






















Study with the several resources on Docsity
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Prepare for your exams
Study with the several resources on Docsity
Earn points to download
Earn points by helping other students or get them with a premium plan
Community
Ask the community for help and clear up your study doubts
Discover the best universities in your country according to Docsity users
Free resources
Download our free guides on studying techniques, anxiety management strategies, and thesis advice from Docsity tutors
Tài liệu thí nghiệm Điều khiển quá trình EE3550
Typology: Lab Reports
1 / 30
This page cannot be seen from the preview
Don't miss anything!
Nội dung chính của việc thí nghiệm điều khiển quá trình là tìm hiểu nguyên lý hoạt động
của hệ thống điều khiển, hiểu được vai trò các thiết bị trong hệ thống như cảm biến, cơ cấu chấp
hành, bộ điều khiển. Trên cơ sở đó biết hiệu chỉnh các thang đo của cảm biến, cơ cấu chấp hành
tương ứng với dải hoạt động của hệ thống. Các bước tiến hành trong quá trình thực nghiệm tương
ứng với quá trình làm việc trong thực tế sản xuất như: khảo sát đặc tính thực nghiệm của đối tượng
điều khiển từ đó lựa chọn các phương pháp điều khiển và hiệu chỉnh các tham số bộ điều khiển.
Để chuẩn bị thí nghiệm sinh viên cần đọc tài liệu thí nghiệm và chuẩn bị tại nhà trước khi đến
trường thí nghiệm. Sinh viên cần nắm rõ lý thuyết và các bước thực hiện thí nghiệm để việc thí
nghiệm đạt hiệu quả và hoàn thành trong thời gian định trước. Vì thời gian dành cho thí nghiệm
còn hạn chế nên trong thí nghiệm chỉ hướng dẫn cách làm một số bài thí nghiệm điều khiển quá
trình đặc trưng và cần thiết.
TT Nội dung
Chuẩn
đầu ra
Bài
đánh
giá
Thời
lượng
Địa
điểm
Mô phỏng hệ thống điều khiển lưu lượng trên
Matlab.
Bài 6 Cài đặt bộ điều khiển lưu lượng
Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển lưu
lượng
Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển trong
hệ thống điều khiển lưu lượng
Cài đặt bộ điều khiển đã thiết kế, chạy thử và
hiệu chỉnh bộ điều khiển.
A1 2 tiết D
Bài 7 Mô hình hóa quá trình điều khiển mức
Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển mức
Lập mô hình toán học của đối tượng quá trình
mức
Xác định tham số mô hình bằng thực nghiệm
Mô phỏng đối tượng trên Matlab
A1 2 tiết D
Bài 8 Thiết kế bộ điều khiển mức bằng phương
pháp lý thuyết
Thiết kế bộ điều khiển cho quá trình mức bằng
phương pháp lý thuyết
Mô phỏng hệ thống điều khiển mức trên
Matlab.
A1 2 tiết D
Bài 9 Cài đặt bộ điều khiển mức
Sử dụng hệ thống thí nghiệm điều khiển mức
Tìm hiểu cách cài đặt thiết bị điều khiển trong
hệ thống điều khiển mức
Cài đặt bộ điều khiển đã thiết kế, chạy thử và
hiệu chỉnh bộ điều khiển.
A1 2 tiết D
Chú ý:
xây dựng (như ở PHỤ LỤC I)
LÝ THUYẾT
Hệ thống điều khiển quá trình với mạch vòng đơn cơ bản được thể hiện ở hình 1.
Hình 1. Sơ đồ khối mạch vòng điều khiển
Trong đó: Thiết bị đo (Measurement Sensor/Transmitter)
Bộ điều khiển (Controller)
Cơ cấu chấp hành (Final Control Element)
Giá trị đặt Set Point (SP), Set Value (SV)
Sai lệch điều khiển Controller Error (CE)
Tín hiệu điều khiển Controller output signal, Control Signal, Controller
Output (CO)
Biến điều khiển Control Variable, Manipulated Variable (MV)
Biến được điều khiển Controlled Variable (CV), Process Value (PV)
Tín hiệu đo Measured Variable, Measurement Signal
Bài toán điều khiển cần được thực hiện là biến được điều khiển ổn định với giá trị đặt trước với
các nhiễu quá trình tác động khác nhau lên hệ thống.
công nghiệp hay trong trường học.
Các phần chính của hệ thống điều khiển quá trình áp suất:
Thiết bị phụ trợ:
Điều kiện hoạt động:
o
o
o
C và giảm tuyến tính xuống 50% ở 40
o
o
o
Để tiến hành thí nghiệm, cần đổ đầy nước sạch vào bình chứa và cài đặt hệ thống. Sau đó, cài
đặt bộ điều khiển điều chỉnh lưu lượng nước bằng van khí nén. Điều này làm thay đổi áp suất
trong bình nén áp suất. Thiết bị đo áp suất của bình nén áp suất đưa tín hiệu phản hồi cho bộ điều
khiển.
BÀI 1. MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT
Khi hoàn thành xong bài tập này, sinh viên có thể đo đạc các giá trị áp suất. Sinh viên xử lý kết
quả thực nghiệm, tiến hành nhận dạng đối tượng và so sánh các giá trị thực nghiệm với mô hình
ước lượng bằng Matlab.
Đọc kỹ phần mô hình hóa quá trình ( chương 2)
a. Xác dịnh các tín hiệu vào, tín hiệu ra và nhiễu của hệ thống.
b. Trên cơ sở nguyên lý làm việc của áp suất , xây dựng mô hình toán học cho đối tuợng
c. Cách xác định các tham số bằng thực nghiệm.
Ở bài thí nghiệm này,ta nhận dạng hàm truyền đạt đối tượng điều khiển từ đồ thị đáp ứng
quá độ của đối tượng ứng với một giá trị đầu vào do ta đặt trước :
Hình 3. Đáp ứng của đối tượng áp suất
Trên cơ sở đó xác định 3 tham số: k, T, L như sau:
L T
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
1
2
t(s)
do thi dap ung qua do cua qua trinh
ứng, thời gian quá độ, độ quá điều chỉnh, hệ số tắt dần, sai lệch tĩnh, độ dự trữ ổn định, bền
vững với nhiễu đo.
Thiết kế bộ điều khiển dự báo Smith cho đối tượng có trễ:
Hình 5. Bộ dự báo Smith cho đối tượng có trễ
Trong đó 𝐺 𝑅
𝑅
1 +𝑅𝑆( 1 −𝑒
−𝜏𝑠
)
, R(s) là bộ điều khiển I được thiết kế theo phương pháp tối ưu độ
lớn với đối tượng không có trễ 𝑆(𝑠) =
𝑘
1 +𝑇𝑠
Bộ điều khiển I: 𝑅
𝑘
𝑝
𝑇
𝑖
𝑠
Theo phương pháp tối ưu độ lớn
𝑅
( 𝑠
) 𝑆(𝑠)
1 +𝑅
( 𝑠
) 𝑆(𝑠)
Tham số của bộ điểu khiển I:
𝑇
𝑖
𝑘
𝑝
Sử dụng Toolbox Simulink để xây dựng hệ thống điều khiển áp suất
Hình 6. Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển áp suất
BÀI 3. CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT
Khi hoàn thành xong bài tập này, sinh viên có thể cài đặt các thông số cho bộ điều khiển và chỉnh
định thông số bộ điều khiển để đạt chất lượng mong muốn
Đọc kỹ phần thiết kế bộ điều khiển ( chương 6 )
Ảnh hưởng của tham số bộ điều khiển PID đối với các chỉ tiêu chất lượng trên là:
Chỉ tiêu chất lượng Thay đổi tham số
Tăng k p
Giảm T i
Tăng T d
Thời gian đáp ứng Giảm Giảm ít Giảm ít
Thời gian quá độ Thay đổi ít Giảm Giảm
Độ quá điều chỉnh Tăng Tăng Giảm ít
Hệ số tắt dần Thay đổi ít Tăng Giảm
Sai lệch tĩnh Giảm Triệt tiêu Thay đổi ít
Độ dự trữ ổn định Giảm Giảm Tăng
Bền vững với nhiễu đo Giảm Thay đổi ít Giảm
II.HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
(BÀI 4 – BÀI 6)
Hệ thống thí nghiệm điều khiển quá trình lưu lượng TE3300/03 là hệ thống nhỏ gọn cho
thí nghiệm điều khiển lưu lượng. Nó giúp sinh viên hiểu rõ hơn về cách thiết kế các sách lược điều
khiển đơn giản cũng như việc định chuẩn các thiết bị đo và chỉnh định bộ điều khiển.
Mô hình thí nghiệm điều khiển áp suất TE3300/03 của hãng TECQUIPMENT được thiết
kế để sinh viên làm quen và thực hành việc đo lường và điều khiển một quá trình thực tế.
