Báo cáo điều khiển quá trình

Chia sẻ: Tan Lang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

0
443
lượt xem
169
download

Báo cáo điều khiển quá trình

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

điều khiển tự động BÁO CÁO ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH BÀI 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 G(s) + H Phân tích : + Khi HT được kích thích bởi khâu Step thì đáp ứng quá độ h(t)...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Báo cáo điều khiển quá trình

  1. điều khiển tự động BÁO CÁO ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH BÀI 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 G(s) 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: K G ( s) = s (1 + T .s ) 1
  2. điều khiển tự động u ự 3./ Sử dụng SIM ử MULINK đ xác định các tham số mô hình (K , T) :0 để h h 0. + Mô hình : h 3.1./ P Phương ph đường cong đáp ứng : háp g + Như đã phân tích ở phần 2 : Hà truyền hệ thống có dạ àm ệ ạng K G (s) = s (1 + T .s ) + Từ hàm quá độ h(t) ta kẻ tiếp tu m uyến với đồ t : thị - Cắt trục t : ta được T==25 - Lấy 2 điểm A & B bất kỳ , chiếu l 2 trục ta được Yo=30 , T0=120 m t lên 00 Y 0 300 + Xác đđịnh các tham số m K= = = 2,5 t 0 120 + Nhận đư hàm tru ược uyền 2 .5 G(s) = s (1 + 25s ) *./ Ki tra lại : iểm 2
  3. điều khiển tự động + Từ hàm truyền G(s) ta kiểm tra lạI đáp ứng quá độ bằng MATLAB >> 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: 2.5 G ( s) = s (1 + 25s ) 3.2./ Phương pháp bình phương cực tiểu + Giả sử bình mức có hàm truyền 2.5 G ( s) = s (1 + 25s ) + Chuyển sang hệ gián đoạn với thời gian trích mẫu 0.1 >> G=tf(2.5,[25 1 0]) 3
  4. điều khiển tự động Transfer function: 2.5 ---------- 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 Vậy 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⎥ φ=⎢ ⎥ ⎢-0.0011 -0.00027 1 1⎥ ⎢ ⎥ ⎣-0.0024 -0.0011 1 1⎦ ⎡0.00027 ⎤ ⎢0.0011 ⎥ Y =⎢ ⎥ ⎢0.0024 ⎥ ⎢ ⎥ ⎣0.00435 ⎦ + Xác định các tham số của mô hình nhờ mâ trận q q = (φ T .φ ) −1.φ T .Y = [−1.989 0.986 0.0003 0.0003] 0.0004993 z + 0.0004987 Vậy 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 4
  5. điều khiển tự động + Điều khiển lựa chọn + Điều khiển phân vùng 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
  6. điều khiển tự động Mô phỏng trên SIMULINK III./ Mô hình sách lược truyền thẳng 6
  7. điều khiển tự động 1./ Mô phỏng trên SIMULINK + Đáp ứng đầu ra của bình mức (xem lai so do nay) 7
  8. điều khiển tự động 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
  9. điều khiển tự động u ự Nhận xét : t + Độ q điều chỉn : δ % = 0.57% quá nh + Thời gian quá độ : tqd=250 s i ộ + Đặc tính lưu lượ ra chưa ổ định , còn dao động ợng ổn n 2./ Sử dụng các bộ điều k ử c khiển khác nhau 2.1./ B điều kh Bộ hiển P : Vớ Kp= 6.8 ớI => N Nhận xét : + Độ q điều chỉn : δ % = 0.4% quá nh + ThờI gian quá độ : tqd=145 s I ộ + Đặc tính lưu lượ ra đã ổn định ợng 9
  10. điều khiển tự động 2.2./ Bộ điều khiển PI : + víi bé ®iÒu khiÓn PI ta ¸p dông ph-¬ng ph¸p tèi -u ®èi xøng - Dùa vµo ph-¬ng tr×nh hµm truyÒn ë ph-¬ng ph¸p kÎ tiÕp tuyÕn lµ: 2.5 - G ( s) = s (1 + 25s ) Ta cã: k=2.5; T1=25 Ta sÏ cã c¸c tham sè ®-îc chän nh- sau : 1 Khi a=5 thi: Kp= =0.007155 vµ Ti=a*T1=125 k * T1* a Kp/Ti=0.00005724 + Đáp ứng hệ thống vớI bộ PI => Nhận xét : + Độ quá điều chỉnh : δ % = 1% + ThờI gian quá độ : tqd=140 s + Đặc tính lưu lượng ra kém ổn định hơn so vớI bộ P do khâu tích phân I 2.3./ Bộ điều khiển PID: => K==8.16 Ti=50 =>K/Ti=0.1632 Kd=102 + Đáp ứng hệ thống vớI bộ PID 10
