CHƯƠNG I. NGHIÊN CỨU TỔNG QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG ðIỀU CHỈNH TRONG CÔNG NGHIỆP
3.1. TỔNG HỢP HỆ THỐNG HAI MẠCH VềNG
ðể nõng cao chất lượng của quỏ trỡnh ủiều khiển khi khụng sử dụng ủược phương phỏp bự tỏc ủộng nhiễu ủể nõng cao chất lượng của hệ thống thỡ cú thể sử dụng phương phỏp ủiều chỉnh theo tầng. Nghĩa là sử dụng nhiều mạch vũng lồng vào nhau. Một trong những sơ ủồ khối của hệ thống ủiều chỉnh tầng ủược mụ tả trong hỡnh 3-1.
Hỡnh 3-1. Sơ ủồ khối hệ thống 2 mạch vũng
Trong phần này chúng ta nghiên cứu, khảo sát các phương pháp tổng hợp hệ thống ủiều khiển tầng. ðể tổng hợp hệ thống 2 mạch vũng ta cú thể sử dụng hai phương pháp:
- Phương pháp 1: Tổng hợp riêng biệt từng mạch vòng
- Phương phỏp 2: Tổng hợp dựa trờn ủối tượng tương ủương.
3.1.1. Phương pháp 1
Trong trường hợp ủối tượng của mạch vũng trong cú quỏn tớnh nhỏ thỡ ta tổng hợp riờng biệt từng mạch vũng như sau: Sử dụng ðTðK2 ủể xỏc ủịnh TBðK2 sau ủú tổng hợp mạch vũng trong gồm TBðK2 và ðTðK2. Sau ủú xỏc ủịnh TBðK1 theo ðTðK1 rồi tổng hợp hệ thống.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 59 Hỡnh 3-2. Sơ ủồ cấu trỳc mạch vũng trong và mạch vũng ngoài - Xột hệ thống cú hàm truyền ủạt:
1 25450
, 1 ) ( W
60
1 = − +
s s e
s
1 ) 5
( W2
= −+ s s e
s
a. Tổng hợp mạch vòng trong
Hỡnh 3-3. Sơ ủồ khối mạch vũng trong
Từ hàm truyền của ủối tượng xỏc ủịnh ủược: T2 = 5s; K2 = 1; τ2 =1
Sử dụng quy luật ủiều chỉnh tỉ lệ tớch phõn theo cụng thức kinh nghiệm với trường hợp 20% dao ủộng xỏc ủịnh ủược tham số bộ ủiều khiển cú Kp2= 3; Ti2= 5.5s.
Mụ phỏng ủược ủặc tớnh trờn hỡnh 3-4:
1(t) x
e s y
s e
−
+1 5
1
Wủk2(s)
-_
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-4. ðặc tính mạch vòng trong sử dụng PI với Kp= 3; Ti= 5,5s - ðộ quỏ ủiều chỉnh 9%
- Thời gian quỏ ủộ 9,5s
*) Với Kp2=2.2, Ti2= 5s thỡ hệ thống khụng dao ủộng
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-5. ðặc tính mạch vòng trong sử dụng PI với Kp= 2.2; Ti= 5s
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 61 b. Tổng hợp mạch vòng ngoài
Hỡnh 3-6. Sơ ủồ khối mạch vũng ngoài
Từ hàm truyền của ủối tượng xỏc ủịnh ủược: T1= 450s; K1= 1.25;
τ1 =60
Sử dụng quy luật ủiều chỉnh tỉ lệ tớch phõn theo cụng thức kinh nghiệm với 20% dao ủộng xỏc ủịnh ủược tham số bộ ủiều khiển cú: Kp1= 3.6; Ti1= 495s.
Mụ phỏng ủược ủặc tớnh trờn hỡnh 3-7:
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-7. ðặc tính mạch vòng ngoài sử dụng PI với Kp= 3.6; Ti= 495s
1(t) e s y
s e
60
1 450
25 .
1 −
Wủk1(s) +
-_
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 62 - ðộ quỏ ủiều chỉnh 9,7%
- Thời gian quỏ ủộ 600s c. Tổng hợp 2 mạch vòng
Hỡnh 3-8. Sơ ủồ khối 2 mạch vũng trờn matlab
*) Trường hợp mạch vũng trong dao ủộng Mạch vòng trong có Kp2= 3, Ti2= 5.5s.
