Tổng hợp bộ điều khiển cho đối tượng tích phân quán tính bậc hai ( Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp bộ điều khiển cho đối tượng tích phân quán tính bậc hai ( Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp bộ điều khiển cho đối tượng tích phân quán tính bậc hai ( Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp bộ điều khiển cho đối tượng tích phân quán tính bậc hai ( Luận văn thạc sĩ)Tổng hợp bộ điều khiển cho đối tượng tích phân quán tính bậc hai ( Luận văn thạc sĩ)
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ THANH THÚY TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỐI TƢỢNG TÍCH PHÂN – QUÁN TÍNH BẬC HAI LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 6052 0216 Thái Nguyên – 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ THANH THÚY TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO ĐỐI TƢỢNG TÍCH PHÂN – QUÁN TÍNH BẬC HAI Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 6052 0216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA ĐIỆNPHÒNG QL ĐTSĐH NGƢỜI HDKH Thái Nguyên - 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, điều khiển trình lĩnh vực ứng dụng quan trọng kỹ thuật điều khiển tự động ngành cơng nghiệp lƣợng hóa chất Điều khiển q trình khơng phải lĩnh vực nhƣng ln chiếm hàng đầu tự động hóa cơng nghiệp Nghiên cứu điều khiển trình nhằm nắm bắt đƣợc vấn đề chủ yếu sau: Tìm hiểu, phân tích u cầu điều khiển q trình cơng nghệ; Đặt toán điều khiển cho yêu cầu cụ thể; Thiết kế sách lƣợc điều khiển phù hợp với u cầu với mơ hình q trình; Chọn lựa giải pháp thiết bị đo, thiết bị chấp hành thiết bị điều khiển Nhằm nâng cao hiểu biết điều khiển q trình, tơi lựa chọn đề tài: Tổng hợp điều khiển cho đối tƣợng tích phân - quán tính bậc hai Trong trình thực đề tài tơi nhận đƣợc giúp đỡ nhiệt tình thầy, giáo khoa Điện trƣờng ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH Thái Nguyên bạn đồng nghiệp Đặc biệt dƣới hƣớng dẫn góp ý thầy PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu thầy, cô Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm tài liệu tham khảo hạn chế nên đề tài khó tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy, giáo bạn đồng nghiệp để tiếp tục nghiên cứu, hồn thiện q trình cơng tác sau Học viên Nguyễn Thị Thanh Thúy Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Thị Thanh Thúy Sinh ngày: 05/07/1987 Học viên lớp cao học khoá 14 - Tự động hoá - Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Công ty TNHH Công nghệ COSMOS Vĩnh Phúc Tôi cam đoan toàn nội dung luận văn làm theo định hƣớng giáo viên hƣớng dẫn, khơng chép ngƣời khác Các phần trích lục tài liệu tham khảo đƣợc luận văn Nếu có sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thanh Thúy Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC Nội dung Trang Trang bìa phụ LỜI NĨI ĐẦU i LỜI CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MUC CÁC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận văn Mục tiêu nghiên cứu Kết thực nghiệm luận văn Nội dung luận văn CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH GIẢN ĐỒ CƠNG NGHỆ CHO ĐỐI TƢỢNGTÍCH PHÂN QUÁN TÍNH BẬC HAI 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Mục đích yêu cầu điều khiển trình 1.2 Các thành phần hệ thống ĐKQT 10 1.2.1 Cấu trúc HT ĐKQT 10 1.2.2 Các thành phần hệ điều khiển q trình 11 1.3 Vai trò bình mức chứa cấp chất lỏng điều khiển trình 15 1.4 Mục tiêu nghiên cứu: 18 1.5 Dự kiến kết đạt đƣợc 18 1.6 Kết luận chƣơng 18 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv CHƢƠNG 2:MƠ TẢ TỐN HỌCCHO ĐỐI TƢỢNG TÍCH PHÂN 19 QUÁN TÍNH BẬC HAI 2.1 Khái qt chung 19 2.2 Mơ tả tốn học cho thành phần hệ thống điều khiển trình 2.2.1 Cấu trúc hệ điều khiển trình 21 2.2.2.Thiết bị đo 21 2.2.3 Thiết bị chấp hành 24 2.2.4 Hàm truyền mơ hình 28 2.3 Hàm truyền hệ thống 36 2.4 Kết luận: 36 21 CHƢƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨCĐỐI TƢỢNG TÍCH 37 PHÂNQUÁN TÍNH BẬC HAI 3.1 Giới thiệu chung 37 3.1.1 Bộ điều khiển PID 37 3.1.2 Chọn luật điều khiển PID: 40 3.2 Phƣơng pháp tối ƣu đối xứng 41 3.3 Thiết kế điều khiển mức cho lò 43 3.4 Kết luận chƣơng 45 CHƢƠNG 4: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG BẰNG MÔ PHỎNG MATLAB – SIMULINK VÀ THỰC NGHIỆM 4.