Đang tải... (xem toàn văn)
MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG LỌC – HÓA DẦUTừ kết quả mô phỏng quá trình điều khiển tháp chưng cất ở trên cho thấy việc ứng dụng lý thuyết điều khiển tách kênh để thiết kế các bộ điều khiển đa biến cho hệ thống điều khiển tháp chưng cất đã khắc phục được ảnh hưởng qua lại giữa các kênh. Điều này cho phép nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển các tháp chưng cất, một trong những đối tượng đa biến phức tạp trong công nghiệp. Trong khi các bộ điều khiển đơn biến khó có thể thực hiện được điều này.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT KHOA DẦU KHÍ BỘ MƠN LỌC – HĨA DẦU - - TIỂU LUẬN MƠN HỌC MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRONG LỌC – HÓA DẦU Họ tên học viên: DOÃN ANH TUẤN MSHV: 2960520301064 Lớp: Cao học Kỹ Thuật Hóa Học – K29 Cán hướng dẫn: PGS TS Đào Văn Tân HÀ NỘI, 9/2016 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thiện tiểu luân xin giử lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS TS Đào Văn Tân người trực tiếp giảng dạy hướng dẫn để thực tiểu luận Bên cạnh tơi xin cảm ơn bạn lớp Cao học kỹ thuật hóa học K29 góp ý sửa chữa để giúp tơi hoàn thành tốt tiểu luận Hà Nội, 28 tháng 09 năm 2016 HỌC VIÊN THỰC HIỆN Doãn Anh Tuấn PHẦN I: ĐỀ TIỂU LUẬN Ứng dụng Matlab điều khiển tự động 1.1 Cho hệ điều khiển tự động có cấu trúc hình HTĐ khâu sau: G1(s)= 1/(s+7), G2(s)=1/(s2+6s+5), G3(s)=1/(s+8), G4(s)=1/s, G5(s)=7/(s+3), G6(s)=1/(s2+7s+5), G7(s)=5/s+5, G8(s)=1/(s+9) Hình I Hãy tìm: a Hàm truyền đạt hệ G(s)=C(s)/R(s) b Nghiệm đa thức mẫu số Hệ có ổn định hay khơng? 1.2 Một hệ thống điều khiển phản hồi sử dụng điều khiển PID Hàm truyền đạt trình G(s)=1/(s+1)3 Hãy minh họa tác dụng thành phần tỷ lệ, tích phân vi phân cho hệ thống Điều khiển tách kênh tháp chưng cất Sử dụng phần mềm Simulink để thành lập sơ đồ mô điều khiển tách kênh tháp chứng cất có sơ đồ cấu trúc hình Phân tích kết mơ sử thay đổi nồng độ có khơng có điều khiển tách kênh Hình II PHẦN II BÀI LÀM Ứng dụng Matlab điều khiển tự động 1.1 a Hàm truyền đạt hệ G(s) = C(s)/R(s) Trước viết chương trình Matlab, ta phải dịch chuyển phần tử so sánh lên trước khối G1(s) dịch điểm a sau khối G7(s) ta sơ đồ hình 1.1 Hình 1.1 Đơn giản sơ đồ cấu trúc ta sơ đồ hình 1.2 Hình 1.2 Chương trình Matlab >> G1=tf([1],[1 7]); G2=tf([1],[1 5]); G3=tf([1],[1 8]); G4=tf([1],[1 0]); G5=tf([7],[1 3]); G6=tf([1],[1 5]); G7=tf([5],[1 5]); G8=tf([1],[1 9]); sys1=feedback(G7,G6); sys2=parallel(G3,G4); sys3=G5/G7; sys4=G8/G1; sys5=feedback(G1,G2); sys6=series(sys5,sys2); sys7=series(sys6,sys1); sys8=feedback(sys7,sys3); sys9=feedback(sys8,sys4,+1) Transfer function: 50 s^7 + 1450 s^6 + 16750 s^5 + 99000 s^4 + 318450 s^3 + 544550 s^2 + 444750 s + 135000 s^10 + 225 s^9 + 4330 s^8 + 46525 s^7 + 305775 