Đang tải... (xem toàn văn)
Hệ bồn nước đôi được hình thành với hệ thống van bơm và xả chất lỏng nhưng luôn giữ ổn định theo giá trị mức đặt trước,cột chất lỏng của hai bồn được duy trì ổn định. Để làm được điều này thì đòi hỏi phải điều khiển đóng mở các van để điều tiết lưu lượng dòng chảy cũng như điều khiển lưu lượng chất lỏng từ các van vào hệ thống bồn nước đôi, làm mức nước trong hai bồn luôn luôn giữ một giá trị đặt trước là không đổi. Việc điều khiển hệ thống này để giữ được mức chất lỏng trong hai bồn ổn định là tương đối khó,cần phải có sự điều khiển phối hợp giữa lưu lương các van ra và lưu lượng các van vào… Với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện nay thì có nhiều cách để điều khiển mức chất lỏng của hệ thống bồn nước đôi, nhưng theo đề bài ta sử dụng lần lượt các bộ điều khiển tương tự, bộ điều khiển số, và bộ điều khiển mờ để điều khiển. Công việc điều khiển được thục hiện mô phỏng trên Matlab, với công cụ là Simulink
LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng kiến thiết xây dựng đất nước nhà nước đạng bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, đại hóa đất nước với hội thuận lợi khó khăn thách thức lớn Điều đặt cho hệ trẻ chủ nhân tương lai đất nước nhiệm vụ nặng nề Sự phát triển nhanh chóng cách mạng khoa học kĩ thuật nói chung lĩnh vực điện – điện tử nói riêng làm cho mặt xã hội đất nước biến đổi ngày Để đáp ứng yêu cầu đó, chúng em chủ nhân tương lai đất nước cần có ý thức học tập nghiên cứu chun mơn trường đại học BKHN cách đắn sâu rộng Điều khiển – Đo lường ngành mới, có đà phát triển cách tích cực cơng nghiệp nước nhà, chúng em kỹ sư tương lai đất nước nghiên cứu ghế nhà trường ý thức cách rõ ràng Điều Khiển Tự Động Đồ án đề tài mà chúng em nghiên cứu nói lên phần vấn đề thiết kế mô hệ thống điều khiển Rất quan trọng hệ thống thiết bị công nghiệp Được giúp đỡ thầy môn đặc biệt thầy giáo hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án Qua em gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy mơn Trong q trình làm đồ án chúng em khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong góp ý thầy để đồ án chúng em hoàn thành tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhận xét giáo viên hướng dẫn : ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2019 Giáo Viên hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) Nhận xét giáo viên chấm : ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………….…………………….…………………… Thái Nguyên, Ngày Tháng Năm 2019 Giáo Viên chấm (Ký ghi rõ họ tên) Trang - - MỤC LỤC CHƯƠNG I: MÔ HÌNH HĨA HỆ THỐNG 1.2 MỤC TIÊU ĐIỀU KHIỂN Hiện nay, cơng nghiệp hóa lọc dầu, cơng nghiệp hóa chất, công nghiệp xử lý nước,sản xuất giấy, sản xuất điện năng…Vấn đề điều khiển mức, lưu lượng dòng chảy cần đáp ứng với độ xác cao để phục vụ trình sản xuất đạt hiệu tốt Chính vậy, vấn đề dặt đề tài điều khiển lưu lượng dòng chảy để ổn định mức chất lỏng với