Đáp án đề thi cuối học kỳ I năm học 2015-2016 môn Điều khiển quá trình (Mã đề 01) - ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Đáp án đề thi cuối học kỳ I năm học 2015-2016 môn Điều khiển quá trình giúp cho các bạn sinh viên nắm bắt được cấu trúc đề thi, dạng đề thi chính để có kế hoạch ôn thi một cách tốt hơn. Tài liệu hữu ích cho các các bạn sinh viên đang theo học chuyên ngành Cơ khí máy và những ai quan tâm đến môn học này dùng làm tài liệu tham khảo.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ - ĐỀ THI CUỐI KỲ HỌC KỲ NĂM HỌC 15-16 Môn: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH Mã mơn học: PCTR421929 Đề số: 01; Đề thi có trang Thời gian: 60 phút Được phép sử dụng tài liệu Bài (3đ): Cho hệ gia nhiệt hình T1 , w1 T,w Q Heater Lưu lượng khối chất vào, w1  500kg / h Thể tích bình chứa V= m3 (khơng đổi) Trọng lượng riêng nhiệt dung riêng chất vào là:   900kg / m3 , C  1.2 cal / g.o C Quá trình gia nhiệt hoạt động ổn định với nhiệt độ vào T1= 600C T=900C a Tìm Q trạng thái ổn định? b Hệ trạng thái ổn định nhiệt độ dòng vào hạ đột ngột từ 600C xuống 500C, kỹ sư vận hành theo kinh nghiệm tăng công suất gia nhiệt (Heater) lên 30% Hỏi nhiệt độ dòng thay đổi nào, vẽ đồ thị? c Một kỹ sư sử dụng điều khiển feedback để trì nhiệt độ dịng ổn định Hãy tự chọn biến điều khiển, nhiễu trình vẽ lưu đồ P&ID hệ? Đáp án: a Phương trình (2.44) slide giảng:  wCTis  wCTs  Qs Qs  wC (Ts  Tis ) 1.2 Qs  500 3 (90  60)  18.106 (cal / h) 10 (0.5) b Sử dụng pt (2.48) slide giảng, ta có hàm truyền: T ' ( s)  K Q' ( s)  T ' ( s)  s 1  s 1 i 1   105 1.2 wC 500 103 V 900.1    1.8(h) w 500 K (0.5) Nhiệt độ dòng vào hạ đột ngột xuống 500C, suy ra: Công suất gia nhiệt tăng 30%, suy ra: Q' ( s)  Ti ' ( s)   10 s 5.4.106 s (0.25) Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Do đó, ta có phương trình thay đổi nhiệt độ dòng (nguyên lý xếp chồng) 10   s(1.8s  1) s(1.8s  1) s(1.8s  1)  T ' (t)  1  et /1.8  T ' ()  1 T ' ( s)  Vậy sau tăng 30% nhiệt độ dòng xác lập 89oC (0.5) Đồ thị đáp ứng: (0.5) o Ti ( C ) 60 50 Q (cal/ h) t 23.4.106 18.106 t o T ( C) 90 89 c MV: Q CV: T DV: T1 Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV (0.25) T1 SP TT FBC Q Heater SCR (0.5) Bài 2: (4đ) Một trình bao gồm cảm biến van điều khiển mơ hình hóa khâu bậc có trễ (SOPTD) sau: G( s)  8e4 s (10s  1)(6s  1) a Xấp xỉ hàm truyền sử dụng quy tắc Padé 1/1? b Sử dụng mơ hình xấp xỉ câu a với điều điều khiển tỉ lệ Gc(s) = Kc Tìm điều kiện Kc để hệ kín ổn định? c Chọn Kc = 0.5, tính offset hệ tín hiệu vào thay đổi nấc đơn vị? d Để tăng chất lượng điều khiển, kỹ sư sử dụng điều khiển PID Tìm thơng số điều khiển phương pháp trực tiếp (Direct Synthesis), biết số thời gian hệ kín  c = 0.3 (s) Đáp án: a Sử dụng xấp xỉ Padé 1/1: e4 s   G( s)   2s  2s 8(1  2s) (10s  1)(6s 1)(2s 1) (0.5) (0.5) b Phương trình đặc trưng hệ kín:  Gc (s)G(s)  8(1  2s)  Kc 0 (10s  1)(6s 1)(2s 1)  120s3  92s  (18  16Kc )s  8Kc   (0.5) Sử dụng tiêu chuẩn ổn định Routh: s3 120 18-16Kc s 92 8Kc+1 92(18  16 Kc )  120(8Kc  1) s 92 s 8Kc+1 Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV Để hệ kín ổn định: 92(18  16 K c )  120(8K c  1)   8K c     1/  Kc  0.63 (0.5) c Kc = 0.5 Sử dụng pt 4.28 slide giảng, ta có: offset = Ysp (0.5) KOL  Ysp  KOL  Kc Km Kv K p  0.5.8   offset =  0.2 1 (0.5) d Hàm truyền điều khiển PID Gc ( s)  Kc (1    s) Is D Sử dụng pt 4.47 slide giảng, ta có:    10  Kc    0.465 K    c  0.3  I  1    16  60  D    3.75 1   16 Vậy hàm truyền điều khiển PID: Gc ( s)  0.465(1  (0.25) (0.75)  3.75s) 16s Bài 3: (3đ) a Express briefly the component of a measurement device? b Describe the wire configurations of RTD sensor? According to your opinion, in applications with low accuracy, which kind of configuration should be chosen? (SV trả lời tiếng Việt) Đáp án: a The answer is similar to the section 3.2.2 (Measurement Device) of the lecture notes (slides 22, 23 of chapter 3) (1đ) b There are three types of wire configuration: Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV The simplest configuration uses two wires: ignoring the resistance of wires (0.5) Adding the lead resistance to minimize the effects of wire resistances (0.5) Four-wire configuration ADC Eliminating voltages drop in the measuring leads as a contribution to error by using an additional current source (0.5) In the applications with low accuracy, we should use the two-wire configuration because its simplicity (0.5) GV Võ Lâm Chương Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV ... simplest configuration uses two wires: ignoring the resistance of wires (0.5) Adding the lead resistance to minimize the effects of wire resistances (0.5) Four-wire configuration ADC Eliminating voltages... b Describe the wire configurations of RTD sensor? According to your opinion, in applications with low accuracy, which kind of configuration should be chosen? (SV trả l? ?i tiếng Việt) Đáp án: a... Kc Tìm ? ?i? ??u kiện Kc để hệ kín ổn định? c Chọn Kc = 0.5, tính offset hệ tín hiệu vào thay đ? ?i nấc đơn vị? d Để tăng chất lượng ? ?i? ??u khiển, kỹ sư sử dụng ? ?i? ??u khiển PID Tìm thơng số ? ?i? ??u khiển phương