BÁO cáo THÍ NGHIỆM điều KHIỂN QUÁ TRÌN1chuanx

điều khiển quá trình

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

Sinh viên: Nguyễn văn Bằng

SHSV: 20096289

Lớp: ĐK&TĐH 1 _ K54

Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức.

1:Xây dựng mô hình đối tượng bình mức.

1.1 Xác định các tín hiệu vào, tín hiệu ra và nhiễu hệ thống.

1 Xác định tín hiệu vào, ra, và nhiễu (kèm hình mô hình 1 bình mức);+ Tín hiệu vào: Độ mở van vào (In Valve)

+ Tín hiệu ra: Mức của bình mức (H)

+ Nhiễu hệ thống: Độ mở van ra (Out Valve)

Đối tượng là một hệ thống một bình mức với một van vào và một van ra

Yêu cầu: Xây dựng bộ điều khiển cho hệ thống này để điều chỉnh mức chất lỏng trong bình ổn định ở giá trị đặt Bộ điều khiển chỉ có thể tác động tới van vào, còn van ra do người sử dụng tùy ý điều khiển

1.2 Xây dựng mô hình toán học cho hệ thống.

1.3.1 Phương pháp đường cong đáp ứng

Hệ thống

+ Từ hàm quá độ h(t) ta kẻ tiếp tuyến với đồ thị :

- Cắt truc t,ta được : T=2.6

- Từ tiếp điểm, chiếu lên hai trục ta được : Y0=8 ; T0= (5.5-2.6)=2.9

+ Xác định tham số : K=Y0/T0=8/2.9=2.75

+ Ta có hàm truyền :

Transfer function:

2.75

2.6s^2 + s

*Kiểm tra lại mô hình, ta dùng mô hình sau :

Với các thông số tính toán được ở trên ta có kết quả sau :

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0

20 40 60 80 100 120 140

Ta thấy hai đường đồ thị hơi cách xa nhau ở phần đầu, ta phải tăng giá trị của K lên (lấy K=2.6) và tăng tiếp giá trị của T (lấy T=2.7), ta được :

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

Sách lược không sử dụng được: điều khiển truyền thẳng, điều khiển tỉ lệ, điều

khiển lựa chọn và điều khiển phân vùng.

Vì:

 Quá trình bình định mức là 1 khâu tích phân không có tính tự cânbằng, trong khi đó điều khiển truyền thẳng không làm thay đổi tính ổn định của hệ thống Nên một tác động nhỏ của nhiễu làm

hệ thống đi tới trạng thái mất cân bằng

 Điều khiển tỉ lệ được áp dụng cho hệ thống : duy trì quan hệ giữa

2 biến nhằm điều khiển gián tiếp biến thứ 3, mà điều khiển bình mức chỉ có 1 biến điều khiển nên không được áp dụng

 Điều khiển lựa chọn và điều khiển phân vùng cần ít nhất 2 biến điều khiển mà bình 1 định mức có 1 biến điều khiển

 Hàm truyền đạt đầy đủ PID:

K (s)=kc( 1+ 1

τis + τds)

.Xác định bộ số của hàm truyền đạt PID

2.1 Sách lược điều khiển thẳng 2.1.1 Lưu đồ P&ID

Điều chỉnh stoptime và fix-step

Đồ thị với bộ điều khiển P.

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

Đồ thị với bộ điều khiển PID.

tế, bộ điều khiển lý tưởng không bao giờ có tính khả thi.

2.2 Sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn

Lưu đồ PID:

Sơ đồ Simulink.

Sử dụng bộ P

0 100

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

- Với sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn thì chỉ cần P là đáp

ứng đủ yêu cầu bám giá trị đặt

- Hai bộ điều khiển PI và PID thì luôn có độ quá điều chỉnh lớn do

có hiện tượng bão hòa tích phân của khâu tích phân, để khắc phục hiện tương trên ta có thể sử dụng bộ chống bão hòa tích phân

2.3 Chống bão hòa tích phân

2.3.1 Hiện tượng bão hòa tích phân.

- Là hiện tượng đầu ra của bộ điều khiển vẫn tiếp tục tăng quá mức giới hạn

do sự tích lũy của thành phần tích phân vẫn tiếp tục được duy trì khi sai lệch điều khiển đã trở về không

- Hiện tượng chỉ xảy ra với bộ điều khiển có thành phần tích phân

2.3.2 Xây dựng các bộ điều hòa PI, PID chống bão hòa tích phân.

PI

Gain:K=Kc=0.346 Gain1:K=1/Ti=0.112 Gain2:K=1/Tt=4/Ti=0.449

Nhận xét: khi có bộ chống bão hòa thì đã giảm bớt độ quá điều chỉnh Chất lượng

bộ điều khiển tốt hơn

a PID:

Trong đó:Thông số của khâu PID-RW được xác định theo Zinger Nicol1 như sau:

Gain:K=Kc=0.46Gain1:K=1/Ti=0.185Gain2:K=1/Tt=4/Ti=0.74Gain3:K=Td=1.35

2.4 Sách lược điều khiển phân tầng

Lưu đồ P&ID

2.4.1 Cần sử dụng sách lược điều khiển tầng vì:

Một trong những vấn đề của điều khiển phản hồi đã được phân tích là khi ảnh hưởng của nhiễu quá trình tới biến đầu ra cần điều khiển chậm được phát hiện

