Bài giảng điều khiển quá trình 20

Chia sẻ: Cindy Cindy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

115
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương này bao gồm các nội dung sau: Giới thiệu những nhiệm vụ của bài toán mô hình hoá. Nguyên tắc chung xây dựng những mô hình toán học cho các quá trình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng điều khiển quá trình 20

f) Lưu đồ P&ID
Bài 3.8 a) Phân t ích bài toán hệ thống gồm 2 bình chứa với mục đích ổn định nhiệt độ T2, T4. Bình chứa của hệ thống là bình tràn nên V1 = const, V2 = const. Dựa vào sơ đồ ta thấy biến vào điều khiển cho nhiệt đô T2 chính là lưu lượng vào F1, biến điều khiển cho nhiệt độ T4 là lưu lượng vào F3. Do V1 = const, V2 = const nên F2 = F1+F5, F4 = F1 + F3 . Đối với bình 1 thì F1 là biến vào điều khiển, T1, F5 là nhiễu. Còn với bình 2 thì F1, F5, T5 là nhiễu của quá trình, T3 là biến điều khiển. Để đơn giản bài toán ta đưa ra một số giả thiết sau đây: Khối lượng riêng chất lỏng cấp vào trong bình và khối lượng riêng chất lỏng - trong bình là như nhau và là hằng số của quá trình ρ1 = ρ2 = ρ3 = ρ4 = ρ = ρ5 = const. Nhiệt độ của bình chứa trao đổi với môi trường là không đáng kể. - b) Phương trình vi phân biểu diễn hệ thống. * Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho bình 1 ta có:
d (V1h 2 )  F1h1  F5 h 4  F2 h 2 dt dh V1 2  F1h1  F5 h 4  (F1  F5 )h 2 dt Thay h = CT và coi nhiệt dung riêng C của tất cả chất lỏng trong bình là như nhau ta được: dT2  F1T1  F5T4  (F1  F5 )T2 (22) V1 dt * Áp dụng định luật bảo toàn năng lượng cho bình 2 ta có: d (V2h 4 )  F2 h 2  F3h 3  (F4  F5 )h 4 dt dh V2 4  (F1  F5 )h 2  F3 h 3  (F1  F3  F5 )h 4 dt Thay h = CT dT4  (F1  F5 )T2  F3T3  (F1  F3  F5 )T4 (23) V2 dt c) Phân t ích bậc tự do của hệ thống. Ta thấy hệ thống có 7 biến quá trình T1, T2, T3, T4, F1, F3, F5 và 2 phương trình vi phân. Như vậy số bậc tự do của hệ thống là 7 – 2 = 5, đúng bằng số biến vào. Điều này cho biết mô hình ta đã xây dựng được là chính xác. Hệ thống có 5 bậc tự do nghĩa là ta có thể xây dựng được 5 vòng điều khiển độc lập cho 5 biến vào. Tuy nhiên nhiệt độ là một biến quá trình gây nhiều khó khăn trong đo lường và điều chỉnh vì thế ta lựa chọn hai biến vào lưu lượng F1 và F3 làm biến điều khiển và xây dựng hai vòng điều khiển cho hai biến vào này. d) Tuyến tính hoá phương trình. Tại có phương trình làm việc tại điểm cân bằng d T2  F1T1  F5 T4  ( F1  F5 ) T2 V1 dt dT4  F1T2  F3 T3  ( F1  F3  F5 ) T4 V2 dt Hai phương trình (22) và (23) đều là phi tuyến, do đó ta tuyến tính hoá nó tại điểm làm việc. Đặt y1 = ∆T2, y2 = ∆T4, u1 = ∆F1, u2 = ∆F3, d1 = ∆T1, d2 = ∆T3, d3 = ∆F4, d4 = ∆F5
