Phân tích và điều khiển tháp chưng 2 sản phẩm

1 BÀI TẬP LỚN TUẦN 6-9 Phân tích điều khiển tháp chưng sản phẩm Học viên SHSV Lớp : : : Tạ An Hoàng CB130959 13BĐKTĐH A Yêu cầu: Bài tập lớn viết tay giấy in A4, riêng đồ thị cắt dán vào in trước, để chỗ trống viết tay sau - Trình bày tóm tắt bước thực hiện, kết tính toán kết mô theo nội dung yêu cầu sử dụng MATLAB để hỗ trợ tính toán - Nêu phương pháp/công thức tính sau sử dụng công cụ MATLAB/SIMULINK được, đưa mã MATLAB hoặc/và sơ đồ SIMULINK đồ thị kết mô vào vị trí sử dụng báo cáo Các đồ thị phải ghi đủ để theo dõi - Tất công thức, hình vẽ phải đánh số để tiện tham khảo - Nộp làm đầy đủ hạn điều kiện để dự thi Kết làm với mức độ dự lớp kết hợp để đánh giá điểm trình B Nội dung yêu cầu Cho mô hình trạng thái tuyến tính tháp chưng sản phẩm: dx = Ax + Bu + Ed dt y = Cx biến trình biến chênh lệch so với điểm làm việc: L u=  V  biến điều khiển, bao gồm lưu lượng hồi lưu lưu lượng cấp nhiệt đun sôi đáy tháp  xB  x =  xR     xD    thành phần sản phẩm đáy tháp, thành phần sản phẩm sườn tháp thành phần sản phẩm đỉnh tháp  xB  y=   xD  biến cần điều khiển tháp chưng, đồng thời hai biến trạng thái trình 2 F d=   zF  nhiễu trình, bao gồm lưu lượng nguyên liệu cấp thành phần nguyên liệu cấp Các tham số mô hình cho trước sau:   −10.334 4.050  9.834 −5.332 3.050  A=   1.282 −3.550     0.3737 −0.4263  0.3737 0 B =  0.4263 0.3737  E =  0.0263 1      0       , Tuần 1-2 (nộp vào buổi học tuần 3) Biến đổi mô hình 1.1 Từ mô hình trạng thái liên tục, xác định mô hình hàm truyền liên tục trình 1.2 Gián đoạn hóa mô hình trạng thái liên tục để mô hình trạng thái gián đoạn với thời gian trích mẫu T = s (khâu biến đổi DAC coi khâu giữ chậm bậc không ZOH) 1.3 Gián đoạn hóa hàm truyền liên tục nhận câu 1.1 để hàm truyền gián đoạn với thời gian trích mẫu T = s (khâu biến đổi DAC coi khâu giữ chậm bậc không ZOH) 1.4 Từ hàm truyền gián đoạn nhận câu 1.3, xây dựng mô hình trạng thái theo cách mà Anh/Chị thấy thuận tiện 1.5 Giải thích khác kết nhận câu 1.2 câu 1.4 Phân tích đặc tính động học 2.1 Xác định điểm cực hệ thống từ mô hình liên tục mô hình gián đoạn hệ thống Biểu diễn chúng mặt phẳng phức đưa mối liên hệ chúng 2.2 Xác định điểm cực hệ thống từ mô hình liên tục mô hình gián đoạn hệ thống Biểu diễn chúng mặt phẳng phức đưa mối liên hệ chúng 2.3 Xác định tính điều khiển quan sát hệ thống (nêu phương pháp/công thức tính sau sử dụng MATLAB để hỗ trợ tính toán) 2.4 Mô đáp ứng độ trình với biến vào thay đổi dạng bậc thang Đưa nhận xét đặc tính động học trình 2.5 Vẽ đồ thị Bode đồ thị Nyquist để biểu diễn đặc tính tần số quan hệ vào-ra Chỉ cách xác định đồ thị Bode đồ thị Nyquist: hệ số khuếch đại tĩnh, tần số cắt biên tần số cắt pha, độ dự trữ biên độ trữ pha 2.6 Vẽ đặc tính tần số (MIMO) hệ đồ thị Bode (biểu diễn hệ số khuếch đại MIMO lớn nhỏ phụ thuộc tần số theo thang logarith) Tuần 3-5 (nộp vào buổi học tuần 6) Điều khiển phi tập trung 3.1 Áp dụng phương pháp phân tích ma trận khuếch đại tương đối để cặp đôi biến vào-ra cho giảm thiểu tương tác kênh điều khiển áp dụng cấu trúc điều khiển phi tập trung Thực phân tích cho hệ thống trạng thái xác lập (tần số 0) tần số cắt pha 3.2 Thiết kế hệ thống điều khiển phi tập trung sử dụng điều khiển PID: Lựa chọn luật điều khiển, chỉnh