Báo Cáo Thực Hành DKQT

Báo Cáo Thực Hành DKQT

BÀI 1: MÔ PHỎNG ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN QÚA TRÌNH

I: MỤC TIÊU

- Nắm được phương pháp mô hình hóa lý thuyết quá trình

- Sử dụng Matlab để tìm hiểu rõ đáp ứng của các quá trình

II: CÔNG TÁC CHUẨN BỊ CỦA SINH VIÊN

- Sinh viên phải đọc tài liệu hướng dẫn,ôn lại kiến thức cơ bản ở nhà để nắm bắt kiến thức nội dung thực hiện

- Máy tính cá nhân

III: NỘI DUNG THỰC HÀNH

3.1: Bài toán điều khiển mức

H3.1: Mô hình bài toán cần thực hiện

Đối với bình chứa chất lỏng có chức năng trung gian để tương tác và giảm nhiễu, mục đích điều khiển là đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, và an toàn Như vậy giá trị mức trong bình chỉ cần khống chế ở mức an toàn.Ngược

bình Dòng vào có lưu lượng thể tích là F0(m3/s) và khối lượng riêng ρ0, dòng

ra có lưu lượng F1 và khối lượng riêng ρ giống như trong bình Nếu ta giả sử khối lượng riêng dòng vào thay đổi không đáng kể thì khối lượng riêng ρ= ρ0,

và được coi là tham số quá trình Dựa vào quan hệ nhân quả ta dễ dàng nhận

ra thể tích V là biến trạng thái, trong khi F1 và F0 là biến vào Phân tích trực tiếp mục đích điều khiển, ta cũng xác định được mục đích cần điều khiển là V Tùy từng bài toán, biến lưu lượng vào phụ thuộc vào quá trình đứng trước hoặc đứng sau sẽ được coi là nhiễu, biến còn lại phải là biến điều khiển

Trong bài toán này, ta yêu cầu phải duy trì mức và thể tích chất lỏng trong bình theo đúng giá trị đặt Chọn biến điều khiển là F0 và coi F1 là nhiễu của hệ thống

Tham số của hệ như sau:

- Diện tích đáy bình: A= 0,07m2

- F0= 0.03m3/s

3.2: Sách lược điều khiển trên lưu đồ P&ID để điều khiển mức nước trong bình chứa

H3.2: Mô hình điều khiển mạch vòng đơn

Ta chọn bộ kiểu khiển mức ở đây là bộ điều khiển PID với tín hiệu vào là tín hiệu điện Bộ điều khiển và chỉ thị mức LIC (Level Indicator Controller) nhận tín hiệu từ cảm biến mức LT (Level Transmiter) so sánh với giá trị đặt

và đưa ra tín hiệu điều khiển góc mở van để điều chỉnh mức nước trong bình chứa Với F là thiết bị đo lưu lượng của dòng vào F0

Yêu cầu cụ thể ở bài toán này phải duy trì mức chất lỏng ở độ cao h= 0.3m trong bình chứa với điện áp đặt Usp từ 0÷5V tương đương với hsp từ 0÷0.3m Góc mở van từ 0÷180o tương đương với điện áp 0÷10V và lưu lượng chảy qua van từ 0÷F0 Lưu lượng cho phép chảy qua van tương ứng với từng thời điểm góc mở van sẽ là F0 và chảy vào bình chứa Khi đó ta sẽ xây dựng được cấu trúc mạch vòng điều chỉnh mức chất lỏng trong bình như sau:

Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển

3.3:Tìm phương trình hàm truyền đạt của hệ và xác định bộ điều khiển

Với giả thiết lưu lượng ra không phụ thuộc vào độ cao chất lỏng trong bình, ta

có phương trình cân bằng vật chất như sau:

dV

= dt

dH A

= F 0 - F

V=A.h suy ra h=V/A=1/A

Và ta có:

) (

1

Biến đổi laplace ta được:

1

F Fo As

h

−

=

Để tổng hợp bộ điều khiển, ta coi hàm truyển của van, bình chứa lỏng và hàm truyền khâu phản hồi là đối tượng:

đo

trong đó

R 0 (s): Bộ điều khiển

G(s)= ( . 1)( . 1)

.

+ + Tđ s s

AsTvK K

đ v

với Gv = 1+Tv.s Kv = 1+60 s0,003

Gđ = 1+Tđ.s Kđ = 20

1+0,1.s

h ¿ 1

A.s=

1

0,07.s

Vì góc mở van từ 0÷180o tương đương với điện áp 0÷10V và lưu lượng chảy

qua van từ 0÷F0, nên ta chọn hệ số K v = 10

03 0

= 0.003 và thời gian T v = 60s.

Tín hiệu phản hồi về là điện áp có giá trị từ 0÷5V, tỷ lệ với mức chất lỏng ta cần duy trì là từ 0÷0.25m

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul để tổng hợp bộ điều khiển, ta có hàm chuẩn:

Rs(0)= A.(1+T v s)

2.T.K v .K đ=

1+60.s

0,17=5,88+350.s

Vậy R s(0)là bộ điểu khiển tỷ lệ (PD)

3.4: Mô phỏng kết quá điều khiển với bộ điều khiển vừa tính được

a) Sơ đồ cấu trúc mô phỏng trên Simulink

b) Kết quả mô phỏng

Đáp ứng đầu ra của mạch vòng điều chỉnh mức chất lỏng trong bình chứa sau khi mô phỏng ta được như sau:

Hàm truyền khi có trễ sẽ có dạng:

Gp= Gv.Gđ h.e-өps= 0,07.s1 1+60.s0,003 . 1+0,1.s20 e-10s (chọn өp = 10)

−ө

ps

Gp¿

e−ө ps

¿

== (1+0.01s 0,06.(1+Tcs−e)(1+60.s)−10s.0,07.s

)

Cấu trúc mô phỏng khi có trễ

Kết quả mô phỏng

3.5 Các yêu cầu cần đạt được đối với sinh viên sau khi thực hành

- Nắm được mô hình hóa quá trình

- Năm được mô phỏng trên Matlab

- Nắm được cấu trúc bộ điều khiển