BÁO CÁO CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

Khảo sát các đặc tính của khâu động học cơ bản 2 1.1. Khâu quán tính bậc nhất 2 1.1.1. K =20; T =50 2 1.1.2. K =20; T =100 3 1.2. Khâu bậc hai 4 1.2.1. K =20; T =10; zeta =0 4 1.2.2. K =20; T =10; zeta =0.25 6 1.2.3. K =20; T =10; zeta =0.5 7 1.2.4. K =20; T =10; zeta =0.75 9 1.2.5. K =20; T =10; zeta =1 11 2. Khảo sát đặc tính của hệ thống 13 2.1. Tìm hàm truyền tương đương của hệ thống 13 2.2. Tìm hàm truyền tươngKhảo sát các đặc tính của khâu động học cơ bản 2 1.1. Khâu quán tính bậc nhất 2 1.1.1. K =20; T =50 2 1.1.2. K =20; T =100 3 1.2. Khâu bậc hai 4 1.2.1. K =20; T =10; zeta =0 4 1.2.2. K =20; T =10; zeta =0.25 6 1.2.3. K =20; T =10; zeta =0.5 7 1.2.4. K =20; T =10; zeta =0.75 9 1.2.5. K =20; T =10; zeta =1 11 2. Khảo sát đặc tính của hệ thống 13 2.1. Tìm hàm truyền tương đương của hệ thống 13 2.2. Tìm hàm truyền tương

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC BÁO CÁO CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Giảng viên : Bùi Ngọc Pha Sinh viên thực : Lâm Quốc Anh Lớp : HC16MB MSSV : 1652017 Ngành : Quá trình thiết bị 2018 – 2019 Mục Lục KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TÍNH CỦA KHÂU ĐỘNG HỌC CƠ BẢN 1.1 Khâu quán tính bậc Cho bảng số liệu nghiệm thu từ Cho tham số K =20; T =50 K =20; T =100 1.1.1 K =20; T =50 >> num=20 num = 20 >> den=[50 1] den = 50 >> w=tf(num,den) w= 20 -50 s + Continuous-time transfer function >> step(w) >> hold on >> impulse(w) >> grid on >> text(0,20,'K=20') >> text(50,0,'T=50') >> Hình 1.1 Đặc tính miền thời gian khâu quán tính bậc K =20, T =50 1.1.2 K =20; T =100 >> num=20 num = 20 >> den=[100 1] den = 100 >> w=tf(num,den) w= 20 100 s + Continuous-time transfer function >> step(w) >> hold on >> impulse(w) >> grid on >> text(0,20,'K=20') >> text(100,0,'T=100') >> Hình 1.2 Đặc tính miền thời gian khâu quán tính bậc K =20, T =100 1.2 Khâu bậc hai Cho tham số K =20, T =10, zeta =0; 0.25; 0.5; 0.75; 1.2.1 K =20; T =10; zeta =0 >> num=20 num = 20 >> den=[10^2 2*0*10 1] den = 100 >> w=tf(num,den) w= 20 100 s^2 + Continuous-time transfer function >> step(w) >> hold on >> impulse(w) >> grid on >> Hình 1.3 Đặc tính miền thời gian khâu bậc hai K =20; T =10; zeta =0 Dùng Simulink: 1.2.2 K =20; T =10; zeta =0.25 >> num=20 num = 20 >> den=[10^2 2*0.25*10 1] den = 100 >> w=tf(num,den) w= 20 100 s^2 + s + Continuous-time transfer function >> step(w) >> hold on >> impulse(w) >> grid on >> Hình 1.4 Đặc tính miền thời gian khâu bậc hai K =20; T =10; zeta =0.25 Dùng Simulink: 1.2.3 K =20; T =10; zeta =0.5 >> num=20 num = 20 >> den=[10^2 2*0.5*10 1] den = 100 10 >> w=tf(num,den) w= 20 -100 s^2 + 10 s + Continuous-time transfer function >> step(w) >> hold