Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống với yêu cầu cho trước

[nguyen_leo1230]

Download miễn phí Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống với yêu cầu cho trước

Tinh toán thiết kế hệ thống

Nội dung bài toán:

Cho một dây chuyền công nghệ (Process = System+Signal) với dự toán tiềm năng, kinh phí xác định cùng với chỉ tiêu chất lượng sản phẩm cho trước. Yêu cầu Thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho dây chuyền đảm bảo chất lượng sản phẩm đạt được những yêu cầu đặt ra.

 Qua phân tích trên ta rút ra các bước để thiết kế một hệ thống điều khiển tự động như sau:
- Bước 1: Phân tích quá trình công nghệ
Nhiệm vụ của bước này là ta phải xác định được các đặc điểm của hệ thống từ yêu cầu công nghệ đặt ra, bao gồm các công việc chính:
+ Tách các hệ con từ hệ thống lớn(Subsystem).
+ Xác định tín hiệu chủ đạo(Reference signal), tính toán các điểm đặt của hệ thống(Setpoint).
- Bước 2: Mô hình hoá hệ thống
Kết quả của bước này là ta phải xác định được mô hình toán học cho hệ thống, để thực hiện điều đó ta phải:
+ Xác định mô hình toán học cho các hệ con.
+ Mô tả toán học liên kết giữa các hệ con.
Để xác định mô hình toán học ta có hai phương pháp:
ã Phương pháp lý thuyết:
Mốn xác định được mô hình hệ bằng phương pháp này ta phải biết rõ các quá trình lí - hoá xẩy ra trong các đối tượng nghiên cứu. Khi đó có hai cách mô tả hệ thống là:
Mô tả hệ thống trong miền thời gian thông qua: Phương trình vi phân của các quá trình vật lí hay ma trận trạng thái của các biến số trạng thái đối tượng.
Mô tả hệ thống trong miền tần số thông qua: Hàm truyền đạt thể hiện quan hệ giữa đầu ra với đầu vào hay bằng đặc tính tần số.
ã Phương pháp thực nghiệm:
Là phương pháp xác định mô hình hệ thống thông qua quá trình đo đạc tín hiệu vào, ra của đối tượng. Với phương pháp này ta không cần biết các quá trình xẩy ra trong đối tượng nhưng lại phải có đối tượng thực để tiến hành thu thập số liệu. Có hai các để xác định mô hình của hệ khi đó:
Ước lượng mô hình: Xác định mô hình hệ thống trên cơ sở hàm quá độ h(t) hay theo đặc tính tần số của các đối tượng.
Nhận dạng hệ thống trên cơ sở: Hệ Mờ(FIS) hay mạng Nơron(NN).
Việc sử dụng phương pháp nào là phụ thuộc vào thực tế ta có những gì về hệ thống, nếu hệ có những đối tượng mà ta đã biết rất rõ thì đơn giản nhất là ta dùng phương pháp lý thuyết, còn với các đối tượng lạ ta buộc phải sử dụng phương pháp thực nghiệm dĩ nhiên sẽ tốn kém và mất nhiều thời gian hơn.
Dù có sử dụng phương pháp nào thì cuối cùng ta cũng phải có được mô hình hệ thống với các chỉ tiêu: đơn giản, đầy đủ thông tin và chính xác để phục vụ cho các bước tiếp theo của quá trình thiết kế.

http://s1.luanvan.co/qYjQuXJz1boKCeiU9qAb3in9SJBEGxos/swf/2013/07/11/do_an_tinh_toan_thiet_ke_he_thong_voi_yeu_cau_cho.z7tO8pnrbR.swf luanvanco /luan-van/de-tai-ung-dung-tren-liketly-32366/
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:

thèng.
NÕu hÖ thèng kh«ng æn ®Þnh hoÆc æn ®Þnh víi chÊt l­îng kÐm th× ta ph¶i t×m ra mét bé ®iÒu khiÓn lµm cho nã æn ®Þnh víi chÊt l­îng mong muèn.
ChÊt l­îng cña hÖ thèng ®­îc ®Æc tr­ng bëi ba th«ng sè sau:
+ §é qu¸ ®iÒu chØnh smax
+ Thêi gian qu¸ ®é Tqd
+ Sai lÖch tÜnh St
§èi víi mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn tù ®éng lu«n yÒu cÇu c¸c th«ng sè trªn ph¶i lµ nhá nhÊt. §Ó gi¶m thiÓu ®­îc c¸c yÕu tè trªn ta ph¶i thiÕt kÕ mét hÖ håi tiÕp cã sö dông mét bé ®iÒu khiÓn thÝch hîp:
W®k(s)
W®t(s)
-
u
e
r(t)
y(t)
Bé ®iÒu khiÓn ®­îc thiÕt kÕ sao cho viÖc lo¹i bá ®­îc c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng xÊu ®Õn chÊt l­îng cña hÖ thèng lµ lín nhÊt. Cã nhiÒu c¸ch thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn ®Ó ®¹t ®­îc c¸c chØ tiªu th«ng sè trªn, tuy nhiªn c¸c ph­¬ng ph¸p nµy l¹i phô thuéc nhiÒu vµo ®èi t­îng ®­îc ®iÒu khiÓn cña hÖ thèng. Trong ®ã ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn PID hay ®­îc sö dông v× nã ®¬n gi¶n c¶ vÒ cÊu tróc lÉn nguyªn lý lµm viÖc.
II. PhÇn thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn:
1. ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn b»ng ph­¬ng ph¸p tèi ­u ®èi xøng:
- §èi t­îng ®iÒu khiÓn lµ mét ®èi t­îng tÝch ph©n qu¸n tÝnh bËc hai ®­îc cho d­íi d¹ng hµm truyÒn:
§¸p øng cña ®èi t­îng khi ®Çu vµo lµ:
2.Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèi ­u ®èi xøng:
Ta cã thÓ thÊy lµ nh÷ng ph­¬ng ph¸p ®Þnh tham sè cho bé ®iÒu khiÓn PID nh­ thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn tèi ­u ®é lín ®Òu ph¶i gi¶ thiÕt r»ng ®èi t­îng víi hµm truyÒn lµ æn ®Þnh ,hµm qu¸ ®é h(t) ph¶i ®i tõ 0 vµ cã d¹ng ch÷ S
Nh­ vËy,Muèn ¸p dông ph­¬ng ph¸p ®ã cho nh÷ng ®èi t­îng kh«ng tho¶ m·n gi¶ thiÕt trªn,b¾t buéc khi thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn,ta ph¶i lµm sao can thiÖp ®­îc s¬ bé tr­íc vµo ®èi t­îng ®Ó ®­a ®èi t­îng kh«ng æn ®Þnh thµnh æn ®Þnh,cã hµn qu¸ ®é kh«ng ®i tõ kh«ng thµnh ra ®i tõ kh«ng vµ kh«ng cã d¹ng ch÷ S thµnh ra cã d¹ng ch÷ S. §Ó tr¸nh tÊt c¶ nh÷ng c«ng viÖc r­êm rµ ®ã ng­êi ta ®­a ra ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèi ­u ®èi xøng mµ ë ®ã kh«ng ph¶i thùc hiÖn c¸c b­íc trung gian trªn nh­ng vÉn mang l¹i cho hÖ kÝn mét chÊt l­îng gÇn gièng nh­ ë ph­¬ng ph¸p tèi ­u ®é lín.
Ph­¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn tèi ­u ®èi xøng :Lµ ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn theo qui luËt PID sao cho chØ tiªu chÊt l­îng:
Hay lµm cho sai lÖch ®èi xøng nhau qua gi¸ trÞ x¸c lËp
S¬ ®å hÖ thèng:
Wdk(s)
Wdt(s)
-
u
e
r(t)
y(t)
PID controller
