Báo cáo thí nghiệm môn điều khiển quá trình

Báo cáo thí nghiệm môn điều khiển qua trình trường đại học bách khoa hà nội Gồm: xây dựng hệ thống điều khiển các bình nước 1. Tín hi u vào à độ mở (hoặc ưu ượng) của van vào In Flow, tín hi u ra là mức chất lỏng trong bình lever còn nhiễu à độ mở của van ra Out Flow 2. Xây dựng mô hình toán học cho hệ thống 3.Mô phỏng đối tượng bình mức bằng khối SingleTank trên matlab

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN - BỘ MƠN ĐI U I NT ĐỘNG *********************************** T Mơn: ĐI U I N Họ tên : MSSV : t NG IỆ : Hà Nội, 5/2017 U TR N BÁO CÁO THÍ NGHIỆ ĐI U KHI N QUÁ TRÌNH Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển bình mức Tín hi u vào độ mở (hoặc ưu ượng) van vào In Flow, tín hi u mức chất lỏng bình lever cịn nhiễu độ mở van Out Flow Xây dựng mơ hình tốn học cho hệ thống F1 Hệ thống F2 P ươ trì h câ vật chất: dV dh  A  F1  F dt dt (1) Tro đó: A t ết di n cắt ngang bình chứa (co P ươ trì ô ì trạng thái xác lập: 0 A dh  F1  F dt Trừ vế (1) – (2) ta được: A Đặt: y  h; u  F 2; d  F1 P ươ trì trở thành: (2) d h  F1  F dt dy  (d  u ) dt A từ xuống) t ba đầu tất biến chênh l c y, u, d dy dt Laplace vế ta Tại trạ sy( s)   1 u ( s)  d ( s) A A Do van khâu quán tính bậc nên hàm truyền h thống có dạng: Mơ đối tượng bình mức khối Single-Tank matlab  Phương pháp đường cong đáp ứng V i thông số  Course Number = 60 ( khoá 60 )  Class Number = 23 ( nhóm 23 )  Namelist Number = 10 ( STT 10) Cho tín hi u tác động bậc thang đầu vào ta có đá ứng bậc Từ đồ t ị ta xác đị t a số K= 2.15, T= 3.2 ì sau: q độ có dạng qn tính Để k ể c ứ ì ta dù ì sau: Nhận thấy trê đồ thị mơ phỏ đồ thị nhận dạng có sai khác đị Để đạt sai số tối thiểu, ta đ ều chỉnh tham số K T ể tra ì : K= 2.58, T= 3.2 4 Thiết kế sách lược điều khiển cho hệ thống Tính tốn thơng số đ ều khiển theo công thức Ziegler Nichol v i thông số sau: K=2.58; T=3.2 Bộ điều khiển Kc Ti Td 1/K=0.39 P 0.9/K=0.35 10T/3 = 10.56 PI 1.2/K=0.47 2T=6.4 0.5T=1.6 PID Dạng hàm truyề đạt PID : K(s) = Kc(1 + Ta có sác khiển tầng +Td*s) ược đ ều khiển sách lược điều khiển truyền thẳng, điều khiển phản hồi điều Sách lược điều khiển truyền thẳng Lưu đồ P&ID: Sơ đồ simulink So sánh giá trị SP Level Bộ điều khiển P (P = 0.39) Với điều khiển PI PID ta kết không khác biệt nhiều Kết ta thấy tín hi u đầu khơng bám theo tín hi u chủ đạo, q trì k đ đến ổn định Không thể áp dụ sác ược đ ều khiển truyền thẳ Vì sác ược