Báo cáo điều khiển quá trình

®iÒu khiÓn tù ®éng
b¸o c¸o ĐIỀU KHIỂN QU¸ TR×NH
B ÀI I
Xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức
I./ Xây dựng mô hình cho đối tượng bình mức:
1./ Xác định các tín hiệu vào, tín hiệu ra và nhiễu hệ thống
+ 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)
2./ Xây dựng mô hình toán học cho đốI tượng:
Out Flow
In Valve + H
Phân tích :
+ Khi HT được kích thích bởi khâu Step thì đáp ứng quá độ h(t) tăng dần tớI giá trị
1000(độ cao của bình mức) thì bão hòa (do bình mức bị giớI hạn trên=1000). Nếu độ
cao của bình chứa là vô hạn thì đường đáp ứng h(t) vẫn tiếp tục tăng vô hạn => hệ
thống có thành phần vi phân
+ Đáp ứng quá độ h(t) có dạng đường cong lên (rõ nhất trong khoảng t=0->50 s ) =>
hệ thống có thành phần khâu quán tính bậc nhất
+ Khi đầu vào thay đổi từ 0 -> 1 => đáp ứng h(t) thay đổI theo
=> Hệ thống có thành phần trễ không đáng kể (coi bằng không).
=> Hàm truyền của hệ thống gồm 1 khâu tích phân và 1 khâu quán tính bậc nhất có
dạng:
( )
(1 . )
K
G s
s T s
=
+
1

G(s)
®iÒu khiÓn tù ®éng
3./ Sử dụng SIMULINK để xác định các tham số mô hình (K , T) :0.
+ Mô hình :
3.1./ Phương pháp đường cong đáp ứng :
+ Như đã phân tích ở phần 2 : Hàm truyền hệ thống có dạng
( )
(1 . )
K
G s
s T s
=
+
+ Từ hàm quá độ h(t) ta kẻ tiếp tuyến với đồ thị :
- Cắt trục t : ta được T=25
- Lấy 2 điểm A & B bất kỳ , chiếu lên 2 trục ta được Yo=300 , T0=120
+ Xác định các tham số
5,2
120
300
0
0
===
t
Y
K

+ Nhận được hàm truyền
)251(
5.2

)(
ss
sG
+
=
*./ Kiểm tra lại :
+ Từ hàm truyền G(s) ta kiểm tra lạI đáp ứng quá độ bằng MATLAB
2
®iÒu khiÓn tù ®éng
>> G=tf(2.5,[25 1 0])

Transfer function:
2.5
----------
25 s^2 + s

>> step(G)
+ Đáp ứng quá độ
=> Đáp ứng quá độ phù hợp với đáp ứng của hệ thống mô phỏng
+ Vậy hàm truyền cuả mô hình bình mức:
)251(
5.2
)(
ss
sG
+
=
3.2./ Phương pháp bình phương cực tiểu
+ Giả sử bình mức có hàm truyền
)251(

5.2
)(
ss
sG
+
=
+ Chuyển sang hệ gián đoạn với thời gian trích mẫu 0.1
>> G=tf(2.5,[25 1 0])

Transfer function:
2.5
3
®iÒu khiÓn tù ®éng
----------
25 s^2 + s

>> c2d(G,0.1,'zoh')

Transfer function:
0.0004993 z + 0.0004987
-----------------------
z^2 - 1.996 z + 0.996
Sampling time: 0.1
0.0004993 z + 0.0004987
VËy G(z) = ----------------------
z^2 - 1.996 z + 0.996
+ Kích thích đầu vào tín hiệu bậc thang đơn vị ta nhận được đáp ứng
U(k)={ 0 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1}
Y(k)={ 0 , 0 , 0.00027 , 0.0011 , 0.0024 , 0.00435}
+ Hệ thống đã biết có bậc m=n=2. Chọn giớI hạn quan sát t=6

+ Ta có ma trận:
0 0 1 0
-0.00027 0 1 1
-0.0011 -0.00027 1 1
-0.0024 -0.0011 1 1
φ
 
 
 
=
 
 
 
0.00027
0.0011
0.0024
0.00435
Y
 
 
 
=
 
 
 
+ Xác định các tham số của mô hình nhờ mâ trận q
1
( . ) . . [ 1.989 0.986 0.0003 0.0003]
T T
q Y

φ φ φ
−
= = −
0.0004993 z + 0.0004987
VËy G(z) = ----------------------
z^2 - 1.996 z + 0.996
+ Phương pháp bình phương cực tiểu cho ta hàm truyền đúng với hàm truyền của mô
hình bình mức
II./ Các sách lược điều chỉnh :
1./ Các sách lược có thể sử dụng:
+ Điều khiển phản hồI
+ ĐIều khiển tầng
2./ Các sách lược không thể sử dụng:
+ Điều khiển truyền thẳng
+ Điều khiển tỉ lệ
+ Điều khiển lựa chọn
+ Điều khiển phân vùng
4
®iÒu khiÓn tù ®éng
3./ Giải thích:
+ Điều khiển truyền thẳng không cho ta mức 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, mà điều khiển bình mức chỉ có 1 biến điều
khiển nên không được áp dụng.
+ Điều khiển lựa chọn, điều khiển phân vùng yêu cầu có ít nhất là 2 biến điều khiển,
mà bình mức chi có 1 biến điều khiển, nên không xác định được tín hiệu điều khiển
lấn át => không được áp dụng sách lược này.
4./ Lưu đồ P&ID ®iÒu khiÓn ph¶n håi vßng ®¬n
Mô phỏng trên SIMULINK
4.2./ Điều khiển tầng:

Lưu đồ P&ID
5
®iÒu khiÓn tù ®éng
Mô phỏng trên SIMULINK
III./ Mô hình sách lược truyền thẳng
6
®iÒu khiÓn tù ®éng
1./ Mô phỏng trên SIMULINK
+ Đáp ứng đầu ra của bình mức (xem lai so do nay)
7
®iÒu khiÓn tù ®éng
2./ Nhận xét về khả năng áp dụng sách lược ĐK truyền thẳng:
+ Mức nước trong bình tăng lien tục đến khi thời gian t=400(chưa hết thời gian mô
phỏng) thì bình chứa đã đầy tràn chứng tỏ hệ thống không ổn định => không thể áp dụng sách
lược này.
3./ Giải thích:
+ Chỉ cần sai số nhỏ trong quá trình đo lưu lượng ( rất dễ mắc phải)
hoặc sai số nhỏ ở van điều khiển là nguyên nhân chính gây nên HT không ổn định
(tràn bình hoặc cạn bình)
IV./ Sách lược điều khiển vòng đơn:
1./ Mô phỏng trên SIMULINK
+ Đáp ứng đầu ra của bình mức khi chưa có bộ ĐK:
8