BÀI t p GI a k ậ ữ ỳ điều KHIỂN QUÁ TRÌNH

Câu 1.2:Các đặc thù của lĩnh vực điều khiển quá trình: - Đối tượng điều khiển: Điều khiển các quá trình sản xuất, công nghệ của các nhà máy ch ế biến, khai thác, năng lượng,... ẻ Câu 1.5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BÀI T P GI A K Ậ Ữ Ỳ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

Sinh viên th c hi ự ện: Phạ m Qu c Huy ố

Mã s sinh viên: ố 20181534

Khóa: 63

Mã l p h ớ ọc: 124689

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦ U

Câu 1.1:

- Điều khi n quá trình là ng d ng kể ứ ụ ỹ thuật điều khi n tể ự động trong điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công ngh , nhệ ằm đảm b o chả ất lượng s n phả ẩm, hi u quệ ả s n xuả ất và an toàn cho con người, máy móc và môi trường

- Một số lĩnh vực ứng dụng của điều khiển quá trình là: trong quá trình lọc dầu, s n xu t gi y, hóa chả ấ ấ ất, điều khi n dây chuy n s n xuể ề ả ất bia, điều khiển dây chuy n lề ọc nước ng t, ng d ng trong dây chuy n xọ ứ ụ ề ử lý nước th i, dây ảchuyền s n xu t sả ấ ữa,…

- Phân biệt điều khi n quá trình vể ới các lĩnh vực điều khi n khác: ể

Đặc điểm Điều khi n quá trình ể Các lĩnh vực điều khiển khác như điều

khiển máy , điều khiển chuyển động,…

Ứng dụng Trong các ngành

công nghi p ch ệ ếbiến, khai thác và năng lượng

Trong nhiều lĩnh vực như sản xu t, ấlắp ráp s n phả ẩm, …

Quy mô Vừa và l n ớ Nhỏ, vừa và l n ớ

-Mô hình khó xác định

-Khả năng điều khiển hạn ch ế-Khó thay đổi thiết

kế công ngh ệ

-Diễn bi n có th nhanh ế ể-Có th ể thay đổi thi t k công ngh ế ể ệ-Mô hình có th d ể ễ xác định

Câu 1.2:Các đặc thù của lĩnh vực điều khiển quá trình:

- Đối tượng điều khiển: Điều khiển các quá trình sản xuất, công nghệ của các nhà máy ch ế biến, khai thác, năng lượng,

- Yêu c u k thu t và yêu c u v công ngh : ầ ỹ ậ ầ ề ệ

+ Độ tin c y và tính s n sàng ph i r t cao ậ ẵ ả ấ

+ Đảm b o v n hành hả ậ ệ thống ổn định, trơn tru: Giữ cho hệ thống hoạt động

ổn định tại điểm làm việc cũng như chuyển chế độ một cách trơn tru, đảm bảo các điều kiện theo yêu cầu của chế độ v n hành, kéo dài tu i thậ ổ ọ máy móc,

vận động thu n tiậ ện

+ Đảm bảo năng suất và chất lượng s n phả ẩm: Đảm bảo lưu lượng s n phả ẩm theo kế hoạch s n xu t và duy trì các thông sả ấ ố liên quan đến chất lượng sản phẩm trong ph m vi yêu cạ ầu

+ Đảm b o v n hành hả ậ ệ thống an toàn: Gi m thiả ểu các nguy cơ xảy ra s c ự ốcũng như bảo vệ cho con người, máy móc, thiết bị và môi trường trong trường h p x y ra s cố ợ ả ự

+ Bảo vê môi trường: Gi m ô nhi m môi ả ễ trường thông qua gi m nả ồng độ khí thải độc hại, giảm lườn nước sử dụng và nước thải, hạn chế bụi và giảm khói, giảm tiêu th nhiên li u và nguyên liụ ệ ệu