s^6 + 1.266e006 s^5 + 3.285e006 s^4 + 5.134e006 s^3 + 4.454e006 s^2 + 1.813e006 s + 210000 Hình 1.3 b Nghiệm đa thức mẫu số Hệ có ổn định hay khơng? Chương trình Matlab: - Nghiệm đa thức mẫu số: >> ms=[5 225 4330 46525 305775 1.266e006 3.285e006 5.134e006 4.454e006 1.813e006 210000]; roots(ms) ans = -9.9590 + 1.6356i -9.9590 - 1.6356i -6.6528 + 2.8499i -6.6528 - 2.8499i -3.5544 + 1.5876i -3.5544 - 1.5876i -2.1814 -1.2890 -1.0152 -0.1820 Hình 1.4 -Hệ có ổn định hay không? >> num=[50 1450 16750 99000 318450 544550 444750 135000]; den=[5 225 4330 46525 305775 1.266e006 3.285e006 5.134e006 4.454e006 1.813e006 210000]; nyquist(num,den); Hình 1.4 Nhận xét: hàm truyền vòng hở có cực nằm bên phải mặt phẳng phức Biểu đồ Nyquist không bao điểm A (-1+j0) Điểm –1 ký hiệu (+) nằm trục thực âm (Real Axis), điểm nằm trục ảo (Imaginary Axis) Kết luận: Hệ không ổn định 1.2 Một hệ thống điều khiển phản hồi sử dụng điều khiển PID a Tác dụng khâu tỷ lệ Để minh họa tác dụng khâu tỷ lệ, ta chọn số thời gian Ti = ∞ Td = 0, viết chương trình Matlab: >> t=0:0.1:30; sys1=tf(1,[1 3 1]); sysg1=feedback(sys1,[1]); step(sys1,t) text(3.0,0.3,'K=1') grid hold on t=0:0.1:30; sys2=tf(2,[1 3 1]); sysg2=feedback(sys2,[1]); step(sysg2,t) text(8.0,0.6,'K=2') grid hold on t=0:0.1:30; sys3=tf(5,[1 3 1]); sysg3=feedback(sys3,[1]); step(sysg3,t) text(4.0,1.0,'K=5') grid 10 Hình 1.5 Từ hình 1.5 ta nhận thấy sai lệch tĩnh ổn định với điều khiển tỷ lệ Sai lệch tăng hệ số khuếch đại tỷ lệ giảm, xu hướng dao động tăng b Tác dụng khâu tích phân Hình 1.6 minh họa tác dụng khâu tích phân giữ K=1, Td=0 Chương trình Matlab: >> K=1;T1=1; k=K;k1=K/T1; sys1=tf([k k1],[1 0]); sys2=tf(1,[1 3 1]); sys3=series(sys1,sys2); sysg=feedback(sys3,[1]); t=0:0.1:30; step(sysg,t) text(8.0,1.4,'Ti=1') grid 11 hold on K=1;T2=2; Hình 1.6 >> k=K;k2=K/T2; >> K=1;T3=5; sys1=tf([k k2],[1 0]); k=K;k3=K/T3; sys2=tf(1,[1 3 1]); sys1=tf([k k3],[1 0]); 12 sys3=series(sys1,sys2); sys2=tf(1,[1 3 1]); sysg=feedback(sys3,[1]); sys3=series(sys1,sys2); t=0:0.1:30; sysg=feedback(sys3,[1]); step(sysg,t) t=0:0.1:30; text(9.0,1.05,'Ti=2') step(sysg,t) grid text(12.5,0.82,'Ti=5') hold on grid C Tác dụng khâu vi phân Hình 10 minh họa tác dụng khâu vi phân giữ không đổi K=3 T i=2, lệnh viết Matlab >> K=3.0;Ti=2.0;k=K;ki=K/Ti; kd1=0.1*K;kd2=0.7*K;kd3=4.5*K; sys1=tf([kd1 k ki],[1 0]); sys2=tf(1,[1 3 1]); sys3=series(sys1,sys2); sysg=feedback(sys3,[1]); t=0:0.1:30; step(sysg,t) text(5.0,1.4,'Td=0.1') grid hold on K=3.0;Ti=2.0;k=K;ki=K/Ti; kd1=0.1*K;kd2=0.7*K;kd3=4.5*K; sys1=tf([kd2 k ki],[1 0]); 13 sys2=tf(1,[1 3 1]); sys3=series(sys1,sys2); sysg=feedback(sys3,[1]); t=0:0.1:30; step(sysg,t) text(2.5,1.02,'Td=0.7') >> grid hold on K=3.0;Ti=2.0;k=K;ki=K/Ti; kd1=0.1*K;kd2=0.7*K;kd3=4.5*K; sys1=tf([kd3 k ki],[1 0]); sys2=tf(1,[1 3 