Đáp án đề thi cuối học kỳ II năm học 2014-2015 môn Hệ thống điều khiển quá trình (Mã đề 02) - ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Chia sẻ: Đinh Y | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

88
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đáp án đề thi cuối học kỳ II năm học 2014-2015 môn Hệ thống điều khiển quá trình cung cấp cho người đọc nội dung đề thi và bài giải chi tiết 3 câu hỏi trong đề thi. Đề thi giúp cho các bạn sinh viên nắm bắt được cấu trúc đề thi, dạng đề thi chính để có kế hoạch ôn thi một cách tốt hơn.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đáp án đề thi cuối học kỳ II năm học 2014-2015 môn Hệ thống điều khiển quá trình (Mã đề 02) - ĐH Sư phạm Kỹ thuật

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐÁP ÁN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Môn: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KHOA CƠ KHÍ MÁY (Hướng HT CĐT), HK 2 NĂM HỌC 14-15 Mã môn học: 1229480 BỘ MÔN CƠ ĐIỆN TỬ Đề số: 02; Đề thi có 2 trang. ------------------------- Thời gian: 60 phút. Được phép sử dụng tài liệu (có thể sử dụng laptop không kết nối mạng) Câu 1: (3 điểm) Cho bồn chứa có vách ngăn như sau. Biết lưu lượng ra w2 tỉ lệ với chiều cao chất lỏng theo công thức: w2  R.h3/2 , R: hằng số vách ngăn w1 A: tiết diện ngang của bồn chứa. a. Viết phương trình toán mô tả quan hệ giữa chiều cao mức chất lỏng và lưu lượng vào. b. Tuyến tính hóa phương trình trên h quanh điểm cân bằng. Tìm hàm truyền H ( s) G( s)  ? W1 ( s) w2 a (1 đ). Phương trình cân bằng khối: dh dh  A   w1   w 2  A =w1  Rh1.5 dt dt dh Phương trình toán: A  Rh1.5  w1 (1) dt b (2 đ). Tại điểm cân bằng: Rhs1.5  w1s  w1  w1s  W1 Đặt  (0.5 đ) (2)  h  hs +H với W1 , H lần lượt là lượng thay đổi nhỏ của w1 , h quanh điểm cân bằng   w1  Rh1.5   f (w1 , h) dh 1 Từ (1), ta có (3) dt A Khai triển Taylor (3) quanh điểm ổn định: dh f f  H  f (w1s , hs )  W1  H (0.5 đ) dt w1 w ,h h w1s ,hs 1s s 1 1.5R hs H W1  H A A dH A  W1  1.5R hs H (0.5 đ) (4) dt Biến đổi Laplace pt (4), (ĐK đầu, tại điểm ổn định, = 0) AsH (s)  W1 (s)  1.5R hs H (s) H ( s) 1  G(s)   (0.5 đ) W1 ( s) As  1.5R hs 1
Câu 2: (4 điểm) Cho hệ thống điều khiển mức như hình vẽ. Các thông số của hệ như sau: A = 3 [ft2], w3s = 10 [gal/min], Kv = -1.3 [gal/min/mA], Km = 4 [mA/ft]. Van điều khiển có hằng số thời gian  v  10[ s] , bỏ qua hằng số thời gian của cảm biến. w1 w2 a. Viết phương trình toán mô tả hệ bồn chứa. Phân tích các biến quá trình? SP b. Vẽ sơ đồ khối mô tả chi tiết hệ thống? hm c. Biết kỹ sư sử dụng bộ LT LC điều khiển PI để điều khiển h p mức. Tìm 2 thông số của bộ điều khiển để hệ kín ổn w3 định. a (1 đ). Phương trình toán mô tả hệ bồn chứa: dH 1  W1  W2  W3  dt A  H  h  hs W  w w  Với  1 1 1s là biến thiên các đại lượng tương ứng quanh giá trị cân bằng  W2  w 2  w 2 s  W3  w 3  w 3 s Biến đổi Laplace, ta có: 1 H (s)  W1 (s)  W2 (s)  W3 (s)  As Dựa trên hình vẽ ta có nhận xét sau: h: là biến được điều khiển (CV) w3: là biến điều khiển (MV) w1, w2: là các nhiễu quá trình (DV) Lưu ý: Vẫn chấm đúng nếu SV có dùng  trong phương trình b. (1.5 đ) w1  w 2 Gp2 SP p w3 h (PV) Km Gc Gv G p1 Gm 2
Trong đó: Gc: hàm truyền bộ điều khiển Gv: hàm truyền của van;  v  10(s) =1/6 (min) Kv 1.3 7.8 Gv    vs 1 1 s 1 s6 6 1 1 Từ câu a, ta có: G p1   ; Gp2  As As Gm: hàm truyền của cảm biến; bỏ qua hằng số thời gian của cảm biến  m  0  Gm  Km  4 c. (1.5 đ) 1 Gc  K p (1  ) (0.5 đ) Ti s Phương trình đặc trưng hệ kín: 1  Gc (s)Gv (s)Gp1 (s)Gm  0 1 7.8 4 1  K p (1  ) 0 Ti s s  6 3s 3Ti s3  18Ti s 2  31.2K pTi s  31.2K p  0 (0.5 đ) Sử dụng tiêu chuẩn ổn định Routh, ta có điều kiện của Kp, Ti là: K p  0   1 (0.5 đ)  Ti  6 Câu 3: (3 điểm) Một quá trình bao gồm cả cảm biến và van điều khiển có thể được mô hình hóa bởi hàm truyền bậc 4 như sau: 1 G( s)  ( s  1)(0.2s  1)(0.04s  1)(0.08s  1) a. Xấp xỉ hàm truyền về dạng khâu quán tính bậc 2 có trễ sử dụng quy tắc Skogestad. b. Thiết kế bộ điều khiển PID, sử dụng phương pháp trực tiếp (Direct Synthesis), biết hằng số thời gian của hệ kín  c = 0.51 (s). a. (1 đ) Khâu quán tính bậc 2 có trễ có dạng sau: K G( s)  e s (1s  1)( 2 s  1) Sử dụng quy tắc xấp xỉ của Skogestad, ta có: K =1 1  1 0.08  2  0.2   0.24 2 0.08   0.04   0.08 2 Vậy ta có hàm truyền xấp xỉ 1 G(s)  e0.08 s ( s  1)(0.24s  1) 3
b. (2 đ) 1 Hàm truyền bộ điều khiển PID: Gc (s)  K p (1   Td s) Ti s Theo phương pháp trực tiếp (DS) cho đối tượng bậc 2 có trễ, ta có các thông số của bộ điều khiển như sau: 1 1   2 1  0.24 Kp    2.1 K  c   0.51  0.08 Ti  1   2  1  0.24  1.24  0.24 Td  1 2   0.1935 1   2 1.24 Vậy bộ điều khiển PID có hàm truyền như sau: 1 Gc (s)  2.1(1   0.1935s) 1.24s 4