Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát và điều khiển nhiệt độ trong phôi theo mô hình hàm truyền

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP DƯƠNG THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG PHÔI THEO MƠ HÌNH HÀM TRUYỀN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa THÁI NGUYÊN, 2017 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP DƯƠNG THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG PHƠI THEO MƠ HÌNH HÀM TRUYỀN Chun ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60.52.02.16 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN HỮU CÔNG PHÒNG ĐÀO TẠO THÁI NGUYÊN, 2017 Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo - PGS,TS Nguyễn Hữu Công, người trực tiếp bảo thầy giáo TS Vũ Ngọc Kiên hướng dẫn tận tình em suốt thời gian qua Em xin bày tỏ lòng cảm ơn thầy cô giáo Khoa, môn đông đảo bạn bè, đồng nghiệp cổ vũ nhiều cho việc thực luận văn Mặc dù bảo sát thầy hướng dẫn, nỗ lực cố gắng thân Song kiến thức hạn chế, nên chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót định Em mong bảo thầy cô giáo góp ý chân thành bạn Em xin chân thành cảm ơn! Dương Thị Quỳnh Trang – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công MỤC LỤC Nội dung Trang LỜI CẢM ƠN .1 DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .5 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH HÀM TRUYỀN ĐỂ XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ TRONG PHÔI TẤM 10 1.1 Đặt vấn đề .10 1.2 Thành lập phương trình truyền nhiệt 11 1.3 Điều kiện ban đầu điều kiện biên 13 1.4 Nhận xét 14 1.5 Nghiên cứu đối tượng điều khiển 15 1.6 Xây dựng mơ hình hàm truyền vật mỏng 15 1.7 Xây dựng mơ hình hàm truyền phôi chia thành lớp (n=2) 16 1.8 Xây dựng mơ hình hàm truyền phơi chia thành lớp (n=3) 19 1.9 Xây dựng mơ hình hàm truyền phơi chia thành lớp (n=4) 21 1.10 Xây dựng mơ hình hàm truyền phôi đựơc chia thành n lớp 24 1.11 Kết luận 25 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG PHÔI TẤM .26 2.1 Giới thiệu số phương pháp thiết kế 26 2.1.1 Phương pháp đa thức đặc trưng có hệ số suy giảm thay đổi 26 2.1.2 Phương pháp bù số thời gian trội 29 2.1.3 Thiết kế điều chỉnh cho hệ có hành vi tích phân .34 2.1.4 Phương pháp thiết kế bù .37 2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 38 2.2.1 Giới thiệu lò điện trở quan điểm điều khiển 38 2.2.2 Mô hình phơi thép lị gia nhiệt 41 2.3 Kết luận chương 49 Dương Thị Quỳnh Trang – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Cơng CHƯƠNG CÁC KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 50 3.1 Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển PID để lò gia nhiệt cho phôi ba lớp .50 3.1.1 Sử dụng điều khiển PID theo tiêu chuẩn phẳng 51 3.1.2 Sử dụng điều khiển PID theo phương pháp đa thức đặc trưng 53 3.2 Hệ thống điều khiển sử dụng điều khiển PID để lị gia nhiệt cho phơi có số lớp khác .54 3.2.1 Sử dụng điều khiển PID theo tiêu chuẩn phẳng 54 3.2.2 Sử dụng điều khiển PID theo phương pháp đa thức đặc trưng 64 3.3 Kết luận chương 69 KẾT LUẬN VÀ ĐÁNH GIÁ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 Dương Thị Quỳnh Trang – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Công DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Bảng tính sẵn số giá trị % theo  .28 Bảng 2.2 Lựa chọn điều khiển theo tiêu chuẩn phẳng 32 Bảng 2.3 Quy tắc xác định điều chỉnh theo tiêu chuẩn đối xứng 36 Bảng 3.1 Các thống số phôi 50 Dương Thị Quỳnh Trang – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Cơng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ hình phơi lớp .15 Hình 1.2 Mơ hình phơi lớp .16 Hình 1.3 Mơ hình phôi lớp .19 Hình 1.4 Mơ hình phơi lớp .21 Hình 1.5 Mơ hình phơi n lớp .24 Hình 2.1 Đặc tính biên-tần hàm mơdun tối ưu 29 Hình 2.2 Cấu trúc phản hồi -1 30 Hình 2.3 Đặc tính nghiệm mặt phẳng phức 31 Hình 2.4 Cấu trúc hệ thống điều khiển 32 Hình 2.5 Bộ quan sát phôi lớp 43 Hình 2.6 Đáp ứng đầu mơ hình phơi lớp 43 Hình 2.7 Bộ quan sát phôi hai lớp 43 Hình 2.8 Đáp ứng đầu mơ hình phơi hai lớp 44 Hình 2.9 Bộ quan sát phơi ba lớp .44 Hình 2.10 Đáp ứng đầu mơ hình phơi ba lớp 44 Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ phơi 45 Hình 