Câu 1.3: Phân lo i các lo i bi n quá trình: ạ ạ ế

Tên bi n quá trình ế Khái ni m ệ Ví d ụ

Biến vào Là một đại lượng hoặc

một điều kiện phản ánh tác động từ bên ngoài vào quá trình

Lưu lượng dòng nguyên liệu, nhiệt độ hơi nước cấp nhi t, tr ng thái ệ ạđóng/mở của rơ-le sợi đốt,

Biến ra Là một đại lượng hoặc

một điều kiện thể hiện tác

động c a quá trình ra bên ủngoài

Nồng độ hoặc lưu lượng sản ph m ra, nẩ ồng độ khí thải ở mức bình thường hay quá cao,…

Biến tr ng thái ạ Mang thông tin về trạng Nhiệt độ lò, áp suất hơi,

hoặc cũng có thể là dẫn suấ ừt t các đại lượng đặc trưng khác

biến thiên nhiệt độ, áp suất ho c m c, ặ ứ

Biến điều khiển Là m t bi n vào c a quá ộ ế ủ

trình có th can thi p trể ệ ực tiếp t bên ngoài, qua đó ừtác động tới biến ra theo

ý muốn

Lưu lượng,

Biến được điều khi n ể Là m t bi n ra ho c mộ ế ặ ột

biến tr ng thái của quá ạtrình được điều khiển, điều chỉnh sao cho gần với m t giá tr mong ộ ịmuốn hay giá trị đặt hoặc bám theo m t bi n ch ộ ế ủđạo

Nhiệt độ, áp suất, mức, lương lượng, nồng độ,…

Nhiễu Là nh ng bi n quá trình ữ ế

không can thiệp được một cách tr c ti p hoự ế ặc gián ti p trong ph m vi ế ạquá trình đang quan tâm

Trọng lượng hàng cần nâng, lưu lượng chất lỏng

ra, thành ph n nhiên ầliệu,

Câu 1.4: Phân biệt bài toán điều chỉnh và bài toán điều khiển bám:

Bài toán điều chỉnh Thiết lập ho c duy ặ trì đầu

ra t i m t giá trạ ộ ị đặt cho trước trong khi có tác

động c a nhiễu ủ

Bài toán điều chỉnh nhiệt

độ, lưu lượng, áp suất, mức và nồng độ,…

Bài toán điều khi n bám ể Đầu ra bám theo m t tín ộ

hiệu chủ đạo liên t c thay ụđổi

Bài toán khởi động/dừng

hệ thống, thay đổi chế độvận hành hoặc điều khiển quá trình theo m ẻ

Câu 1.5: Mục đích của một hệ thống điều khi n quá trình: ể

- Đảm b o vận hành hệ thống ả ổn định, trơn tru: Giữ cho hệ thống hoạt động

ổn định tại điểm làm việc cũng như chuyển chế độ một cách trơn tru, đảm

bảo các điều kiện theo yêu cầu của chế độ v n hành, kéo dài tuậ ổi thọ máy móc, vận động thu n tiậ ện.

- Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm: Đảm bảo lưu lượng sản ph m ẩtheo kế hoạch s n xu t và duy trì các thông sả ấ ố liên quan đến chất lượng sản phẩm trong ph m vi yêu cạ ầu

- Đảm b o v n hành hệ thống an toàn: Gi m thiả ậ ả ểu các nguy cơ xảy ra s c ự ốcũng như bảo vệ cho con người, máy móc, thiết bị và môi trường trong trường h p x y ra s c ợ ả ự ố

- Bảo vê môi trường: Giảm ô nhiễm môi trường thông qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm lườn nước sử dụng và nước thải, hạn chế bụi và giảm khói, gi m tiêu th nhiên li u và nguyên liả ụ ệ ệu

- Nâng cao hi u qu kinh tệ ả ế: Đảm bảo năng suất và ch t luwowjjng theo yêu ấcầu trong khi giảm chi phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng nhanh v i yêu cớ ầu thay đổ ủi c a th ị trường