* Tuyến tính hoá phương trình (22) dT2  F1T1  F5T4  (F1  F5 )T2  f1 (F1 , F5 , T1 , T2 , T4 ) V1 dt dy1 df df df df df  f1 ( F1 , F5 , T1 , T2 , T4 )  1 u1  1 d 4  1 d1  1 y1  1 y 2 V1 dt dF1 dF5 dT1 dT2 dT4 dy1  0  ( T1  T2 )u1  ( T4  T2 )d 4  F1d1  ( F1  F5 ) y1  F5 y 2 V1 dt (V1s  F1  F5 ) y1 (s)  ( T1  T2 )u1 (s )  (T4  T2 )u 2 (s)  F1d1 (s )  F5 y 2 (s) T1  T2 T4  T2 F1 F5 y1 (s )  u 1 (s )  d 4 (s)  d1 (s)  y 2 (s ) V1s  F1  F5 V1s  F1  F5 V1s  F1  F5 V1s  F1  F5 y1 (s )  G1u1 (s)  G 2d 4 (s)  G 3d1 (s )  G 4 y 2 (s ) * Tuyến tính hoá phương trình (23) Đặt y1 = ∆T2, y2 = ∆T4, u1 = ∆F1, u2 = ∆F3, d1 = ∆T1, d2 = ∆T3, d3 = ∆F4, d4 = ∆F5 dT4  (F1  F5 )T2  F3T3  (F1  F3  F5 )T4  f 2 (F1 , F3 , F5 , T2 , T3 , T4 ) V2 dt dy 2 df df df df df df  f1 ( F1 , F3 , F5 , T2 , T3 , T4 )  2 u1  2 u 2   2 d 4  2 y1  2 d 2  2 y 2 V2 dt dF1 dF3 dF5 dT2 dT3 dT4 dy 2  0  ( T2  T4 )u 1  ( T3  T4 )u 2  ( T2  T4 )d 4  ( F1  F5 ) y1  F3d 2  ( F1  F3  F5 ) y 2 V2 dt (V2s  F1  F3  F5 ) y 2 (s )  (T2  T4 )u 1 (s )  ( T3  T4 )u 2 (s)  ( T2  T4 )d 4 (s)  ( F1  F5 ) y1 (s)  F3d 2 (s ) T2  T4 T3  T4 T2  T4 y 2 (s )  u 1 (s)  u 2 (s )  d 4 (s ) V2s  F1  F3  F5 V2s  F1  F3  F5 V2s  F1  F3  F5 F1  F5 F3  y1 (s)  d 2 (s ) V2s  F1  F3  F5 V2s  F1  F3  F5 T2  T4 T3  T4 T2  T4 y 2 (s )  u 1 (s)  u 2 (s )  d 4 (s ) V2s  F1  F3  F5 V2s  F1  F3  F5 V2s  F1  F3  F5 F1  F3 F3  y1 (s)  d 2 (s ) V2s  F1  F3  F5 V2s  F1  F3  F5 y 2 (s)  G 5 u1 (s)  G 6 u 2 (s)  G 7 d 4 (s)  G 8 y1 (s)  G 9d 2 (s) * Mô hình hàm truyền đạt của hệ thống y1 (s)  G1u1 (s)  G 2 d 4 (s)  G 3d1 (s)  G 4 y 2 (s) y 2 (s)  G 5 u1 (s)  G 6 u 2 (s)  G 7 d 4 (s)  G 8 y1 (s)  G 9d 2 (s)
f) Lưu đồ P&ID Ta lựa chọn bộ điều khiển mức ở đây là bộ điều khiển phản hồi PID với t ín hiệu vào ra là tín hiệu điện. Khi đó ta được lưu đồ P&ID như sau:
ĐỀ THI SỐ: 01 - THỜI GIAN 75 PHÚT TRƯỞNG BỘ MÔN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH HỌC PHẦN LOẠI: I Câu 1: Hãy nêu các loại biến quá trình. Phân biệt các loai biến quá trình ( Biến vào/ Biến ra/ Biến trạng thái/ Biến điều khiển/ Biến được điều khiển/ Biến nhiễu ) trong hệ thống bình chứa lỏng biểu diễn trên hình 1: Hình 1: Bình chứa chất lỏng. Câu2: Hãy đưa ra các giả thiết cho mô hình bình chúa lỏng như hình1 và thành lập phương trình cân bằng vật chất cho bình chứa lỏng? Câu 3: Tổng hợp trực tiếp bộ điều khiển tương quan PI với mô hình qúa trình có dạng FOPDT: K P e   PS . G P (s )  Ps  1 Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !
ĐỀ THI SỐ: 02 - THỜI GIAN 75 PHÚT TRƯỞNG BỘ MÔN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH HỌC PHẦN LOẠI: I Câu 1: Hãy nêu các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình công nghiệp. Câu2: Các ký hiệu trên hình1 như sau: ω1, ω2, ω – lưu lượng khối lượng (kg/s) của các dòng vào và dòng ra, x – Thành phần sản phẩm ra tính theo khối lượng (0...1), h – mức chất lỏng trong thiết bị (m) ,  - khối lượng riêng chất lỏng trong thiết bị (kg/m3), A – tiết diện của bình chứa (m2, giả thiết là đều từ trên xuống dưới). Thành lập phương trình cân bằng vật chất cho thiết bị khuấy trộn liên tục? Hình 1: Điều khiển thiết bị khuấy trộn. Câu3: Phân t ích tác động lẫn nhau của các quá trình đỉnh và đáy như hình vễ dưới đây. Nêu tác động của các bộ điều khiển phân ly đến chất lượng điều khiển của hệ thống và cách tính toán bộ điều khiển phân ly Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !
ĐỀ THI SỐ: 03 - THỜI GIAN 75 PHÚT TRƯỞNG BỘ MÔN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH HỌC PHẦN LOẠI: I Câu 1: Hãy nêu nguyên tắc chung của mô hình hoá quá trình. Câu2: Xét thiết bị phản ứng liên tục trên hình 1; Giả sử dung dịch vào chứa A nguyên chất, trong bình xẩy ra phản ứng một chiều A  B, tạo ra sản phẩm là tổng hợp của A và B. Tốc độ phản ứng riêng được ký hiệu là k (s-1). Nồng độ ở đây có đơn vị là mol/m3 (số mol trên một đơn vị thể tích) và được ký hiệu là c. Ngoài các giả thiết được đặt ra tương tự như bình chứa chất lỏng trên đây, ta coi tốc độ phản ứng tổng thể tỷ lệ trực tiếp với nồng độ của A trong bình (Phản ứng bậc nhất). Như vậy, số mol của A mất di do phản ứng trên một đơn vị thời gian là - VkcA. Thành lập phương trình cân bằng vật chất? Hình1: Thiết bị phản ứng liên tục Câu 3: Thành lập bộ điều khiển PI điều khiển tương quan sử dụng phương pháp IMC với mô hình qúa trình với dạng FOPDT như sau: K P e  PS 1 G  (s )  , Bộ lọc IMC có dạng: F(s)  P C s  1 Ps  1 Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !
ĐỀ THI SỐ: 04 - THỜI GIAN 75 PHÚT TRƯỞNG BỘ MÔN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH HỌC PHẦN LOẠI: I Câu 1: Hãy nêu và phân tích các loại mô hình toán học. Câu2: Hãy đưa ra các giả thiết cho mô hình bình chúa nhiệt như hình1 và thành lập phương trình cân bằng nhiệt cho bình chứa nhiệt? Hình1: Bình chứa nhiệt. Câu3: Phân tích khả năng loại trừ nhiễu của bộ điều khiển nối tầng như hình dưới đây. Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !
ĐỀ THI SỐ: 05 - THỜI GIAN 75 PHÚT TRƯỞNG BỘ MÔN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH HỌC PHẦN LOẠI: I Câu 1: Nêu các bước tiến hành để nhận dạng quá trình. Nêu phương pháp hai điểm quy chiếu để nhận dạng mô hình quá trình. Câu2: Hãy đưa ra các giả thiết cho bài toán pha trộn trực lưu biểu diễn trên hình 1 và thành lập phương trình cân bằng vật chất? Phân tích bậc tự do của mô hình. Hình1: Quá trình pha trộn trục lưu. Câu3: Phân tích tác động của mô hình dự báo Smith với quá trình có thời gian chết (Dead time) lớn. Thí sinh không được sữa chữa và viết vào phiếu thi !