Tóm tắt luận văn nghiên cứu phân tích hệ điều khiển quá trình đa biến

Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách kênh sử dụng phương pháp tối ưu - Đáp ứng mức L:... Đáp ứng mức L của quá trình đa biến khi chưa có bộ táchkênh sử dụng phươ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong giai đoạn phát triển ngày nay, điều khiển quá trình đã

và đang giữ một vị trí quan trọng trong các ngành công nghiệp dầukhí, hóa chất, công nghệ thực phẩm… quyết định đến việc đảm bảocho các dây chuyền sản xuất đạt được năng suất và chất lượng mongmuốn

Một hệ thống điều khiển quá trình chứa đựng trong đó toàn

bộ các giải pháp đo lường, điều khiển, vận hành và giám sát nhằmbảo đảm các yêu cầu của quá trình và thiết bị công nghệ như chấtlượng sản phẩm, sản lượng, hiệu suất sản xuất, an toàn cho conngười, máy móc và môi trường Như vậy việc nghiên cứu và thựcnghiệm về điều khiển quá trình là rất cần thiết

Trong phạm vi nghiên cứu các vấn đề cơ bản của quá trình

đa biến điều khiển mức và nhiệt độ

Chương 1

LÝ THUYẾT CHUNG CỦA HỆ ĐA BIẾN

1.1 Điều khiển quá trình là gì?

Điều khiển quá trình là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự độngtrong điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ nhằmnâng cao hiệu quả sản xuất và đảm bảo các yêu cầu về bảo vệ conngười, máy móc và môi trường

Hình 1.1: Quá trình và phân loại các biến quá trình.

1.2 Mục đích của điều khiển quá trình

Nhiệm vụ của điều khiển quá trình là đảm bảo điều kiện vậnhành an toàn, hiệu quả và kinh tế quá trình công nghệ

- Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru:

- Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm:

- Bảo vệ môi trường:

- Nâng cao hiệu quả kinh tế:

Chương 2 XÂY DỰNG CẤU TRÚC CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN

2.1 Cấu trúc cơ bản của một hệ điều khiển quá trình:

Cấu trúc cơ bản của một hệ điều khiển quá trình được trìnhbầy như sau:

Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của hệ điều khiển quá trình

Tùy theo quy mô ứng dụng và mức độ Tự động hóa, các hệthống điều khiển quá trình công nghiệp có thể đơn giản đến tươngđối phức tạp, nhưng chúng đều phải dựa trên các thành phần cơ bảnlà: thiết bị đo, thiết bị chấp hành và thiết bị điều khiển

Hình 2.2: Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình.

2.2 Thiết bị đo

2.3 Thiết bị chấp hành

2.4 Thiết bị điều khiển

2.5 Mô hình toán học các đối tượng

- Hàm truyền thiết bị đo mức:

- Hàm truyền thiết bị đo nhiệt:

2.6 Các vòng điều khiển

Từ mô hình thí nghiệm đã được xây dựng và yêu cầu của bàitoán điều khiển, ta có thể thấy rằng trong mô hình có 2 vòng điềukhiển đơn:

- Vòng điều khiển nhiệt độ T3:

- Vòng điều khiển mức L:

2.7 Lý thuyết bộ tách kênh

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý bộ tách kênh.

Chương 3 GIỚI THIỆU BÀN THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH 3.1 Cấu trúc phần cứng

Từ cấu trúc tổng quan của hệ thống ta thấy sơ đồ sử dụng 1bình nước nóng, 1thùng chứa nước lạnh, 1 bình trộn, 1 cảm biến đomức, 4 van tay, 3 van từ, 3 van điều khiển, 3 cảm biến đo mức và 3cảm biến đo nhiệt độ

3.1.7 Hình ảnh tổng quan mô hình thí nghiệm

Hình 3.2 Tổng quan mô hình thí nghiệm thực tế.

3.2 Phần mềm và thiết kế giao diện

3.2.1 Giới thiệu chung

Để lập trình cho bộ điều khiển, thiết kế giao diện cho ngườivận hành, kết nối bộ điều khiển với máy tính… ta cần sử dụng tớinhững phần mềm đi kèm với bộ điều khiển AC800M Các phần mềm

3.2.2 Thiết kế giao diện

Trong luận văn này, việc thiết kế giao diện cho người sửdụng là một vấn đề rất quan trọng Giao diện được thiết kế và xâydựng cho những người sử dụng nên cần phải đơn giản hóa, hiệu quả

và dễ sử dụng Việc thiết kế giao diện điều khiển giúp cho người sửdụng có thể giao tiếp và điều khiển bộ điều khiển một cách dễ dàng.Đồng thời, cũng cho phép người vận hành có thể theo dõi và giámsát hệ thống một cách thuận tiện