Mạch vòng ngoài có Kp1= 3.6, Ti1= 495s
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-9. ðặc tính của hệ thống khi sử dụng PI với Kp1= 3.6, Ti1= 495s, Kp2= 3, Ti2= 5.5s.
- ðộ quỏ ủiều chỉnh 11,5%
- Thời gian quỏ ủộ 540 s
*) Trường hợp mạch vũng trong khụng dao ủộng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 63 Mạch vòng trong có Kp2= 2.2, Ti2= 5s.
Mạch vòng ngoài có Kp1= 3.6, Ti1= 495s
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-10. ðặc tính của hệ thống sử dụng PI với Kp1= 3.6, Ti1= 495s, Kp2=2.2, Ti2= 5s.
- ðộ quỏ ủiều chỉnh 11,2%
- Thời gian quỏ ủộ 560 s
* Kết luận 1: Dựa vào kết quả kết quả mụ phỏng ta thấy ủặc tớnh trong trường hợp mạch vũng trong dao ủộng hay khụng dao ủộng thỡ chất lượng ủiều chỉnh của hệ thống gần như nhau.
- Giữ nguyờn thụng số mạch vũng ngoài, tăng T2= 15s, τ2 =1 tớnh ủược thụng số mạch vòng trong sử dụng quy luật PI theo công thức kinh nghiệm: Ti2= 16.5s, Kp2= 9. Mụ phỏng ủược ủặc tớnh trờn hỡnh 3-11.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 64
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-11. ðặc tính của hệ thống với T2= 15s, Ti2= 16.5s, Kp2= 9 - Tăng T2= 50s, τ2 =1 tớnh ủược T i2= 55s, Kp2= 30.
Mụ phỏng ủược ủặc tớnh trờn hỡnh 3-12.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 65
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-12. ðặc tính của hệ thống với T2= 50s, T i 2= 55s, Kp2= 30 - Tăng T2= 100s, τ2 =1 tớnh ủược T i2= 110s, Kp2= 60
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-13. ðặc tính của hệ thống với T2= 100s, T i2= 110s, Kp2= 60
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 66 - Tăng T2= 100s, τ2 =10 xỏc ủịnh ủược T i2= 110s, K p2=6
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-14. ðặc tính của hệ thống với T2= 100s, T i2= 110s, Kp2=6, ττττ2 =10 - Tăng T2= 150s, τ2 =10 xỏc ủịnh ủược T i2= 165s, K p2=9,
0 200 400 600 800 1000 1200
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-15. ðặc tính của hệ thống với T2= 150s, ττττ2=10, T i2= 165s, Kp2=9
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 67 - Tăng T2= 100s, τ2 =20 tớnh ủược T i2= 110s, Kp2= 3
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 0.5 1 1.5
Hình 3-16. ðặc tính của hệ thống với T2= 100s, T i2= 110s, Kp2= 3, ττττ2 =20 - Tăng T2= 150s, τ2 =20 tớnh ủược T i2= 165s, Kp2= 4.5 ,
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 0.5 1 1.5
Hình 3-17. ðặc tính của hệ thống với T2= 150s, ττττ2 =20, T i2= 165s, Kp2= 4.5
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 68 - Tăng T2= 100s, τ2 =25 tớnh ủược T i2= 110s, Kp2= 2.4.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 0.5 1 1.5
Hình 3-18. ðặc tính của hệ thống với T2= 100s, ττττ2 =25, T i2= 110s, Kp2= 2.4
* Kết luận 2:
- Hệ thống hai mạch vũng cú thời gian quỏ ủộ vũng trong nhỏ, thời gian trễ ớt thỡ khụng làm ảnh hưởng lờn vũng ngoài khi T vũng trong thay ủổi.
Vỡ vậy nờn khi mạch vũng trong thay ủổi thỡ cũng khụng làm cho chất lượng của hệ thống thay ủổi.