độ xác cao Với yêu cầu ứng dụng thực tế vậy, đề tài nghiên cứu đối tượng hệ bồn nước đơi Hệ bồn nước đơi hình thành với hệ thống van bơm xả chất lỏng giữ ổn định theo giá trị mức đặt trước,cột chất lỏng hai bồn trì ổn định Để làm điều đòi hỏi phải điều khiển đóng mở van để điều tiết lưu lượng dòng chảy điều khiển lưu lượng chất lỏng từ van vào hệ thống bồn nước đôi, làm mức nước hai bồn luôn giữ giá trị đặt trước không đổi Việc điều khiển hệ thống để giữ mức chất lỏng hai bồn ổn định tương đối khó,cần phải có điều khiển phối hợp lưu lương van lưu lượng van vào… Với phát triển kỹ thuật điều khiển tự động có nhiều cách để điều khiển mức chất lỏng hệ thống bồn nước đôi, theo đề ta sử dụng điều khiển tương tự, điều khiển số, điều khiển mờ để điều khiển Công việc điều khiển thục mô Matlab, với cơng cụ Simulink 1.1 MƠ HÌNH HĨA ĐỐI TƯỢNG Hình Mơ hình đối tượng Trang - - Bảng Các thông số đối tượng Trong đó: , :dung tích chất lỏng bình : lưu lượng vòi nước cấp trạng thái ổn định , q1,q2 :là độ thay đổi lưu lượng cấp vào bình 1, :là độ thay đổi lưu lượng chất lỏng hai bình độ thay đổi lưu lượng Các đại lượng coi nhỏ Ta biểu diễn không gian trạng thái hệ Với trạng thái đầu ra, q trạng thái đầu vào Giả thiết hệ thống tuyến tính ( dòng chảy phân tầng chảy rối tuyến tính hố) lưu lượng vào trừ lưu lượng khoảng thời gian dt thể tích tăng thêm bình (1) (2) Ta xét van : Theo định nghĩa độ cản : Độ cản van hay ống nhỏ có chất lỏng chảy qua dược định nghĩa tỉ số thay đổi khác biệt mức chất lỏng độ thay đổi lưu lượng qua van Khi chất lỏng chảy phân tầng , đại lượng độ cản van định nghĩa điện trở kỹ thuật điện Trang - - Do đó: (*) Thay (*) vào (1) (2) ta được: (I) Định nghĩa biến trạng thái sau: Các biến đầu vào : Các biến : Thay biến vào hệ (I) ta được: (I’) Viết dạng ma trận ta có: Tính thơng số: Trang - - Thay số ta : 1.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh Falb-Wolovich cho đối tượng MIMO trên: 1.2.1Nội dung phương pháp: Hình Tác dụng điều khiển tách kênh Để điều khiển tách kênh, ta phải xác định điều khiển R M hình trên, cho đầu phụ thuộc vào với i=1,2,3, ,m Sự phụ thuộc mơ tả miền thời gian phương trình vi phân bậc hệ số hằng: Trong tham số tự chọn tùy ý théo chất lượng đặt trước kênh Nói cách khác, nhiệm vụ thiết kế đặt phải xác định hai điều khiển tĩnh R M để với hệ kín có ma trận truyền đạt dạng đường chéo: Trang - - Với phần tử hàm truyền có dạng: 1.2.2 Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái tách kênh Falb-Wolovich cho đối tượng MIMO sau: Trước hết ta xác định bậc tương đối hệ vậy Tiếp theo ta tính : Bây ta chọn số với điều kiện khơng có sai lệch tĩnh kênh ổn định: Chọn Với tham số chọn ta có : Trang - - để Suy điều khiển cần tìm là: 1.3 MƠ PHỎNG KIỂM CHỨNG : Với A, B, C ma trận: , Hình Sơ đồ mơ đối tượng simulink , , , Giả sử cho tín hiệu đầu vào là: Tín hiệu step: Biên độ=2, thời gian 1s Tín hiệu step1: Biên độ=1, thời gian 5s