Tài liệu Báo cáo thí nghiệm điều khiển quá trình pdf

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
Sinh viên: Mai Tiến Nam
MSSV: 20109503
Nhóm thí nghiệm : 269
Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức.
1.3.Mô phỏng đối tượng bình mức bằng khối Single-Tank trên matlab
• Phương pháp đường cong đáp ứng
Với bộ thông số
• Course Number = 55( khoá 55 )
• Class Number = 69 ( nhóm 269)
• Namelist Number = 503 ( SHSV 20109503)
Cho tín hiệu tác động bậc thang ở đầu vào ta có đáp ứng của hàm quá độ có dạng quán tính bậc
nhất.
Từ lý thuyết và đồ thị ta xác định được các tham số của mô hình như sau:
T=1.5
1
Step
In Valve
Out Valve
Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-
TANK
Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0

5
10
15
20
25
30
35
K=7/(3-1.5) = 4.7
Để kiểm chứng mô hình ta dùng mô hình sau:
1.5s+1
4.5
Transfer Fcn
Step
In Valve
Out Valve
Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-
TANK
Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope2
1
s
Integrator
Nhận thấy trên đồ thị mô phỏng và đồ thị nhận dạng có sự sai khác nhất định. Để đạt được sai số tối
thiểu, ta điều chỉnh các tham số K và T.

Với K = 4.5 và T = 1.5, ta có đồ thị
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
5
10
15
20
25
30
35
2
1.6. Sách lược điều khiển truyền thẳng.
Lưu đồ P&ID:


Sơ đồ simulink
Level
SP
OutValve
Single-
Tank
GUI
Tank GUI
Max Lev el = 1000
In1 Out1
Subsystem
In Valve
Out Valve
Level
In Flow

Out Flow
SINGLE-
TANK
Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope1
Scope
So sánh giá trị SP và Level (bằng scope), chọn stoptime = 5030 = SHSV
3
In1 Out1
Subsystem
1
Out1
1
s
Integrator
-K-
Gain2
-K-
Gain1
-K-
Gain
du/dt
Derivative
1
In1
Scope:
Scope 1 :

4
4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
x 10
6
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1.7. Sách lược điều khiển phản hồi :
Lưu đồ P&ID:
Sơ đồ trên simulink:
Bộ điều khiển P (P = 0.22), chọn stoptime =5030 = SHSV

Level
SP
OutValve
Single-
Tank
GUI
Tank GUI
Max Lev el = 1000
In Valve
Out Valve
Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-
TANK
Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope1
Scope
-K-
Gain
Kết quả mô phỏng
scope:

5
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0

100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
scope 1:
Bộ điều khiển PI (K
p
= 0.27, T
I
= 5), stoptime =5060
Level
SP
OutValve
Single-
Tank
GUI
Tank GUI
Max Lev el = 1000
In Valve
Out Valve
Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-

TANK
Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope1
Scope
1
s
Integrator
-K-
Gain1
0.2
Gain
Scope:
Scope 1:
6
4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
x 10
7

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200
0
1
2
3
4
5
6
x 10
7
Bộ điều khiển PID (K
p
= 0.2, I = 3, T
D
=0.75), stoptime =5030
Level
SP
OutValve

Single-
Tank
GUI
Tank GUI
Max Lev el = 1000
In1 Out1
Subsystem
In Valve
Out Valve
Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-
TANK
Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope1
Scope
7
1
Out1
1
s
Integrator
-K-
Gain2
-K-
Gain1

-K-
Gain
du/dt
Derivative
1
In1
In1 Out1
Subsystem
Scope:
Scope 1:
1.9.Sách lược điều khiển vòng đơn sử dụng khâu chống bão hòa tích phân:
+ PI-RW:
8
4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
x 10
7
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100