  11. điều khiển tự động u ự => N Nhận xét : + Độ q điều chỉn : δ % = 1% quá nh + ThờI gian quá độ : tqd=150 s I ộ + Đặc tính lưu lượ ra ổn địn hơn so vớ bộ PI ợng nh ớI 3./ N Nhận xét chung: + Điều kh bình mứ thực chất đã có khâu t phân do đó khi lựa hiển ức tích o chọn bộ ĐK ta chỉ c dùng bộ điều khiển P là đủ . ộ cần + Nếu dùn bộ PI hoặ PID do có thành phần tích phân n dễ gây ra ng ặc ó n nên a hiện tượ “Reset W ợng Windup “ + Nếu dùn nên chọn thông số kh tích phân rất nhỏ, ho áp dụng c ng n hâu n oặc các phương pháp loạI bỏ hiện tượng “Reset Win g ndup”. 4./ Vớ vòng ph hồI đơn ta có thể không cần đo lưu lư VớI hản ơn ể n ượng ra. + Trong vòng ĐK đơn thì lưu lượ ra là tín h nhiễu c quá trình v n ợng hiệu của h. Nếu khô đo lưu lư ông ượng ra thì k không giảm được tốI đa ảnh hưởng c của Tín hiệu nhiễu vì vậ mà ảnh hư u ậy ưởng xấu tớI chất lượng của hệ thốn I g ng Mặc dù hệ thống vẫ ổn định ẫn V./ Sách lượ điều kh ợc hiển tầng: g 1./ G GiảI thích tạ sao cần sử dụng sá lược đ khiển t ạI ách điều tầng: + Vòng ĐK đơn chưa đáp ứng đư yêu cầu c lượng Đ a ược chất + Ta có th dễ dàng đ được & đi khiển dư biến quá trình thứ 2 hể đo iều ược (Biến đo :Hiệu của lưu lượng O Fow & In Fow) có liê quan đến o Out n ên biến thứ nhất (Mức của bình) ứ + Đặc tính động học c biến thứ 2 (lưu lượng Out Fow & In Fow) h của ứ 11
  12. điều khiển tự động nhanh hơn biến thứ nhất. 2./ Xác định các vòng ĐK & nhiệm vụ & đặc điểm cần xây dựng: 2.1./ Vòng ĐK: + Vòng 1(vòng ngoài): đo mức của bình rồI phản hồI lạI so sánh vớI SP1 + Vòng 2(vòng trong):Đo hiệu lưu lượng Out Flow & In Flow,phản hồI lạI so sánh vớI giá trị đầu ra của vòng 1(là giá trị Set Poit cho vòng 2) 2.2./ Nhiệm vụ & đặc điểm của từng vòng: + Vòng 1: so sánh giá trị SP1 vớI mức của bình chứa cho ta lưu lượng vào mong muốn (giá trị SP2 cho vòng 2) . + Vòng 2 : so sánh SP2 vớI hiệu lưu lượng Out Flow & In Flow cho ta tín hiệu điều khiển ( độ mở van phù hợp) + Vòng 2 có đặc tính động học biến đổI nhanh hơn đặc tính động học của vòng 1 3./ Xây dựng vòng ĐK trong trường hợp không đo được lưu lượng ra: + Mô hình SIMULINK + Đáp ứng của hệ thống vớI thông số khâu ĐK đã chọn ở trên: 12
  13. điều khiển tự động => Nhận xét: + Chất lượng của hệ thống thay đổI phụ thuộc vào lưu lượng ra (nhiễu hệ thống). Do không triệt tiêu được tín hiệu nhiễu + Trong khoảng t=0->300 (s) lưu lượng ra Out Flow =0 thì đáp ứng của hệ thống ổn định tốt + Trong khoảng t=300->600 (s) Out Flow=0.45 thì đáp ứng của hệ thống vẫn ổn nhưng chất lượng giảm sút: - Overshoot tương đốI lớn - Sai lệch giữa lưu lượng vào & ra đáng kể 4./ Xây dựng vòng ĐK trong trường hợp đo được lưu lượng ra: + Mô hình SIMULINK 13
  14. điều khiển tự động u ự + Đáp ứn của hệ thố ng ống => N Nhận xét: + Khi đo được lưu lượ ra , đáp ứng của hệ t ợng thống ổn địn không ph nh hụ thuộc và sự thay đổI lưu lượng ra. Ta đã giảm được sự ảnh hưởng ào g ự của tín hiệu nhiễu. h - Overshoot nhỏ t - Sai lệch gi In Flow & Out Flow nhỏ iữa w => So sánh hai trường hợp: o t : + Trường hợp đo đượ lưu lượng ra: khi hệ th g ợc hống đạt trạn thái ổn định dù thay đ ng đổI ượng ra thì hệ thống vẫn ổn định( hạ chế tốI đa nhiễu) lưu lư h n ạn a + Trường hợp không đo được lưu lượng ra: k hệ thống đ trạng thá ổn định , n g u khi đạt ái nếu thay đ lưu lượn ra thì hệ th đổI ng hống mất ổn định( chịu ảnh hưởng c nhiễu) n của + Trường hợp đo đượ lưu lượng ra cho ta ch lượng tốt hơn trường hợp không đ g ợc hất đo được lưu lượng ra. VI./ Nếu sử dụng bộ điều khi có thà phần tích phâ (PI,PI / iển ành n ân ID) 1./ N Nhận xét về độ quá điều chỉnh & sự dao độ : ề ộng + Dùng bộ ĐK có thà phần tích phân sẽ làm giảm độ qu điều chỉn nhưng lạI làm ành h m uá nh tăng s dao động sự g 2./ N Nguyên nhâ :ân + Nguyên nhân dẫn đ sự dao độ là do hiệ tượng “Reset Windup n đến ộng ện p”: tức là hiện tượng đầu ra của b điều chỉn vẫn tiếp tụ tăng quá m giớI hạn khi sai lệch à bộ nh ục mức n h điều k khiển đã trở về không. 14