Chạy mơ ta có đáp ứng hệ sau: Trang - - Hình Giả sử ta thay đổi tín hiệu đầu vào giữ nguyên tín hiệu đầu vào 2: Tín hiệu step : Biên độ =3 , thời gian 1s Tín hiệu step1: Biên độ=1, thời gian 5s Chạy mơ phỏng, ta có đáp ứng hệ sau: Hình Nhận xét : Khi ta thay đổi tín hiệu đầu vào hệ tín hiệu thay đổi tín hiệu giữ ngun trạng thái Trang - - Giả sử ta thay đổi tín hiệu đầu vào giữ nguyên tín hiệu đầu vào 1: Tín hiệu step : Biên độ =2 , thời gian Tín hiệu step1: Biên độ=3, thời gian 5s Chạy mơ phỏng, ta có đáp ứng hệ sau: Hình Nhận xét: Qua mơ ta thấy ta thay đổi tín hiệu đầu vào hệ tín hiệu đầu thay đổi tín hiệu đầu giữ ngun trạng thái Kết luận: Vậy ta thiết kế điều khiển tách kênh Khi hệ kín có ma trận truyền đạt dạng đường chéo: Với : 10 Trang - 10 - Hình 52Hàm liên thuộc đầu vào1 Tập mờ đầu vào thứ hai IET={AL,AN,Z,DN,DL} tương ứng âm lớn , âm nhỏ,zero,dương nhỏ dương lớn Hình 53Hàm liên thuộc đầu vào2 Tập mờ đầu UT={AL,AN,Z,DN,DL} tương ứng âm lớn , âm nhỏ,zero,dương nhỏ dương lớn 40 Trang - 40 - Hình 54Hàm liên thuộc đầu Luật hợp thành ET A L A L L N L N L A A A Z D D N D N D N Z N Z Z Z L A N A L L Có 25 mệnh đề hợp thành thể Ta có quan hệ vào BĐK : Trang - 41 - D L D Bảng 3Luật hơp thành 41 D L D D L D N N A D N N D L A L L D A L A Z IET Z N A A A D L Hình 55Quan hệ vào Hình 56 CHƯƠNG III: MƠ PHỎNG KIỂM CHỨNG 3.1 SO SÁNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN 42 Trang - 42 - 3.1.1 Bộ điều khiển đối tượng 1: Sơ đồ mơ phỏng: Hình 57So sánh điều khiển đối tượng 43 Trang - 43 - Hình 58 Kết mơ Nhận xét: Qua mơ ta thấy đường đặc tính điều khiển gần chùng khớp với Các điều khiển thiết kế gần sát vời điều khiển lý tưởng phù hợp với lý thuyết yêu cầu thiết kế điều khiển 3.1.2 Bộ điều khiển đối tượng 2: Sơ đồ mô phỏng: 44 Trang - 44 - Hình 59So sánh điểu khiển đối tượng Kết mô matlab: 45 Trang - 45 - Hình 60 Kết mơ Nhận xét: Qua mơ ta thấy đường đặc tính điều khiển gần chùng khớp với Các điều khiển thiết kế gần sát vời điều khiển lý tưởng phù hợp với lý thuyết yêu cầu thiết kế điều khiển 3.2 KHẢO SÁT NHIỄU TÁC ĐỘNG TỚI CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MATLAB 46 Trang - 46 - 3.2.1 Bộ điều khiển 1: 3.2.1.1 Nhiễu đầu vào đối tượng1: Sơ đồ cấu trúc : F1(s) U1 Y1 (-) Hình 61Nhiễu đầu vào đối tượng1 Nhiễu có dạng xung chữ nhật có dạng sau: Mơ kiểm chưng matlab: Hình 62 Sơ đồ mơ nhiễu tác động đầu vào đối tượng Kết mơ phỏng: 47 Trang - 47 - Hình 63Kết mô nhiễu đầu vào đối tượng Nhận xét: -Các điều khiển chịu tác động nhiễu dạng xung chữ nhật Tuy nhiên sau thời gian có tác động điều khiển kéo đối tượng vùng ổn định, thời gian đưa bđk làm việc giá trị đặt la 0.02 giay nằm phạm vi cho phép Vậy điều khiển có tác dụng nhiễu tác động ,có khả hoạt động có nhiễu đầu vào F1 (s ) U(s) Y1 U1 (-) 3.2.1.2 Nhiễu tác động đầu đối tượng: Hình 64 Nhiễu tác động đầu đối tượng Nhiễu có dạng xung chữ nhật có dạng sau: 48 Trang - 48 - Mô kiểm chưng