BÁO CÁO THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

Họ và Tên: Lê Thiện Đức
SHSV:

20125469

Nhóm:

12

Hiệu chỉnh:
+ start time: 0.0s , Stoptime: 13700s, Type: Fixed step, solve: Ode 4, Fixed step size: 0.2s
Các Tham số trong khối single-tank:
+ course number:

57

+ class number :

12

+ name list number: 69


BÀI 1
XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỘT
NƯỚC

BÌNH




2. Xây dựng mô hình toán học cho đối tượng với các tham số hình thức:
- Phương trình cân bằng vật chất:

dV
dh
 A  F1  F 2
dt
dt

(1)

Trong đó: A là tiết diện cắt ngang của bình chứa (coi như đều từ trên xuống).
Phương trình mô hình ở trạng thái xác lập:
dh
(2)
0 A
 F1  F 2
dt
Trừ vế của (1) – (2) ta được:

A
Đặt: y  h; u  F 2; d  F1
- Phương trình trở thành:

d h
 F1  F 2
dt


Mô hình trong Simulink


Ta có đáp ứng quá độ như sau:

- Xác định các hệ số k, T:
+ Từ độ thị trên ta kẻ tiệm cận cắt trục hoành t tại điểm ứng với tọa độ (1.95,0). Ta chọn T=1.95.
- Từ đó ta tính hệ số góc K= tanα =
Suy ra: K=

với a= 16.7 và b=10 – 1.95 = 8.05

= 2.07

Vậy, ta được hàn truyền đạt sau: G(s) =

(

)


- Kiểm tra lại đáp ứng quá độ bằng mô hình simulink trong matlab:

Hai đồ thị đáp ứng của hàm truyền và của hệ thống mô phỏng


- Nhận Xét:
+ đồ thị đáp ứng của hàm truyền vừa tìm được chưa sát với đáp ứng của quá trình.
Vậy, ta phải điều chỉnh các thông số T và K để đáp ứng của hàm truyền sát với quá trình hơn.
- sau khi điều chỉnh ta được các thông số mới T= 2.5 và K = 2.8, độ thị đáp ứng mới

)

Kp
P

= 0.4

-

-

PI

= 0.36

3.3T=9.24

-

PID

= 0.48

2T=5

0.5T= 1.4


2. Mô Phỏng Bộ Điều khiển PID trên Simulink


1.3. Mô Hình Trên Simulink.

Kp
0.48

Ti
5.6

Td
1.4


- Ta có đáp ứng của hệ thống:

- với hai bộ điêu khiển PI và P ta cũng được kết quả sai khác rất ít so với 2 kết quả trên.
1.4. Nhận Xét
+ khi bắt đầu quá trình mô phỏng, khi đặt mức nước trong bình thì mức nước trong bình tăng liên tục và
nhanh chóng làm tràn bình trong khi thời gian mô phỏng vẫn còn.
+ Sau đó khi mở van 2, vẫn giữ nguyên giá trị đặt thì mực nước trong bình lại giảm liện tục đến cạn bình.
=> hệ thống không ổn định.
=> không thể áp dụng được sách lược này để điều khiển hệ thống.
2. SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI VÒNG ĐƠN.
2.1. Mô Hình Sách Lược Điều Khiển Vòng Đơn
F2

SP

BỘ ĐIỀU KIỂN

F1

- Hiện Tượng: Khi tiến hành mô phỏng thì xảy ra hiện tượng mức nước tăng vọt trong thời gian ngắn kéo
dài thời gian quá độ. Đây là hiện tượng bão hòa tích phân (Reset Windup) xảy ra khi có thành phần tích
phân trong bộ điều khiển.
-Nhận Xét:
+ Độ quá điều chỉnh lớn.
+ Thời gian quá độ lớn.
+ Độ dự trữ ổn định giảm do có thành phần I trong bộ điều khiển.
Nên để khắc phục tình trạng này t cần them một khâu chống bão hòa tích phân vào bộ điều khiển.


2.2.3. Trường hợp sở dụng bộ điều khiển PID với Kp = 0.48 ,

=5.6 và

= 1.4

- Đáp ứng của hệ thống

- Hiện Tượng: Gần giống với khi sử dụng bộ điều khiển PI nhưng thời gian quá độ dài hơn
- Nhận Xét: + Độ quá điều chỉnh lớn
+ Thời gian quá độ dài
+ Tồn tại sai lệch tĩnh lớn


3. Sử dụng sách lược điều khiển phản hồi vòng đơn dùng các bộ điều khiển P, PI-RW và PID-RW.
3.1. Sơ đồ bộ điều khiển:

- Với

= 0.5

+ Độ quá điều chỉnh nhỏ.
+ Thời gian quá độ nhỏ và nhỏ hơn thời gian quá độ khi dùng bộ PI- chống bão hòa tích phân
( do có thành phần vi phân trong bộ điều khiển).
+ sai lệnh tĩnh giảm xuống mức thấp.


4. Sử dụng sách lược điều khiển tầng.
4.1. Lí do cần sử dụng điều khiển tầng
- vòng điều khiển phản hồi vòng đơn chưa đáp ứng được yêu cầu chất lượng.
- điều khiển tầng có các ưu điểm như: Cải thiện khả năng loại bổ nhiễu cục bộ, giảm độ quá điều
chỉnh, cải thiện tính ổn định của toàn hệ kín, nâng cao tính bền vững của hệ kín.
- sách lược điều khiển tầng có tốc độ đáp ứng nhanh hơn so với điều khiển phản hồi. Do điều khiển
tầng có vòng ngoài điều khiển thẳng, phản ứng nhanh với nhiễu và triệt tiêu nhiễu này.
4.2. Xác định các vòng điều khiển, nhiệm vụ và đặc điểm của từng vòng.
+ Vòng 1 (vòng ngoài): Đo mức của bình rồi phản hồi lại so sánh với SP1 cho ta lưu lượng vào mong
muốn. ( giá trị SP2 của vòng 2).
+ Vòng 2 (vòng trong): Đo hiệu lưu lượng Out Flow & In Flow, phản hồi & so sánh với giá trị đầu
vào. (chọn Kp=10000).
Đặc điểm:
+ Hệ số khuếch đại Kp của vòng ngoài rất lớn nên đáp ứng nhanh với sự thay đổi của nhiễu ở đầu vào.
(Chọn Kp = 10000 cho bộ điều khiển P vòng ngoài).
+ Các thông số trong bộ PID-2 (vòng trong) dựa theo tính toán ở trên.
4.3.Điều khiển tầng không đo lưu lượng ra.
4.3.1. Cấu trúc:

Bộ điều khiển thứ
cấp

Bộ điều khiển sơ
cấp


: Kp = 0.36,

= 8.34 và


- Nhận Xét:
+ Hệ thống ổn định với thời gian quá độ nhỏ
+ Độ quá điều chỉnh nhỏ.
+ Sai lệch tĩnh tương đối lớn.
+ Vẫn còn sự chênh lệch khá đáng kể giữa Set Point với Level, giữa Out Flow với In Flow .
+ Đáp ứng ra bị ảnh hưởng khi nhiễu quá trình( độ mở van 2) lớn.
.


4.4. Điều khiển tầng đo lưu lượng ra.
4.4.1. Cấu trúc bộ điều khiển.

SP

Bộ Điều Khiển
Sơ Cấp

+
_

4.4.2. Lưu đồ P&ID.

+
+