trên đáp ứng quá độ dùng mô hình sau:

Cho tín hiệu tác động dạng bậc thang ở đầu vào, ta có đồ thị đáp ứng của hệ thống như hình vẽ.

scope:

24

25

Bình 1 : Đối tượng có mô hình khâu quán tính bậc nhất

Kết quả mô phỏng như sau:

Scope:

Scope1:

27

Ta thấy sai lệch tĩnh của mô hình sau hiệu chỉnh là nhỏ hơn 25% nên chấp nhận

được.

B:Thiết kế sách lược điều khiển cho hệ thống

Tính toán thông số bộ điều khiển theo công thức ziegler Nichol

C:Mô phỏng với các bộ điều khiển thường +)Bộ điều khiển P:

Kết quả mô phỏng như sau:

Scope: Scope1:

29

+) Bộ điều khiển PID:

Kết quả mô phỏng:

Scope: Scope1:

Scope2: Scope3:

d Mô phỏng với các bộ điều khiển có khâu chống bão hòa tích phân

+) Bộ điều khiển PI-RW

Sơ đồ: Khâu PI nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân:

31

Scope2: Scope3:

+) Bộ điều khiển PID-RW:

Sơ đồ: Khâu PID nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân.

PID-RW1

PID-RW2

Sơ đồ simulink:

33

Scope2: Scope3:

Khi sử dụng bộ chống bão hòa tích phân đã giảm đáng kể hiện tượng dao động,

độ quá điều chỉnh nhỏ, tuy nhiên vẫn tồn tại sai lệch tĩnh.

2 Sách lược điều khiển tầng.

a Lưu đồ P&ID.

b.Mô phỏng với các bộ điều khiển:

+) Vòng ngoài là bộ điều khiển P (lấy Kp = 1000) , vòng trong là bộ điều

khiển P (Kp = 10000)

Sơ đồ:

35

Kết quả mô phỏng:

Scope: Scope1:

Scope2: Scope3:

36

+)Vòng ngoài là bộ điều khiển P (Kp =1000), vòng trong là bộ điều khiển PI-RW

Kết quả mô phỏng:

Scope2: Scope3:

39