on >> impulse(w) >> grid on >> Hình 1.5 Đặc tính miền thời gian khâu bậc hai K =20; T =10; zeta =0.5 Dùng Simulink: 1.2.4 K =20; T =10; zeta =0.75 >> num=20 num = 20 >> den=[10^2 2*0.75*10 1] den = 100 15 >> w=tf(num,den) w= 20 -100 s^2 + 15 s + Continuous-time transfer function >> step(w) >> hold on >> impulse(w) >> grid on Hình 1.6 Đặc tính miền thời gian khâu bậc hai K =20; T =10; zeta =0.75 Dùng Simulink: 10 2.2.3 K =20 >> G1=tf(20,[1 2]) G1 = 20 s+2 Continuous-time transfer function >> G2=tf(1,conv([0.5 1],[1 1])) G2 = 0.5 s^2 + 1.5 s + Continuous-time transfer function >> G3=tf(1,[0.005 1]) G3 = 0.005 s + Continuous-time transfer function >> G=feedback(G1*G2,G3) G= 0.1 s + 20 -0.0025 s^4 + 0.5125 s^3 + 2.52 s^2 + 4.01 s + 22 Continuous-time transfer function >> step(G) >> hold on >> impulse(G) >> grid on >> 17 Hình 2.3 Đặc tính miền thời gian hệ với K =20 Nhận xét: + Với K=8: đồ thị hàm độ hàm trọng lượng dao động kéo thẳng dần thời gian tăng lên + Với K=17.564411: hàm độ hàm trọng lượng dao động liên tục hình sin theo thời gian vô tận + Với K=20: hàm độ hàm trọng lượng đường thẳng song song với trục hoành bắt đầu dao động t = 700 ngày mạnh thời gian tăng lên vô Cường độ dao động hàm trọng lượng mạnh hàm độ HIỆU CHỈNH BỘ PID - Hàm truyền PID - Hàm truyền đối tượng Số cuối MSSV KPID Ti Td KDT T1 T2 10 70 200 40 18 Hệ thống mô lại MATLAB SIMULINK: Hình 3.1 Sơ đồ điều khiển PID Với số liệu ban đầu (KPID =10; Ti =70; Td =5) kết thu sau: Hình 3.2 Tín hiệu thu từ thông số ban đầu Quan sát đồ thị ta xác định độ vọt lố POT =7.2%, thời gian đạt giá trị cân txl = 250 (đơn vị thời gian) sai số xác lập E =0 Vậy ta hiệu chỉnh K, Ti, Td cho thời gian đạt gái trị cân độ vọt lố giảm 19 Bộ điều khiển sau hiệu chỉnh: Hình 3.3 Sơ đồ điều khiển PID hiệu chỉnh Hiệu chỉnh: K =5.78, Ti =243.9, Td =1.73×103 Ta có kết đồ thị bên với độ vọt lố POT =0%, thời gian đạt giá trị set-point vào khoảng 49.2 với sai số xác lập xấp xỉ Hình 3.4 Tín hiệu thu từ thơng số điều chỉnh 20 ỨNG DỤNG SIMULINK ĐỂ TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 4.1 Mục đích Thiết kế hệ thống điều khiển cho caloriphe sử dụng để đốt nóng khơng khí trước đưa vào buồng sấy cách sử dụng chất tải nhiệt nước từ nồi cơng nghiệp có lưu lượng G S, áp suất PS, nhiệt độ đốt t h nhiệt độ nước ngưng tụ tN Khơng khí vào caloriphe khơng khí ngồi trới có nhiệt độ t kk1, độ ẩm φ1, lưu lượng Gkk1 Nhiệt độ khơng khí sau khỏi caloriphe t kk2 cần đảm bảo nhiệt độ ổn định giá trị chủ đạo tsp Sơ đồ quy trình cơng nghệ Hình 4.