Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
1 Phương án thiết kế

1 Phương án thiết kế

Tải bản đầy đủ - 0trang

Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Hình 3. 1. Mơ hình điều kiển của hệ thống

-



Với , là mức nước bình 1, 2.

Với , : là giá trị đặt của mức nước bình 1, 2.

K: hệ số tỉ lệ

, : lưu lượng nước vào bình 1, 2.

G11 là phương trình hàm truyền đạt của bình 1.

G112: đối tượng điều khiển của bộ điều khiển 2.

ĐK1, ĐK2: là 2 bộ điều khiển. Mơ hình điều khiển mức sử dụng bộ

điều khiển PID để triệt tiêu sai lệch e (k).



3.2. Thiết kế bộ PID bằng Matlab

3.2.1 Cơ sở lý thuyết

a, Khái quát về PID

Đối với một hệ thống trong cơng nghiệp cũng như những ngành nghề

khác. Để có được sự điều khiển chính xác theo yêu cầu của người vận hành hệ

thống thì có rất nhiều cách điều khiển. Tuy nhiên, hệ thống điều khiển bằng

PID vẫn chiếm một số lượng lớn với nhiều ưu điểm như đơn giản.

Bộ điều khiển PID là bộ điều khiển phản hồi, được sử dụng rộng rãi

trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. PID là viết tắt của ba thành phần

cơ bản có trong bộ điều khiển gồm khâu khuếch đại (P), khâu tích phân (I),

khâu vi phân (D).



9



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Hình 3. 2. Bộ điều khiển PID



PID là một hệ thống hoàn hảo với 3 tính cách khác nhau:

- Phục tùng và thực hiện chính xác nhiệm vụ được giao (tỷ lệ).

- Làm việc và có tích lũy kinh nghiệm để thực hiện tốt nghiệm vụ (tích

phân).

- Ln có sáng kiến và phản ứng nhanh nhạy với sự thay đổi tình

huống trong quá trình thực hiện nhiệm vụ (vi phân).

Lý do bộ điều khiển PID được sử dụng rộng rãi là tính đơn giản của nó

cả về cấu trúc lẫn nguyên lý làm việc. Bộ PID có nhiệm vụ đưa sai lệch e(t)

của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa mãn các yêu cầu cơ bản về

chất lượng:

- Nếu sai lệch e(t) càng lớn thì giá trị đầu ra bộ PID càng lớn u(t), do

thành phần khuếch đại Kp.

- Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thơng qua thành phần ui(t), PID vẫn

đưa ra tín hiệu điều chỉnh (vai trò của khâu tích phân).

- Nếu sự thay đổi sai lệch e(t) càng lớn thì thơng qua thành phần ud(t),

phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh (vai trò của khâu vi phân).

Bộ PID được miêu tả bằng công thức sau:

u(t) = kp



10



(2.2)



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Trong đó e(t) là tín hiệu đầu vào, u(t) là tín hiệu đầu ra, kp là hệ số

khuếch đại, TI là hằng số tích phân và T D là hằng số vi phân. Từ đó hàm

truyền đạt của bộ điều khiển PID:

R(s) = Kp (1 +)



(2.3)



b, Thơng số bộ PID

Để bộ điều khiển có tính chính xác cao thì 3 thơng số bộ PID vơ cùng

quan trọng. Có khá nhiều phương pháp để xác định nhưng những phương

pháp sau vẫn tối ưu hơn cả:

- Phương pháp Ziegler- Nichols

- Phương pháp chien-Hrones-Reswick

- Phương pháp tổng T của Kuhn

- Phương pháp tối ưu độ lớn và phương pháp tối ưu đối xứng

- Phương pháp tối ưu theo sai lệch bám

Phương pháp Ziegler-Nichols đưa ra cơng thức tính tham số cho bộ điều

khiển như sau:

- Nếu sử dụng bộ điều khiển khuếch đại R(s) = kp thì chọn Kp=

- Nếu sử dụng bộ PI với R(s) = Kp(1+) thì chọn Kp= và Ti =

- Nếu sử dụng bộ PID với R(s)=kp( 1+ + TDs) thì ta chọn Kp= , Ti=2L,

Td=0.5L

3.2.2. Thiết kế bộ PID bằng Matlab

Để xây dựng bộ PID cho đối tượng ta sử dụng công cụ PID tunner trong

phần mềm matlab. Với hàm truyền đạt G1(s) = ta tìm được ở mục 2.2.2 ta

thực hiện các bước sau:

B1: Nhập hàm truyền của bình 1:

>> G1=tf (0.34, [77 1]);

B2: Khởi động PID tuner:

>> pidtool(G1)

11



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Sau đó sẽ mở ra một cửa sổ giao diện tuner như hình dưới.



Hình 3. 3. Giao diện PID tuner

Ở đây ta lựa chọn bộ PI cho đối tượng điều khiển.

Thay đổi thời gian đáp ứng qua tính năng response times và tốc độ ổn

định qua tính năng transient behavior.