- Hệ thống hai mạch vũngcú thời gian quỏ ủộ vũng trong nhỏ, thời gian trễ lớn thì ảnh hưởng lên vòng ngoài vì vậy ảnh hưởng lên chất lượng của hệ thống ngay cả khi T vũng trong thay ủổi.
Và kết quả mô phỏng cho thấy mạch vòng trong có tỉ lệ τ/T<0,2 thì chất lượng của hệ thống thay ủổi ớt khi T thay ủổi.
Tỉ lệ τ/T≥0,2 thỡ thỡ chất lượng của hệ thống thay ủổi nhiều khi T thay ủổi.
- Như vậy trong trường hợp tổng hợp hệ thống hai mạch vòng mà
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 69 mạch vũng trong cú thời gian trễ ớt, thời gian quỏ ủộ nhỏ so với mạch vũng ngoài thỡ ta cú thể tổng hợp riờng rẽ từng mạch vũng ủể tổng hợp hệ thống.
Ngược lại khi mạch vũng trong cú trễ lớn và ảnh hưởng ủến mạch vũng ngoài thỡ khi ủú khụng thể tổng hợp riờng biệt từng mạch vũng mà tổng hợp theo phương phỏp 2 là phải sử dụng mạch vũng trong kết hợp với ủối tượng ủiều khiển vũng ngoài thành ủối tượng tương ủương. Dựa trờn ủặc tớnh của ủối tượng tương ủương ủể tổng hợp hệ thống.
3.1.2. Phương pháp 2
Xột hệ thống cú hàm truyền ủạt:
1 25450
, 1 ) ( W
60
1 = − +
s s e
s
1 ) 100
( W
20
2 = − +
s s e
s
;
a. Trường hợp mạch vũng trong dựng quy luật PI với 20% dao ủộng:
3
100 20
6 , 0 6 , K 0
2 2
p2 = = =
T
τ ; Ti2 = 1,1.T2= 110s
Hỡnh 3-19. Sơ ủồ khối mụ phỏng trờn matlab
Mụ phỏng ủược ủặc tớnh của ủối tượng tương ủương trờn hỡnh 3-20:
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 70
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hỡnh 3-20. ðặc tớnh của ủối tượng tương ủương khi mạch vũng trong dựng PI với 20% dao ủộng
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Kẻ tiếp tuyến tại ủiểm uốn cắt ủường thẳng Kd =1.25 tại T= 620s. Hàm truyền ủạt tương ủương của hệ thống cú:
τ = 80s
620
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 71 T = 620 - 80 = 540s
1 25540
, 1 ) ( W
80
td = − +
s s e
s
Từ ủối tượng tương ủương xỏc ủịnh ủược thụng số bộ ủiều khiển mạch vòng ngoài:
3,24
630 25 80 , 1
6 , 0 6
,
Kp = 0 = =
Kd Tτ ; Ti= 1,1.T= 1,1. 540 = 594s
Mụ phỏng hệ thống với ủối tượng tương ủương ủược ủặc tớnh mụ tả trờn hình 3-21.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hỡnh 3-21. ðặc tớnh của hệ thống tổng hợp tương ủương
b. Trường hợp mạch vũng trong dựng quy luật P với 20% dao ủộng xỏc ủịnh
ủược: 3
100 20
6 , 0 6 , K 0
2 2
p2 = = =
T τ
Mụ phỏng ủược ủặc tớnh của ủối tượng tương ủương trờn hỡnh 3-22.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 72
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
Hỡnh 3-22. ðặc tớnh của ủối tượng tương ủương khi mạch vũng trong dựng P với 20% dao ủộng
Từ ủồ thị xỏc ủịnh ủược hàm truyền ủạt cuả ủối tượng tương ủương:
1 937490
. 0 ) ( W
86
td = − +
s s e
s
Từ hàm truyền ủạt của ủối tượng tương ủương xỏc ủịnh ủược thụng số bộ ủiều khiển mạch vũng ngoài:
3,648
490 937 86 , 0
6 , 0 6
,
Kp = 0 = =
Kd Tτ ; Ti= 1,1.T= 1,1. 490 = 539s Mụ phỏng ủược ủặc tớnh của hệ thống trờn hỡnh 3-23.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 73