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 4.2 Mục đích điều khiển biến trình Mục đích điều khiển ổn định nhiệt độ khơng khí nóng tsp trước vào buồng sấy Đảm bảo khơng khí nóng đủ nhiệt độ (không thừa không thiếu) để sấy vật liệu đến u cầu đầu Nhiệt độ khơng khí nóng định nhiệt trao đổi caloriphe Các biến trình bao gồm: - Biến đầu vào: GS, PS, th, tkk1, φ1, Gkk1 Trong : + Biến điều khiển Gs + Biến nhiễu là: Ps, th, tkk1, φ1, Gkk1 - Biến đầu ra: tN tkk2 Trong đó: + Biến cần điều khiển tkk2 + Biến không cần điều khiển tN 21 4.3 Sách lược điều khiển - Các sách lược điều khiển áp dụng hệ thống bao gồm: Điều khiển phản hồi Điều khiển truyền thẳng Điều khiển tỷ lệ Điều khiển tầng Trong sách lược điều khiển trên, sách lược điều khiển phản hồi sách lược điều khiển hợp lý với hệ thống vì: - Sách lược điều khiển truyền thẳng có nhược điểm là: đáp ứng khơng xác chất lượng thấp, thiết lập công thức điều khiển phức tạp có nhiều biến - nhiễu Khi áp dụng sách lược điều khiển tỷ lệ, yêu cầu phải trì nhiệt độ khơng khí - đầu vào nhiệt độ định Sử dụng sách lược điều khiển tầng, tối ưu phức tạp nên áp dụng việc áp dụng sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn khơng hiệu  Tóm lại áp dụng sách lược điều khiển phản hồi đáp ứng tương đối xác khơng phức tạp Sơ đồ khối thể nguyên lý điều khiển: Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển Lưu đồ điều khiển P&ID: 22 Hình 4.3 Lưu đồ điều khiển P&I 23 4.4 Thiết kế hệ thống điều khiển phản hồi Bảng 4.3 Bảng số liệu ghi nhận theo dõi diễn biến nhiệt độ theo thời gian 24 Bảng 4.3a Bảng số liệu xử lý đưa biến chênh lệch - Xác định hàm truyền hệ thống: Từ bảng số liệu vẽ đồ thị ∆T theo thời gian t ta nhận thấy hệ xấp xỉ hệ quán tính bậc có trễ nên hàm truyền hệ thống là: Trong đó: K hệ số khuếch đại  thời gian trễ T thời 25 Hình 4.3 Đồ thị hệ qn tính bậc hệ thống xét Từ đồ thị ta xác định được: K =50; thời gian trễ  =4 phút =240 giây; thời T =8 phút =480 giây Suy hàm truyền hệ thống là: 4.5 Hệ thống điều khiển 4.5.1 Bộ điều khiển ON/OFF Hình 4.4 Bộ điều khiển ON/OFF cho hệ thống 26 - Mô tả giá trị nhập: Step: Final value = 50 Relay: Switch on point = 1; Switch off point = -1 (switch on point ySP – - y(t) > 1: ON; switch off point ySP – y(t) < -1: OFF) Transfer Fcn: Numerator coefficients = [50]; Denominator coefficients = [480 - 1] Transport Delay: Time Delay = 240 Kết Scope: - Hình 4.5 Đồ thị kết điều khiển ON/OFF Độ vọt lố POT = Thời gian xác lập txl = 3300s ( Hệ đạt 99% giá trị xác lập) Sai số xác lập exl = 4.5.2 Bộ điều khiển P Hình 4.6 Bộ điều khiển P - Mô tả giá trị nhập: Step: Final value = 50 P(s) Controller: Proportional = 0.048 27 - - Transfer Fcn: Numerator coefficients = [50]; Denominator coefficients = [480 1] - Transport Delay: Time Delay = 240 Kết Scope: Hình 4.7 Đồ thị kết điều khiển P - Độ vọt lố POT% = Thời gian xác lập txl = 4000s (Hệ đạt 99% giá trị xác lập) Sai số xác lập exl = 50-36= 14 