200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Sơ đồ:Khâu PI nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân:
Trong đó: Thông số của khâu PI-RW được xác định theo Zinger Nichol 1 như sau:
Gain: K=Kp=0.27
Gain1: K=1/Ti=0.2
Gain2: K=4/Ti=0.8
Sơ đồ simulink:
Level
SP
OutValve
Single-
Tank
GUI
Tank GUI
Max Lev el = 1000
In Valve
Out Valve
Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-
TANK

Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope1
Scope
In1 Out1
Subsystem
Kết quả mô phỏng: với stoptime = SHSV = 5030
Scope 1:
Scope :
9
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3

3.5
4
4.5
x 10
7
+ PID-RW:
Sơ đồ :Khâu PID nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân:
Trong đó: Thông số của khâu PID-RW được xác định theo Zinger Nichol 1 như sau:
Gain: K=Kc=0.2
Gain1: K=1/Ti=0.33
Gain2: K=4/Ti=1.33
Gain3: K=Td=0.75
Sơ đồ simulink giống phần trước
Kết quả mô phỏng với stoptime = 5030
Scope 1:
10
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000

Scope:

1.10. Sách lược điều khiển tầng :
Lưu đồ P&ID:
11
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
x 10
7
 1.10.1. Bộ điều khiển không đo lưu lượng ra
* Vòng ngoài là bộ điều khiển P (lấy Kp = 2000000) , vòng trong là bộ điều
khiển P (Kp = 2000000) – bộ điều khiển P-P
Level
SP
OutValve
Single-
Tank
GUI
Tank GUI
Max Lev el = 1000
In Valve
Out Valve

Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-
TANK
Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope1
Scope
-K-
Gain1
-K-
Gain
Kết quả mô phỏng như sau:
Scope:
12
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900

Scope 1:

*Vòng ngoài là bộ điều khiển P(Kp = 10000), vòng trong là bộ điều khiển PI-RW có các thông số
như trên bài điều khiển phản hồi. P-PIRW
Sơ đồ simulink:
13
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
x 10
6
In1 Out1
Subsystem
1
Out1
Saturation
1
s
Integrator
0.9
Gain2

-K-
Gain1
0.2
Gain
1
In1
Kết quả mô phỏng
Scope :
Scope 1:
*Bộ điều khiển đo lưu lượng ra:
Sơ đồ Simulink
14
Level
SP
OutValve
Single-
Tank
GUI
Tank GUI
Max Level = 1000
In1 Out1
Subsystem
In Valve
Out Valve
Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-
TANK
Single-Tank

Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope1
Scope
-K-
Gain
4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
x 10
6
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
700
• Bộ P/P:

Kết quả mô
phỏng
Scope 1:


Scope :
Bộ P/PI_RW:
15
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
1
Out1
Saturation
1
s
Integrator
0.9
Gain2
-K-
Gain1
0.2
Gain
1
In1

Level
SP
OutValve
Single-
Tank
GUI
Tank GUI
Max Level = 1000
In Valve
Out Valve
Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-
TANK
Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope1
Scope
-K-
Gain1
-K-
Gain
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
0.5
1
1.5

2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
x 10
6
•
•
•
•
Gain = 0.2 ;Gain 1 = 0.18 ;Gain 2 = 0.9.
• Scope 1: Scope:

Bài 2 : Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức
A: Xây dựng mô hình lý thuyết
2.3. Mô phỏng đối tượng bằng khối TwoTank trong simulink
16
In1 Out1
Subsystem
Level
SP
OutValve
Single-
Tank
GUI
Tank GUI
Max Lev el = 1000

In1 Out1
Subsystem
In Valve
Out Valve
Level
In Flow
Out Flow
SINGLE-
TANK
Single-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope1
Scope
-K-
Gain
4000 4200 4400 4600 4800 5000 5200
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
x 10
6
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100

200
300
400
500
600
700
Với bộ thông số
• Course Number = 55 ( khoá 55 )
• Class Number = 69 ( nhóm 269 )
• Namelist Number = 503 ( SHSV 20109503)
•
Cho tín hiệu tác động dạng bậc thang ở đầu vào, ta có đồ thị đáp ứng của hệ
thống như hình vẽ.
Scope:
Scope 1:
17
Valve 1
Valve 2
Valve 3
Level 1
Level 2
Flow 1
Flow 2
Flow 3
TWO-
TANK
Two-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503