* Ta xét m t ví d c ộ ụ ụ thể : Thi t b khu y tr n ế ị ấ ộ

- Đảm b o v n hành hệ thống ổn định, trơn tru: Thể hiện ở việc duy trì mức ả ậtrong thi t b khu y trế ị ấ ộn cũng như thành phần s n phả ẩm ở các giá tr cị ố định hoặc ít nhất là n m trong mằ ột kho ng gi i hả ớ ạn cho phép

- Năng suất và chất lượng sản phẩm: Trong ví dụ này thì chất lượng sản phẩm đòi hỏi thành phần ra không những ổn định mà còn phải đảm bảo đúng theo một giá trị đặt trước, ho c ít ra là vặ ới một sai l ch nệ ằm trong ph m vi cho ạphép Như vậy sai lêch điều khiển, hay nói đúng hơn, diễn biến của sai lệch điều khi n theo th i gian là một trong nh ng chỉ tiêu dánh giá chể ờ ữ ất lượng quan tr ng ọ

- Vận hành an toàn: ví dụ này dù cho h thống động cơ khuấy trộn có thể Ở ệđạt tốc độ ất cao thì yêu cầu an toàn của hệ thống cũng không cho phép đặt rmột tốc độ cao tùy ý Vì thế việc khống ch tế ốc độ động cơ là điều cần thiết Cũng như vậy yêu cầu về mức trong bình trộn cũng không được quá cao hoặc quá thấp.

- Bảo v môi ệ trường: giảm lượng nước sử dụng và nước th i thông qua viả ệc cân ch nh nguyên li u sao cho phù hỉ ệ ợp

Câu 1.6: Các chức năng của điều khiển quá trình:

- Giữ cho hệ thống hoạt động ổn định tại điểm làm việc cũng như chuyển ch ế

độ một cách trơn tru, đảm bảo các điều kiện theo yêu cầu của chế độ ậ v n hành, kéo dài tu i th máy móc, vổ ọ ận động thu n ti n => Nh m mậ ệ ằ ục đích:

Đảm b o v n hành h ả ậ ệ thống ổn định, trơn tru

- Đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch s n xu t và duy trì các thông số ả ấliên quan đến chất lượng sản phẩm trong phạm vi yêu cầu => Nhằm mục đích: Đảm bảo năng suất và chất lượng s n phả ẩm

- Giảm thiểu các nguy cơ xảy ra s cự ố cũng như bảo vệ cho con người, máy móc, thi t bế ị và môi trường trong trường h p x y ra s c => Nh m mợ ả ự ố ằ ục đích: Đảm bảo v n hành h ậ ệ thống an toàn

- Giảm ô nhiễm môi trường thông qua gi m nả ồng độ khí thải độc h i, giạ ảm lườn nước sử dụng và nước thải, hạn chế bụi và giảm khói, giảm tiêu thụ nhiên li u và nguyên li u => Nh m mệ ệ ằ ục đích: Bảo vê môi trường

- Đảm bảo năng suất và chất lượng theo yêu cầu trong khi giảm chi phí nhân công, nguyên li u và nhiên li u, thích ng nhanh v i yêu cệ ệ ứ ớ ầu thay đổ ủa i cthị trường => Nh m mằ ục đích: Nâng cao hiệu quả kinh tế

Câu 1.7: Các thành phần cơ bản c a m t hủ ộ ệ thống điều khi n quá trình là : Thi t b ể ế ị

đo, thiết bị chấp hành và bộ điều khiển Chức năng của mỗi thành phần hệ thống và quan h cệ ủa chúng được thể hiện một cách tr c quan vự ới sơ đồ khối dưới đây:

- Thiết bị đo: Chức năng của m t thiộ ết bị đo là cung cấp m t tín hiộ ệu ra t lỷ ệ theo một nghĩa nào đó theo đại lượng đo Một thi t bế ị đo gồm 2 thành phần

cơ bản là cảm biến và chuyển đổi đo Một cảm biến thực hiện chức năng tự

động cảm nhận đại lượng quan tâm của quá trình kỹ thu t và biậ ến đổi thành

1 tín hi u B chuyệ ộ ển đổi đo có chức năng khuếch đại, điều hòa và chuyển

đổi tín hiệu đo sang 1 dạng thích hợp ( vd: 1-10V, 0-20mA, ) để tín hiệu có thể chuyền đi xa và sử ụng đượ d c trong thi t b ế ị điều khiển

