BÀI TẬP LỚN MÔN LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH QUÁ TRÌNH NHIỆT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NHIỆT – LẠNH BÀI TẬP LỚN MÔN LÝ THUYẾT ĐIỀU CHỈNH QUÁ TRÌNH NHIỆT Sinh viên thực hiện: Lê Quang Minh Lớp: KTN- 01 - K63 MSSV: 20183376 Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Thu Diệp Hà Nội – 2021 Bài tâ ̣p lớn môn Lý thuyết điều chỉnh quá trình nhiê ̣t Sinh viên thực hiê ̣n: Lê Quang Minh Lớp: KTN – 01 – K63 MSSV: 20183376 Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Thu Diê ̣p Một trao đổi nhiệt cung cấp nước nóng liên tục cho hộ tiêu thụ (hình 1) với thông số công nghệ sau: + H – mức nước bình trao đổi nhiệt, [m]; +  – nhiệt độ nước đầu ra, [oC]; , + 1 – độ mở van V1 điều chỉnh nước cấp đầu vào; + q1 – lưu lượng nước cấp đầu vào; + 2 – độ mở van V2 điều chỉnh lưu lượng môi chất cấp nhiệt; + q2 – lưu lượng mơi chất cấp nhiệt vào bình gia nhiệt; + qr – lưu lượng nước khỏi bình gia nhiệt đến hộ tiêu thụ; + R1, R2 điều khiển Các thông số trạng thái cân bằng: H ,θ , μ01 =50 % , μ02=75 % , q01 , q02 , q0r =q01 Nhiê ̣m vụ: Vẽ sơ đồ cấu trúc điều khiển của vòng điều chỉnh mức nước Hãy đă ̣t ký hiê ̣u cho các khối và viết các tín hiê ̣u sơ đồ cấu trúc điều khiển mức nước Xác định bô ̣ điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh mức nước Đánh giá chất lượng ̣ thống đạt được với yêu cầu chỉ số giao động cho trước là mc =0,05 ×25=1,25( với STT là 25 ) Bài làm: Sơ đồ cấu trúc điều khiển của vòng điều chỉnh nhiê ̣t đô ̣ Đă ̣t ký hiê ̣u cho các khối và viết các tín hiê ̣u sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiê ̣t đô ̣ Xác định bô ̣ điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh mức nước 3.1 Xác định mô hình đối tượng điều chỉnh mức nước O1(s): Tín hiê ̣u áp lực đầu đẩy van V1 (λ1) là ảnh hưởng nhiễu đến đối tượng điều chỉnh O11; đối tượng nhiệt độ, lưu lượng nước đầu ảnh hưởng không đáng kể đến đối tượng, để đơn giản tốn đối tượng bỏ qua Từ đồ thị đă ̣c tính quá đô ̣ của đối tượng từ q1 → H của khâu O1(s) ta nhâ ̣n thấy đối tượng điều chỉnh O11 là đối tượng khơng có tự cân Mơ hình của đối tượng O11 có dạng: O 11 (s) = K × e−τs s (Ts+1) Ở ta cần xác định các giá trị K, T và τ: Bước 1:Kẻ đường tiếp tuyến đường cong độ điểm cuối (B)-coi điểm xấp xỉ vô Đường tiếp tuyến cắt trục hoành điểm A, ứng với thời điểm t s tung độ y s = y ( t s )=h s tgγ Bước 2: Hệ số truyền: K = u e y s Hệ số quán tính thời gian trễ: T = u K , τ =t s−T Xác định các đại lượng của đối tượng thực: - y(∞) = 0,72 Hằng số tích phân đầu vào: ∆ μ1 =1(t) Hệ số truyền: K= 0,21 Thời gian trễ: τ = 0,49 phút Thời gian quán tính: T = 0,65-0,49 = 0,16 phút 0,21 −0,49 