truyền thẳ đị hỏi phải biết rõ thơng tin q trình ả ưởng nhiễu Tuy ê , ì đố tượng mô hình nhiễu không xác, khơng phải nhiễu cũ đo được, nên sai l c tĩ cũ tồn Thực tế, đ ều khiể ý tưởng tính khả thi Sách lược điều khiển phản hồi : Lưu đồ P&ID: Sơ đồ simulink: So sánh giá trị SP Level (bằng scope) Sơ đồ PID: Bộ điều khiển P (P = 0.39) Nhận xét: Bộ đ ều khiển vẫ đạt giá trị đặt Tín hi u bị l ch so v i tín hi u đặt ì dư i: t a độ l n Bộ điều khiển PI (P = 0.35, I = 0.095) Nhận xét: Bộ đ ều khiển vẫ đạt giá trị đặt nhiều so v i đ ều khiển P, có khâu tích phân có độ q đ ều chỉnh l Bộ điều khiển PID (P = 0.47, I = 0.157, D = 1.6) Nhận xét: Bộ đ ều khiển PID có tính chất tươ tự PI, nhiên thờ a độ l n V sác ược đ ều khiển phản hồi vò t ì c ỉ cầ P đá ứ đủ yêu cầu bám giá trị đặt Khi thực hi n mô v i đ ều khiển PI PID xảy hi tượng mức c vượt quá, đạt ổ định Đây n tượng bão hịa tích phân (Reset W u ), t ường xảy đ ều khiển có chứa k âu I (I te ), có đặc đ ểm: - Độ đ ều chỉnh l n - Thờ a độ dài - Tồn sai l c tĩ n Để khắc phục ta xây dự sơ đồ có thêm khâu chống bão hịa tích phân Sử dụng khâu chống bão hịa tích phân: + PI-RW: Sơ đồ:Khâu PI nối tiếp v i khâu chống bão hịa tích phân: Tro đó: Thơng số khâu PI-RW xác định theo Zinger Nichol Gain: K=Kc=0.35 Gain1: K=1/Ti=0.095 Gain2: K=Td=1.6 sau: Sơ đồ simulink: Nhận xét: có chố khiển tốt b o ịa t ì đ ảm b t độ đ ều chỉnh Chất ượng đ ều + PID-RW: Sơ đồ :Khâu PID nối tiếp v i khâu chống bão hịa tích phân: Tro đó: Thơng số khâu PID-RW xác định theo Zinger Nichol Gain: K=Kc=0.47 Gain1: K=1/Ti=0.157 Gain2: K=Td=1.6 Gain3: K=1/Ti=0.157 sau: Sơ đồ simulink giống phầ trư c Sử dụng đ ều khiển PI-RW PID-RW ta thấy đ ả hi phân, tín hi u nhanh chóng bám t i tín hi u chủ đạo mà khơng dao động q nhiều, q trì a c ó đ đến ổ định : - Độ đ ều chỉnh nhỏ - Thờ a độ nhanh - Đ ả sai l c tĩ xuống mức thấp 10 tượng bão hịa tích Nhận xét: + H t ố ổ đị + Độ đ ều c ỉ ỏ + Sa c tĩ tươ + Vẫ cò c ê + Đá ứ bị ả đố v a độ ỏ kể ữa Set Po t v c k đá ưở t k ễu trì ( độ  Bộ điều khiển đo lưu lượng ra: Sơ đồ Simulink 14 Leve , va 2) ữa Out F ow v I F ow  Bộ P/P: Nhận xét: h thống cải thi k đạt sát giá trị đặt đo trị ta giả nhiễu, giá trị sai l ch In Out flow nhỏ so v i đ ều khiể k ô đo trị ưu ượng giá trị 15  Bộ P/PI_RW: - Nhận xét: + H thống ổn định + Độ đ ều c ỉ trườ ợ sử dụ ỏ, t a độ ỏ ỏ vẫ âu so v đ ều k ể P/P + Sai lêc ữa ưu ượ +H k ô bị ả ưở vào v ưu ượ ều bở ễu So sánh sác ược đ ều khiển