Bài thuyết trình điều khiển của các bộ điều khiển PI, PID

Các biến quá trình trong hệ thống 4.Phân tích sách lược điều khiển • Phần 2 : Thực hiện yêu cầu đối với hình chữ nhật màu đỏ 1.. Sự hoạt động của công nghệ• Cấp liệu được đưa vào đĩa t

Báo cáo bài tập lớn cuối kỳ

Giảng viên hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Huy Phương

Sinh viên thực hiện :

Nội dung

• Giới thiệu về tháp chưng cất

• Phần 1 : Đối với toàn bộ hệ thống

1 sự hoạt động của công nghệ

2 Yêu cầu kĩ thuật

3 Các biến quá trình trong hệ thống

4.Phân tích sách lược điều khiển

• Phần 2 : Thực hiện yêu cầu đối với hình chữ nhật màu đỏ

1 Mô hình hóa đối tượng

2.Lựa chọn cơ cấu chấp hành

3 Thiết kế mạch vòng điều khiển

4 Mô phỏng

5 Kết luận đánh giá

• Tài liệu tham khảo

Giới thiệu về tháp chưng cất

Mô hình tháp chưng cất

Sơ đồ công nghệ của tháp chưng cất

Phần 1: Đối với toàn bộ hệ thống

1 Sự hoạt động của công nghệ

• Cấp liệu được đưa vào đĩa tiếp liệu

• Thiết bị đun sôi cung cấp nhiệt cho dòng cấp nhiên liệu

• Các thành phần có nhiệt độ sôi thấp sẽ hóa hơi đi từ dưới lên trên qua các lỗ , qua khâu làm mát ngưng tụ thành chất lỏng , một phần dung dịch qua van để thu được sản phẩm đỉnh , 1 phần hồi lưu lại tháp chưng cất

• Các thành phần có nhiệt độ sôi cao hơn sẽ di chuyển về phía đáy tháp dưới dạng chất lỏng, cho ra sản phẩm đáy

• Nồng độ sản phầm đầu ra duy trì theo yêu cầu

• Mực chất lỏng trong bình hồi lưu được duy trì cố định

• Áp suất của tháp chưng cất được duy trì ổn định

• Nhiệt độ phần tinh cất và phần chưng cất của tháp duy trì ổ định ở mức đặt trước

2 Yêu cầu kĩ thuật

3 Các biến quá trình trong hệ thống

• Biến cần điều khiển : nồng độ sản phẩm đỉnh và đáy

• Biến được điều khiển : Nhiệt độ phần tinh cất và chưng cất,

áp suất P , mực chất lỏng trong bình hồi lưu

• Biến điều khiển : lượng sản phẩm đáy B, lượng sản phẩm

đỉnh D, , , tỉ lệ hồi lưu R

• Nhiễu : F,

•  

Áp suất P

4 Sách lược điều khiển

• Sử dụng sách lược điều khiển phi tập trung

• Định nghĩa: Hệ thống điều khiển bao gồm nhiều bộ điều khiển phản hồi độc lập, mỗi bộ liên kết một tập con (không chia sẻ) các biến đầu ra (đo được) và giá trị đặt với một tập con các biến điều khiển

4.Sách lược điều khiển

• Bộ đo áp suất sẽ phản hồi về bộ điều khiển để mở van coolant

• Bộ đo nhiệt độ sẽ phản hồi về bộ điều khiển để mở van FCV-1

• Bộ đo mức sẽ phản hồi về bộ điều khiển để mở van FCV-2

• Bộ đo nhiệt độ sẽ phản hồi về bộ điều khiển để mở van FCV-4

• Bộ đo mức sẽ phản hồi về bộ điều khiển để điều khiển mở van FCV-3

4 Sách lược điều khiển

+Thiết kế sách lược điều khiển phức tạp

+Chất lượng thấp, không phải bao giờ cũng thực hiện được

Phần 2: Thực hiện yêu cầu đối với phần hình chữ nhật màu đỏ

1 Mô hình hóa đối tượng

• Các tham số quá trình giả định : giả sử van FCV-2 luôn mở, nhiệt độ của tháp cần được điều khiển khoảng 150 , nhiệt độ của dòng hồi lưu khoảng 30

