BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH doc

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
2
Bài 1. Xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức.
1. Xây dựng mô hình cho đối tượng.
- Xác định các tín hiệu vào ra cho hệ thống.
• Tín hiệu vào: độ mở của van vào ( invale).
• Tín hiệu ra: mức của bình (Level).
• Nhiễu: lưu lượng chảy qua van ra (out flow).
2. Xây dựng mô hình toán học.
Ta có phương trình cân bằng định lượng.
1 2
1 2
1 2
1
( )
in out
dV
F F
dt
dV
F F
dt
dh
A F F
dt
dh
F F
dt A
= −
= −

= −
= −
Đặt y=h, u=F
1
, d=F
2
.
Ta có.
( )
1dy
u d
dt A
= −
Laplace 2 vế ta có.
Phân tích hệ thống.
- Khi kích thích hệ thống bằng một khâu step thì đồ thị quá độ h(t) của hệ tăng đến
giá trị 1000(do giá trị tối đa bình 1000).
- Đồ thị quá độ có dạng cong lên. Hệ thống có khâu quán tính bậc nhất.
- hàm truyền đạt của hệ thống ta thấy hệ có một khâu tích phân và một khâu quán
tính bậc nhất có dạng:
( )
( s 1)
k
G s
s T
=
+
Đối tượng bình mức đã được mô phỏng bằng khối single tank trong toolbox, sử dụng
simulink ta sẽ xác định được k và Ts.
Mô phỏng trên simulink.

Ta được đồ thị hàm quá độ như sau.
( )
( )
1
( ) ( ) ( )
A
1
( ) ( ) ( )
As
( ) 1
( )
( ) As
sY s U s D s
Y s U s D s
Y s k
G s
U s s
= −
= −
= = =
ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU
KHIỂN
F
2
F
1
h
Nhận dạng hệ thống bằng phương pháp đường cong tiếp tuyến.
Từ đồ thị hàm quá độ ta kẻ tiếp tuyến với đường cong đồ thị, ta nhận được
Ts=3.1

K=4/1.7=2.35
Tuy nhiên ta cần phải hiệu chỉnh lại các tham số mô hình như sau.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Từ đồ thị ta xác định lại các tham số như sau.
Ts=3.1
K=2.68
- Các sách lược điều khiển có thể sử dụng.
• Điều khiển phản hồi.
• Điều khiển tầng.
- Các sách lược không thể sử dụng.
• Điều khiển tỷ lệ.
• Điều khiển truyền thằng.
• Điều khiển phân vùng.
• Điều khiển lựa chọn.
- Giải thích:
• Điều khiển truyền thẳng rất dễ bị nhiễu tác động làm mất ổn định của bình mức.
• 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, nhưng ở đây điều khiển bình mức chỉ có 1 biến điều
khiển nên không được áp dụng.
• Điều khiển lựa chọn và điều khiển phân vùng yêu cầu có ít nhất là 2 biến điều

khiển, mà bình mức chỉ có 1 biến điều khiển, nên không xác định được tín hiệu
điều khiển lấn át nên không áp dụng được các sách lược này.
Lưu đồ P&ID của các sách lược điều khiển.
- Điều khiển truyền thẳng
Mô phỏng
- Điều khiển phản hồi.
Mô phỏng.
- Điều khiển tầng.
Mô phỏng
- Sử dụng sách lược truyền thẳng.
Ta có bộ điều khiển có các tham số tính theo công thưc ziegle-nichol 1.
Bộ điều khiển Kp Ti Td
P 1/K
PI 0.9/K 3.3T
PID 1.2/k 2T 0.5T
Mô hình bộ điều khiển
Đồ thị mô phỏng hệ thống
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Nhận xét: khi đặt một giá trị nào đó cho bình thì mức trong bình tăng dân lên đến

khi đầy chứng tỏ hệ thống không ổn định khi áp dụng sách lược này.
Giải thích: do sai số khi đo lưu lượng ra của van hoặc sai số độ mở của van vào
làm hệ mất ổn định.
- Bộ điều khiển sử dụng sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn.
Mô hình bộ điều khiển.
Kết quả mô phỏng.
• Với bộ điều khiển P.
Kp=1/k=1/2.35=0.373
Kết quả mô phỏng.
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
0
100
200
300
400
500
600
• Với bộ điều khiển PI.
Kp=0.9/K=0.383
Ti=3.3T=10.23
Kết quả mô phỏng.
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000
0
100
200
300
400
500
600
700

800
• Với bộ điều khiển PID.
Kp=1,2/K =1.2/2.35= 0.51
Ti=2T= 6.2
Td= 0.5T=1.55