Đang tải... (xem toàn văn)
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNHGV hướng dẫn: Lê Xuân HảiSinh viên: Lê Văn CôngMSSV: 20130450Nhóm thí nghiệm : 17Lớp: ĐK TĐH 04 K58Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển một bình mức. 1.Tín hiệu vào là độ mở (hoặc lưu lượng) của van vào In Flow, tín hiệu ra là mức chất lỏng trong bình lever còn nhiễu là độ mở của van ra Out Flow
BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH GV hướng dẫn: Lê Xuân Hải Sinh viên: Lê Văn Công MSSV: 20130450 Nhóm thí nghiệm : 17 Lớp: ĐK & TĐH 04 K58 Bài 1: Xây dựng hệ thống điều khiển bình mức Tín hiệu vào độ mở (hoặc lưu lượng) van vào In Flow, tín hiệu mức chất lỏng bình lever nhiễu độ mở van Out Flow Mô đối tượng bình mức khối Single-Tank matlab • Phương pháp đường cong đáp ứng Với thông số : • Course Number = 58 ( khoá 58) • Class Number = 17 ( nhóm 17 ) • Namelist Number = 37 Cho tín hiệu tác động bậc thang đầu vào ta có đáp ứng hàm độ có dạng quán tính bậc Từ lý thuyết đồ thị ta xác định tham số mô sau: T=2.2 K=23/(12-2) = 2.3 Để kiểm chứng mô hình ta dùng mô hình sau: Nhận thấy đồ thị mô đồ thị nhận dạng có sai khác định Để đạt sai số tối thiểu, ta điều chỉnh tham số K T Với K = 2.4 T = 2.2, ta có đồ thị : K(s) = Kp(1 + +Td*s) Thiết kế sách lược điều khiển cho hệ thống Tính toán thông số điều khiển theo công thức Ziegler Nichol với thông số sau: K=2.4; T=2.2 Bộ điều khiển P PI PID Kp 1/K=0.42 0.9/K=0.375 1.2/K=0.5 Dạng hàm truyền đạt PID : K(s) = Kp(1 + Ti ∞ 10T/3=9.17 2T=4.4 Td 0 0.5T=1.1 +Td*s) Ta có sách lược điều khiển sách lược điều khiển truyền thẳng, điều khiển phản hồi điều khiển tầng Sách lược điều khiển truyền thẳng Lưu đồ P&ID: Sơ đồ simulink So sánh giá trị SP Level (bằng scope), chọn stoptime Bộ điều khiển P (P = 0.42) Bộ điều khiển PI (P = 0.375, I = 0.05) Bộ điều khiển PID (P = 0.5, I = 0.11, D = 0.55) Kết ta thấy tín hiệu đầu không bám theo tín hiệu đặt sp, trình không đến ổn định Không thể áp dụng sách lược điều khiển truyền thẳng Vì sách lược truyền thẳng đòi hỏi phải biết rõ thông tin trình ảnh hưởng nhiễu Tuy nhiên, mô hình đối tượng mô hình nhiễu không xác, nhiễu đo được, nên sai lệch tĩnh tồn Thực tế, điều khiển lý tưởng tính khả thi Sách lược điều khiển phản hồi : Lưu đồ P&ID: Sơ đồ mô phỏng: So sánh giá trị SP Level (bằng scope), Bộ điều khiển P (P = 0.42), chọn stoptime = inf Nhận xét: Bộ điều khiển đạt giá trị đặt thời gian độ lớn Bộ điều khiển PI (P = 0.375, I = 0.05), stoptime = inf Nhận xét: Bộ điều khiển đạt giá trị đặt có độ điều chỉnh lớn nhiều so với điều khiển P, có khâu tích phân Bộ điều khiển PID (P = 0.5, I = 0.11, D = 0.55), stoptime = inf Nhận xét: Bộ điều khiển PID có tính chất tương tự PI, nhiên thời gian độ lớn Sử dụng khâu chống bão hòa tích phân: + PI-RW: Sơ đồ:Khâu PI nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân: Trong đó: Thông số khâu PI-RW xác định theo Zinger Nichol sau: Gain: K=Kc=0.375 Gain1: K=1/Ti=1/7.33=0.14 Gain2: K từ đến Ti, K= Sơ đồ mô BĐK PI chống