Độ quá điều chỉnh của tín hiệu điều khiển lớn, thời gian đáp ứng chậm

Điều khiển tầng là một cấu trúc mở rộng của điều khiển phản hồi vòng đơn, được sử dụng nhằm khắc phục những vấn đề nêu trên Điều khiển tầng giúp loại bỏảnh hưởng của một số dạng nhiễu và giúp cho tính động học của hệ thống linh hoạthơn

2.4.2 Xác định nhiệm vụ từng vòng định mức:

- Bộ điều khiển vòng trong (thứ cấp) có chức năng loại trừ hoặc ít ra

là giảm đáng kể ảnh hưởng của nó tới biến cần điều khiển thực

- Bộ điều khiển vòng ngoài (sơ cấp) có chức năng đáp ứng với giá

trị đặt thay đổi, loại trừ ảnh hưởng của nguồn nhiễu còn lại, nhằm duy trì biến cần điều khiển tại 1 giá trị đặt

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

SP

- Vòng 2( vòng trong): đo hiệu lưu lượng In,Out flow cho ta tín hiệu

điều khiển van phù hợp

 Bộ điều khiển không đo lưu lượng ra:

Đồ thị simulink

 Bộ điều khiển P/P: lấy giá trị vòng ngoài K p=1000

0 0.5 1 1.5 2 2.5x 10

5

 Bộ điều khiển P/PI-RW:

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

Bộ điều khiển P/PID-RW:

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

Nhận xét: hệ có độ quá điều chỉnh lớn, không đạt được giá trị đặt.

 Bộ điều khiển đo lưu lượng ra:

Sơ đồ Simulink:

- hệ thống cải thiện hơn khi đạt sát giá trị đặt

- Khi đo giá trị ra ta giảm được nhiễu, giá trị sai lệch giữa In Out

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

 Bộ P/PI_RW:

scope

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

So sánh giữa sách lược điều khiển phản hồi và điều khiển tầng.

 Cả hai sách lược điều khiển phản hồi và tầng đều đem lại kết quả điều khiển khá tốt, thời gian xác lập nhanh, độ quá điều chỉnh và sai lệch tĩnh nhỏ

 Tuy nhiên khi thay đổi giá trị đặt và lưu lượng ra, ta thấy bộ điều khiển tầng có đáp ứng nhanh với độ quá điều chỉnh nhỏ hơn bộ điều khiển phản hồi Vì trong bộ điều khiển tầng có khâu tỷ lệ P ở vòng ngoài nên tác động nhanh với sự thay đổi của nhiễu ở đầu vào và có tác dụng triệt tiêu được nhiễu này

Biện pháp:

 khi sai lệch điều khiển bằng 0, tách bỏ thành phần tích phân trong bộ

ĐK, hoặc xóa trạng thái của thành phần tích phân

 giảm hệ số khuếch đại nằm trong giới hạn cho phép

 đặt một khâu giới hạn tại đầu ra của bộ ĐK đã bị giới hạn, phản hồi về

bộ ĐK để thực hiện thuật toán bù nhằm giảm thành phần tích phân Hệ

thống có bù nhiễu nhận tín hiệu từ mức nước đầu ra điều khiển dễ dàng hơn và ổn định hơn hệ thống không có.

BÀI II: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HAI BÌNH MỨC THÔNG

NHAU

1 Xây dựng mô hình cho đối tượng bình mức

1.1 Xác định các tín hiệu vào, tín hiệu ra và nhiễu

Dựa vào đồ thị ta lấy : T=4.6 và K= 0.6

1.4 Kiểm tra lại các hệ số đã chọn.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0

2 Lựa chọn sách lược điều khiển

- Các sách lược có thể sử dụng :

a Điều khiển phi tập trung

+ Điều khiển phản hồi

3 Xác định tín hiệu điều khiển & tín hiệu đo:

+ Tín hiệu ĐK:

- Tín hiệu qua bộ PI&D để điều khiển độ mở van : In Valve1,In Valve2

+ Tín hiệu đo:

- Tín hiệu có được khi đo mức trong bình: Level 1, Level 2

- Tín hiệu có được khi đo lưu lượng : Out Flow1 Out Flow2 Out Flow3

4.1 Bộ điều khiển P

Đồ thị trên Scope hiển thị SP1/Level1, SP2/Level2

Scope

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

4.2Bộ điều khiển PI_RW, PID_RW

4.2.1 Bộ điều khiển PI_RW.

Trong đó:Thông số của khâu PI-RW1 được xác định theo Zinger Nicol1 như sau: Gain:K=Kc=0.225

4.2.2 Bộ điều khiển PID_RW

Trong đó:Thông số của khâu PID-RW được xác định theo Zinger Nicol1 như sau:

Gain:K=Kc=0.3 Gain1:K=1/Ti=0.192 Gain2:K=1/Tt=4/Ti=0.769 Gain3:K=Td=1.3

Thông số của khâu PID-RW1 được xác định theo Zinger Nicol1 như sau:

Gain:K=Kc=2

Gain1:K=1/Ti=0.104

Gain2:K=1/Tt=4/Ti=0.418

Gain3:K=Td=2.4

Xác định vòng điều khiển cần xây dựng:

+ Vòng thứ nhất : Điều khiển độ mở van In Valve1

+ Vòng thứ hai : Điều khiển độ mở van In Valve2

Đặc điểm & nhiệm vụ của từng vòng:

+ Vòng 1: Điều khiển độ mở van In Valve1 có đặc tính động học biến đổi

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0

Nhận xét: hệ thống hoạt động đúng với giá trị đặt

5.1.3 P/PID_RW:

Scope

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0