định tham số điều khiển theo phương pháp phù hợp Tiến hành mô phỏng, đánh giá tính ổn định chất lượng điều khiển hệ thống thử nghiệm với vòng điều khiển riêng rẽ Vẽ đặc tính tần hệ hở (L) hệ kín (T S) Liên hệ tiêu chất lượng miền thời gian (độ điều chỉnh, hệ số tắt dần, ) miền tần số vòng điều khiển (tần số cắt biên/pha, độ dự trữ biên độ/pha module, ) 3.3 Thiết kế khâu bù nhiễu (bù tĩnh) Tiến hành mô phỏng, đánh giá tính ổn định chất lượng điều khiển hệ thống thử nghiệm toàn hệ thống điều khiển cho trường hợp sử dụng có sử dụng không sử dụng khâu bù nhiễu So sánh, đánh giá lý giải khác với thử nghiệm vòng điều khiển sở tiêu chất lượng miền thời gian miền tần số hệ thống, sử dụng ma trận khuếch đại tương đối phép phân tích SVD Điều khiển tách kênh 4.1 Áp dụng phương pháp tách kênh toàn phần, tách kênh phần cho trường hợp tách kênh động tách kênh tĩnh, tính toán khâu tách kênh Thiết kế điều khiển PID cho kênh điều khiển kết hợp sử dụng khâu bù nhiễu câu Mô phỏng, đánh giá so sánh chất lượng đạt toàn hệ thống với kết câu 4.2 Áp dụng phương pháp tách kênh phản hồi trạng thái, tính toán ma trận phản hồi R ma trận truyền thẳng F Tính toán lại mô hình trình sau tách kênh (mô hình trạng thái mô hình hàm truyền) Thiết kế điều khiển PID cho kênh điều khiển kết hợp sử dụng khâu bù nhiễu câu Mô phỏng, đánh giá so sánh chất lượng đạt toàn hệ thống với kết câu câu 4.1 4.3 Thay đổi ma trận B cách nhân tất phần tử với hệ số 1,2 giữ nguyên điều khiển nhận câu 3, 4.1 4.2 So sánh chất lượng toàn hệ thống điều khiển phương pháp Tuần 6-9 (nộp ngày 20/12) Điều khiển dự báo 5.1 Lựa chọn phương pháp tiếp cận MPC phù hợp, thiết kế điều khiển cho trường hợp điều kiện ràng buộc Đưa trường hợp lựa chọn khác tầm dự báo, tầm điều khiển trọng số cho số gia điều khiển Đánh giá tính ổn định hệ kín Mô nhận xét kết nhận 5.2 Lựa chọn phương pháp tiếp cận MPC phù hợp, tính toán tín hiệu điều khiển tối ưu cho trường hợp có điều kiện ràng buộc giá trị biến điều khiển, cụ thể sau:  −1   −1  ≤ u ≤   1  1    Đưa trường hợp lựa chọn khác tầm dự báo, tầm điều khiển trọng số cho số gia điều khiển Đánh giá tính ổn định hệ kín Mô nhận xét kết nhận 5 5.1 Khai báo lại mô hình đối tượng nhiễu: Matlab code: >> A=[-10.334 4.050 0;9.834 -5.332 3.050;0 1.282 -3.550]; >> B=[0.3737 -0.4263;0.4263 0.3737;0 0]; >> C=[1 0;0 1]; >> E=[0.3737 0;0.0263 1;0 0]; >> x={'xB';'xR' ;'xD'}; >> u={'L';'V'}; >> d={'F';'zF'}; >> y={'xB';'xD'}; >> w=[u ;d]; >> sys_ss=ss(A,B,C,0,'StateName',x,'InputName',u,'OutputName',y); >> sysd_ss=ss(A,E,C,0,'StateName',x,'InputName',d,'OutputName',y); >> sys_tf=tf(sys_ss); >> sysd_tf=tf(sysd_ss); Từ đáp ứng độ trình, chọn chu kỳ trích mẫu T=1s, mô hình trạng thái gián đoạn là: với: Matlab code: >> sys_d=c2d(sys_ss,1); >> sysd_d=c2d(sysd_ss,1); >> Am=sys_d.a; >> Bm=sys_d.b; >> Bd=sysd_d.b; >> Cm=C; Hàm lấy ma trận cần thiết để tính toán tối ưu: Matlab code: function [P,H,Pr,Kx,Ky]=getMat(Am,Bm,Cm,Nu,Ny,lamda) n=size(Am,1);%So bien trang thai p=size(Bm,2);%So bien vao q=size(Cm,1);%So bien A=[Am zeros(n,q);Cm*Am eye(q)]; B=[Bm;Cm*Bm]; C=[zeros(q,n) eye(q)]; %GET P P=[]; tmp=C*A; for i=1:1:Ny P=[P;tmp]; tmp=tmp*A; end %GET H p1=size(B,2);%So bien vao moi q1=size(C,1);%So bien moi H=[]; row=[]; for i=0:1:(Ny-1) row=[]; for j=1:1:Nu if j