bão hào tích phân: Kết mô phỏng: với stoptime = ìnf Nhận xét: có chống bão hòa giảm bớt độ điều chỉnh Chất lượng điều khiển tốt + PID-RW: Sơ đồ :Khâu PID nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân: Trong đó: Thông số khâu PID-RW xác định theo Zinger Nichol sau: Gain: K=Kc=0.5 Gain1: K=1/Ti=0.23 Gain2: K=Td=1.1 Gain3: khoảng từ 1-Ti, chọn K = Kết mô với stoptime = inf Sử dụng điều khiển PI-RW PID-RW ta thấy giảm tượng bão hòa tích phân, tín hiệu nhanh chóng bám tới tín hiệu chủ đạo mà không dao động nhiều, trình nhanh chóng đến ổn định : - Độ điều chỉnh nhỏ - Thời gian độ nhanh - Đã giảm sai lệch tĩnh xuống mức thấp Sách lược điều khiển tầng : Lưu đồ P&ID: Xác định nhiệm vụ vòng định mức: - Bộ điều khiển vòng (thứ cấp) có chức loại trừ giảm đáng kể ảnh hưởng tới biến cần điều khiển thực - Bộ điều khiển vòng (sơ cấp) có chức đáp ứng với giá trị đặt thay đổi, loại trừ ảnh hưởng nguồn nhiễu lại, nhằm trì biến cần điều khiển giá trị đặt - Vòng 1( vòng ngoài): đo mức bình phản hồi lại so sánh với SP - Vòng 2( vòng trong): đo hiệu lưu lượng In,Out flow cho ta tín hiệu điều khiển van phù hợp Bộ điều khiển không đo lưu lượng Sơ đồ simulink: * Vòng điều khiển P (lấy Kp = 10000) , vòng điều khiển P (Kp = 1000) – điều khiển P-P Kết mô sau: 10 • Bộ P/PI_RW: • Bộ P/PID_RW 14 Nhận xét : So sánh sách lược điều khiển phản hồi điều khiển tầng Cả hai sách lược điều khiển phản hồi tầng đem lại kết điều khiển tốt, thời gian xác lập nhanh, độ điều chỉnh sai lệch tĩnh nhỏ Tuy nhiên thay đổi giá trị đặt lưu lượng ra, ta thấy điều khiển tầng có đáp ứng nhanh với độ điều chỉnh nhỏ điều khiển phản hồi Vì điều khiển tầng có khâu tỷ lệ P vòng nên tác động nhanh với thay đổi nhiễu đầu vào có tác dụng triệt tiêu nhiễu 15 Bài : Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức Xác định - Tín hiệu vào: F2, F3 - Tín hiệu ra: h1, h2 - Nhiễu: F1 Mô đối tượng khối TwoTank simulink Với thông số • Course Number = 58 • Class Number = 17 • Namelist Number = 37 Cho tín hiệu tác động dạng bậc thang đầu vào, ta có đồ thị đáp ứng hệ thống hình vẽ 16 Bình G(s) = K1/(S*(Ts+1)) Trong :T1 = 2.2 ; K1 = Bình : G(s) = K2*/(S*(Ts+1))*(e^-(ts)) Trong :T2 = 4.5 ; K2 = 0.6, t=1.48 Kiểm chứng mô hình ta dùng mô hình sau: 17 Kết mô sau: 18 Hiệu chỉnh lại thông số T2 = 4.55, K2 = 0.74 Thiết kế sách lược điều khiển cho hệ thống Tính toán thông số điều khiển theo công thức ziegler Nichol với thông số K1=3,T1=2.2 T2=4.55, K2=0.74, có bảng sau Bình 1; P PI PID Kp 1/K=0.33 0.9/K=0.3 1.2/K=0.4 Ti ∞ 10T/k=7.33 2T=4.4 Td 0 0.5T=1.1 Kp 1/K=1.35 0.9/K=1.22 1.2/K=1.62 Ti ∞ 10T/k=61.49 2T=9.1 Td 0 0.5T=2.28 Bình 2: P PI PID Các sách lược sử dụng sách lược điều khiển phản hồi sách lược điều khiển tầng Không thể sử dụng sách lược điều khiển truyền thẳng Ta lựa chọn sách lược điều khiển tầng để triệt tiêu tối đa sai lệch tĩnh cho chất lượng điều khiển hệ thống tốt sách lược điều khiển phản hồi Sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn a Lưu đồ P&ID b.Sơ đồ Simulink: 