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển cho đối tƣợng tích phân quán tính bậc hai 4.2 Đánh giá chất lƣợng hệ thống mô Matlab – Simulink 46 46 46 4.2.1 Cấu trúc mô phỏng: 46 4.2.2 Các kết mô phỏng: 47 4.3 Đánh giá chất lƣợng hệ thống thực nghiệm 47 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 4.3.1 Cấu hình thực nghiệm điều khiển mức trung tâm thí nghiệm: 47 4.3.2 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm: 49 4.3.3 Các kết thực nghiệm: 53 4.3.4 So sánh với kết mô phỏng: 53 4.4 Kết luận chƣơng 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 Kết luận: 55 Kiến nghị: 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ý NGHĨA KÝ HIỆU CV Biến cần điều khiển SP Giá trị đặt MV Biến điều khiển ĐKQT HTĐKQT PID PLC/DCS CPU PS Điều khiển trình Hệ thống điều khiển q trình Bộ điều khiển tỷ lệ, tích phân, vi phân Bộ điều khiển logic mờ/ Bộ điều khiển phân tán Khối xử lý trung tâm Khối nguồn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1: Quá loại trình phân biến trình Hình 1.2: Các thành phần hệ thống điều khiển trình 11 Hình 1.3: Sơ đồ khối vòng hệ thống điều khiển trình 11 12 Hình 1.5: Cấu trúc điều khiển phản hồi 13 14 Hình 1.7: Mơ hình tháp chƣng cất hai thành phần 16 Hình 1.8: Bình chứa chất lỏng biến trình 17 Hình 2.1: Sơ đồ khối vòng hệ thống điều khiển trình 21 22 Hình 2.3: Một số hình ảnh thiết bị đo cơng nghiệp Số hóa Trung tâm Học liệu 23 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii Hình 2.4: Cấu trúc thiết bị chấp hành 25 25 ều khiển Hình 2.7: Sơ đồ khối lò nhà máy nhiệt điện 27 30 Hình 2.8: Đặc tính động mức nƣớc bao thay đổi lƣu lƣợng nƣớc cấp Hình 2.9: Đặc tính động mức nƣớcbao theo lƣu lƣợng nƣớc cấp 32 33 Hình 3.1: Bộ điều khiển theo quy luật PID 37 Hình 3.2: Minh hoạ tƣ tƣởng thiết kế điều khiển PID tối ƣu đối xứng 41 Hình 3.3: Minh hoạ tƣ tƣởng thiết kế điều khiển PID tối ƣu đối xứng 43 Hình 3.4: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân quán tính bậc hai Hình 4.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân qn tính bậc hai Hình 4.2: Cấu trúc mô hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân qn tính bậc hai Hình 4.3: Kết mơ hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân qn tính bậc hai Hình 4.4: Mơ hình hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân quán tính bậc hai Hình 4.5: Giao diện hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân qn tính bậc hai Hình 4.6: Giao diện kết hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân qn tính bậc hai Hình 4.7: Kết hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân quán tính bậc hai Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 43 46 47 47 48 48 49 53 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài luận văn Các chi tiết khí đƣợc hình thành sau qua ngun cơng cần thiết phải qua nhiệt luyện tăng bền bề mặt mạ điện để bảo vệ bề mặt đồng thời tăng độ thẩm mỹ công nghiệp,…trong dây chuyền mạ điện, dung dịch mạ điện đảm bảo mức bể chứa trì nhiệt độ dung dịch Số lƣợng bình chứa dung dịch trung gian đƣợc sử dụng nhiều Nhƣ v Là học viên cao học K14TĐH đồng thời cán thuộc công ty TNHH Công nghệ COSMOS khu công nghiệp Khai Quang thành phố Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc: Chuyên sản xuất linh kiện xe máy (hiện phải thuê mạ điện bên ngoài), chủ trƣơng tới lắp đặt thêm dây chuyền mạ Tôi nhận thấy rằng, dây chuyền có ứng dụng lý thuyết điều khiển q trình nhiều cơng đoạn sản xuất Về mặt mơ hình hóa lý thuyết hay gọi mơ tả tốn học bể mạ dây chuyền đƣợc gọi khâu tích phân quán tính bậc hai.Tổng hợp điều khiển cho đối tƣợng tích phân – quán tính bậc hai bể dung dịch mạ ức nhiệt độ dung dịch cho toàn dây chuyền hoạt động nội dung cấp thiết đề tài Chính từ yêu cầu phục vụ sản xuất quan, lựa chọn đề tài:”Tổng hợp điều khiển cho đối tƣợng tích phân - quán tính bậc hai” Mục tiêu nghiên cứu - Từ cấu hình thực tế bể dung dịch dây chuyền, đƣợc mơ hình hóa thành đối tƣợng tích phân - qn tính bậc hai, sở lập đƣợc Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... thống điều khiển đối tƣợng tích phân qn tính bậc hai Hình 4.6: Giao diện kết hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân quán tính bậc hai Hình 4.7: Kết hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân quán tính. .. tính bậc hai; Chương 2: Mơ tả tốn học cho đối tƣợng tích phân quán tính bậc hai; Chương 3: Thiết kế điều khiểncho đối tƣợng tích phân quán tính bậc hai; Chương 4: Các kết mơ thực nghiệm cho đối. .. thống điều khiển đối tƣợng tích phân qn tính bậc hai Hình 4.1: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân qn tính bậc hai Hình 4.2: Cấu trúc mơ hệ thống điều khiển đối tƣợng tích phân