Báo cáo thí nghiệm điều khiển quá trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
PHẦN MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Thạch
SHSV:
20112216
Mã lớp TN: 628454
Nhóm:
7
Thông số cho bài thí nghiệm:
Course:
56
Class:
7
Number: 16
Stoptime: 17200

Hà Nội, 2014

Bài 1
Xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức


1. Mục đích thí nghiệm
2. Đối tượng và yêu cầu thí nghiệm
Đối tượng là hệ thống một bình mức với một van vào và một van ra.

3. Nhiệm vụ thí nghiệm

1) Xác định biến quá trình.
2) Xây dựng mô hình toán học cho đối tượng.
3) Xác định các tham số
Mô phỏng đối tượng bình mức bằng khối Single-Tank

Áp dụng phương pháp nhận dạng kẻ tiếp tuyến dựa trên đáp ứng quá đ ộ.
Cho tín hiệu đầu vào dạng bậc thang, ta có đáp ứng quá độ dạng tích phân
quán tính bậc nhất.

Xác định các tham số: K=2,3
T=3,8
Để kiểm tra lại mô hình, ta mô phỏng như sau:
2


Nhận thấy có sự sai khác, ta thay đổi K=2,7 và T=4,1 thu đ ược đ ồ th ị sau:

4) Xác định (các) sách lược điều khiển.
5) Thiết kế bộ điều khiển PID cho đối tượng.
Phương pháp xác định tham số cho bộ điều khiển PID là ph ương pháp d ựa
trên đáp ứng bậc thang – Ziegler-Nichols 1. Vì quá trình bình m ức là khâu tích
phân và do van là khâu quán tính nên có thể xấp xỉ thành mô hình quán tính
tích phân bậc nhất có trễ với thời gian trễ nhỏ (trường hợp này coi tr ễ bằng
0), mô hình này thuộc đối tượng áp dụng của Ziegler-Nichols 1.
Bộ điều khiển
P

Kp

Ti

-

PI

Td
-

PID

6) Sách lược điều khiển truyền thẳng
Lưu đồ P&ID:

3


Sơ đồ mô phỏng:

Mô hình bộ điều khiển PID:

Đồ thị quá độ:
+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P: K(Gain)=Kp=0,37;
K(Gain1)=0;
K(Gain2)=0

+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển PI: K(Gain)=Kp=0,33;
K(Gain1)=1/Ti=1/13,67=0,073;
K(Gain2)=0
4

+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển PID: K(Gain)=Kp=0,44;
K(Gain1)=1/Ti=1/8,2=0,122;
K(Gain2)=Td=2,05

7) Sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn
Lưu đồ P&ID:

Sơ đồ mô phỏng:
5


Mô hình bộ điều khiển PID:

Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P: K(Gain)=Kp=0,37;
K(Gain1)=0;
K(Gain2)=0

Trường hợp sử dụng bộ điều khiển PI: K(Gain)=Kp=0,33;
K(Gain1)=1/Ti=1/13,67=0,073;
K(Gain2)=0

6


Trường hợp sử dụng bộ điều khiển PID: K(Gain)=Kp=0,44;
K(Gain1)=1/Ti=1/8,2=0,122;
K(Gain2)=Td=2,05

8) Sử dụng bộ điều khiển có thành phần tích phân.
9) Sách lược điều khiển vòng đơn

Mô hình bộ điều khiển PID – chống bão hòa tích phân:

Trường hợp sử dụng bộ điều khiển PI – chống bão hòa tích phân:
K(Gain)=Kp=0,33;
K(Gain1)=1/Ti=1/13,67=0,073;
Kd(Gain2)=0;
K(Gain3) =1/Ti=1/13,67=0,073

7


Trường hợp sử dụng bộ điều khiển PID – chống bão hòa tính phân:
K(Gain)=Kp=0,44;
K(Gain1)=1/Ti=1/8,2=0,122;
K(Gain2)=Td=2,05;
K(Gain3 )=1/Ti=1/8,2=0,122

10) Sách lược điều khiển tầng
Trường hợp không đo lưu lượng ra
Lưu đồ P&ID:

Sơ đồ mô phỏng:

8


+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P (vòng ngoài) / P (vòng trong):
Mô hình bộ điều khiển P (vòng ngoài):

Mô hình bộ điều khiển P (vòng trong):

Đồ thị quá độ:

Đồ thị lưu lượng vào và ra:

+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P (vòng ngoài) / PI-RW (vòng trong):
9


Mô hình bộ điều khiển P (vòng ngoài):

Mô hình bộ điều khiển PI-RW (vòng trong): K(Gain)=Kp=0,33;
K(Gain1)=1/Ti=1/13,67=0,073;
Kd(Gain2)=0;
K(Gain3) =1/Ti=1/13,67=0,073

