Báo cáo thí nghiệm môn điều khiển quá trình bài 1 xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức

-Sách lược có thể sử dụng: điều khiển phản hồi và điều khiển tầng.Sách lược không dùng được: điều khiển truyền thẳng, điều khiển tỉ lệ, điều khiển lựachọn, điều khiển phân vùng.. - Nhận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Mã lớp thí nghiệm:

Mã lớp lí thuyết:

Stop time: 7500

707427 124687

Nhiễu là độ mở của van ra OutputFlow F2.

2) Xây d ự ng mô hình toán h ọc cho đối tượ ng các tham s ố hình th ứ c:

푑푑 푑푑

푑ℎ

- Phương trình cân bằng vật chất: = 푑 = 푑 1 − 푑 2

(1) 푑푑(A là tiết diện cắt ngang của bình chứa)

T = 12s

K = 517/(180-120) = 3.077

Chọn time stop = 200s ( Chọn 7500s thì đồ thị sẽ giống 1 đường thẳng đi qua gốc tọa

độ sẽ khó nhận diện được phương trình hàm truyền của mô hình )

- Kiểm chứng lại mô hình:

-Sách lược có thể sử dụng: điều khiển phản hồi và điều khiển tầng.

Sách lược không dùng được: điều khiển truyền thẳng, điều khiển tỉ lệ, điều khiển lựachọn, điều khiển phân vùng

Vì:

- Quá trình bình định mức là 1 khâu tích phân không có tính tự cân bằng, trongkhi đó điều khiển truyền thẳng không làm thay đổi tính ổn định của hệ thống, nên 1tác động nhỏ của nhiễu cũng làm hệ mất cân bằng

- Điều khiển tỉ lệ được áp dụng cho hệ thống: duy trì quan hệ giữa 2 biến nhằmđiều khiển gián tiếp biến thứ 3 mà điều khiển bình mức chỉ có 1 biến điều khiển nênkhông được sử dụng

- Điều khiển lựa chọn và điều khiển phân vùng cần ít nhất 2 biến nên cũngkhông được sử dụng

-TdP

PI

1/K = 0.320.9/K = 0.291.2/K = 0.39

10T/3 = 40

-Với bộ điều khiển P: kp = 0.32

- Với bộ điều khiển PI: kp = 0.29, Ti = 40:

- Với bộ điều khiển PID: kp= 0.39, Ti = 24, Td = 6

- Nhận xét về khả năng áp dụng của sách lược điều khiển này: Không áp dụng sáchlược điều khiển truyền thẳng được.

- Giải thích: vì sách lược truyền thẳng đòi hỏi phải rõ thông tin về quá trính và ảnhhưởng của nhiễu Tuy nhiên, mô hình đối tượng và mô hình mô phỏng, mô hình nhiễukhông bao giờ chính xác, nên sai lệch tĩnh lúc nào cũng tồn tại

- Nhận xét về kết quả: của cả 3 bộ điều khiển cho thấy tín hiệu không bám theo đườngSetPoint, quá trình không đi đến ổn định

7) S ử d ụng sách lược điề u khi ể n ph ả n h ồi vòng đơn:

Lưu đồ P&ID:

Mô phỏng:

- Kết quả:

+Với bộ điều khiển P

Nhận xét: Bộ điều khiển vẫn đạt được giá trị đặt nhưng thời gian quá độ vẫn quá lớn

+Với bộ điều khiển PI:

Nhận xét: Bộ điều khiển vẫn đạt được giá trị đặt nhưng có độ quá điều chỉnh lớn hơnnhiều so với bộ điều khiển P, do có khâu tích phân

+Với bộ điều khiển PID:

Nhận xét: Bộ điều khiển PID có tính chất tương tự như PI, tuy nhiên thời gian quá độlớn hơn

- Đo lưu lượng ra để bù nhiễu kết hợp với khâu truyền thẳng để hệ thống tốt hơn.

8) N ế u s ử d ụ ng b ộ điề u khi ể n có thành ph ầ n tích phân:

- Nhận xét về độ quá điều chính và sự dao động:

Với sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn khi mô phỏng với bộ điều khiển

PI và PID xảy ra hiện tượng mức nước vượt quá, và không thể đạt ổn định

- Giải thích nguyên nhân:

Đây là hiện tượng bão hòa tích phân ( Reset Winup) thường xảy ra trong các

bộ điều khiển có chứa khâu I ( Integrator) có đặc điểm:

-Độ quá điều chỉnh nhỏ

Thời gian quá độ nhanh

Đã giảm được sai lệch tĩnh xuống mức thấp

10) S ử d ụng sách lược điề u khi ể n t ầ ng (Cascade Control):

a Giải thích tại sao cần sử dụng điều khiển tầng:

Một trong những vấn đề của điều khiển vòng đơn là ảnh hưởng của nhiễu quátrình tới biến đầu ra Độ quá điều chỉnh lớn, thời gian đáp ứng chậm Điều khiển tầngđược xây dựng để đáp ứng các vấn đề trên

b Xác định các vòng điều khiển cần xây dựng Nhiệm vụ và đặc điểm của từng vòng Cần phản đo những đại lượng nào.