s Mơ hình đối tượng: O 11(s) = s (0,16 s +1) ×e Từ đồ thị đặc tính van V1(V1 khâu tỷ lệ đầu vào μ1 đầu q1): Kẻ đường tiếp tuyến giá trị ứng với độ mở van μ1 = 50% đồ thị đặc tính van, hệ số truyền khâu K V xác định hệ số góc tiếp tuyến đường thẳng với trục hồnh 1,77−1,52 Ta có: K V 1= tanα = 60−40 = 0,0125 Do khâu O 1(s) có hàm truyền: O 1(s) = K V O 11 (s) = 0,0125 = 0,21 ×e−0,49 s s (0,16 s +1) 2,625.10−3 ×e−0,49 s s (0,16 s +1) 3.2 Xác định bô ̣ điều chỉnh bền vững tối ưu R2 cho vòng điều chỉnh nhiê ̣t ̣: Từ mơ hình hàm truyền khâu O1(s) ta có mơ hình điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh mức nước là: R1 ( s )= O−1 (s) θ1 s PT (1) Trong số giao động m c =1,25 π π Tần số cắt: w c = −arctg ( mc )= −arctg ( 1,25 )=0,67 em w e1,25.0,67 = =2,15 Hằng số quán tính chuẩn: θc = w c √ m2c +1 0,67 √1,252 +1 c c Vì hệ thường nên:θ1=θ c τ =2,15.0,49 = 1,06 2,625.10−3 Với mơ hình hàm truyền: O 1(s) = s (0,16 s +1) ×e −1 Ta có: OPT (1) ( s )= −0,49 s s (0,16 s+1) 2,625.10−3 s (0,16 s+1) =¿359.(0,16s+1) => Bộ điều chỉnh bền vững: R1 ( s )= 1,06 s 2,625.10−3 Đánh giá chất lượng hệ thống đạt Hàm truyền hệ thống: W (s) = R1 (s ) O (s) 0,94.e−0,49 s = 1+ R1 (s).O (s) s+ 0,94.e−0,49 s Ta có đồ thị đáp ứng thời gian đặc tính tần số - biên độ vịng điều chỉnh mức nước theo kênh đặt sau Trên đồ thị đáp ứng thời gian vòng điều chỉnh mức nước với tín hiệu vào xung bậc thang, chất lượng hệ thống đánh giá thông qua tiêu chất lượng sau: - Thời gian điều chỉnh: Tqc = 3,147 (s) - Độ điều chỉnh: δ = hmax −h(∞) , 25−1 × 100 %= × 100 %=25 % h( ∞) - Hệ số tắt dần: Ψ =0,111 ∞ - Chỉ tiêu tích phân tuyệt đối sai lệch: J a=∫|ε (t)|dt =1,053 ∞ - Chỉ tiêu tích phân bình phương sai lệch: J 2=∫ ε ( t ) dt=0,7 Đồ thị đáp ứng thời gian đặc tính tần số - biên độ vòng điều chỉnh mức nước theo kênh nhiễu: Trên đồ thị đáp ứng thời gian vịng điều chỉnh mức nước với tín hiệu nhiễu xung bậc thang, chất lượng hệ thống đánh giá thông qua tiêu chất lượng sau: - Thời gian điều chỉnh: Tqc = 2,497 (s) - Hệ số tắt dần: Ψ =0,876 ∞ - Chỉ tiêu tích phân tuyệt đối sai lệch: J a=∫|ε (t)|dt=0,002 ∞ - Chỉ tiêu tích phân bình phương sai lệch: J 2=∫ ε ( t ) dt =2,47 2.10−6 .. .Bài tâ ̣p lớn môn Lý thuyết điều chỉnh quá trình nhiê ̣t Sinh viên thực hiê ̣n: Lê Quang Minh Lớp: KTN – 01 – K63... điều chỉnh mức nước Hãy đă ̣t ký hiê ̣u cho các khối và viết các tín hiê ̣u sơ đồ cấu trúc điều khiển mức nước Xác định bô ̣ điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh. .. điều khiển nhiê ̣t đô ̣ Xác định bô ̣ điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh mức nước 3.1 Xác định mô hình đới tượng điều chỉnh mức nước O1(s): Tín hiê ̣u áp lực đầu