1]); sys3=series(sys1,sys2); sysg=feedback(sys3,[1]); t=0:0.1:30; step(sysg,t) text(2.5,0.82,'Td=4.5') grid 14 Hình 1.7 Hình 1.7 minh họa tác động điều khiển vi phân Tham số K Ti lựa chọn cho hệ kín dao động Sự tắt dần dao động tăng tăng thời gian vi phân, việc giảm hệ số khuếch đại thời gian vi phân lớn Khi sử dụng PID đầy đủ, người ta phải chọn tối ưu tham số để đảm bảo chất lượng điều khiển tốt 15 Điều khiển tách kênh tháp chưng cất Để mơ kết tính tốn điều khiển tháp chưng cất ta dùng phần mềm Matlab 7.01 Với thơng số tính tốn ta lập sơ đồ mơ tổng qt hình 2.1 Hình 2.1 (a) Sơ đồ mơ tháp chưng cất 16 Hình 2.1 (b) Sơ đồ mô tháp chưng cất Matlab 17 Hình 2.2 (a) Sơ đồ mơ điều khiển tách kênh để điều khiển tháp chưng cất Hình 2.2 (b) Sơ đồ mơ điều khiển tách kênh để điều khiển tháp chưng cất Matlab Hình 2.3 Sơ đồ tổng qt mơ điều khiển tháp chưng cất Matlab 18 Kết mô cho thấy (Hình 5.18 hình 5.19) với việc sử dụng điều khiển tách kênh đặc tính đầu hệ tốt hơn: khơng có tách kênh thời gian độ 20 phút, độ điều chỉnh 8%, đặc tính đầu ln dao động Khi có điều khiển tách kênh thời gian độ 14 phút, điều chỉnh 5%, đặc tính đầu ổn định giá trị đặt Trên hình 5.20, 5.21, 5.22, 5.23 mơ tả đáp ứng đầu tháp nhiệt độ đỉnh tháp thay đổi Việc tăng giảm nhiệt độ đỉnh tháp làm cho sai lệch nồng độ sản phẩm đỉnh đáy tháp tăng giảm khơng có tách kênh (xem hình 5.20b, 5.21b, 5.23b) điều khiển tách kênh, giá trị nồng độ sản phẩm đỉnh đáy tháp trì ổn định giá trị đặt (xem hình 5.20a, 5.21a, 5.22a, 5.23a) Khi có tách kênh, nhiệt độ đỉnh tháp thay đổi không ảnh hưởng nhiều đến nồng độ sản phẩm đáy Như việc dùng điều khiển tách kênh làm cho chất lượng hệ thống điều khiển tháp trở nên tốt [1] 19 PHẦN III KẾT LUẬN Từ kết mơ q trình điều khiển tháp chưng cất cho thấy việc ứng dụng lý thuyết điều khiển tách kênh để thiết kế điều khiển đa biến cho hệ thống điều khiển tháp chưng cất khắc phục ảnh hưởng qua lại kênh Điều cho phép nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển tháp chưng cất, đối tượng đa biến phức tạp công nghiệp Trong điều khiển đơn biến khó thực điều 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Đào Văn Tân, Giáo Trình Mơ hình hóa điều khiển tự động lọc – hóa dầu 21 ... biến phức tạp công nghiệp Trong điều khiển đơn biến khó thực điều 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Đào Văn Tân, Giáo Trình Mơ hình hóa điều khiển tự động lọc – hóa dầu 21 ... chưng cất 16 Hình 2.1 (b) Sơ đồ mô tháp chưng cất Matlab 17 Hình 2.2 (a) Sơ đồ mơ điều khiển tách kênh để điều khiển tháp chưng cất Hình 2.2 (b) Sơ đồ mơ điều khiển tách kênh để điều khiển tháp... đồ mô điều khiển tách kênh tháp chứng cất có sơ đồ cấu trúc hình Phân tích kết mơ sử thay đổi nồng độ có khơng có điều khiển tách kênh Hình II PHẦN II BÀI LÀM Ứng dụng Matlab điều khiển tự động