Các phần chính của hệ thống điều khiển quá trình lưu lượng:
Thiết bị phụ trợ:
Điều kiện hoạt động:
o
o
o
C và giảm tuyến tính xuống 50% ở 40
o
o
o
Để tiến hành thí nghiệm, cần đổ đầy nước sạch vào bình chứa và cài đặt hệ thống. Sau đó, cài
đặt bộ điều khiển điều chỉnh lưu lượng nước bằng van khí nén. Thiết bị đo lưu lượng hiển thị giá
trị lưu lượng đo được. Cố định độ mở van và đồng hồ đo áp suất truyền tín hiệu phản hồi về bộ
điều khiển.
BÀI 4. MÔ HÌNH HÓA QUÁ TRÌNH ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
Khi hoàn thành xong bài tập này, sinh viên có thể đo đạc các giá trị lưu lượng. Sinh viên xử lý
kết quả thực nghiệm, tiến hành nhận dạng đối tượng và so sánh các giá trị thực nghiệm với mô
hình ước lượng bằng Matlab.
Đọc kỹ phần mô hình hóa quá trình ( chương 2)
a. Xác dịnh các tín hiệu vào, tín hiệu ra và nhiễu của hệ thống.
b. Trên cơ sở nguyên lý làm việc của áp suất , xây dựng mô hình toán học cho đối tuợng
c. Cách xác định các tham số bằng thực nghiệm.
Ở bài thí nghiệm này,ta nhận dạng hàm truyền đạt đối tượng điều khiển từ đồ thị đáp ứng
quá độ của đối tượng ứng với một giá trị đầu vào do ta đặt trước :
Hình 8. Đáp ứng của đối tượng lưu lượng
Trên cơ sở đó xác định 3 tham số: k, T, L như sau:
đầu ra
lần giá trị xác lập.
Mô hình đối tượng điều khiển áp suất sẽ được xấp xỉ về khâu quán tính bậc nhất có hàm
truyền đạt:
G(s) =
L T
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
0
1
2
t(s)
do thi dap ung qua do cua qua trinh
Hình 10. Bộ dự báo Smith cho đối tượng có trễ
Trong đó 𝐺 𝑅
𝑅
1 +𝑅𝑆( 1 −𝑒
−𝜏𝑠
)
, R(s) là bộ điều khiển I được thiết kế theo phương pháp tối ưu độ
lớn với đối tượng không có trễ 𝑆(𝑠) =
𝑘
1 +𝑇𝑠
Bộ điều khiển I: 𝑅
𝑘
𝑝
𝑇
𝑖
𝑠
Theo phương pháp tối ưu độ lớn
𝑅
( 𝑠
) 𝑆(𝑠)
1 +𝑅
( 𝑠
) 𝑆(𝑠)
Tham số của bộ điểu khiển I:
𝑇
𝑖
𝑘
𝑝
Cách 2. Thiết kế tham số bộ điều khiển PID theo Ziegler Nichol
Hình 11. Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển lưu lượng
BÀI 6. CÀI ĐẶT BỘ ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
Khi hoàn thành xong bài tập này, sinh viên có thể cài đặt các thông số cho bộ điều khiển và chỉnh
định thông số bộ điều khiển để đạt chất lượng mong muốn
Đọc kỹ phần thiết kế bộ điều khiển ( chương 6 )
Ảnh hưởng của tham số bộ điều khiển PID đối với các chỉ tiêu chất lượng trên là:
Chỉ tiêu chất lượng Thay đổi tham số
Tăng kp Giảm Ti Tăng Td
Thời gian đáp ứng Giảm Giảm ít Giảm ít
Thời gian quá độ Thay đổi ít Giảm Giảm
Độ quá điều chỉnh Tăng Tăng Giảm ít
Hệ số tắt dần Thay đổi ít Tăng Giảm
Sai lệch tĩnh Giảm Triệt tiêu Thay đổi ít
Độ dự trữ ổn định Giảm Giảm Tăng
Bền vững với nhiễu đo Giảm Thay đổi ít Giảm
III. HỆ THỐNG THÍ NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH MỨC
(BÀI 7 – BÀI 9 )
Hệ thống thí nghiệm điều khiển quá trình mức TE3300/0 4 là hệ thống nhỏ gọn cho thí
nghiệm điều khiển mức. Nó giúp sinh viên hiểu rõ hơn về tính ổn định của các hệ thống điều khiển
đơn giản.
Mô hình thí nghiệm điều khiển mức TE3300/0 4 của hãng TECQUIPMENT được thiết kế
để sinh viên làm quen và thực hành việc đo lường và điều khiển một quá trình thực tế.