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hỡnh 3-23. ðặc tớnh của hệ thống tổng hợp tương ủương
c. Trường hợp mạch vũng trong dựng quy luật P với 45% dao ủộng xỏc ủịnh
ủược thụng số mạch vũng trong: 4.5
100 1 20
9 , 0 9
,
Kp = 0 = =
Kd Tτ
Mụ phỏng ủược ủặc tớnh của hệ thống trờn hỡnh 3-24.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hỡnh 3-24. ðặc tớnh của ủối tượng tương ủương khi mạch vũng trong dựng P với 45% dao ủộng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 74 Từ ủồ thị xỏc ủịnh ủược hàm truyền ủạt cuả ủối tượng tương ủương:
1 02435
. 1 ) ( W
85
td = − +
s s e
s
Từ ủối tượng tương ủương xỏc ủịnh ủược thụng số bộ ủiều khiển mạch vòng ngoài:
3,01
435 02 85 , 1
6 , 0 6
,
Kp = 0 = =
Kd Tτ ; Ti= 1,1.T= 1,1. 490 = 478.5s Mụ phỏng ủược ủặc tớnh của hệ thống trờn hỡnh 3-25.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hỡnh 3-25. ðặc tớnh của hệ thống tổng hợp tương ủương
* Kết luận: So sánh với trường hợp tổng hợp riêng biệt 2 mạch vòng ta thấy chất lượng của hệ thống khi tổng hợp tương ủương tốt hơn. Nhưng tổng hợp tương ủương khi tổng hợp mạch vũng trong theo quy luật P cú chất lượng tốt hơn so với quy luật PI. ðiều này khẳng ủịnh yờu cầu khi tổng hợp mạch vũng trong bảo ủảm tỏc ủộng nhanh.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 75 3.2. TỔNG HỢP HỆ THỐNG BA MẠCH VềNG
Tương tự như tổng hợp hệ thống hai mạch vòng chúng ta cũng tổng hợp hệ thống ba mạch vũng theo hai phương phỏp như ủó trỡnh bày ở phần 3.1. Sơ ủồ khối hệ thống ba mạch vũng ủược mụ tả trờn hỡnh 3-27 với hàm truyền ủạt của cỏc ủối tượng là:
1 ) 15
( W
3
3 = −+
s s e
s
;
1 ) 90
( W
10
2 = − +
s s e
s
; W( ) 450 1
60
1 = − +
s s e
s
- Tổng hợp riêng biệt 3 mạch vòng
1 ) 15
( W
3
3 = −+
s s e
s
; Sử dụng quy luật P có: Kp3= 3
1 ) 90
( W
10
2 = − +
s s e
s
; Sử dụng quy luật P có: Kp2= 5.4
1 ) 450
( W
60
1 = − +
s s e
s
; Sử dụng quy luật PI có: Kp1= 4.5, Ti1=495s Mụ phỏng hệ thống ủược ủặc tớnh trờn hỡnh 3-26.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-26. ðặc tính của hệ thống 3 mạch vòng tổng hợp theo phương pháp 1
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 76 Hỡnh 3-27. Sơ ủồ khối hệ thống 3 mạch vũng
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 77 - Trường hợp tổng hợp mạch vòng ngoài theo phương pháp 2:
Sơ ủồ mụ phỏng xỏc ủịnh ủối tượng tương ủương
Hỡnh 3-28. Sơ ủồ khối mụ phỏng xỏc ủịnh ủối tượng tương ủương
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Hỡnh 3-29. ðặc tớnh của ủối tượng tương ủương
Từ ủồ thị trờn xỏc ủịnh ủược hàm truyền ủạt của ủối tượng tương ủương:
1 8418
. 0 ) ( W
82
tủ = − +
s s e
s
Thụng số bộ ủiều khiển xỏc ủịnh theo PI với 20% dao ủộng cho ủối tượng tương ủương là:
3.823 418
8 82 , 0
6 , 0 6
,
Kp = 0 = =
Kd Tτ ; Ti= 459.8s
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ……….. 78
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
Hình 3-30. ðặc tính của hệ thống 3 mạch vòng tổng hợp theo phương pháp 2
3.3. TỔNG HỢP HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN NHIỆT ðỘ Lề NHIấN