MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG LỌC – HÓA DẦU

MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG LỌC – HÓA DẦUTừ kết quả mô phỏng quá trình điều khiển tháp chưng cất ở trên cho thấy việc ứng dụng lý thuyết điều khiển tách kênh để thiết kế các bộ điều khiển đa biến cho hệ thống điều khiển tháp chưng cất đã khắc phục được ảnh hưởng qua lại giữa các kênh. Điều này cho phép nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển các tháp chưng cất, một trong những đối tượng đa biến phức tạp trong công nghiệp. Trong khi các bộ điều khiển đơn biến khó có thể thực hiện được điều này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

KHOA DẦU KHÍ

BỘ MÔN LỌC – HÓA DẦU

- -TIỂU LUẬN MÔN HỌC

MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG

LỌC – HÓA DẦU

Họ và tên học viên: DOÃN ANH TUẤN

Lớp: Cao học Kỹ Thuật Hóa Học – K29

Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Đào Văn Tân

HÀ NỘI, 9/2016

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thiện tiểu luân này đầu tiên tôi xin giử lời cảm ơn chân thành đến

thầy PGS TS Đào Văn Tân là người đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn để tôi

thực hiện tiểu luận này Bên cạnh đó tôi xin cảm ơn các bạn trong lớp Cao học kỹthuật hóa học K29 đã góp ý và sửa chữa để giúp tôi hoàn thành tốt tiểu luận này

Hà Nội, 28 tháng 09 năm 2016HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Doãn Anh Tuấn

PHẦN I: ĐỀ TIỂU LUẬN

1 Ứng dụng của Matlab trong điều khiển tự động

1.1 Cho hệ điều khiển tự động có cấu trúc như hình 1 HTĐ của các khâu như sau:

G1(s)= 1/(s+7), G2(s)=1/(s2+6s+5), G3(s)=1/(s+8), G4(s)=1/s, G5(s)=7/(s+3),

G6(s)=1/(s2+7s+5), G7(s)=5/s+5, G8(s)=1/(s+9)

Hình IHãy tìm:

a Hàm truyền đạt của hệ G(s)=C(s)/R(s)

b Nghiệm của đa thức mẫu số Hệ có ổn định hay không?

1.2 Một hệ thống điều khiển phản hồi sử dụng bộ điều khiển PID Hàm truyền đạtcủa quá trình G(s)=1/(s+1)3 Hãy minh họa tác dụng của thành phần tỷ lệ, tích phân

và vi phân cho hệ thống này

2 Điều khiển tách kênh tháp chưng cất.

Sử dụng phần mềm Simulink để thành lập sơ đồ mô phỏng điều khiển táchkênh một tháp chứng cất có sơ đồ cấu trúc như hình 2 Phân tích các kết quả môphỏng sử thay đổi nồng độ khi có và không có bộ điều khiển tách kênh

Hình II

Hình 1.2

Hình 1.3

b Nghiệm của đa thức mẫu số Hệ có ổn định hay không?

Chương trình Matlab:

- Nghiệm của đa thức mẫu số:

>> ms=[5 225 4330 46525 305775 1.266e006 3.285e006 5.134e006 4.454e0061.813e006 210000];

Hình 1.4

 Nhận xét: hàm truyền vòng hở có 1 cực nằm bên phải mặt phẳng phức Biểu

đồ Nyquist không bao điểm A (-1+j0)

Điểm –1 ký hiệu (+) nằm trên trục thực âm (Real Axis), điểm 0 nằm trên trục

ảo (Imaginary Axis)

 Kết luận: Hệ không ổn định

1.2 Một hệ thống điều khiển phản hồi sử dụng bộ điều khiển PID

a Tác dụng của khâu tỷ lệ

Để minh họa tác dụng của khâu tỷ lệ, ta chọn các hằng số thời gian Ti = ∞ và

Td = 0, viết chương trình Matlab:

Hình 1.5

Từ hình 1.5 ta nhận thấy rằng sai lệch tĩnh luôn ổn định với điều khiển tỷ lệ.Sai lệch càng tăng khi hệ số khuếch đại tỷ lệ càng giảm, nhưng xu hướng dao độngcàng tăng

b Tác dụng của khâu tích phân

Hình 1.6 minh họa tác dụng của khâu tích phân khi giữ K=1, Td=0

C Tác dụng của khâu vi phân

Hình 10 minh họa tác dụng của khâu vi phân khi giữ không đổi K=3 và Ti=2,lệnh viết trong Matlab

Hình 1.7Hình 1.7 minh họa tác động của điều khiển vi phân Tham số K và Ti đượclựa chọn sao cho hệ kín dao động Sự tắt dần dao động tăng khi tăng thời gian viphân, nhưng việc giảm hệ số khuếch đại khi thời gian vi phân quá lớn.

Khi sử dụng bộ PID đầy đủ, người ta phải chọn tối ưu các tham số để đảmbảo chất lượng điều khiển là tốt nhất

2 Điều khiển tách kênh tháp chưng cất.

Để mô phỏng kết quả tính toán điều khiển tháp chưng cất ta dùng phần mềmMatlab 7.01 Với các thông số đã tính toán ta lập sơ đồ mô phỏng tổng quát hình2.1

Hình 2.1 (a) Sơ đồ mô phỏng tháp chưng cất

Hình 2.1 (b) Sơ đồ mô phỏng tháp chưng cất trên Matlab

Hình 2.2 (a) Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển tách kênh để điều khiển tháp chưng cất

Hình 2.2 (b) Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển tách kênh để điều khiển tháp chưng cất

trên Matlab

Kết quả mô phỏng cho thấy (Hình 5.18 và hình 5.19) với việc sử dụng bộđiều khiển tách kênh đặc tính đầu ra của hệ tốt hơn: khi không có bộ tách kênh thờigian quá độ là 20 phút, độ quá điều chỉnh là 8%, đặc tính đầu ra luôn dao động Khi

có bộ điều khiển tách kênh thời gian quá độ là 14 phút, bộ quá điều chỉnh là 5%,đặc tính đầu ra ổn định tại giá trị đặt

Trên các hình 5.20, 5.21, 5.22, 5.23 mô tả đáp ứng đầu ra của tháp khi nhiệt

độ đỉnh tháp thay đổi Việc tăng hoặc giảm nhiệt độ ở đỉnh tháp làm cho sai lệchnồng độ ở sản phẩm đỉnh và đáy tháp tăng hoặc giảm khi không có bộ tách kênh(xem hình 5.20b, 5.21b, 5.23b) còn khi điều khiển tách kênh, giá trị nồng độ sảnphẩm đỉnh và đáy tháp được duy trì ổn định ở giá trị đặt (xem hình 5.20a, 5.21a,5.22a, 5.23a) Khi có bộ tách kênh, nhiệt độ đỉnh tháp thay đổi không ảnh hưởngnhiều đến nồng độ sản phẩm đáy Như vậy việc dùng điều khiển tách kênh sẽ làmcho chất lượng hệ thống điều khiển tháp trở nên tốt hơn [1]

PHẦN III KẾT LUẬN

Từ kết quả mô phỏng quá trình điều khiển tháp chưng cất ở trên cho thấyviệc ứng dụng lý thuyết điều khiển tách kênh để thiết kế các bộ điều khiển đa biếncho hệ thống điều khiển tháp chưng cất đã khắc phục được ảnh hưởng qua lại giữacác kênh Điều này cho phép nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển các thápchưng cất, một trong những đối tượng đa biến phức tạp trong công nghiệp Trongkhi các bộ điều khiển đơn biến khó có thể thực hiện được điều này

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] PGS.TS Đào Văn Tân, Giáo Trình Mô hình hóa và điều khiển tự động trong lọc– hóa dầu