BÀI tập lớn môn lý THUYẾT điều CHỈNH QUÁ TRÌNH NHIỆT

Vẽ sơ đồ cấu trúc điều khiển của vòng điều chỉnh mức nước... Đánh giá chất lượng hệ thống đạt được Hàm truyền của hệ thống: Ws= R1 s... Ta có đồ thị đáp ứng thời gian và đ

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

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

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 bộ trao đổi nhiệt cung cấp nước nóng liên tục cho hộ tiêu thụ (hình 1) với các thông số công nghệ như sau:

+ H – mức nước trong bình trao đổi nhiệt, [m];

+  – nhiệt độ nước đầu ra, [oC]; ,

+ 1 – độ mở của van V1 điều chỉnh nước cấp đầu vào;

+ q1 – lưu lượng nước cấp đầu vào;

+ 2 – độ mở của van V2 điều chỉnh lưu lượng môi chất cấp nhiệt;

+ q2 – lưu lượng môi chất cấp nhiệt vào bình gia nhiệt;

+ qr – lưu lượng nước ra khỏi bình gia nhiệt đến hộ tiêu thụ;

+ R1, R2 là các bộ điều khiển

Các thông số ở trạng thái cân bằng:H0,θ0, μ10=50 %, μ 20=75 % , q 10, q20, qr0=q10

Nhiê ̣m vụ:

1 Vẽ sơ đồ cấu trúc điều khiển của vòng điều chỉnh mức nước

2 Hãy đă ̣t ký hiê ̣u cho các khối và viết các tín hiê ̣u trong sơ đồ cấu trúc điều khiển mức nước

3 Xác định bô ̣ điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh mức nước

4 Đánh giá chất lượng hê ̣ thống đạt được với yêu cầu chỉ số giao động cho trước là m =0,05 ×25=1,25( với STT là 25 )

Bài làm:

1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển của vòng điều chỉnh nhiê ̣t đô ̣

2 Đă ̣t ký hiê ̣u cho các khối và viết các tín hiê ̣u trong sơ đồ cấu trúc điều khiển nhiê ̣t đô ̣

3 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 ra O1(s):

Tín hiê ̣u áp lực đầu đẩy van V1 (λ1) là ảnh hưởng nhiễu đến đối tượng điều chỉnh O11; các đối tượng nhiệt độ, lưu lượng nước đầu ra ảnh hưởng không đáng kể đến đối tượng, để đơn giản bài toán các đối tượng này có thể 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 không có tự cân bằng Mô hình của đối tượng O11 có dạng:

O11(s) = s (Ts+1) K × e−τs

Ở đây ta cần xác định các giá trị K, T và τ:

Bước 1:Kẻ đường tiếp tuyến của đường cong quá độ tại điểm cuối (B)-coi đây là điểm xấp xỉ vô cùng Đường tiếp tuyến này cắt trục hoành tại điểm A, ứng với thời điểm t s và tung độ y s=y(t s)=h s

Bước 2: Hệ số truyền: K = tgγ u 0

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Hệ số quán tính và thời gian trễ: T = e y s

u 0 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

Mô hình đối tượng: O11(s) = s (0,16 s +1)0,21 ×e−0,49 s

Từ đồ thị đặc tính của van V1(V1 là khâu tỷ lệ đầu vào là μ1 đầu ra q1): Kẻ đường tiếp tuyến tại giá trị ứng với độ mở van là μ1 = 50% trên đồ thị đặc tính của van, hệ số truyền của khâu K V 1 được xác định bằng hệ số góc tiếp tuyến của đường thẳng đó với trục hoành

Ta có: K V 1= tanα = 1,77−1,5260−40 = 0,0125

Do đó khâu O1(s) có hàm truyền:

O1(s) = K V 1 .O11(s) = 0,0125.s (0,16 s +1)0,21 ×e−0,49 s

= s (0,16 s +1)2,625.10−3 ×e−0,49 s

3.2 Xác định bô ̣ điều chỉnh bền vững tối ưu R2 cho vòng điều chỉnh nhiê ̣t đô ̣:

Từ mô hình hàm truyền của khâu O1(s) ta có mô hình của bộ điều chỉnh bền vững tối ưu R1 cho vòng điều chỉnh mức nước là:

R1(s )=θ1

1 s O PT( 1 )

−1

(s)

Trong đó chỉ số giao động m c=1,25

Tần số cắt:w c=π

2−arctg(m c)=π

2−arctg (1,25)=0,67

Hằng số quán tính chuẩn:θ c= e m c w c

w c .√m c2 +1=

e1,25.0,67

0,67.√1,25 2 +1=2,15

Vì đây là hệ thường nên:θ1=θ c τ =2,15.0,49 = 1,06

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Với mô hình hàm truyền: O1(s) = s (0,16 s +1)2,625.10−3 ×e−0,49 s

Ta có: O−1PT(1)(s )= s (0,16 s+1)

2,625.10 −3

=> Bộ điều chỉnh bền vững: R1(s )= 1,06 s1 . s (0,16 s+1)

2,625.10 −3 = ¿359.(0,16s+1)

4 Đánh giá chất lượng hệ thống đạt được

Hàm truyền của hệ thống:

W(s)= R1 (s ) O1 (s)

1+ R1(s).O1(s)=

0,94.e−0,49 s

s+ 0,94.e−0,49 s

Ta có đồ thị đáp ứng thời gian và đặc tính tần số - biên độ của vòng điều chỉnh mức nước theo kênh đặt như sau

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

Trên đồ thị đáp ứng thời gian của vòng điều chỉnh mức nước với tín hiệu vào là xung bậc thang, chất lượng của hệ thống được đánh giá thông qua các chỉ tiêu chất lượng sau:

- Thời gian điều chỉnh: Tqc = 3,147 (s)

- Độ quá điều chỉnh: δ= h max−h(∞)

1 , 25−1

- Hệ số tắt dần: Ψ =0,111

- Chỉ tiêu tích phân của tuyệt đối sai lệch: J 1 a=∫

0

∞

|ε(t)|dt=1,053

- Chỉ tiêu tích phân của bình phương sai lệch: J2=∫

0

∞

ε2(t ) dt=0,7

Đồ thị đáp ứng thời gian và đặc tính tần số - biên độ của vòng điều chỉnh mức nước theo kênh nhiễu:

Trên đồ thị đáp ứng thời gian của vòng điều chỉnh mức nước với tín hiệu nhiễu là xung bậc thang, chất lượng của hệ thống được đánh giá thông qua các chỉ tiêu chất lượng sau:

- Thời gian điều chỉnh: Tqc = 2,497 (s)

- Hệ số tắt dần: Ψ =0,876

TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com

- Chỉ tiêu tích phân của tuyệt đối sai lệch: J 1 a=∫

0

∞

|ε(t)|dt=0,002

- Chỉ tiêu tích phân của bình phương sai lệch: J2=∫

0

∞

ε2(t ) dt =2,47 2.10−6