19 +) Bộ điều khiển P 20 +) Bộ điều khiển PI-RW Sơ đồ simulink: Trong : - Bộ điều khiển PI-RW có thông số xác định theo ziegler Nichol là: Gain: K=Kp=0.3 Gain1:K=1/Ti=0.14 Gain2: K=Td=0 Gain3: K=5 - Bộ điều khiển PI-RW 1có thông số xác định theo ziegler Nichol là: Gain: K=Kp=1.22 Gain1:K=1/Ti=0.016 Gain2: K=Td=0 Gain3: K=20 Kết mô phỏng: 21 +) Bộ điều khiển PID-RW: Sơ đồ: Khâu PID nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân Trong : - Bộ điều khiển PID-RW có thông số xác định theo ziegler Nichol là: Gain: K=Kp=0.4 Gain1:K=1/Ti=0.23 Gain2: K=Td=1.1 Gain3:K=2 - Bộ điều khiển PID-RW có thông số xác định theo ziegler Nichol là: Gain: K=Kp=1.62 Gain1:K=1/Ti=0.11 Gain2: K=Td=2.28 Gain3:K=5 22 Kết mô phỏng: Khi sử dụng chống bão hòa tích phân giảm đáng kể tượng dao động, độ điều chỉnh nhỏ, nhiên tồn sai lệch tĩnh Sách lược điều khiển tầng Lưu đồ P&ID 23 • • • • Xác định vòng điều khiển cần xây dựng: Vòng thứ nhất: điều khiển độ mở van InValve Vòng thứ hai: điều khiển độ mở van InValve Đặc điểm, nhiệm vụ vòng: Vòng thứ nhất: điều khiển độ mở van 1, có đặc tính động học biến đổi nhanh vòng thứ hai Vòng thứ hai: điều khiển độ mở van 2, có đặc tính động học biến đổi chậm vòng thứ • Mô với điều khiển: +) Vòng điều khiển P (lấy Kp = 10000) vòng điều khiển P (Kp = 1000 Sơ đồ: Bộ P/P Kết mô phỏng: 24 Nhận xét: Ở điều khiển P đạt chất lượng điều khiển nhanh tín hiệu level bám sát tín hiệu đặt SP Bộ P/PI-RW +)Vòng điều khiển P (Kp =1000) để tăng đáp ứng hệ thống, vòng điều khiển PI-RW để triệt tiêu sai lệch tĩnh Trong thông số điều khiển PI-RW lấy phần Sơ đồ simulink: 25 Kết mô phỏng: 26 Nhận xét: Dù có chống bão hòa tích phân giá trị cần điều khiển chưa đạt giá trị đặt SP Bộ P/PID-RW +)Vòng điều khiển P (Kp =1000), vòng điều khiển PID-RW Trong thông số điều khiển PID-RW lấy phần - Sơ đồ simulink tương tự P-PI_RW Kết mô phỏng: 27 28 [...]... sách lược điều khiển tầng Không thể sử dụng sách lược điều khiển truyền thẳng Ta lựa chọn sách lược điều khiển tầng để triệt tiêu tối đa sai lệch tĩnh và cho chất lượng điều khiển hệ thống tốt hơn sách lược điều khiển phản hồi 4 Sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn a Lưu đồ P&ID b.Sơ đồ trên Simulink: 19 +) Bộ điều khiển P 20 +) Bộ điều khiển PI-RW Sơ đồ simulink: Trong đó : - Bộ điều khiển PI-RW... xét: độ quá điều chỉnh nhỏ, hệ thống đạt xấp xỉ giá trị đặt * Vòng ngoài là bộ điều khiển P(Kp = 10000), vòng trong là bộ điều khiển PI-RW có các thông số như trên bài điều khiển phản hồi P - PI_RW Kết quả mô phỏng 11 Nhận xét: Độ quá điều chỉnh nhỏ, hệ vẫn đã đạt được giá trị đặt mong muốn * Vòng ngoài là bộ điều khiển P(Kp = 15000), vòng trong là bộ điều khiển PID-RW có các thông số như bộ điều khiển. .. sách lược điều khiển phản hồi và điều khiển tầng Cả hai sách lược điều khiển phản hồi và tầng đều đem lại kết quả điều khiển khá tốt, thời gian xác lập nhanh, độ quá điều chỉnh và sai lệch tĩnh nhỏ Tuy nhiên khi thay đổi giá trị đặt và lưu lượng ra, ta thấy bộ điều khiển tầng