Ph­¬ng ph¸p nµy chØ phï hîp cho ®èi t­îng cã m« h×nh thuéc líp 2(Kh«ng tù c©n b»ng) cã hµm truyÒn d¹ng:
hoÆc
Tr­íc hÕt ta còng ph¶i xÊp xØ m« h×nh ®èi t­îng thµnh:
NhiÖm vô cña ph­¬ng ph¸p lµ x¸c ®Þnh c¸c tham sè bé ®iÒu khiÓn(Wdk) sao cho hµm truyÒn hë cã d¹ng:
Ph­¬ng ph¸p nµy còng cã hai qui luËt ®iÒu chØnh t­¬ng øng víi ®èi t­îng nh­ sau:
† LuËt ®iÒu khiÓn PI (Bï mét h»ng sè thêi gian):
Ta sö dông luËt nµy khi ®èi t­îng cã mét h»ng sè thêi gian rÊt lín so víi c¸c h»ng sè thêi gian kh¸c:
Ta xÊp xØ m« h×nh ®èi t­îng vÒ d¹ng:
Víi: ; T1 >> TIi, TDi, Tt.
Khi ®ã hµm truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn d¹ng:
C¸c tham sè b« ®iÒu khiÓn ®­îc x¸c ®Þnh theo:
† LuËt ®iÒu khiÓn PID(Bï hai h»ng sè thêi gian):
Ta sö dông luËt nµy khi ®èi t­îng cã hai h»ng sè thêi gian rÊt lín so víi c¸c h»ng sè thêi gian kh¸c:
Ta xÊp xØ m« h×nh ®èi t­îng vÒ:
Víi: ; T1 > T2 >> TIi, TDi, Tt.
Khi ®ã hµm truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn d¹ng:
trong ®ã:
ð Ph­¬ng ph¸p nµy cã nh­îc ®iÓm lµ ®é qu¸ ®iÒu chØnh lín(dmax > 45%) vµ thêi gian qu¸ ®é còng t­¬ng ®èi lín. §Ó gi¶m ®é qu¸ ®iÒu chØnh ta ph¶i m¾c thªm vµo hÖ thèng bé läc lµ kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt cã truyÒn:
Theo s¬ ®å:
Wdk(s)
W®t(s)
Wloc(s)
-
u
e
r'(t)
y(t)
PID controller
r (t)
Khi ®ã chÊt l­îng cña hÖ thèng còng ®­îc ®¶m b¶o ®¹t chØ tiªu nh­ yªu cÇu ®Æt ra.
- Yªu cÇu bµi to¸n:
ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau ®©y:
+
+ khi
+Thêi gian qu¸ ®é ng¾n
- X©y dùng bé ®iÒu khiÓn øng dông ph­¬ng ph¸p tèi ­u ®èi xøng:
Ta øng dông ph­¬ng ph¸p tèi ­u ®èi xøng ®Ó ®­a hµm truyÒn hÖ hë vÒ d¹ng chÝnh t¾c:
(1)
Ta chän bé ®iÒu khiÓn lµ bé PID cã hµm truyÒn:
Ba tham sè ,, cña bé ®iÒu khiÓn ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau:
Trong ®ã: ,,,
Do vËy:
Ta cã s¬ ®å khèi hÖ thèng nh­ sau:
§¸p øng cña hÖ thèng khi ®Çu vµo lµ tÝn hiÖu 1(t) lµ:
NhËn xÐt:§é qu¸ ®iÒu chØnh cña hÖ thèng lµ rÊt lín
§Ó kh¾c phôc ta dïng mét bé läc ®Çu vµo víi
S¬ ®å hÖ thèng lóc nµy nh­ sau:
Ta thu ®­îc ®¸p øng nh­ h×nh vÏ:
NhËn xÐt:§é qu¸ ®iÒu chØnh gi¶m ®¸ng kÓ
2. ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn trªn c¬ së m« h×nh néi vµ hÖ thèng bï ¶nh h­ëng cña nhiÔu b»ng bé dù b¸o Smith:
- §èi t­îng ®iÒu khiÓn:Lµ kh©u qu¸n tÝnh bËc ba cã trÔ ®­îc cho d­íi d¹ng hµm truyÒn:
§¸p øng thu ®­îc cña ®èi t­îng nµy khi cho kÝch thÝch lµ:
M« h×nh ®èi t­îng trong Simulink nh­ sau:
- M« h×nh néi IMC (Internal model Control)
Môc ®Ých cña ph­¬ng ph¸p lµ thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn sao cho ®èi t­îng thùc lµm viÖc nh­ mét ®èi t­îng mÉu mong muèn cho tr­íc
