Báo Cáo Thực Hành DKQT
Báo cáo thực hành điều khiển quá trình BÀI 1: MÔ PHỎNG ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN QÚA TRÌNH I: MỤC TIÊU - Nắm được phương pháp mô hình hóa lý thuyết quá trình - Sử dụng Matlab để tìm hiểu rõ đáp ứng của các quá trình II: CÔNG TÁC CHUẨN BỊ CỦA SINH VIÊN - Sinh viên phải đọc tài liệu hướng dẫn,ôn lại kiến thức cơ bản ở nhà để nắm bắt kiến thức nội dung thực hiện - Máy tính cá nhân III: NỘI DUNG THỰC HÀNH 3.1: Bài toán điều khiển mức H3.1: Mô hình bài toán cần thực hiện Đối với bình chứa chất lỏng có chức năng trung gian để tương tác và giảm nhiễu, mục đích điều khiển là đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, và an toàn. Như vậy giá trị mức trong bình chỉ cần khống chế ở mức an toàn.Ngược lại với vai trò bình chứa quá trình thì giá trị mức hầu hết phải được duy trì tương đối chính xác tại một giá trị đặt. 1 Báo cáo thực hành điều khiển quá trình Xét mô hình bình chứa như hình H3.1: Chất lỏng trong bình có thể tích V(m 3 ) và khối lượng riêng ρ(kg/m 3 ). Giả sử bình chứa được trang bị thiết bị khuấy lý tưởng, như vậy ta có thể coi chất lỏng đồng nhất ở mọi vị trí trong bình. Dòng vào có lưu lượng thể tích là F 0 (m 3 /s) và khối lượng riêng ρ 0 , dòng ra có lưu lượng F 1 và khối lượng riêng ρ giống như trong bình. Nếu ta giả sử khối lượng riêng dòng vào thay đổi không đáng kể thì khối lượng riêng ρ= ρ 0 , và được coi là tham số quá trình. Dựa vào quan hệ nhân quả ta dễ dàng nhận ra thể tích V là biến trạng thái, trong khi F 1 và F 0 là biến vào. Phân tích trực tiếp mục đích điều khiển, ta cũng xác định được mục đích cần điều khiển là V. Tùy từng bài toán, biến lưu lượng vào phụ thuộc vào quá trình đứng trước hoặc đứng sau sẽ được coi là nhiễu, biến còn lại phải là biến điều khiển. Trong bài toán này, ta yêu cầu phải duy trì mức và thể tích chất lỏng trong bình theo đúng giá trị đặt. Chọn biến điều khiển là F 0 và coi F 1 là nhiễu của hệ thống. Tham số của hệ như sau: - Diện tích đáy bình: A= 0,07m 2 - F 0 = 0.03m 3 /s 3.2: Sách lược điều khiển trên lưu đồ P&ID để điều khiển mức nước trong bình chứa 2 Báo cáo thực hành điều khiển quá trình H3.2: Mô hình điều khiển mạch vòng đơn Ta chọn bộ kiểu khiển mức ở đây là bộ điều khiển PID với tín hiệu vào là tín hiệu điện. Bộ điều khiển và chỉ thị mức LIC (Level Indicator Controller) nhận tín hiệu từ cảm biến mức LT (Level Transmiter) so sánh với giá trị đặt và đưa ra tín hiệu điều khiển góc mở van để điều chỉnh mức nước trong bình chứa. Với F là thiết bị đo lưu lượng của dòng vào F 0 Yêu cầu cụ thể ở bài toán này phải duy trì mức chất lỏng ở độ cao h= 0.3m trong bình chứa với điện áp đặt U sp từ 0÷5V tương đương với h sp từ 0÷0.3m. Góc mở van từ 0÷180 o tương đương với điện áp 0÷10V và lưu lượng chảy qua van từ 0÷F 0 . Lưu lượng cho phép chảy qua van tương ứng với từng thời điểm góc mở van sẽ là F 0 và chảy vào bình chứa. Khi đó ta sẽ xây dựng được cấu trúc mạch vòng điều chỉnh mức chất lỏng trong bình như sau: 3 Báo cáo thực hành điều khiển quá trình Usp h U - - F Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển 3.3:Tìm phương trình hàm truyền đạt của hệ và xác định bộ điều khiển Với giả thiết lưu lượng ra không phụ thuộc vào độ cao chất lỏng trong bình, ta có phương trình cân bằng vật chất như sau: dt dV = dt dH A = F 0 - F V=A.h suy ra h=V/A=1/A Và ta có: )( 1 h FFo A −= ∫ Biến đổi laplace ta được: ` )( 1 FFoAs h − = Để tổng hợp bộ điều khiển, ta coi hàm truyển của van, bình chứa lỏng và hàm truyền khâu phản hồi là đối tượng: 4 bình van R đo Báo cáo thực hành điều khiển quá trình trong đó R 0 (s): Bộ điều khiển G(s)= )1.)(1.( . ++ sTđsAs T KK v đv với G v = Kv 1+Tv.s = 0,003 1+60. s G đ = K đ 1+T đ . s = 20 1+0,1.s h ¿ 1 A. s = 1 0,07. s Vì góc mở van từ 0÷180 o tương đương với điện áp 0÷10V và lưu lượng chảy qua van từ 0÷F 0 , nên ta chọn hệ số K v = 10 03.0 = 0.003 và thời gian T v = 60s. Tín hiệu phản hồi về là điện áp có giá trị từ 0÷5V, tỷ lệ với mức chất lỏng ta cần duy trì là từ 0÷0.25m. Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul để tổng hợp bộ điều khiển, ta có hàm chuẩn: Rs(0)= A. ( 1+T v . s ) 2.T . K v . K đ = 1+60. s 0,17 =5,88+350.s Vậy R s(0) là bộ điểu khiển tỷ lệ (PD) 3.4: Mô phỏng kết quá điều khiển với bộ điều khiển vừa tính được a) Sơ đồ cấu trúc mô phỏng trên Simulink 5 Báo cáo thực hành điều khiển quá trình b) Kết quả mô phỏng Đáp ứng đầu ra của mạch vòng điều chỉnh mức chất lỏng trong bình chứa sau khi mô phỏng ta được như sau: Hàm truyền khi có trễ sẽ có dạng: G p = G v .G đ .h.e -өps = 1 0,07. s . 0,003 1+60. s . 20 1+0,1. s .e -10s (chọn өp = 10) G p khi đó theo tổng hợp theo phương pháp trực tiếp: Gc= 1+Tc . s−e −ө ps Gp ¿ e −ө ps ¿ == ( 1+0.01 s ) ( 1+60. s ) .0,07. s 0,06.(1+Tcs−e −10 s ) Vì ta chọn Tc=0,8 өp =8 Nên ta sẽ có hàm truyền BĐK khi có trễ là: 6 Báo cáo thực hành điều khiển quá trình Gc=0.065.(1+0,01s).(1+60s) Cấu trúc mô phỏng khi có trễ Kết quả mô phỏng 3.5. Các yêu cầu cần đạt được đối với sinh viên sau khi thực hành - Nắm được mô hình hóa quá trình - Năm được mô phỏng trên Matlab - Nắm được cấu trúc bộ điều khiển 7 . Báo cáo thực hành điều khiển quá trình BÀI 1: MÔ PHỎNG ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN QÚA TRÌNH. bắt kiến thức nội dung thực hiện - Máy tính cá nhân III: NỘI DUNG THỰC HÀNH 3.1: Bài toán điều khiển mức H3.1: Mô hình bài toán cần thực hiện Đối với bình