  15. điều khiển tự động 3./ Biện pháp khắc phục: thường sử dụng 2 phương pháp chủ yếu 1. Sử dụng khâu bù thành phần tích phân 2. Cắt bỏ thành phần tích phân khi giá trị được điều khiển đạt tớI giá trị đặt ( loạI trừ hoàn toàn hiện tượng Reset Windup) VII./ Khảo sát hệ thống khi tín hiệu đo mức chất lỏng bị nhiễu 1./ Nêu cách khắc phục: + Ta sử dụng khâu lọc đơn giản (K/(T.s+1)) làm giảm sự ảnh hưởng cúa tín hiệu nhiễu 2./ Mô phỏng bằng SIMULINK: + Mô hình ĐK tầng: - Nhiễu đo : White Noise 1 - Sử dụng khâu lọc nhiễu L = 20.s + 1 + Đáp ứng Mức / In Flow / Out Flow 15
  16. điều khiển tự động u ự => N Nhận xét: Sử dụng khâu lọc nhiễu giú hệ thống đạt trạng thá ổn định ử úp ái (giảm sự ản hưởng củ nhiễu) nh ủa BÀI II Xây dựng h thống điều kh y hệ g hiển hai bình m i mức I./ X dựng mô hình cho đốI tượng b Xây g h I bình mức c: 1./ X định cá tín hiệu v Xác ác vào, tín hiệ ra và nh hệ thố ệu hiễu ống + Tín hiệu vào: u Độ mở van vào: In Val n lve1 , In Val lve2 + Tín hiệu ra: u Mức của ha bình mức : H1 & H2 ai + Nhiễu hệ thống: h Độ mở van ra: Out Va n alve3 2./ X dựng mô hình toá học cho đốI tượng: Xây m án g Out Flow3 3 In Valve1 1 In I Valve2 H2 H1(s) H H2(s) H1 16
  17. điều khiển tự động II./ Lựa chọn sách lược điều chỉnh: 1./ Các sách lược có thể sử dụng : 1. Điều khiển fi tập trung + Điều khiển phản hồI + Điều khiển tầng 2. Điều khiển tập trung 2./ Lựa chọn sách lược + Ta lựa chọn sách lược điều khiển tầng. Vì sách lược này có thể triệt tiêu tốI đa sai lệch tĩnh & cho chất lượng hệ thống tốt hơn điều khiển phản hồi. 3./ Sơ đồ PI&D S¬ ®å simulink 17
  18. điều khiển tự động III./ Xây dựng bộ điều khiển cho hệ thống: 1./ Xác định tín hiệu điều khiển & tín hiệu đo: + Tín hiệu ĐK: - Tín hiệu qua bộ PI&D để điều khiển độ mở van : In Valve1 & In Vale2 + Tín hiệu đo: - Tín hiệu có được khi đo mức trong bình: Level 1& Level 2 - Tín hiệu có được khi đo lưu lượng : Out Flow1 Out Flow2 Out Flow3 2./ Xác định vòng điều khiển cần xây dựng: + Vòng thứ nhất : Điều khiển độ mở van In Valve1 + Vòng thứ hai : Điều khiển độ mở van In Valve2 2.1./ Đặc điểm & nhiệm vụ của từng vòng: + Vòng 1: Điều khiển độ mở van In Valve1 & có đặc tính động học biến đổI nhanh hơn vòng 2 + Vòng 2 : Điều khiển độ mở van In Valve2 & có đặc tính động học biến đổI chậm hơn vòng 1 3./ Xây dựng các vòng ĐK đã nêu: 3.1./ Mô hình SIMULINK cho hệ thống ĐK phản hồI: 3.2./ Đáp ứng mức H1(t) / H2(t) & Flow1 / Flow2 / Flow3 khi đã chọn bộ ĐK 18
  19. điều khiển tự động u ự 3.3./ Mô hình SIMULINK cho hệ th S K hống ĐK tầ :ầng + Lựa ch bộ ĐK: họn - Vòng ngoà dùng bộ P nhằm tăng tốc độ đáp ứng của hệ t ài: g thống - Vòng tron : dùng bộ PI nhằm triệ tiêu sai lệc tĩnh ng ệt ch 3.4./ Đáp ứng mức H1(t) / H2(t) & F m Flow1 / Flo / Flow khi đã c ow2 w3 chọn bộ ĐK: K 19
  20. điều khiển tự động u ự 3.5./ Mô hình SIMULINK cho hệ th S K hống ĐK tậ trung: ập 3.6./ Đáp ứng mức H1(t) / H2(t) & F m Flow1 / Flo / Flow3 khi đã chọn bộ ĐK ow2 w K 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản