EE3550 1. THÔNG TIN CHUNG Tên học phần: Mã số học phần: Khối lượng: − Lý thuyết: 45 tiết − Thí nghiệm: 15 tiết
Học phần tiên quyết:
Học phần học trước: EE3280/EE3288
Học phần song hành: Khơng
2. MƠ TẢ HỌC PHẦN
Sinh viên được trang bị kiến thức cơ sở về các nguyên lý điều khiển quá trình, cấu trúc và đặc tính các thành phần hệ thống điều khiển q trình, có khả năng áp dụng tốn, vật lý và lý thuyết điều khiển tự động để xây dựng mơ hình q trình cơng nghệ, mơ phỏng, phân tích hệ thống điều khiển quá trình, xây dựng sách lược điều khiển và thiết kế, chỉnh định các bộ điều khiển quá trình, ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế biến, khai thác và năng lượng.
1. Sau khi hoàn thành học phần này, yêu cầu sinh viên có khả năng:
2. Đọc lưu đồ P&ID và thể hiện các chức năng điều khiển quá trình trên lưu đồ
P&ID;
3. Phân tích u cầu cơng nghệ để xác định các mục đích điều khiển, chức năng
của hệ thống điều khiển, chỉ tiêu chất lượng điều khiển và nhận biết các biến quá trình;
4. Áp dụng phương pháp phân tích dựa trên bản chất về vật lý và hố học để xây
dựng mơ hình tốn học của các q trình cơ bản, liên hệ giữa các tính chất vật lý và hố học của các q trình cơ bản với đặc tính động học của chúng;
5. Liên hệ giữa các tham số của bộ điều chỉnh PID với chất lượng của hệ thống
điều khiển, áp dụng hiệu quả các phương pháp chỉnh định bộ PID;
6. Áp dụng các sách lược điều khiển cơ bản để thiết kế cấu trúc điều khiển phù
hợp cho các quá trình cơ bản;
7. Liên hệ các đặc tính cơ bản của một thiết bị đo với chất lượng của hệ thống
điều khiển;
8. Liên hệ các đặc tính cơ bản của một thiết bị chấp hành nói chung và của một
van điều khiển nói riêng với chất lượng của hệ thống điều khiển;
9. Trình bày và giải thích những vấn đề thực thi bộ điều chỉnh PID;
10.Khai thác sử dụng hiệu quả cơng cụ MATLAB để mơ phỏng, phân tích và thiết
kế hệ thống điều khiển q trình
Nội dung tóm tắt học phần:
Cơ sở phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển q trình. Đặt bài tốn điều khiển q trình: Xác định mục đích điều khiển và các biến q trình; Mơ tả các thành phần và chức năng hệ thống điều khiển quá trình; Xây dựng mơ hình q trình cơng nghệ: phương pháp lý thuyết và phương pháp thực nghiệm; Thiết kế cấu trúc điều khiển và lựa chọn sách lược điều khiển; Phân tích và đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển quá trình; Thiết kế và chỉnh định bộ điều khiển PID; Ví dụ áp dụng điều khiển mức, lưu lượng, áp suất, nồng độ/thành phần trong các quá trình
tiêu biểu: Hệ thống dịng chảy-bình chứa, thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị phản ứng, tháp chưng, nồi hơi...
1.MỤC TIÊU VÀ CHUẨN ĐẦU RA CỦA HỌC PHẦN
Sinh viên hồn thành học phần này có khả năng:
MụcMơ tả mục tiêu/Chuẩn đầu ra của học phần
tiêu/CĐ R [1]
M1Hiểu và có khả năng phân tích hệ thống điều
khiển q trình
M1.1 Đọc lưu đồ P&ID và thể hiện các chức năng điều
khiển quá trình trên lưu đồ P&ID
M1.2 Phân tích u cầu cơng nghệ để xác định các mục
đích điều khiển, chức năng của hệ thống điều
khiển, chỉ tiêu chất lượng điều khiển và nhận biết
các biến quá trình
M1.3 Áp dụng phương pháp phân tích dựa trên bản chất
về vật lý và hố học để xây dựng mơ hình tốn học của các q trình cơ bản, liên hệ giữa các tính
chất vật lý và hố học của các q trình cơ bản
với đặc tính động học của chúng
M2Hiểu và có khả năng chỉnh định các thông số
của bộ điều khiển và thiết kế các sách lược điều khiển
M2.1 Có khả năng thiết kế các sách lược điều khiển cho
các đối tượng trong công nghiệp
M2.2 Hiểu và có khả năng thiết kế các bộ điều khiển
trong cơng nghiệp
M3Có khả năng làm việc nhóm
M3.1 Làm việc nhóm theo chủ đề giảng viên đề xuất
2.TÀI LIỆU HỌC TẬP Giáo trình
[1] Hồng M. Sơn: Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình. NXB Bách
khoa Hà Nội, tái bản lần 2, 2009.
Sách tham khảo
[1] Smith, C.A; A. Corripio: Principles and Practice of Automatic
Process Control. 3rd Edition. John Wiley & Sons, Inc. 2006.
[2] Seborg, D.E.; T.F. Edgar; D.A. Mellchamp: Process Dynamics and
Control. 2nd Edition, 2004
[3] Armando B. Corripio: Design and Application of Process Control
Systems. Instrument Society of America (ISA), 1998.
[4] Nguyễn Doãn Phước (2016), Cơ sở lý thuyết điều khiển tuyến tính.
Nhà xuất bản Bách Khoa Hà nội
[5] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quang Đăng, Nguyễn Huy Phương, Vũ
Thụy Nguyên (2014), Điều khiển quá trình. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật
3.CÁCH ĐÁNH GIÁ HỌC PHẦN
Điểm thành phần
A1.Điểm quá trình
(*)
A2.Điểm cuối kỳ
*Điểm quá trình sẽ được điều chỉnh bằng cách cộng thêm điểm chuyên cần. Điểm chuyên cần có giá trị từ –2 đến +1, theo Quy chế Đào tạo đại học hệ chính quy của Trường ĐH Bách khoa Hà Nội.
4. KẾ HOẠCH GIẢNG DẠY
TuầnNội dung
[1][2]
1.Mở đầu
1.1Quá trình và điều khiển q trình
1-2 1.2Mục đích điều khiển q trình
1.3Sách lược và thuật toán điều khiển
1.4Hệ thống điều khiển quá trình
1.5Đặc tả chức năng hệ thống (lưu đồ P&ID)
1.6Các nhiệm vụ phát triển hệ thống
2. Mơ hình động học của q trình
2.1 Giới thiệu chung
2.1.1 Mơ hình và vai trị của mơ hình
2.1.2 Phân loại mơ hình
2.1.3 Các phương pháp xây dựng mơ hình
2.2 Các quan hệ cơ bản của quá trình
3-4 2.2.1 Phương trình cân bằng khối lượng
Phương trình cân bằng thành phần
2.2.2
2.2.3 Phương trình cân bằng năng lượng
2.3 Các bước xây dựng mơ hình lý
thuyết
(trên cơ sở các ví dụ q trình cơ bản)
2.3.1 Nhận biết các biến vào-ra
2.3.2 Xác định các biến trạng thái 2.3.3 Phân chia mơ hình
2.3.4 Xây dựng các phương trình mơ hình 2.3.5 Phân tích bậc tự do
2.4 Tuyến tính hóa mơ hình
2.5 Phương pháp và công cụ mô phỏng
3. Thiết kế cấu trúc điều khiển
3.1 Đặt vấn đề
3.2 Điều khiển truyền thẳng/bù nhiễu
3.3 Điều khiển tỉ lệ
5-7 3.4 Điều khiển cascade
3.5 Điều khiển suy diễn
3.6 Điều khiển lựa chọn
3.7 Điều khiển phân vùng
8-10 4. Đặc tính các thành phần hệ thống
4.1 Thiết bị đo
4.1.1 Cấu tạo chung của thiết bị đo
4.1.2 Đặc tính vận hành của thiết bị đo
4.1.3 Đặc tính động học của thiết bị đo
4.2 Thiết bị chấp hành và van điều khiển
4.2.1 Cấu trúc chung của thiết bị chấp hành
4.2.2 Van điều khiển và phân loại
4.2.3 Đặc tính dịng chảy của van điều khiển 4.2.4 Đặc tính động học của van điều khiển
4.3 Thiết bị điều khiển và bộ điều khiển PID
số
4.3.2 Thuật toán điều khiển hai vị trí
4.3.3 Thuật tốn PID lý tưởng
4.3.4 Bộ điều khiển PID thực
5.Thiết kế và chỉnh định tham số bộ PID
5.1Giới thiệu chung
5.1.1Các tiêu chí đánh giá chất lượng điều khiển
5.1.2Lựa chọn luật điều khiển
5.1.3Phân loại các phương pháp chỉnh định PID
5.2Các phương pháp dựa trên đặc tính quá độ
5.3Các phương pháp đặc tính dao động tới
11-13 hạn
5.4Các phương pháp mơ hình mẫu
5.5Các phương pháp tối ưu tham số
5.6Chỉnh định một số vòng điều khiển tiêu
biểu
5.6.1Điều khiển lưu lượng
5.6.2Điều khiển áp suất chất lỏng
5.6.3Điều khiển mức chất lỏng
5.6.4Điều khiển áp suất chất khí
5.6.5Điều khiển nhiệt độ
6Các hệ thống điều khiển q trình điển
hình
6.1 Điều khiển các quá trình truyền
14-15 nhiệt
6.2 Điều khiển các q trình chuyển
khối Ơn tập
5. CÁC BÀI THÍ NGHIỆM
Theo tài liệu hướng dẫn riêng
6.QUY ĐỊNH CỦA HỌC PHẦN
(Các quy định của học phần nếu có)
7.NGÀY PHÊ DUYỆT: …………………..
TS. Nguyễn Thu Hà ThS. Đinh Thị Lan Anh ThS. Cao Thành Trung
8. QUÁ TRÌNH CẬP NHẬT Lần
cậpNội dung điều chỉnh
nhật
1 ……………
2 ……………………