Click vào show parameters ta xem được thông số bộ PI, độ quá điều

chỉnh.



12



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Hình 3. 4. Bảng thông số PI qua PID tuner

Kp=3.066

Ki=0.1195

⇒ Ti=



Nhập thông số bộ PI vào bộ điều khiển PID_compact_2;

Chạy chế độ Auto, đặt mức nước bình 1 là 100mm, thu được dữ liệu

thay đổi mức nước theo thời gian.

B1: Nhập dữ liệu vào MATLAB:

>> u=xlsread(‘D:gp\gp11’,1,’D1:D513’);

>> y=xlsread(‘D:gp\gp11’,1,’A1:A513’);

B2: Mở Identification tool:

>> ident



Hình 3. 5. Giao diện làm việc của Identification tool

B3: nhập dữ liệu từ Workspace

Trong mục import data, ta chọn Time domain data và một của số mới xuất

hiện:



13



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Trong đó: Input là biến đầu vào

Output là biến đầu ra

Data name tên file dữ liệu

Starting time thời gian bắt đầu khảo

sát

Sampling time thời gian trích mẫu



Hình 3. 6. Thiết lập dữ liệu vào

B4: Cài đặt dạng mơ hình:

Để đặt dạng này ta vào Estimate và chọn Process Models thì sẽ xuất hiện

của sổ mới.

Với mơ hình điểu khiển bình mức bằng độ mở van, ta chọn là khâu qn

tính bậc nhất, vì vậy ta cài đặt như hình trên, sau đó ta click vào estimate để

thu mơ hình của hệ thống.



14



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Hình 3. 7. Cài đặt dạng mơ hình

Kết quả đạt được

Sau khi thực hiện xong các bước trên ta sẽ thu được mơ hình là:

G11(s) =

(2.1)

Ta có thể kiểm tra độ chính xác mơ hình mà matlab tìm được so với dữ

liệu thực tế mà ta đã nhập vào bằng tính năng model ouput và được cửa sổ

dưới đây.



15



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Hình 3. 8. So sánh giá tri thực và nhận dạng

Ta nhận thấy hai đường này có giá trị gần giống nhau và mức độ chính

xác là 71.81 %.

*Hệ số tỷ lệ K

Từ (2.15):

Khi mức nước ổn định ⇒ Nhân 2 vế với ta được:

(t)

⇒ K = = 0,013.225=2,925

⇒ Bộ điều khiển phản hồi vòng 2:

G112=G11*K*G2=

Dùng PID tuner trong matlab tìm được bộ PI

Kp=0,7925



Ti=2823,3



16



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

4.1 Các thiết bị sử dụng trong mơ hình.

4.1.1. Cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất KL76 có nhiệm vụ đo áp suất trong bình. Từ đó ta sẽ quy

đổi tín hiệu của áp suất để ta xác định được mức nước thực của bình.

Thơng số cơ bản của cảm biến áp suất KL76-S36

Nguồn ni: 24V

Tín hiệu ra: 4 đến 20mA

Áp suất thay đổi từ 0 đến 20kPa

Kiểu đấu 2 dây

Kiểu đấu dây của cảm biến:



Hình 4. 1. Cảm biến áp suất

KL76-S36

Hình 4. 2. Kiểu đấu dây của

cám biến

4.1.2. Van áp suất RCV Type 807

Ta sử dụng van áp suất RVC Type 807, sử

dụng áp suất khí để điều chỉnh độ mở van từ 0100%, mục đích để điều khiển lượng nước vào

bình mức.

Thơng số kĩ thuật RCV 807:

Kích thước: ¼....1



Hình 4. 3. Van áp suất RCV 807

17



Thiết kế hệ thống điều khiển mức hai bình thơng nhau



Phạm vi nhiệt độ: 70...1200℉

Dải dòng chảy: 0...6 CV

Phạm vi áp: lên đến 5000 PSI

4.1.3. Bộ chuyển đổi dòng điện-áp suất Type 6102-53 i/p Converter



Hình 4. 4. Bộ chuyển đổi dòng điện-áp suất Type 6102-53 i/p Converter

Có sẵn như là các bộ phận lắp ráp với một hoặc hai I / P đơn vị chuyển

đổi. Có sẵn ốc để gắn thiết bị, thường cho gắn tường hoặc ống.

 Đầu vào 4 mA đến 20 mA

 Phân chia phạm vi: 4 đến 12 mA và 12 đến 20 mA

 Đầu ra điều chỉnh liên tục từ: 0,05 đến 6 thanh (0,7 đến 60 psi).

4.1.46. Cảm biến đo lưu lượng YF-S201

Loai cảm biến: hiệu ứng Hall

Điện áp làm việc: 5 đến 18V DC

Lưu lượng làm việc: 1 đến 30 l/min

Đặc tính dòng chảy: F=7.5 * Lưu lượng



Hình 4. 5. Cảm biến đo lưu lượng YF-S201

Hình 4. 6. Chi tiết đấu nối YF-S201

18



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

1 Phương án thiết kế

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×