- Bộ điều khiển: Trên cơ sở nhận được tín hiệu đo từ thi t bế ị đo và sách lược

điều khiển đã được lựa chọn, bộ ềđi u khi n th c hi n thuể ự ệ ật toán điều khiển

và đưa ra các tín hiệu điều khiển để can thiệp lại quá trình kỹ thuật thông qua các thi t bế ị chấp hành Tùy theo d ng tính hiạ ệu vào ra và phương pháp thể hiện luật điều khi n, m t thi t bể ộ ế ị điều khi n có thể ể được x p lo i là thiế ạ ết

bị điều khiển tương tự, thiết bị điều khi n logic, thi t b ể ế ị điều khi n s ể ố

- Thiết bị chấp hành: Nh n tín hi u ra tậ ệ ừ bộ điều khi n và th c hiể ự ện tác động can thi p t i biệ ớ ến điều khi n Các thi t bể ế ị chấp hành tiêu bi u trong công ểnghiệp là van điều khiển, động cơ, máy bơm và quạt gió Một thiết bị chấp hành công nghi p bao g m 2 thành phệ ồ ần cơ bản là cơ cấu chấp hành ( cơ cấu dẫn động ) và phần tử điều khiển Cơ cấu ch p hành có nhi m vấ ệ ụ chuy n tín ểhiệu điều khiển thành năng lượng ( cơ hoặc nhiệt ), trong khi phần tử tác

động can thi p tr c ti p vào biệ ự ế ến điều khiển

Câu 1.8:

Đo và truyền m c, thi t b ứ ế ị phần cứng đơn lẻ ở cấp hiện trường

Đo và truyền lưu lượng, thiết bị phần cứng đơn lẻ ở cấp hiện trường

Đo và truy n áp su t, thi t b ề ấ ế ị phần cứng đơn lẻ ở ấp chiện trường

Đo và truyền nồng độ, thiết b ị phần cứng đơn lẻ ở ấp chiện trường

Đo và truyền nhiệt độ, thi t b ế ị phần cứng đơn lẻ ở ấp chiện trường

Bộ biến đổi lưu lượng

Bộ điều ch nh t l ỉ ỷ ệ lưu lượng ở mạch vòng 102, thiết

bị phần cứng đơn lẻ, ở phòng điều khiển trung tâm

Bộ điều ch nh áp su t, m ch vòng 102, thi t b ỉ ấ ạ ế ị phần cứng đơn lẻ, phòng điều khiển trung tâm

Bộ điều ch nh nhiỉ ệt độ, mạch vòng 102, thi t b ế ị phần cứng chia sẻ, ở ị v trí m rở ộng

Bộ điều ch nh nỉ ồng độ, mạch vòng 102, thi t b ế ị phần cứng chia sẻ, ở phòng điều khi n trung tâm ể

Bộ điều khi n t l , mể ỷ ệ ạch vòng 102, phòng điều khiển trung tâm

Bộ điều ch nh s ỉ ố lượng, m ch vòng 102, thi t b ạ ế ị phần cứng đơn lẻ, phòng điều khiển trung tâm

Logic kh trình ả

Điều khiển logic kh trình m ch vòng 102 ả ạ

Ghi chép giá tr ịlưu lượng và áp su t thi t b ấ ế ị 2 đầu vào

Cảnh báo vượt ngưỡng dưới và ngưỡng trên c a nhiủ ệt

độ Điều khiển giá tr nị ồng độ ở ạ m ch vòng 102 (thông qua ph n m m máy tính) v i giá tr l y t máy tính ầ ề ớ ị ấ ừ

• Điều khi n và hi n th nhiể ể ị ệt độ ới đầu vào RTD (mV), đầu ra 4-20mA đưa vtới van khí nén qua b chuyộ ển đổ I/P

