Mô hình hóa hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng.

Đề tài “ Mô hình hóa hệ điều khiển lưu lượng chất lỏng“quan tâm từ việc tính toán các thông số đầu vào và ra, dựa trên đó để xây dựng các mô phỏng, thực hiện phần điều khiển, viết các chương trình điều khiển nhằm đưa ra hàm truyền và thực hiện mô hình hình hóa matlap Simulink dưa trên trên các thông số thực tế từ đó giải quyết các bải toán ứng dụng thực tế và các giả thiết yêu cầu. Mô hình được đưa ra để điều khiển lưu lượng chất lỏng dựa trên điều khiển tốc độ bơm thông qua điều khiển động cơ DC.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ  Báo Cáo Thực Hành Bài Tập Lớn Về CƠ ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG CHẤT LỎNG Giáo viên hướng dẫn: Khổng Minh Sinh viên thực hiện: Khổng Ngọc Thọ Mã sinh viên:1141020146 Hà Nội 11-2018 Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Khổng Minh - Giảng viên Bộ môn Cơ điện tử 1- trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội người tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt trình làm đề tài Trong thời gian làm tập lớn điều khiển lưu lượng chất lỏng, nhóm chúng em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy Khổng Minh bạn bè lớp giúp chúng em hoàn thành tiến độ Tuy nhiên kiên thức hạn chế nên khó tránh sai xót Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội nói chung, thầy Bộ mơn Cơ điện tử Trường nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương môn chuyên ngành, giúp chúng em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ chúng em suốt trình học tập Hà Nội, ngày … tháng… năm… Nhóm sinh viên Khổng Ngọc Thọ Nguyễn Đắc Thức Lê Văn Thực Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page MỤC LỤC Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page TỔNG QUAN Mục đích đề tài Đề tài “ Mơ hình hóa hệ điều khiển lưu lượng chất lỏng“quan tâm từ việc tính tốn thơng số đầu vào ra, dựa để xây dựng mô phỏng, thực phần điều khiển, viết chương trình điều khiển nhằm đưa hàm truyền thực mơ hình hình hóa matlap Simulink dưa trên thơng số thực tế từ giải bải toán ứng dụng thực tế giả thiết yêu cầu Tóm tắt đề tài Mơ hình đưa để điều khiển lưu lượng chất lỏng dựa điều khiển tốc độ bơm thông qua điều khiển động DC Lưu lượng đầu máy bơm qin dẫn đến bể chứa Lưu lượng chất lỏng chảy khỏi van q0 Cảm biến đo lưu lượng đăt vào đầu sau van Hình 1: Mơ hình điều khiển lưu lượng chất lỏng Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page Dựa việc tính tốn mơ để tìm thơng số đầu vào đầu ra, từ đánh giá lại hệ thống xem có đáp ứng yêu cầu đề hay không Ứng dụng đề tài: Mơ hình tìm hiểu đa ứng dụng số lĩnh vực như: - Điều chỉnh lượng dầu, xăng trạm đổ xăng nhà máy lọc dầu - Điều chỉnh lượng nước vào tuabin nhà máy thủy điện Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page - Điều chỉnh nước bơm vào chai nhà máy sản xuất nước hóa chất - Bơm dầu, nhiên liệu oto, xe máy Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page Các từ khóa tìm kiếm - Control liquid flow with PID - Motor Pump water - Control motor Pump - Tank and Valve - Điều khiển bơm - Điều khiển lưu lượng với phương pháp Zeiler-Nichols Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page