matlab: Sơ đồ mơ phỏng: Hình 65Sơ đố nhiễu tác động đầu đôi tượng Kết mơ matlab: 49 Trang - 49 - Hình 66 Kết mô nhiễu đầu đối tượng Nhận xét: -Nhìn vào kết mơ ta thấy điều khiển số điều khiển lý tưởng có đáp ứng tốt nhiễu phụ tải tác động.lượng điều chỉnh tăng nhiễu sau 0.01 giây bđk đưa đối tượng làm việc giá trị đặt - Với mờ tĩnh mờ động nhiễu làm lượng điều chỉnh tăng.Nhưng phải sau 0.02s bđk đưa đối tượng làm việc giá trị đặt 3.2.2 Bộ điều khiển 2: 3.2.2.1 Nhiễu đầu vào đối tượng: Sơ đồ cấu trúc : F2(s) U2 (-) Hình 67 Nhiễu đầu vào đối tượng 50 Trang - 50 - Y2 Nhiễu có dạng xung chữ nhật có dạng sau: Mơ kiểm chưng matlab: Hình 68 Sơ đồ nhiễu tác động đầu vào đối tượng Kết mô phỏng: 51 Trang - 51 - Hình 69 Kết mơ nhiễu đầu vào đối tượng Nhận xét: -Các điều khiển chịu tác động nhiễu dạng xung chữ nhật Tuy nhiên sau thời gian có tác động điều khiển kéo đối tượng vùng ổn định, thời gian đưa bđk làm việc giá trị đặt la 0.02 giay nằm phạm vi cho phép Vậy điều khiển có tác dụng nhiễu tác động ,có khả hoạt động có nhiễu đầu vào F2 (s ) U(s) Y2 U2 (-) 3.2.2.2 Nhiễu tác động đầu đối tượng: Nhiễu có dạng xung chữ nhật có dạng sau: 52 Trang - 52 Hình 70 Nhiễu tác đơng đầu đối tượng Mơ kiểm chưng matlab: Hình 71Sơ đô mô nhiễu tác động đầu đối tượng Kết mô phỏng: 53 Trang - 53 - Hình 72 Kết mơ nhiễu đầu đối tượng Nhận xét: -Nhìn vào kết mơ ta thấy điều khiển số điều khiển lý tưởng có đáp ứng tốt nhiễu phụ tải liên tục tác động.lượng điều chỉnh tăng nhiễu sau 0.01 giây bđk đưa đối tượng làm việc giá trị đặt - Với mờ tĩnh mờ động nhiễu làm lượng điều chỉnh tăng.Nhưng phải sau 0.02s bđk đưa đối tượng làm việc giá trị đặt 3.3 Kết luân : Sau thiết kế điều khiển cho đối tượng khảo sát đặc tính đáp ứng đầu khơng có nhiễu có nhiễu tác động thơng qua mơ phỏng, ta thấy, điềukhiển tương tự số có khả làm việc môi trường nhiễu cho đáp ứng ổn định, sai lệch tĩnh nhỏ Bộ điều khiển mờ tác động nhanh nhiên thời gian xác lập lâu khả chịu ảnh hưởng nhiễu nhiều Do vậy, tùy đối tượng mà ta lựa chọn điều khiển cho phù hợp, với hệ thống khơng cần tính xác cao điều khiển mờ ưu thế, nhiên ta thường sử dụng điều khiển tương tính ổn định chịu ảnh hưởng nhiễu Tài liêu tham khảo : [1] Lý thuyết điều khiển tuyến tính_Ngun Dỗn Phước [2] Modern_Control_Engineering Ogata_3rd_Edition_ THE END 54 Trang - 54 - ... nước đôi, theo đề ta sử dụng điều khiển tương tự, điều khiển số, điều khiển mờ để điều khiển Công việc điều khiển thục mô Matlab, với công cụ Simulink 1.1 MƠ HÌNH HĨA ĐỐI TƯỢNG Hình Mơ hình đối tượng. .. Falb-Wolovich cho đối tượng MIMO trên: 1.2.1Nội dung phương pháp: Hình Tác dụng điều khiển tách kênh Để điều khiển tách kênh, ta phải xác định điều khiển R M hình trên, cho đầu phụ thuộc vào... đối tượng hệ bồn nước đơi Hệ bồn nước đơi hình thành với hệ thống van bơm xả chất lỏng giữ ổn định theo giá trị mức đặt trước,cột chất lỏng hai bồn trì ổn định Để làm điều đòi hỏi phải điều khiển