• Cảnh giới quá nhi t v i c m bi n chuy n m ch , tín hiệ ớ ả ế ể ạ ệu ra logic đưa tới thiết b ịbáo động

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH

Câu 2.1: Nêu rõ và phân tích mục đích mô hình trong lĩnh vực điều khiển quá trình

• Mô hình đồ họa với các ngôn ngữ mô hình hóa đồ ọa như lưu đồ h công nghệ, lưu đồ P&ID,sơ đồ khối, m ng Petri, biạ ểu đồ SFC, biểu đồ logic, máy trạng thái hũu hạn… Mô hình đồ họa phù hợp cho việc biểu diễn trực quan một h ệ thống về c u trúc liên kết và tương tác giữa các thành phấ ần

• Mô hình toán h c v i ngôn ng c a toán họ ớ ữ ủ ọc như phương trình vi phân, phương trình đại số, hàm truyền đạt, phương trình trạng thái Mô hình toán học thích h p cho mợ ục đích nghiên cứu sâu sắc các đặc tính của t ng thành ừphần cũng như bản chất của các m i liên kố ết và tương tác

• Mô hình suy lu n là m t hình th c bi u diậ ộ ứ ể ễn thông tin và đặc tính v h ề ệthống thực dưới dạng các lu t suy di n, s d ng các ngôn ng b c cao (gậ ễ ử ụ ữ ậ ần với tư duy con người)

• Mô hình máy tính là các chương trình phần mềm mô phỏng đặc tính của hệ thống theo nh ng khía cữ ạnh quan tâm Mô hình máy tính được xây dự ớ v i các ngôn ng lữ ập trình, trên cơ sở ử ụ s d ng các mô hình toán h c ho c mô ọ ặhình suy luận

Mô hình toán h c, mô hình suy luọ ận và mô hình máy tính được xếp vào phạm trù mô hình định lượng, trong khi đó mô hình đồ họa thu c phộ ạm trù mô hình định tính Mô hình định tính thường quan tâm t i c u trúc và m i liên quan gi a các ớ ấ ố ữthành ph n h ầ ệ thống v mề ặt định tính Trong khi đó một mô hình định lượng cho phép thực thi các phép tính để xác định rõ hơn quan hệ về mặt định lượng giữa các đại lượng đặc trưng trong hệ ống cũng như quan hệ tương tác giữ th a hệ thống với môi trường bên ngoài

Câu 2.2: Nêu các d ng mô t toán h c thông d ng cạ ả ọ ụ ủa các quá trình công ngh ệ

Mô hình hóa b ng lý thuy t hay còn g i là mô hình hóa vằ ế ọ ật lý đi từ các định luật cơ bản c a v t lý và hóa h c k t h p v i các thông s k ủ ậ ọ ế ợ ớ ố ỹ thuậ ủt c a các quá trình công nghệ, kết qu ả nhận được là các phương trình vi phân (thường hoặc đạo hàm riêng) và phương trình đại số

- Ưu điểm: cho ta hiểu sâu sắc các quan hệ bên trong của quá trình liên quan trực ti p t i các hiế ớ ện tượng vật lý, hóa h c ho c sinh học Nếu tiến hành chi ọ ặtiết, cho ta xác định tương đối chính xác cấu trúc của mô hình

- Nhược điểm: cách thức tiến hành phụ thuộc rất nhiều vào quá trình cụ thể

Vì v y, công viậ ệc này đòi hỏ ấi r t nhiều kinh nghiệm, công s c và th i gian ứ ờCác tham s c a mô hình khó có thố ủ ể xác định chính xác Khó áp d ng cho ụxác định mô hình nhiễu, đặc bi t là nhiệ ễu không đo được

* Mô hình hóa b ng th c nghiằ ự ệm:

Mô hình hóa b ng th c nghi m hay còn gằ ự ệ ọi là phương pháp hộp đen hay nhận dạng quá trình, dựa trên thông tin ban đầu về quá trình, quan sát tín hi u vào-ệ

ra th c nghi m và phân tích s ự ệ ố liệu thu dược để xác định cấu trúc và các tham s ố

mô hình t m t lừ ộ ớp các mô hình thích hợp

- Ưu điểm: cho phép xác định tương đối chính xác các tham số mô hình trong trường hợp cấu trúc mô hình được biết trước Có các công cụ ph n m m ầ ềhiện đại hỗ trợ rất mạnh chức năng nhận d ng tr c tuyạ ự ến cũng như ngoại tuyến

- Nhược điểm: chất lượng mô hình ph thu c nhiụ ộ ều vào độ tin cậy phép đo

* Phương pháp kết hợp:

K t h p gi a phân tích lý thuy t (mô hình hóa lý thuy t) và nh n d ng quá ế ợ ữ ế ế ậ ạtrình (mô hình hóa th c nghiự ệm)

󴮋 Mô hình hóa lý thuyết để xác định c u trúc mô hình ấ

󴮋 Mô hình hóa th c nghiự ệm để ước lượng các tham s mô hình ố

Câu 2.4:Lựa chọn phương pháp xây dựng mô hình phù h p, nêu mợ ục đích sử dụng c a mô hình.ủ

• Giúp hi u rõ quá trình công ngh Mô hình hóa b ng lý thuy t ể ệ: ằ ế

• Cơ sở cho thiết k ế sách lược điều khiển: Mô hình hóa b ng lý thuy t ằ ế

• Cơ sở cho lựa ch n luọ ật điều chỉnh: Mô hình hóa b ng lý thuy t ằ ế

• Phục vụ tính toán tham số của bộ điều khiển: Mô hình hóa b ng thằ ực nghiệm

• Mô phỏng quá trình Mô hình hóa b ng th c nghi m : ằ ự ệ

• Chỉnh định trực tuyến các tham số của bộ điều khiển: Mô hình hóa bằng thực nghi m ệ

Câu 2.5:Cơ sở ủa phương pháp lý thuyế c t trong xây dựng mô hình to h c là gì? án ọ

Nêu các bước tiến hành

Cơ sở của phương pháp lý thuyết trong xây dựng mô hình toán học là đi từ các định luật cơ bản của vật lý và hóa h c k t h p v i các thông s k thuọ ế ợ ớ ố ỹ ật của các quá trình công nghệ, kết qu ả nhận được là các phương trình vi phân (thường hoặc đạo hàm riêng) và phương trình đại số

Các bước tiến hành:

1 Phân t ch b i to n mô h nh h a: í à á ì ó

T m hiì ểu lưu đồ công ngh , nêu rõ mệ ục đích sử dụng của mô h nh, t ì ừ đó xác định mức độ chi ti t v ế à độ chính x c c a mô há ủ ình c n xây dầ ựng Trên cơ sở mô tả công ngh v mệ à ục đích mô hình h a, ti n h nh phân chia th nh c c qu nh con, ó ế à à á á trìnhận bi t v t tên c c bi n qu nh v c c tham s ế à đặ á ế á trì à á ố quá trình Liệt kê c c gi á ảthiết liên quan t i xây d ng mô h nh nhớ ự ì ằm đơn giản h a mô hó ình

2 Xây d ng cự ác phương trình mô hình:

Nhận bi t cế ác ph n t ầ ử cơ bản trong h ệ thống, vi t cế ác phương trình cân bằng

và phương trình đại số khác dựa trên cơ sở ác đị c nh luật b o toả àn, định lu t nhiậ ệt động học, vận chuy n, cân bể ằng pha Đơn giản hóa mô h nh b ng c ch thay thì ằ á ế, rút g n v ọ à đưa về ạng phương trì d nh vi phân chuẩn tắc Tính to n cá ác tham số của

mô h nh d a trên cì ự ác thông s công ngh ố ệ đã được đặc tả

3 Kiểm ch ng mô hứ ình:

Phân t ch b c t do c a qu í ậ ự ủ á trình d a trên s ự ố lượng của các quan h ệ phụthuộc Đánh giá mô h nh v mì à ức độ phù hợp với yêu cầu d a trên phân t ch cự í ác tính ch t c a mô h nh k t h p mô ph ng mấ ủ ì ế ợ ỏ áy tính