Tổng quan hệ thống điều khiển lưu lượng Khái niệm lưu lượng đo lưu lượng 1.1 5.1.1 Khái niệm Lưu lượng qua mặt cắt ngang dòng dẫn ống dẫn đại lượng đo thể tích chất lỏng qua óng dẫn dòng dẫn đơn vị thời gian Vd: lưu lượng thể tích Q (m3 /giờ, m3/s ) Lưu lượng khối G (kg/giờ, kg/s, ) Lưu lượng trung bình chảy qua thời gian là: Trong thể tích khối lượng chất lỏng chảy qua thời gian Lưu lượng tức thời xác định theo công thức : Đo lưu lượng thực chất ta xác định lưu lượng chảy qua ống dẫn dòng dẫn đơn vị thời gian Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page Để đo lưu lượng người ta dùng lưu lượng kế Tùy thuộc vào tính chất chất lưu mà người ta chọn lưu kế thích hợp Nguyên lý đo thường dựa trên: thể tích lưu chất chảy qua đơn vị thời gian, vận tốc dòng chảy, độ giảm áp giữu đầu ống dẫn Các phương pháp đo Phương pháp đo trọng lượng 2.1.1 Phương pháp đo trọng lượng cho giá trị lưu lượng trung bình khoảng thời gian làm đầy bể, có độ xác cao số phương pháp đo lưu lượng Có thể áp dụng hai phương pháp đo trọng lượng sau đây: a) Đo trọng lượng tĩnh: chuyển dòng chảy vào khỏi thùng cân trọng lượng; b) Đo trọng lượng động: dòng chảy chuyển qua thùng đo liên tục, trọng lượng nước chảy qua cân nhanh 2.1.2 Các sai số đo sau ảnh hưởng tới kết khảo nghiệm theo phương pháp đo trọng lượng: a) Sai số đo thời gian nước chảy đầy bể; b) Nhiệt độ chất lỏng; c) Sai số liên quan tới việc dịch chyển dòng chảy vào khỏi thùng đo (phương pháp đo tĩnh) hay tượng động lực thời gian cân (phương pháp đo động); d) Sai số số đọc máy; Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 10 1.3.3 Thơng số kĩ thuật: Trích :T122_CONTENTS PUMPS (www.clarksol.com) Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 30 Nhóm báo cáo chọn loại bơm :NH-5PX-D (12-24Vdc/17W) Ta có bảng quan hệ tốc bơm chiều cao : Bảng quan hệ tốc bơm chiều cao Kết luận :Dựa vào bảng thông số chọn Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 31 Thống số kĩ thuật: Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 32 Trích từ:PAN WORLD (link: http://www.panworldpump.com/products_show.php?sn=61 ) Chọn động DC Brushless : DC motor 51*73 ( Baureihe 1.13.044.002) Link: ( https://www.buehlermotor.com/fileadmin/user_upload/stock_service/d atasheets/DC-Motor_51x73 1.13.044.0XX.pdf ) Các thông số động cần quan tâm cho trình mơ : Thơng số động cần quan tâm cho q trình mơ 1.4 Chọn cảm biến đo lưu lượng YF S-401 hoạt động dựa nguyên lý hall Với cấu tạo gồm thân van nhựa, cụm roto cảm biến hall Roto từ quay,, tốc độ quay thay đổi, cảm biến hall tạo xung tương ứng Tín hiệu đưa trở lại điều khiển xác định lưu lượng dòng chảy Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 33 Công thức lưu lượng: Chú thích: Q: lưu lượng (l/phút) F: tần số (Hz) 7,5: số chuyển đổi cảm biến Thông số cảm biến Link: http://likien.vn/san-pham/cb-luu-luong-nuoc-yf-s401.html? fbclid=IwAR2C9-cBcURRQsT2NKRpAvFvs7vi6V1lWn0KoNGxM6cHK2KhLayT5TNy9o Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 34 1.5 Mô hệ thống SIMULINK: Các thông số cần để mô phỏng: +Động : J(kg.)