có đáp ứng nhanh với độ quá điều chỉnh nhỏ hơn bộ điều khiển phản hồi Vì trong bộ điều khiển tầng có khâu tỷ lệ P ở vòng ngoài... động, độ quá điều chỉnh nhỏ, tuy nhiên vẫn tồn tại sai lệch tĩnh 5 Sách lược điều khiển tầng Lưu đồ P&ID 23 • • • • Xác định các vòng điều khiển cần xây dựng: Vòng thứ nhất: điều khiển độ mở van InValve 1 Vòng thứ hai: điều khiển độ mở van InValve 2 Đặc điểm, nhiệm vụ của từng vòng: Vòng thứ nhất: điều khiển độ mở của van 1, và có đặc tính động học biến đổi nhanh hơn vòng thứ hai Vòng thứ hai: điều khiển. .. • Mô phỏng với các bộ điều khiển: +) Vòng ngoài là bộ điều khiển P (lấy Kp = 10000) vòng trong là bộ điều khiển P (Kp = 1000 Sơ đồ: Bộ P/P Kết quả mô phỏng: 24 Nhận xét: Ở bộ điều khiển P đạt được chất lượng điều khiển nhanh khi tín hiệu level luôn bám sát tín hiệu đặt SP Bộ P/PI-RW +)Vòng ngoài là bộ điều khiển P (Kp =1000) để tăng đáp ứng của hệ thống, vòng trong là bộ điều khiển PI-RW để triệt tiêu... tiêu sai lệch tĩnh Trong đó các thông số bộ điều khiển PI-RW lấy ở phần trên Sơ đồ simulink: 25 Kết quả mô phỏng: 26 Nhận xét: Dù đã có bộ chống bão hòa tích phân nhưng giá trị cần điều khiển vẫn chưa đạt được giá trị đặt SP của nó Bộ P/PID-RW +)Vòng ngoài là bộ điều khiển P (Kp =1000), vòng trong là bộ điều khiển PID-RW Trong đó các thông số của bộ điều khiển PID-RW lấy ở phần trên - Sơ đồ simulink... độ quá điều chỉnh lớn, không đạt được giá trị đặt Bộ điều khiển đo lưu lượng ra: Sơ đồ Simulink 12 • Bộ P/P: Nhận xét: hệ thống cải thiện hơn khi đạt sát giá trị đặt Khi đo giá trị ra ta giảm được nhiễu, giá trị sai lệch giữa In Out flow nhỏ hơn so với các bộ điều khiển không đo giá trị lưu lượng giá trị ra 13 • Bộ P/PI_RW: • Bộ P/PID_RW 14 Nhận xét : So sánh giữa sách lược điều khiển phản hồi và điều. .. - Bộ điều khiển PI-RW 1có các thông số xác định theo ziegler Nichol 1 là: Gain: K=Kp=1.22 Gain1:K=1/Ti=0.016 Gain2: K=Td=0 Gain3: K=20 Kết quả mô phỏng: 21 +) Bộ điều khiển PID-RW: Sơ đồ: Khâu PID nối tiếp với khâu chống bão hòa tích phân Trong đó : - Bộ điều khiển PID-RW 1 có các thông số xác định theo ziegler Nichol 1 là: Gain: K=Kp=0.4 Gain1:K=1/Ti=0.23 Gain2: K=Td=1.1 Gain3:K=2 - Bộ điều khiển. .. sách lược điều khiển cho hệ thống Tính toán thông số bộ điều khiển theo công thức ziegler Nichol 1 với các thông số K1=3,T1=2.2 và T2=4.55, K2=0.74, có các bảng sau Bình 1; P PI PID Kp 1/K=0.33 0.9/K=0.3 1.2/K=0.4 Ti ∞ 10T/k=7.33 2T=4.4 Td 0 0 0.5T=1.1 Kp 1/K=1.35 0.9/K=1.22 1.2/K=1.62 Ti ∞ 10T/k=61.49 2T=9.1 Td 0 0 0.5T=2.28 Bình 2: P PI PID 3 Các sách lược có thể sử dụng là sách lược điều khiển phản... điều khiển phản hồi Vì trong bộ điều khiển tầng có khâu tỷ lệ P ở vòng ngoài nên tác động nhanh với sự thay đổi của nhiễu ở đầu vào và có tác dụng triệt tiêu được nhiễu này 15 Bài 2 : Xây dựng hệ thống điều khiển hai bình mức 1 Xác định - Tín hiệu vào: F2, F3 - Tín hiệu ra: h1, h2 - Nhiễu: F1 2 Mô phỏng đối tượng bằng khối TwoTank trong simulink Với bộ thông số • Course Number = 58 • Class Number = 17