4 Phát tri n mô hể ình:

Tuỳ theo mục đích s d ng, cử ụ ó thể chuyển đổi mô h nh v c c dì ề á ạng thích

mô h nh theo yêu c u cì ầ ủa phương pháp phân tích v thi t k à ế ế điều khi n mô hể ình tại điểm làm vi c n u c n thi t Th c hi n chu n h a mô h nh theo yêu c u cệ ế ầ ế ự ệ ẩ ó ì ầ ủa phương pháp phân t ch v thi t k í à ế ế điều khiển cũng phứ ạc t p Quy tr nh ti n hì ế ành ít khi tu n t ầ ự thuần tuý, m à thường ph i l p l i m t s ả ặ ạ ộ ố bước Tuy nhiên mục đích s ửdụng ch nh cí ủa các mô hình trong phạm vi cũng phức tạp Quy tr nh ti n h nh ì ế à ít khi tu n t ầ ự thuần tuý, m à thường ph i l p l i m t s ả ặ ạ ộ ố bước Tuy nhiên mục đích s ửdụng ch nh cí ủa các mô hình trong ph m vi ạ

Câu 2.6:Biểu di n các khâu quán tình b c nh có tr và khâu b c hai có tr bễ ậ ất ễ ậ ễ ằng

Laplace c hai v : ả ế

( )

( ) 1

Mô hình tr ng thái: ạ

1

0 ( ) 1

y t x t



=

Câu 2.7:Sử d ng công c ụ ụ MATLAB để vẽ đáp ứng bậc thang đơn vị, đồ thị đặc tính t n s ầ ố Bode và đồ thị Nyquist c a các khâu sau ủ

• 1

0,5 ( )

0,5 ( )

10 1

se

Đáp ứng bậc thang

•

2s 4

• 5

0,5 ( )

Đáp ứng bậc thang

•

2s 8

CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA LÝ THUYẾT

Câu 3.1:

Xây d ng mô hình toán h c bự ọ ằng phương pháp lý thuyết hay còn gọi là mô hình hóa cơ sở đi từ việc áp dụng các định luật cơ bản của vật lý, hóa h c và sinh ọhọc k t h p v i các thông s k ế ợ ớ ố ỹ thuậ ủt c a thi t b công ngh tìm ra quan h ế ị ệ để ệ giữa các đại lượng đặc trưng của quá trình Mô hình lý thuy t nhế ận được là một hệ phương trình vi phân (thường gọi là đạo hàm riêng) và phương trình đại số

Phương trình vi phân biểu diễn đặc tính động học của quá trình, trong khi các phương trình đại số mô tả quan hệ phụ thuộc khác Công việc xây dựng mô hình lý thuyết bao g m ồ các bước chính sau đây:

- Phân tích bài toán mô hình hóa : Tìm hiểu lưu đồ công ngh , nêu rõ m c ệ ụđích ử s d ng mô hình, t ụ ừ đó xác định ứ độ m c chi tiết và độ chính xác c a ủ mô hình cần xây d ng Trên ự cơ sở mô ả t công ngh ệ và m c ụ đich mô hình hóa, tiến hành phân chia thành các quá trình con, nhận biết và đặt tên các biến quá trình và các tham s quá trình Li t kê các gi thi t liên quan t i ố ệ ả ế ớ xây dựng mô hình nhằ đơn m giản hóa mô hình

- Xây dựng các phương trình mô hình : Nhậ biế các phần t n t ử cơ b n trong h ả ệthống, viết các phương trình cân bằng và phương trình i s khác d a đạ ố ự trên cơ sở các định luật bảo toàn, định luật nhiệt động h c, v n chuyọ ậ ển, cân bằng pha,… Đơn giản hóa mô hình b ng cách thay th , rút g n và ằ ế ọ đưa về ạng phương trình vi phân dchuẩn t c Tính toán các tham s c a ắ ố ủ mô hình d a trên các thông s công ngh ự ố ệ đã được đặc t ả