2.12 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ lớp phơi 45 Hình 2.13 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển nhiệt độ lớp phơi 46 Hình 3.1 Mơ hình phơi lớp 50 Hình 3.2 Sơ đồ mơ hệ thống điều khiển nhiệt độ Phôi lớp 50 Hình 3.3 Nhiệt độ lớp Phơi lớp với thông số danh định Thời gian độ 1175s , không điều chỉnh, không dao động 51 Hình 3.4 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1060s , không điều chỉnh, không dao động 51 Hình 3.5 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1300s , không điều chỉnh, không dao động 52 Hình 3.6 Nhiệt độ lớp Phơi lớp với thông số danh định Thời gian độ 950s , không điều chỉnh, không dao động .53 Hình 3.7 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 760s , không điều chỉnh, không dao động 53 Dương Thị Quỳnh Trang – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Cơng Hình 3.8 Nhiệt độ lớp Phơi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1075s , không điều chỉnh, không dao động 54 Hình 3.9 Mơ hình phơi lớp 54 Hình 10 Sơ đồ mô hệ thống điều khiển nhiệt độ phôi lớp .55 Hình 3.11 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số danh định Thời gian độ 1200s, không điều chỉnh, không dao động 55 Hình 3.12 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1100s, không điều chỉnh, không dao động .56 Hình 3.13 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1300s, không điều chỉnh, khơng dao động .57 Hình 3.14 Mơ hình phơi lớp 58 Hình 3.15 Sơ đồ mô hệ thống điều khiển nhiệt độ phôi lớp 58 Hình 3.16 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi danh định Thời gian độ 1150 s, không điều chỉnh, không dao động 58 Hình 3.17 Nhiệt độ lớp Phơi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1060 s, không điều chỉnh, không dao động 59 Hình 3.18 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1285 s, không điều chỉnh, không dao động 60 Hình 3.19 Mơ hình phơi lớp 61 Hình 3.20 Sơ đồ mơ hệ thống điều khiển nhiệt độ phôi lớp 61 Hình 3.21 Nhiệt độ lớp Phơi lớp thông số phôi danh định Thời gian độ 1175 s, không điều chỉnh, không dao động 61 Hình 3.22 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1070 s, không điều chỉnh, không dao động 62 Hình 3.23 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ: 1300 s, Không điều chỉnh, khơng q điều chỉnh 63 Hình 3.24 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số danh định Thời gian độ 970s, không điều chỉnh, không dao động 64 Hình 3.25 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 805s, không điều chỉnh, khơng dao động .65 Hình 3.26 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1080s, không điều chỉnh, không dao động .66 Dương Thị Quỳnh Trang – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên Luận văn thạc sỹ kĩ thuật Hướng dẫn KH: PGS.TS Nguyễn Hữu Cơng Hình 3.27 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi danh định Thời gian độ 960s, không điều chỉnh, không dao động .66 Hình 3.28 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 716s, không điều chỉnh, không dao động .67 Hình 3.29 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 1076s, không điều chỉnh, không dao động .67 Hình 3.30 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi danh định Thời gian độ 940 s, không điều chỉnh, không dao động 68 Hình 3.31 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ 786s, không điều chỉnh, khơng dao động .68 Hình 3.32 Nhiệt độ lớp Phôi lớp thông số phôi thay đổi Thời gian độ: 1074 s, Không điều chỉnh, không điều chỉnh 69 Dương Thị Quỳnh Trang – ĐH Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP DƯƠNG THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ TRONG PHÔI THEO MƠ HÌNH HÀM TRUYỀN Chun ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã... tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu quan sát nhiệt độ q trình gia nhiệt; - Xây dựng mơ hệ thống quan sát điều khiển kinh điển để điều khiển nhiệt độ phơi theo mơ hình hàm truyền Đối tượng phạm vi nghiên. .. tính tốn trường nhiệt độ phơi từ nghiên cứu xây dựng mơ hình quan sát nhiệt độ dạng mơ hình hàm truyền thiết kế điều điều khiển kinh điển để điều khiển trường nhiệt độ thép thoả mãn yêu cầu công