Step
Scope1
Scope
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Kiểm chứng mô hình ta dùng mô hình sau:
Valve 1
Valve 2
Valve 3
Level 1
Level 2
Flow 1
Flow 2
Flow 3
TWO-
TANK
Two-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
3.1s+1

0.55
Transfer Fcn1
1.5s+1
5.7
Transfer Fcn
Step
Scope1
Scope
1
s
Integrator1
1
s
Integrator
Kết quả mô phỏng như sau:
Scope :
18
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
5

10
15
20
25
30
35
40
45
50
Scope 1:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
2.6. Sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn:
19
a. Lưu đồ P&ID
b.Sơ đồ trên Simulink:
+) Bộ điều khiển P
Level1
Level2
Valve
SP1
SP2

Valve1
Valve2
Valve3
Two-Tank
GUI
Two-Tank GUI
Max Height 1 = 1000
Max Height 2 = 1000
Valve 1
Valve 2
Valve 3
Level 1
Level 2
Flow 1
Flow 2
Flow 3
TWO-
TANK
Two-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope3
Scope2
Scope1
Scope
-K-
Gain1
-K-
Gain

Kết quả mô phỏng:
Scope : Scope 1:
20
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Scope 2: Scope 3
+) Bộ điều khiển PI-RW
Sơ đồ: Khâu PI nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân:
Sơ đồ simulink:

21
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
x 10
6
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
x 10
6
Level1
Level2
Valve
SP1
SP2
Valve1

Valve2
Valve3
Two-Tank
GUI
Two-Tank GUI
Max Height 1 = 1000
Max Height 2 = 1000
Valve 1
Valve 2
Valve 3
Level 1
Level 2
Flow 1
Flow 2
Flow 3
TWO-
TANK
Two-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
In1 Out1
Subsystem1
In1 Out1
Subsystem
Scope3
Scope2
Scope1
Scope
1

Out1
Saturation
1
s
Integrator
0.8
Gain2
0.2
Gain1
-K-
Gain
1
In1
In1 Out1
Subsystem
Trong đó :
- Bộ điều khiển PI-RW 1 có các thông số xác định theo ziegler Nichol 1 là:
Gain: K=Kp=0.16
Gain1:K=1/Ti=0.2
Gain2: lấy K = 0.8
- Bộ điều khiển PI-RW 2 có các thông số xác định theo ziegler Nichol 1 là:
Gain: K=Kc= 1.64
Gain1:K=1/Ti=0.09
Gain2: lấy K = 0.38
Kết quả mô phỏng:
Scope :
Scope 1 :
22
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0

100
200
300
400
500
600
700
800
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
Scope 2 :
Scope 3 :
23
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
x 10

6
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
x 10
6
2.7. Sách lược điều khiển tầng.
Lưu đồ P&ID.
b. Mô phỏng với các bộ điều khiển:
+) Vòng ngoài là bộ điều khiển P (lấy Kp = 2000000) vòng trong là bộ điều khiển P (Kp = 2000000) để
tăng đáp ứng của hệ thống.
Sơ đồ:
Level1
Level2
Valve
SP1
SP2
Valve1
Valve2
Valve3
Two-Tank
GUI
Two-Tank GUI
Max Height 1 = 1000

Max Height 2 = 1000
Valve 1
Valve 2
Valve 3
Level 1
Level 2
Flow 1
Flow 2
Flow 3
TWO-
TANK
Two-Tank
Course = 55
Class = 69
Number = 503
Scope3
Scope2
Scope1
Scope
-K-
Gain3
-K-
Gain2
-K-
Gain1
-K-
Gain
Kết quả mô phỏng:
24
Scope :

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Scope 1 :
25