phản hồ đ ều khiển tầng  Cả a sác ược đ ều khiển phản hồi tầ đe ại kết đ ều khiển tốt, thời gian xác lậ a , độ đ ều chỉnh sai l c tĩ ỏ  Tuy ê k t ay đổi giá trị đặt ưu ượng ra, ta thấy đ ều khiển tầ có đá ứng nhanh v độ đ ều chỉnh nhỏ đ ều khiển phản hồi Vì đ ều khiển tầng có khâu 16 tỷ l P vị ê tác động nhanh v i t ay đổi nhiễu đầu vào có tác dụng tri t t nhiễu Bi n pháp:  sai l c đ ều khiển 0, tách bỏ thành phần tích phân Đ , oặc xóa trạng thái thành phần tích phân  giảm h số khuếc đại nằm gi i hạn cho phép  đặt khâu gi i hạn tạ đầu Đ đ bị gi i hạn, phản hồi Đ để thực hi n thuật tốn bù nhằm giảm thành phần tích phân H thống có bù nhiễu nhận tín hi u từ mức c đầu đ ều khiển dễ dà ổ đị thống khơng có Bài : Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức A: Xây dựng mơ hình lý thuyết Xác định - Tín hi u vào: F2, F3 - Tín hi u ra: h1, h2 - Nhiễu: F1 Mô hình tốn học cho đối tượng F1 F2 h1 Hệ F3 h2 thống trì câ P ươ d ( V ) dt A P ươ trì vật chất:   F1   F d (h1  h2)  F1  F dt  dh1 dh2 1   F1  F dt dt A A câ vật chất cho bình mức1: 17 (1) dh1  F1  F dt dh1 1   F1  F dt A A A (2) Từ (1) (2) ta có: dh1 1  F1  F dt A A dh2 1  F  F3 dt A A Do van khâu quán tính bậc nên hàm truyền G1(S), G2(S) có dạng: Mơ đối tượng khối TwoTank simulink V i thông số  Course Number = 60 ( khoá 60 )  Class Number = 23 ( nhóm 23 )  Namelist Number = 10 ( STT 10) Cho tín hi u tác động dạng bậc thang đầu vào, ta có đồ thị đá ứng h thố 18 ì vẽ Bình : Đố tượng có mơ hình khâu qn tính bậc G(s) = K1/(S*(Ts+1)) Tro :T1 = 2.2 ; K1 = 4.1 Bình : Đố tượng có mơ hình khâu qn tính bậc G(s) = K2*/(S*(Ts+1)) Tro :T2 = 4.2 ; K2 = 0.72 iểm chứng mơ hình ta dùng mơ hình sau: Kết mô phỏ sau: 19 Thiết kế sách lược điều khiển cho hệ thống Tính tốn thơng số đ ều khiển theo công thức ziegler Nichol v i thông số K1=3.15, T1=1 K2=0.9, T2=6.75 , có bảng sau Đ P PI PID Kc Bình 0.317 0.285 0.381 Ti Bình 1.11 1.33 Td Bình Bình Bình Bình 3.33 22.5 13.5 0.5 3.38 Các sác ược sử dụ sác ược đ ều khiển phản hồ sác ược đ ều khiển tầng Không thể sử dụ sác ược đ ều khiển truyền thẳng Ta lựa chọ sác ược đ ều khiển tầ để tri t tiêu tố đa sa c tĩ c o c ất ượ đ ều khiển h thống tốt sác ược đ ều khiển phản hồi 20 Sách lược điều khiển phản hồi kết hợp bù nhiễu a Lưu đồ P&ID b.Sơ đồ Simulink: +) Bộ điều khiển P 21 - Nhận Xét: + Bộ đ ều khiển P làm cho h thống ổ đị đá ứng nhanh v i thời gian độ nhỏ độ q đ ều chỉnh nhỏ, khơng có hi + Tuy sa c Tĩ ê sa tro