Đồ thị quá độ:

Đồ thị lưu lượng vào và ra:

Trường hợp đo được lưu lượng ra:
10


Lưu đồ P&ID:

Sơ đồ mô phỏng:

+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P (vòng ngoài) / P (vòng trong):
Mô hình bộ điều khiển P (vòng ngoài):

Mô hình bộ điều khiển P (vòng trong):

11


Đồ thị quá độ:

Đồ thị lưu lượng vào và ra:

+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P (vòng ngoài) / PI-RW (vòng trong):
Mô hình bộ điều khiển P (vòng ngoài):

Mô hình bộ điều khiển PI-RW (vòng trong): K(Gain)=Kp=0,33;
K(Gain1)=1/Ti=1/13,67=0,073;
Kd(Gain2)=0;
K(Gain3) =1/Ti=1/13,67=0,073

12


Đồ thị quá độ:

Đồ thị lưu lượng vào và ra:

13


Bài 2
Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức thông nhau

1 Mục đích thí nghiệm
4. Đối tượng và yêu cầu thí nghiệm
Đối tượng là hệ thống gồm 2 bình mức thông nhau

5. Nhiệm vụ thí nghiệm
1 Xây dựng mô hình và xác định các biến quá trình.
11) Xây dựng mô hình toán học.
12) Mô phỏng đối tượng bình mức:
Sơ đồ mô phỏng

Áp dụng phương pháp nhận dạng kẻ tiếp tuyến dựa trên đáp ứng quá đ ộ.
Cho tín hiệu đầu vào dạng bậc thang, ta có đáp ứng quá độ dạng tích phân
quán tính bậc nhất.
14


Đồ thị đáp ứng bình 1:

Từ độ thị xác định: K1=3,2

T1=3,5

Đồ thị đáp ứng bình 2:

Từ đồ thị xác định: K2=1,1

T2=10

Kiểm tra lại mô hình:

15

τ=1,5


Với những tham số đã xác định, khi tiến hành kiểm tra lại mô hình, ta th ấy có
sai lệch. Sau khi hiệu chỉnh các tham số ta có:
Đồ thị đáp ứng bình 1: K1=3,2
T1=2,8

Đồ thị đáp ứng bình 2: K2=1,08

T2=10

16

τ=1,5


13) Xác định các sách lược điều khiển
14) Thiết kế bộ điều khiển PID cho đối tượng
15) Sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn
Lưu đồ P&ID:

Sơ đồ mô phỏng:

+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P:
Mô hình bộ điều khiển P (bình 1):

Mô hình bộ điều khiển P (bình 2):

17


Đồ thị quá độ bình 1:

Đồ thị quá độ bình 2:

+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển PI – RW :
Mô hình bộ điều khiển PI-RW :

Bình 1: K(Gain)=Kp1=0,28
K(Gain1)=1/Ti1=1/9,33=0,107
K(Gain2)=1/Ti1=1/9,33=0,107
Bình 2: K(Gain)=Kp2=0,833
K(Gain1)=1/Ti2=1/38,33=0,026
K(Gain2)=1/Ti2=1/38,33=0,026
18


Đồ thị quá độ bình 1:

Đồ thị quá độ bình 2:

16) Sách lược điều khiển tầng (trường hợp có đo lưu lượng ra):
Lưu đồ P&ID:

19

Sơ đồ mô phỏng:

+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P (vòng ngoài) / P (vòng trong):
Mô hình bộ điều khiển P
(vòng ngoài) bình 1:

Mô hình bộ điều khiển P
(vòng trong) bình 1:

Mô hình bộ điều khiển P
(vòng ngoài) bình 2:

Mô hình bộ điều khiển P
(vòng trong) bình 2:

20


Đồ thị quá độ bình 1:

Đồ thị quá độ bình 2:

Đồ thị lưu lượng vào và ra khỏi hệ thống:

21


+) Trường hợp sử dụng bộ điều khiển P (vòng ngoài) / PI-RW (vòng trong):
Mô hình bộ điều khiển P (vòng ngoài) bình 1:

Mô hình bộ điều khiển PI-RW (vòng trong) bình 1: K(Gain)=K p1=0,28
K(Gain1)=1/Ti1=1/9,33=0,107
K(Gain2)=1/Ti1=1/9,33=0,107

Mô hình bộ điều khiển P (vòng ngoài) bình 2:

Mô hình bộ điều khiển PI-RW (vòng trong) bình 2: K(Gain)=K p2=0,833
K(Gain1)=1/Ti2=1/38,33=0,026
K(Gain2)=1/Ti2=1/38,33=0,026

22


Đồ thị quá độ bình 1:

Đồ thị quá độ bình 2:

Đồ thị lưu lượng vào và ra khỏi hệ thống:

23