3.3 Nhận dạng đối tượng của điều khiển quá trình

- Nhận dạng tác động của dòng nóng đến mức (G21)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 0

Khuech dai

- Nhận dạng tác động của dòng lạnh đến mức L(G22)

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0

Khuech dai

- Nhận dạng tác động của dòng lạnh tới nhiệt độ T3 (G12)

Nhan dang tac dong cua dong lanh den nhiet do T3 (G12)

- Nhận dạng tác động của dòng nóng đến nhiệt độ T3 (G11)

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 0

Chương 4 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ ĐIỀU KHIỀN BẰNG

PHẦN MỀM MATLAP 4.1 Tính toán bộ điều khiển cho các vòng điều khiển đa biến 4.1.1 Mô phỏng hệ thống khi chưa có bộ tách kênh

Để thấy được ảnh hưởng của các tác động xen kênh, ta tiếnhành mô phỏng hệ với các vòng điều khiển đa biến khi chưa có bộtách kênh

a) Mô phỏng quá trình điều khiển đa biến với bộ điều khiển tính toán theo phương pháp sử dụng các tiêu chuẩn tối ưu

Hình 4.1 Mô phỏng quá trình đa biến chưa có bộ tách kênh sử

dụng phương pháp tối ưu.

Kết quả mô phỏng:

- Đáp ứng nhiệt độ T3:

Hình 4.2 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi chưa có bộ

tách kênh sử dụng phương pháp tối ưu

- Đáp ứng mức L:

Hình 4.3 Đáp ứng mức L của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách

kênh sử dụng phương pháp tối ưu

Nhận xét: Có thể thấy rằng, khi có tác động xen kênh giữa

các vòng điều khiển đơn biến thì bộ điều khiển thiết lập cho các vòngđiều khiển đơn biến không còn chính xác Trong trường hợp này cóthể thấy rằng đáp ứng nhiệt độ khi có tác động xen kênh có độ quáđiều chỉnh rất lớn (khoảng 34,4%), thời gian quá độ của đáp ứngnhiệt là khoảng 700s và thời gian quá độ của đáp ứng mức L làkhoảng 500s Điều này là không thể chấp nhận được

b) Mô phỏng quá trình điều khiển đa biến với bộ điều khiển tính toán theo phương pháp tổng hợp trực tiếp DS

Hình 4.4 Mô phỏng quá trình đa biến chưa có bộ tách kênh sử

dụng phương pháp tổng hợp trực tiếp

Kết quả mô phỏng:

- Đáp ứng nhiệt độ T3:

Hình 4.5 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi chưa có bộ

tách kênh sử dụng phương pháp tổng hợp trực tiếp DS

- Đáp ứng mức L:

Hình 4.6 Đáp ứng mức L của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách

kênh sử dụng phương pháp tổng hợp trực tiếp DS

Nhận xét: Từ kết quả mô phỏng có thể thấy rằng, khi có tác

động xen kênh giữa các vòng điều khiển đơn biến thì bộ điều khiểnthiết lập cho các vòng điều khiển đơn biến không còn chính xác.Trong trường hợp này có thể thấy rằng đáp ứng nhiệt độ khi có tácđộng xen kênh có độ quá điều chỉnh lớn (khoảng 14,3%), thời gianquá độ của đáp ứng nhiệt là khoảng 600s Trong khi đó đáp ứng mứcthì không bám theo lượng đặt, có sai lệch tĩnh lớn (cỡ 10%) Điềunày là cũng không thể chấp nhận được

c) Mô phỏng quá trình điều khiển đa biến với bộ điều khiển tính toán theo phương pháp IMC

Hình 4.7 Mô phỏng quá trình đa biến chưa có bộ tách kênh sử dụng

phương pháp IMC

Kết quả mô phỏng:

- Đáp ứng nhiệt độ T3:

Hình 4.8 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách

kênh sử dụng phương pháp IMC

- Đáp ứng mức L:

Hình 4.9 Đáp ứng mức L của quá trình đa biến khi chưa có bộ tách

kênh sử dụng phương pháp IMC

Nhận xét: Từ kết quả mô phỏng có thể thấy rằng, trong trường hợp

này đáp ứng nhiệt độ khi có tác động xen kênh có độ quá điều chỉnhlớn (khoảng 17,9%), thời gian quá độ của đáp ứng nhiệt là khoảng

600s Trong khi đó đáp ứng mức có sự dao động lớn và thời gianquá độ là khoảng 400s Điều này là cũng không thể chấp nhận được.