c tĩ vẫ cị đá tượ kể k ao động quanh giá trị đặt có t ầ tc đ ều k ể +) Bộ điều khiển PI-RW Sơ đồ: Khâu PI nối tiếp v i khâu chống bão hịa tích phân: - Bộ đ ều khiển PI-RW có thơng số xác định theo ziegler Nichol là: Gain: K= 0.291 Gain1:K= 0.5 Gain2: K= 0.5 - Bộ đ ều khiển PI-RW có thông số xác định theo ziegler Nichol là: 22 â để ả Gain: K= 1.29 Gain1:K= 0.077 Gain2: K= 3.25 Kết mô phỏng: - Nhận Xét: + H thống hoạt động ổ đị v độ dự trữ ổ định nhỏ trường hợp dụng đ ều khiển P + Độ đ ều c ỉ ức c ấ ậ ( có t ầ I tă độ đ ều c ỉ ) + Thờ a độ ỏ + G ả sa c tĩ xuố ức t ấ so v k dù đ ều k ể P Sách lược điều khiển tầng 23 Lưu đồ P&ID     Xác định vòng điều khiển cần xây dựng: Vòng thứ nhất: đ ều khiể độ mở van InValve Vòng thứ a : đ ều khiể độ mở van InValve Đặc điểm, nhiệm vụ vòng: Vòng thứ nhất: đ ều khiể độ mở van 1, có đặc t vịng thứ hai Vòng thứ a : đ ều khiể độ mở va 2, có đặc t vịng thứ động học biế đổ a động học biế đổi chậ  Mô v i đ ều khiển: +) Vịng ngồi đ ều khiển P (lấy Kp = 1000) vòng đ ều khiển P v i thông số để tă đá ứng h thống Sơ đồ: Bộ P/P Kết mơ phỏng: - Đá ứng bình : 24 - Đá ứng bình 2: - Đá ứ ưu ượng flow 1: 25 - Đá ứ ưu ượng flow 2: - Đá ứ ưu ượng flow 3: - Nhận Xét: + H ổ đị tă SP1 t ì ức c bình ổ đị nhỏ, ảm SP1 sai l c tĩ bình lạ tă + Độ đ ều c ỉ ỏ, t a độ ỏ + Lưu ượ c va ổ đị sa ê đá c tĩ kể Bộ P/PI-RW +)Vịng ngồi đ ều khiển P (Kp =1000) để tă đá ứng h thống, vòng đ ều khiển PI-RW để tri t tiêu sai l c tĩ Tro t số đ ều khiển PI-RW lấy phần Kết mô phỏng: 26 - Đá ứng bình : - Đá ứng bình : - Đá ứ ưu ượng flow 1: 27 - Đá ứ ưu ượng flow 2: - Đá ứ ưu ượng flow 3: - Nhận Xét: H hoạt động ổ đ , k tă SP1 t ì ức c bình ổ định k ảm mức c tro bì ao động v b ê độ nhỏ Nếu giảm mức c tro bì đến gần mức c bình xuất hi n sai l ch tĩ tươ đối l n bình + Tốc độ đá ứ a , độ đ ều c ỉ ỏ, t a độ ỏ + ả ả ưở ễu, sa c tĩ ỏ + ưu ượ c va ổ đị k ô ao độ ều 28 ... sác khiển tầng +Td*s) ược đ ều khiển sách lược điều khiển truyền thẳng, điều khiển phản hồi điều Sách lược điều khiển truyền thẳng Lưu đồ P&ID: Sơ đồ simulink So sánh giá trị SP Level Bộ điều khiển. ..BÁO CÁO THÍ NGHIỆ ĐI U KHI N Q TRÌNH Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển bình mức Tín hi u vào độ mở (hoặc ưu ượng) van vào In Flow,... PID: Bộ điều khiển P (P = 0.39) Nhận xét: Bộ đ ều khiển vẫ đạt giá trị đặt Tín hi u bị l ch so v i tín hi u đặt ì dư i: t a độ l n Bộ điều khiển PI (P = 0.35, I = 0.095) Nhận xét: Bộ đ ều khiển