- Kiểm chứng mô hình : Phân tích các b c t do c a quá trình d a trên s ặ ự ủ ự ốlượng của các biế quá trình và s n ố lượng các quan h ệ phụ thuộc Đánh giá mô hình

về mức độ phù h p v i yêu c u dợ ớ ầ ựa trên phân tích các tính ch t c a ấ ủ mô hình k t ếhợp mô ph ngỏ máy tính

- Phát tri n mô hình : tùy theo mể ục đích sử dụng, có thể chuyển đổi mô hình v các d ng thích h p Tuyề ạ ợ ến tính hóa mô hình tại điểm làm vi c n u cệ ế ần thiết Thực hiện chu n hóa mô hình theo yêu c u cẩ ầ ủa phương pháp phân tích và thiết k ế điều khi n ể

Câu 3.2:

a) Phân bi t các bi n quá trình và việ ế ết phương trình vi phân biểu diễn động học của hệ thống

- Biến vào: F1, p Trong đó F1 là nhi u và p là biễ ến điều khiển

- Biến ra: h, đồng th i là bi n cờ ế ần điều khi n ể

Đây là phương trình vi phân biểu diễn động học của hệ thống

b) Tại điểm làm việc:

S dử ụng biến chênh l ch ệ  = − và h h h  = −p p p phép khai tri n Taylor ể

tại điểm làm việc, viế ạt l i bi u th c (3.2.2) ể ứ

a) Để có được mô hình đơn giản hoá trên đây, ta phải đặt ra các gi thi t: ả ế

- Công tiêu hao ra bên ngoài b ng 0 ằ

- Nhi t dung riêng cệ ủa dòng vào và dòng ra là như nhau C1 = C2 = C

- Áp suất và thành ph n cầ ủa dòng vào và dòng ra không thay đổi quá lớn

c) Phân bi t các tham s mô hình và các bi n quá trình: ệ ố ế

Các bi n quá trình ế Các tham s mô hình ố

- Là các đại lượng đặc trưng của quá

trình -S ự thay đổi của chúng phản ánh

thực tr ng diễn bi n c a quá trình ạ ế ủ

- Chúng không thay đổi trong một quá trình và thi t b công ngh ế ị ệ hoặc s thay ựđổi đó không phản ánh diễn biến của quá trình

Câu 3.4:

Câu 3.5:

Câu 3.6:

a) Làm rõ mục đích điều khiển và phân bi t các bi n quá trình ệ ế

T hình v , có th coi các bình chừ ẽ ể ứa đóng vai trò bình chứa trung gian nh m ằ giảm tương tác giữa các quá trình k ế tiếp nhau.Như vậy mục đích điều khiển là:

- M c bình 1 và 2 ph i gi c nh mứ ả ữ ố đị ở ột mức đảm b o an toàn (không cả ạn cũng không tràn)

- F l y ra theo nhu c u 2 ấ ầ

Biến điều khiển F2, p , p 3 4

Biến cần điều khiển F2, h , h 1 2

Vậy có th coi ể F t3( )=C p v3 3 h1 (3.6.5)

F t4( )=C p v4 4 h2 với

s

g g

Từ các phương trình (3.6.7) và (3.6.8), ta cần tuyến tính hoá các phương trình này tại điểm cân bằng:

3 3 1

1

2

v v

C p dh

2 4

p u

Như vậy hàm truy n sau khi Laplace hoá hai ề phương trình (3.6.9) và (3.6.10) sẽ là:

3 1

3 3 1

1 2

 Số bậc tự do = Số biến vào => Mô hình nhất quán

c) Tại điểm làm việc:

2 2

2 2

1 ( ) ( ( ) ( ))

Coi lưu lượng ch y là ả ổn định, áp uất trong bình thay đổi không đáng kể:

 Nhiệt dung riêng: C = h