=103*; b(N.m.s)=0; Ke=Kt=0,05; R()=4,3 L(H)=1,5*; +Bể: A=0,5; Rf=0,5 s/; +Kf=5,968*[/rad] Kf tính từ cơng thức sau: Ta có f=4000v/p=66,6v/s T==0,015 Sr = Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 35 Từ (7) ta có: 2,5*=Kf* Kf=5,968*[/rad] +Ta coi hàm truyền cảm biến giá trị 1.6 Xây dựng mô hình điều khiển PID Sơ đồ khối chung hệ thống Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 36 1.6.1 Hệ thống khơng có điều khiển Như thấy hình, kết khơng có điều khiển PID đơn giản đáp ứng bước hệ thống Tín hiệu thấp so với tín hiệu đặt Từ biểu đồ, áp dụng phương pháp Zeigler-Nichols: Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 37 Từ hình ta chọn tương đối thơng số K,,: K=1,2*;=0,2;,=1,3; Ta có :=;=;=*; Thay vào ta tìm thông số: Điều khiển khâu P:=541666,6667; Điều khiển khâu PI:=487500;=727611,9; Điều khiển khâu PID: =650000;=1625000;=65000; Tuy nhiên thông số tính chưa thực tốt dựa vào để hiệu chỉnh theo yêu cầu Link:( https://www.youtube.com/watch?v=37EdWnIFiWg&t=328s ) 1.6.2 Bộ điều khiển sử dụng khâu tỷ lệ P Ta điều chỉnh thông số khâu P theo thơng số tính : Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 38 Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 39 Kết luận : Với điều chỉnh hệ thống khâu tỷ lệ P=541666,6667 , hệ thống chưa có vọt lố hệ thống đáp ứng sau 0,4s ,hệ thống đạt giá trị xác lập 0,866.Chưa thỏa mãn yêu cầu đề Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 40 1.6.3 Bộ điều khiển sử dụng khâu PI Ta điều chỉnh thông số khâu PI tính: Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 41 Kết luận : Khi đặt P=487500;I=727611,9 hệ thống đạt giá trị đặt thời gian xác lập lớn 4s,và khơng có vọt lố.Chưa đạt u cầu đặt 1.6.4 Bộ điều khiển sử dụng PID Ta điều chỉnh thơng số khâu PID tính: Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 42 Kết luận : Với thông số P=650000,I=1625000,D=65000 hệ thống đạt thời gian xác lập yêu cầu giá trị đặt,và khơng có vọt lố.Đáp ứng u cầu đặt ra.’ Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 43 Danh mục tài liệu tham khảo Control tutorials for matlap and simulink-Motor speed:system moderling Water Level Controlling System Using Pid Controller: Beza Negash Getu Link:(http://www.maybomthuyluc.com/tai-lieu/cong-thuc-tinh-bomthuy-luc-va-moto.html) Trích :T122_CONTENTS PUMPS (www.clarksol.com) Trích từ:PAN WORLD (link: http://www.panworldpump.com/products_show.php?sn=61 ) Link: ( https://www.buehlermotor.com/fileadmin/user_upload/stock_service/d atasheets/DC-Motor_51x73 1.13.044.0XX.pdf ) Link: http://likien.vn/san-pham/cb-luu-luong-nuoc-yf-s401.html? fbclid=IwAR2C9-cBcURRQsT2NKRpAvFvs7vi6V1lWn0KoNGxM6cHK2KhLayT5TNy9o Link:( https://www.youtube.com/watch?v=37EdWnIFiWg&t=328s ) Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page 44 ... Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page MỤC LỤC Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page TỔNG QUAN Mục đích đề tài Đề tài “ Mơ hình hóa hệ. .. Valve - Điều khiển bơm - Điều khiển lưu lượng với phương pháp Zeiler-Nichols Hệ thống điều khiển lưu lượng chất lỏng Page Tổng quan hệ thống điều khiển lưu lượng Khái niệm lưu lượng đo lưu lượng. .. Mơ hình hóa hệ thống Mơ hình hóa hệ thống vật lý Hệ thống điều khiển bao gồm : + máy bơm mini sử dụng động DC +bể chứa nước +van +cảm biến đo lưu lượng mơ hình vật lí hệ thống Hệ thống điều khiển