- Bộ điều khiển vòng ngoài (sơ cấp) có chức năng đáp ứng giá trị đặt thay đổi,loại trừ ảnh hưởng của nguồn nhiễu còn lại, nhằm duy trì biến điều khiển tại 1 thờigian đặt.

- Vòng 1 (vòng ngoài) đo mức của bình rồi phản hổi lại so sánh với SP

- Vòng 2 (vòng trong) đo lưu lượng In, Out Flow cho tín hiệu điều khiển vanphù hợp

c Xây dựng các vòng điều khiển:

Mô hình Simulink:

Trường hợp đo được lưu lượng ra:

Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P - P

Kết quả:

SetPoint và Level

Lưu lượng vào và ra:

Tham số của các bộ điều khiển: Ptrong = Pngoai = 1000

Nhận xét: Độ quá điều chỉnh nhỏ, hệ thống đạt xấp xỉ giá trị đặt

Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P – PI – RW:

Mô hình Simulink

Kết quả:

SetPoint and Level

Lưu lượng vào ra:

Tham số của bộ điều khiển: Kp ngoài = 1000; vòng trong là bộ điều khiển PI – RW

có thông số như bài điều khiển phản hồi

Trường hợp không đo lưu lượng ra:

Mô hình:

Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P – P:

Kết quả

Tham số bộ điều khiển: K = 1000

Nhận xét: Hệ thống cải thiện hơn khi đặt sát giá trị đặt, giảm được nhiễu

Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P – PI-RW:

Kết quả:

Tham số bộ điều khiển: Kp = 1000, tham số bộ PI- RW như trên

Nhận xét: Độ quá điều chỉnh lớn hơn

So sánh trường hợp không đo lưu lượng và đo lưu lượng ra:

Khi đo giá trị ra ta giảm được nhiễu, giá trị sai lệch giữa In, OutFlow nhỏ hơn

so với các bộ điều khiển không đo giá trị lưu lượng ra

2 Xây dựng hệ thống điều khiển 2 bình mức

Mô phỏng và kiểm tra lại đối tượng:

Kết quả mô phỏng và tính toán

Bình mức 1:

K1 = 0.8 T1 = 12

- Các sách lược không sử dụng: Sách lược truyền thẳng

Sử dụng sách lược điều khiển tầng để triệt tiêu sai lệch tĩnh và cho chất lược điềukhiển hệ thống tốt hơn điều khiển phản hồi

Sử dụng phương pháp Ziegler – Nichol 1.

Bình 1

-TdP

PI

1/K = 1.250.9/K = 1.1251.2/K = 1.5

10T/3 = 40

PI

1/K = 1.280.9/K = 1.151.2/K = 1.54

-P1: K = 1.25

P2: K = 1.28

SP1 and Level1:

SP2 and Level2:

Nhận xét: Bộ điều khiển gần đạt được giá trị đặt nhưng thời gian quá độ vẫn lớn

Trường hợp sử dụng bộ điều khiển PI – RW:

Tham số giống với bộ điều khiển PI -RW đã tính toán.

SP and Level1

SP and Level2:

Nhận xét: Khi sử dụng bộ chống bão hòa tích phân PI - RW đã giảm được đáng kểhiện tượng dao động, độ quá điều chỉnh nhỏ, tuy nhiên vẫn tồn tại sai lệch tĩnh.7) S ử d ụng sách lược điề u khi ể n t ầ ng (cascade control):

a Xác định các vòng điều khiển cần xây dựng:

-Vòng 1: điều khiển độ mở van InValve1

Vòng 2: điều khiển mở van InValve2

Đặc điểm và nhiệm vụ của từng vòng:

-Vòng 1: điều khiển độ mở van 1, có đặc tính động học biến đổi nhanh hơn vòng 2.Vòng 2: điều khiển độ mở van 2, có đặc tính động học biến đổi chậm hơn vòng 1.Lưu đồ P&ID:

b Xây dựng các vòng điều khiển đã xác định cho trường hợp đo lưu lượng ra:

Mô hình Simulink

- Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P (vòng ngoài)/ P (vòng trong):

SP and Level1

SP and Level2

Nhận xét: chất lượng điều khiển tốt, tín hiệu Level bám sát tín hiệu đặt SP

SP and Level2:

Nhận xét: dù sử dụng bộ điều khiển có chống bão hòa tích phân nhưng không đạt đượcgiá trị đặt của nó