4.5.3 Bộ điều khiển PI Hình 4.8 Kết điều khiển PI Mơ tả giá trị nhập: - - Step: Final value = 50 PI controller: Proportional = 0.022508; Integral = 4.7967×10-5 Transfer Fcn: Numerator coefficients = [50]; Denominator coefficients = [480 1] - Transport Delay: Time Delay = 240 Kết Scope: 28 Hình 4.9 Đồ thị kết điều khiển PI - Độ vọt lố POT% = = 8% Thời gian xác lập txl = 2300s (Hệ đạt 99% giá trị xác lập) Sai số xác lập exl = 4.5.4 Bộ điều khiển PID Hình 4.10 Sơ đồ điều khiển PID Mô tả giá trị nhập: - Step: Final value = 50 PID controller: Proportional = 0,022508; Integral = 4.7967x10 -5; Derivative = - 0.65257 Transfer Fcn: Numerator coefficients = [50]; Denominator coefficients = [480 - 1] Transport Delay: Time Delay = 240 Kết Scope: 29 Hình 4.11 Đồ thị kết điều khiển PID - Độ vọt lố POT% = - Thời gian xác lập txl = 2000s (Hệ đạt 99% giá trị xác lập) - Sai số xác lập exl =  Nhận xét điều khiển: Bảng: So sánh điều khiển Bộ điều khiển Độ vọt lố (%) Thời gian xác lập(s) Sai số xác lập ON/OFF 3300 P 55.55 4000 17 PI 2300 PID 2000 - Bộ điều khiển ON/OFF có ưu điểm khơng vọt lố khơng có sai số xác lập, - thời gian xác lập lâu Bộ điều khiển P có thơng số: đô vọt lố, thời gian xác lập, sai số xác lập - lớn Không nên sử dụng Bộ điều khiển PI: không vọt lố, không sai số xác lập, thời gian xác lập nhanh - gấp đôi ON/OFF Bộ điều khiển PID: có độ vọt lố nhỏ không đáng kể hệ thống truyền nhiệt, thời gian xác lập 1/3 ON/OFF nhanh 34,4% so với PI Đây điều khiển tốt  Giải thích ý nghĩa số P, I, D: - Thành phần tỷ lệ P: giá trị P lớn làm giảm sai số xác lập exl P lớn làm hệ ổn định trường hợp điều khiển P, chí khơng thể 30 đạt giá trị set-point Ngồi ra, chưa có vọt lố (hoặc khơng đáng kể) tăng tiếp P làm cho thời gian vọt lố t xl giảm Thành phần tích phân I: giúp triệt tiêu sai số xác lập, giá trị I tăng hệ xuất vọt lố hệ thống ổn định Vì điều khiển PI PID có thêm giá trị I làm cho đồ thị đạt giá trị setpoint = 50 so với P Và ta điều chỉnh giá trị I vừa đủ lớn để - hạn chế vọt lố Thành phần vi phân D: giá trị D lớn làm hệ chậm ổn định đồng thời giảm vọt lố Do đó, PID mượt hơn, thời gian xác lập nhanh PI 31 ... cần điều khiển tN 21 4.3 Sách lược điều khiển - Các sách lược điều khiển áp dụng hệ thống bao gồm: Điều khiển phản hồi Điều khiển truyền thẳng Điều khiển tỷ lệ Điều khiển tầng Trong sách lược điều. .. nhiệt độ ổn định giá trị chủ đạo tsp Sơ đồ quy trình cơng nghệ Hình 4.1 Sơ đồ quy trình cơng nghệ 4.2 Mục đích điều khiển biến q trình Mục đích điều khiển ổn định nhiệt độ khơng khí nóng tsp trước... thị kết điều khiển PID - Độ vọt lố POT% = - Thời gian xác lập txl = 2000s (Hệ đạt 99% giá trị xác lập) - Sai số xác lập exl =  Nhận xét điều khiển: Bảng: So sánh điều khiển Bộ điều khiển Độ