Đang tải... (xem toàn văn)
Phần 1. Phân tích bài toán. Các đối tượng trong công nghiệp thông chúng không những chịu sự tác động của các yếu tố đầu vào một cách chủ động mà còn chịu ảnh hưởng một cách bị động từ những tín hiệu nhiễu từ bên ngoài.
Bài tập dài Tự động hoá Quá trình nhiệt Yêu cầu 1. Xác định mô hình hàm truyền của đối tợng điều chỉnh. 2. Tổng hợp bộ điều chỉnh bền vững tối u. 3. Đánh giá chất lợng của mỗi vòng điều chỉnh nhận đợc bằng cách dựng đặc tính mềm của hệ hở và đặc tính quá độ của hệ kín 4. Xác định độ bất định và mô hình bất định 5. Xác định các tham số của bộ điều chỉnh bền vững 6. Đánh giá chất lợng điều chỉnh của hệ bền vững bằng cách vẽ đặc tính mềm xấu nhất và đặc tính quá độ xấu nhất của hệ thống. 1 Phần 1. Phân tích bài toán. Các đối tợng trong công nghiệp thông chúng không những chịu sự tác động của các yếu tố đầu vào một cách chủ động mà còn chịu ảnh hởng một cách bị động từ những tín hiệu nhiễu từ bên ngoài. Hình 1.1. Đối tợng chịu ảnh hởng của yếu tố đầu vào và nhiễu. Dựa vào các số liệu thực nghiệm đáp ứng đầu vào và đầu ra của đối tợng, bằng CASCAD ta sẽ tiến hành nhận dạng đối tợng (Identifying), xấp xỉ chúng thành những đối tợng cơ bản (tự cân bằng hay không có tự cân bằng). Sau đó, trên cơ sở lựa chọn bộ điều chỉnh thích hợp (phi tĩnh hay tĩnh học), tổng hợp bộ điều chỉnh bền vững tối u và bộ khử nhiễu cho hệ thống thoả mãn điều kiện nhất định về độ dự trữ ổn định của hệ thống cũng nh độ tắt dần của đặc tính thời gian. Sử dụng chơng trình CASCAD, ta có thể mô hình hoá mỗi vòng điều khiển d- ới dạng sau (Hình 1.2). Hình 1.2. Sơ đồ chuẩn của mô hình hệ điều chỉnh một vòng. Trong đó : G-Y: Kênh giá trị đặt L-Y: Kênh nhiễu R: Bộ điều chỉnh O: Đối tợng điều chỉnh D: Phần đối tợng điều chỉnh chịu tác động của kênh nhiễu 2 R K D G L Y O O u y K: Bộ khử nhiễu Theo bài toán, hệ thống cấp nớc nóng có thể đợc chia thành hai vòng điều khiển : Vòng điều chỉnh mức nớc trong bình và vòng điều chỉnh nhiệt độ nớc ra. Phần 2. Vòng điểu khiển mức nớc. 2.1. Mô hình hoá hệ thống. Hình 2.1. Mô hình hoá vòng điều khiển mức nớc. 2.2. Nhận dạng đối tợng. 2.2.1. Cấu trúc của đối tợng. - Khâu V 1 : với đầu vào là độ mở van xác định sẽ cho một giá trị lu lợng vào, có thể coi V1 là một khâu tỷ lệ với hệ số tỷ lệ chính là hệ số góc của tiếp tuyến với đờng cong %)x(fq = 1 . Từ số liệu đã cho của đề bài, 1 q = 51%, ta tìm đợc giá trị của x%. Kẻ tiếp tuyến với đờng cong %)x(fq = 1 , ta tìm đợc hệ số góc là tgK V = 1 = 0.73 - Khâu H: khi đầu vào 1 q là xung bậc thang, sự thay đổi của H theo thời gian có dạng tơng tự nh một khâu tích phân quán tính có trễ. Giả thiết rằng H là khâu tích phân bậc nhất có quán tính và có trễ thì hàm truyền của nó có dạng: sb a s e )s(H s + = 1 0 1 Nh vậy đối tợng O sẽ có hàm truyền là: sb a s e K)s(H)s(V)s(O s V + == 1 0 1 1 1 2.2.2. Số liệu thực nghiệm. Số liệu thực nghiệm rời rạc hoá đợc ghi trong bảng sau: t H(t) 1 0 3 R V 1 K D G L Y % H q 1 2 0.04 2.8 0.1 4 0.17 4.3 0.2 6 0.315 CASCAD chuyển đặc tính thời gian H(t) về đặc tính tần số của đối tợng H. Hình 2.2. cho thấy đặc tính tần số pha của H khi cha nhận dạng. Hình 2.1 Đặc tính tần số pha của đối tợng theo số liệu thực nghiệm. Sau khi nhận dạng bằng CASCAD, ta thu đợc bộ tham số của đối tợng là: 0.7891 0.07 0 0.6468 1 a b = = = do đó hàm truyền của đối tợng H sẽ là: 0.7891 0.7891 0.07 0.0511 0 ( ) . 