Kết luận: Có thể thấy rằng, khi có tác động của ảnh hưởng

xen kênh thì việc điều khiển trở nên rất khó khăn, đáp ứng đầu ra củaquá trình là không tốt với thời gian quá độ lớn Do đó, việc thiết lậpmột bộ tách kênh để phân quá trình thành các vòng điều khiển đơnbiến là một yêu cầu cần thiết Phần tiếp theo, chúng ta sẽ tiến hànhtính toán bộ tách kênh và mô phỏng hệ thống khi đã thêm bộ táchkênh

Hình 4.2 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi chưa có bộ

tách kênh sử dụng phương pháp tối ưu

4.1.3 Mô phỏng hệ thống khi đã có bộ tách kênh

Mô phỏng quá trình điều khiển đa biến với bộ điều khiển

tính toán theo phương pháp sử dụng các tiêu chuẩn tối ưu

Hình 4.7 Mô phỏng quá trình đa biến khi có bộ tách kênh sử dụng

phương pháp tối ưu

Hình 4.8 Đáp ứng nhiệt độ T3 của quá trình đa biến khi có bộ tách kênh

sử dụng phương pháp tối ưu

CHƯƠNG 5 THÍ NGHIỆM TRÊN THIẾT BỊ ĐỂ KIỂM CHỨNG

Sau khi có kết quả mô phỏng, ta có thể áp dụng các bộ điều khiển đãtính toán được vào mô hình thực tế

T 0C

5.1 Quá trình khởi động

Thực hiện ghép nối bộ điều khiển với mô hình trước và saukhi thêm bộ tách kênh Kết quả thu được từ đồ thị Trend được thểhiện như sau:

Hình 5.1 Quá trình khởi động khi chưa có bộ tách kênh.

Hình 5.2 Quá trình khởi động khi đã có bộ tách kênh.

5.2 Thay đổi giá trị đặt của nhiệt độ T3

Hình 5.3 Thay đổi giá trị lượng đặt T3 khi chưa có bộ tách kênh.

Hình 5.4 Thay đổi giá trị lượng đặt T3 khi có bộ tách kênh.

5.3 Thay đổi giá trị đặt của mức Level

Hình 5.5 Thay đổi giá trị lượng đặt mức L khi chưa có bộ tách kênh.

Hình 5.6 Thay đổi giá trị lượng đặt mức L khi đã có bộ tách kênh.

5.4 Thay đổi giá trị đặt của van CV3

Hình 5.7.Thay đổi giá trị lượng đặt lưu lượng đầu ra khi chưa có bộ

tách kênh.

Hình 5.8 Thay đổi giá trị lượng đặt lưu lượng đầu ra khi đã có bộ

tách kênh.

KẾT LUẬN: Từ các kết quả thu được trên mô hình thực tế,

ta có thể thấy rằng bộ tách kênh đã hoạt động hiệu quả trong việc hạnchế ảnh hưởng của các tác động xen kênh, các đáp ứng mức và nhiệt

độ ít bị ảnh hưởng đầu vào của đáp ứng còn lại thay đổi Thời gianquá độ trong các trường hợp khi có bộ tách kênh cũng đã giảm điđáng kể Tuy nhiên, bộ tách kênh vẫn chưa thể tách kênh hoàn toàn,

sự dao động của các đáp ứng vẫn xuất hiện mặc dù là không đáng kể.Điều này là do sự xấp xỉ trong các khâu tính toán và trong quá trìnhnhận dạng các đối tượng của quá trình

KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN:

Trong quá trình làm luận văn với đề tài: “Nghiên cứu phân tích

hệ điều khiển quá trình đa biến” tôi đã tìm hiểu và tiếp thu được

nhiều kinh nghiệm thực tế trong một bài toán điều khiển nói chung

và trong bài toán điều khiển quá trình nói riêng Cùng với đó, tôi đãtổng hợp được nhiều kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế Trong luận văn này, tôi đã thu được những kết quả như sau:

- Nghiên cứu và phân tích được hệ điều khiển quá trình đabiến

- Khảo sát được đối tượng thực nghiệm, kiểm chứng các tínhtoán trên mô hình thực

- Thiết kế được điều khiển tách kênh để nâng cao chất lượng

hệ điều khiển quá trình đa biến

KIẾN NGHỊ:

Trên mô hình thí nghiệm có thể mở rộng cho các thuật điềukhiển khác như điều khiển mô hình dự báo đa biến, điều khiển tuyếntính và phi tuyến.Điều khiển thích nghi và bền vững