• Đối tượng của chúng ta là hệ thống điều khiển nhiệt độ Để đơn giản

hóa mô hình hóa đối tượng, nhóm chúng em quy về mô hình như hình bên

Với F là lưu lượng dung dịch bốc hơi , T là nhiệt độ phần chưng luyện của tháp chưng

Từ mô hình như hình bên ta suy ra được phương trình :

•  

2 Lựa chọn thiết bị

• Với nhiệt độ cao, môi trường làm việc phải chịu nhiều tác động môi trường nên phải chọn thiết bị có độ bền cao, ổn định cũng như độ chính xác phải được đảm bảo.

a. Lựa chọn thiết bị đo lường

-.Lựa chọn cảm biến nhiệt độ Pt100 do:

-.Dải đo của Pt100 :-80 đến 600

2 Lựa chọn thiết bị

b Lựa chọn cơ cấu chấp hành

- Chọn van đóng an toàn : Van bướm Inox điều khiển khí nén roăng teflon

- Do van chịu được nhiệt độ cao, chịu được môi trường có tính ăn mòn cao, hoạt động

ổn định.

- Cấu tạo : bộ điều khiển khí nén, thân van bướm

- Nguyên lí hoạt động của van : lúc cấp khí nén vào bộ điều khiển khí nén, nó sẽ chịu trách nhiệm chuyển hóa nguồn khí nén này thành động năng làm cho trục van nối với

bộ điều khiển chuyển động giúp thực hiện thao tác đóng mở

2 Lựa chọn thiết bị

• Lựa chọn bộ điều khiển PID do:

- Giảm sai số xác lập đến mức tối thiểu nhất

- Hạn chế độ dao động

- Giảm thời gian xác lập và độ vọt lố

3 Thiết kế mạch vòng điều khiển đối tượng

a Thiết kế lưu đồ PID

3.Thiết kế mạch vòng điều khiển đối tượng

Từ lưu đồ PID ta có thể đưa ra mô hình bộ điều khiển như sau :

Trong đó

3 Thiết kế mạch vòng điều khiển

Coi khối lượng riêng của mỗi dòng là cố định

- Mô hình tuyến tính hóa tại điểm làm việc :

3 Thiết kế mạch vòng điều khiển

Đặt các giả thuyết

- Hàm truyền đối tượng có dạng khâu quán tính bậc nhất có trễ :

- Hàm truyền van là khâu quán tính bậc nhất:(s)=

- Hàm truyền cảm biến đo là khâu quán tính bậc nhất: (s)=

- Hàm truyền nhiễu :

- Hệ số chuyển đổi dòng sang áp suất :

•  

3.Thiết kế mạch vòng điều khiển

3 Thiết kế mạch vòng điều khiển

3 Thiết kế mạch vòng điều khiển

• Nâng cao chất lượng điều khiển sử dụng bộ điều khiển nội IMC

4 Mô phỏng

a Theo Ziegler-Nichols 2 :

Sơ đồ Simulink:

4 Mô phỏng

• Kết quả mô phỏng: với giá trị đặt là 150, nhiễu là 30 , stoptime= 1000

•  

4 Mô phỏng

b sử dụng bộ điều khiển nội IMC

Sơ đồ Simulink :

4 Mô phỏng

• Kết quả mô phỏng :

Tài liệu tham khảo

• Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình – Hoàng Minh Sơn, NXB Bách Khoa Hà Nội , 2009

• Bài giảng kỹ thuật cảm biến – Hoàng Sĩ Hồng

• Lí thuyết điều khiển tuyến tính – Nguyễn Doãn Phước, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật

• Comparative study of Fuzzy and IMC based controllers for heat exchanger system-Shweta Khanvilkar; Sharad P Jadhav; Vishwesh Vyawahare; Vivek Kadam

• Luận án tiến sĩ : điều khiển tối ưu quá trình đa biến trong công nghiệp lọc hóa dầu – Phạm Thị Thanh Loan

Thank you!