0.73 1 1 1 0.6468 1 0.6468 1 s s s a e e e O s K V s b s s s s s = ì = ì ì = ì + + + Sau khi đã nhận dạng, đặc tính tần số pha của H có dạng nh hình 2.2. 4 Hình 2.2. Đặc tính tần số pha của đối tợng sau khi đã nhận dạng. 2.3. Tổng hợp bộ điều chỉnh bền vững tối u. Từ dạng của đối tợng, giả thiết là một khâu tích phân bậc nhất có quán tính và trễ, để sai lệch d tiến đến 0 trong quá trình điều chỉnh thì cần một bộ điều chỉnh tĩnh học, cụ thể ở đây ta chọn bộ điều chỉnh tỷ lệ - vi phân (PD). Hàm truyền của bộ điều chỉnh tỷ lệ - vi phân có dạng saa)s(R += 10 Dùng CASCAD, bằng Copy Elements\ High Robust New từ O vào R, ta thu đợc bộ tham số của bộ điều chỉnh R là: 1.953 0 0.7008 1 a a = = do đó hàm truyền của R là ( ) 1.953 0.7008 0 1 R s a a s s= + = + 2.4. Đánh giá chất lợng của hệ thống. Sau khi đã có bộ điều chỉnh R bền vững thì đặc tính tần số pha của hệ hở sẽ có dạng nh sau (hình 2.3). 5 Hình 2.3. Đặc tính tần số pha của hệ hở khi đã có R HighRobust. Theo tiêu chuẩn Nyquist, số giao điểm cắt ngoài và cắt trong của đặc tính tần số pha của hệ hở ổn định với parabol bằng nhau và bằng 0 cho nên hệ kín ổn định. Khi đó sẽ có đặc tính quá độ theo kênh G-Y (hình 2.4a, 2.4b) Hình H2.4a. Đặc tính quá độ tần số biên độ pha của kênh G-Y. 6 H×nh 2.4b. §Æc tÝnh qu¸ ®é thêi gian cña kªnh G-Y. Khi cha tæng hîp ®îc bé khö nhiÔu K, ®¸p øng ra theo kªnh nhiÔu L-Y cã d¹ng nh h×nh 2.5. H×nh 2.5. §Æc tÝnh thêi gian cña kªnh nhiÔu L-Y khi cha cã bé khö nhiÔu 7 R V 2 K D G L Y % T r q 2 . Hình 26. Đặc tính thời gian của kênh nhiễu L- Y khi K đã tối u . Để có đợc bộ khử nhiễu thích hợp thì trớc hết ta đi tối u hoá lại bộ điều chỉnh R theo cả 2 kênh G và L. Dùng Optimize cho R theo tiêu chuẩn chỉ số dao động mềm m với m 0 = 0.367, ta thu đợc bộ điều chỉnh R với tham số là: 1.985 0 0.7019 1 a a = = và hàm truyền của R là ( ) 1.985 0.7019 0 1 R s a a s s= + = + Phần 3. Vòng điều khiển nhiệt độ nớc ra. 3.1. Hệ thống điều khiển nhiệt độ. Hình H3.1. Sơ đồ điều khiển nhiệt độ nớc ra. 8 3.2. Nhận dạng đối tợng. 3.2.1. Cấu trúc của đối tợng. - Khâu V 2 : với đầu vào là độ mở van xác định sẽ cho một giá trị lu lợng vào, có thể coi V 2 là một khâu tỷ lệ với hệ số tỷ lệ chính là hệ số góc của tiếp tuyến với đờng cong %)x(fq = 2 . Từ số liệu đã cho của đề bài, 2 q = 54%, ta tìm đợc giá trị của x%. Kẻ tiếp tuyến với đờng cong %)x(fq = 2 , ta tìm đợc hệ số góc là tgK V = 2 = 1.33 - Khâu T r : khi đầu vào 2 q là xung bậc thang, sự thay đổi của T r theo thời gian có dạng tơng tự nh một khâu quán tính bậc hai có trễ. Giả thiết rằng T r là khâu quán tính bậc hai có trễ thì hàm truyền của nó có dạng: )sb()sb( a e)s(T s r ++ = 21 0 11 Nh vậy đối tợng O sẽ có hàm truyền là: )sb()sb( a eK)s(T)s(V)s(O s Vr ++ == 21 0 2 11 2 3.2.2. Số liệu thực nghiệm. Số liệu thực nghiệm rời rạc hoá đợc ghi trong bảng sau: t(phút) T t (t) 10 1.1 12 2 13.5 3 16 4 18 4.7 20 5.4 23 6.1 26 7 30 7.5 CASCAD chuyển đặc tính thời gian T t (t) về đặc tính tần số của đối tợng T r . Hình 3.1. Cho thấy đặc tính tần số pha của H khi cha nhận dạng. 9 Hình 3.1. Đặc tính tần số pha của đối tợng theo số liệu thực nghiệm. Sau khi nhận dạng bằng CASCAD, ta thu đợc bộ tham số của đối tợng là: 0.4911 0.9847 0 0.3046 1 0.1794 2 a b b = = = = do đó hàm truyền của đối tợng H sẽ là: 0.9847 0.4911 0 ( ) 1.33 2 (1 )(1 ) (1 0.3046 )(1 0.1794 ) 1 2 a s s O s K e e V b s b s s s = ì ì = ì ì + + + + 1.309 0.4911 ( ) (1 0.3046 )(1 0.1794 ) s O s e s s = ì + + Sau khi đã nhận dạng, đặc tính tần số pha của T r có dạng nh hình 3.2. 10