Ph­¬ng ph¸p nµy còng cã nh­îc ®iÓm lµ chØ thùc hiÖn ®­îc khi ®èi t­îng thùc cã bËc cña tö sè = bËc cña mÉu sè. Trong tr­êng hîp bËc tö < bËc mÉu ta còng ph¶i thiÕt kÕ thªm bé läc ®Ó bé ®iÒu khiÓn trë thµnh chÝnh t¾c:
S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu khiÓn trªn c¬ së m« h×nh néi nh­ sau:
Trong ®ã:
Víi: hµm truyÒn cña bé ®iÒu khiÓn
hµm truyÒn cña m« h×nh
hµm truyÒn cña bé läc
C¸c b­íc thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn theo ph­¬ng ph¸p IMC:
B­íc1:M« h×nh ho¸ ®èi t­îng
B­íc2:ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn IMC
B­íc3:ThiÕt kÕ bé ®iªu khiÓn
B­íc4:Chän thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vµ cµi ®Æt vµo thiÕt bÞ
Bé dù b¸o Smith:
Ph­¬ng ph¸p c©n b»ng m« h×nh nãi riªng vµ nh÷ng ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn tr­íc ®©y nãi chung ®Òu cã gi¶ thiÕt ®èi t­îng kh«ng cã thµnh phÇn trÔ
Trong khi ë c¸ ph­¬ng ph¸p sö dông bé PID trùc tiÕp hay thiÕt kÕ tèi ­u ®é lín,ta cã thÓ thay xÊp xØ thµnh phÇn trÔ ®ã b»ng kh©u qu¸n tÝnh bËc cao .Nã th­êng ®­a tíi hµm truyÒn ®èi t­îng cã bËc qu¸ cao lµm cho m« h×nh xÊp xØ cã sai lÖch gãc pha lín dÉn ®Õn tr­êng hîp kh«ng tÝch hîp ®­îc bé ®iÒu khiÓn do ph¹m vi tÝnh nh©n qu¶
§Ó cã thÓ sö dông ®­îc c¸c ph­¬ng ph¸p thiÕt kÕ tr­íc ®ã cho nh÷ng ®èi t­îng cã thµnh phÇn trÔ ,Smith ®· ®­a ra nguyªn t¾c dù b¸o kh¸ ®¬n gi¶n song l¹i cã øng dông kh¸ to lín
Nguyªn t¾c dù b¸o Smith nh­ sau.§Ó thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn riªng cho ®èi t­îng ,Smith ®Ò nghÞ thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn riªng cho ®èi t­îng kh«ng cã thµnh phÇn trÔ.ViÖc thiÕt ®ùoc thiÕt kÕ mét c¸ch ®¬n gi¶n nh­ c¸c ph­¬ng ph¸p tr­íc ®ã
S¬ ®å khèi cña hÖ thèng bï ¶nh h­ëng cña kh©u chËm trÔ trªn c¬ së bé dù b¸o Smith lµ:
Trong ®ã:Wdt(s) lµ m« h×nh ®èi t­îng
C¸c b­íc thiÕt kÕ bé dù b¸o Smith:
B­íc1:M« h×nh ho¸ ®èi t­îng ®Ó ta thu ®­îc hµm truyÒn Wdt(s)
B­íc2:ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn trªn c¬ së Wdt(s)
B­íc3:ThiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn :
- ThiÕt kÕ hÖ thèng trªn c¬ së m« h×nh néi
Tõ ®¸p øng thu ®­îc khi ta cho kÝch thÝch ®Çu vµo lµ ta rót ra nhËn xÐt sau:
+§èi t­îng cã thµnh phÇn trÔ
+§èi t­îng lµ tÝch cña kh©u qu¸n tÝnh bËc n vµ mét kh©u trÔ.Ta chän thêi gian trÔ
B»ng ph­¬ng ph¸p nhËn d¹ng ta tÝnh ®­îc hµm truyÒn Wdt(s) cña ®èi t­îng:
S¬ ®å khèi cña hÖ thèng nh­ sau:
§¸p øng cña hÖ thèng khi lµ:
NhËn xÐt: +HÖ thèng kh«ng dao ®éng
+Thêi gian qu¸ ®é lín
- ThiÕt kÕ hÖ thèng bï ¶nh h­ëng cña kh©u trÔ b»ng bé dù b¸o Smith
ViÖc m« h×nh ho¸ ®èi t­îng ta lµm t­¬ng tù nh­ trªn vµ m« h×nh cña ®èi t­îng thu ®­îc lµ:
Ta thiÕt kÕ bé ®iÒu khiÓn cho Wdt(s) theo ph­¬ng ph¸p tèi ­u...