<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCMKHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO</b>

<b>BÀI TÂP V! NHÀ 3</b>

<b>MÔN: HÊ TH&NG ĐI!U KHI'N NÂNG CAO</b>

<b>GVHD: PGS.TS NGUY*N MINH TÂMSVTH: NGUY*N MINH HỒNGMSSV: 19151127</b>

<b>Tp. Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 6 năm 2022</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>Tên : Trần Đồn Tuấn MinhMSSV :19151008</b>

<b>1. Hãy giải thích ngun lý hoạt động của hệ thống</b>

<b>2. Q trình nhận dạng thơng số của mơ hình (Ghi chú: có 2 hàm truyền cần nhận</b>

Câu 1: Nguyên lí hoạt động của hệ thống

Heat Exchanger là một hệ thống được sử dụng để truyền nhiệt giữa hai hoặc nhiều chất lỏng. Bộ trao đổi nhiệt được sử dụng trong cả quá trình làm mát và sưởi ấm. Các chất lỏng có thể được ngăn cách bởi một bức tường vững chắc để ngăn sự trộn lẫn hoặc chúng có thể tiếp xúc trực tiếp. Chúng được sử dụng rộng rãi trong hệ thống sưởi không gian, làm lạnh, điều hịa khơng khí, nhà máy điện, nhà máy hóa chất, nhà máy hóa dầu, nhà máy lọc dầu, chế biến khí đốt tự nhiên và xử lý nước thải.

Ví dụ:

Bộ trao đổi nhiệt được tìm thấy trong động cơ đốt trong, trong đó chất lỏng tuần hoàn được gọi là chất làm mát động cơ chảy qua các cuộn dây tản nhiệt và khơng khí chảy qua các cuộn dây, làm mát chất làm mát và làm nóng khơng khí đi vào.

Một ví dụ khác là bộ tản nhiệt có thể tìm được trong các thiết bị máy tính hoặc các nhà máy, lị hơi, là một bộ trao đổi nhiệt thụ động truyền nhiệt được tạo ra bởi một thiết bị điện tử hoặc cơ khí sang mơi trường chất lỏng, thường là khơng khí hoặc chất làm mát lỏng.

Nguyên lí hoạt động của hệ thống:

Đầu vào của hệ thống là chất lỏng được cấp ở trên cùng, được trộn trong một cái bể. Chất lỏng trong bồn chứa phải được duy trì ở nhiệt độ không đổi bằng cách thay đổi lượng hơi nước cung cấp cho bộ trao đổi nhiệt (đường ống phía dưới) thơng qua van điều khiển của nó. Sự thay đổi nhiệt độ của dịng vào là nguồn chính gây ra nhiễu trong q trình này.

Như vậy ta có đầu vào của hệ thống chính là điện áp điều chỉnh van điều khiển và nhiễu động bên ngoài, đầu ra của hệ thống chính là nhiệt độ duy trì.

<i>Hình 1: Sơ đồ khối mô tả hệ thống</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<i>Hình 2: Lị phản ứng khuấy với thiết bị trao đổi nhiệt.</i>

Câu 2: Q trình nhận dạng thơng số của mơ hình Bước 1: Mơ phỏng vịng hở của hệ thống.

Ở đây để thuận tiện thì ta chia nhỏ hệ thống làm 2 công đoạn: công đoạn thứ nhất là điện áp điều chỉnh van cấp dòng chảy vào cho hệ thống. Công đoạn thứ hai là nhiễu động bên ngồi cấp vào hệ thống.

<i>Hình 3: Mơ phỏng Simulink để nhận dạng hàm truyền của hệ thống</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<i>Hình 4: Tín hiệu đầu vào và đáp ứng của cơng đoạn 1</i>

<i>Hình 5: Tín hiệu nhiễu và đáp ứng ngõ ra của hệ thống</i>

Bước 2: Nhận dạng hệ thống

<i>Hình 6 : Plot tín hiệu để phân tích</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Ta có phương trình hàm truyền có khâu trễ có dạng:

Tính: <i>t t</i><small>1</small>,<small>2</small>với <i>t t</i><small>1</small>,<small>2</small>là thời điểm mà giá trị đáp ứng đạt 28,3% và^63.2%. Dựa vào dữ liệu đầu vào và đầu ra ta xác định được:

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<i>Hình 8 thời gian mà ở đó đáp ứng của cơng đoạn 1 đạt 28.3%</i>

Tính T<small>P</small> dựa trên công thức: <small>P21</small>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Tiếp theo ta nhận dạng công đoạn thứ hai. Ta áp dụng tương tự các bước làm như trên:

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<i>Hình 14 thời gian mà ở đó đáp ứng của cơng đoạn 1 đạt 28.3%</i>

Tính T<small>P</small> dựa trên cơng thức: ^P ² ¹

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

<i>Hình 16 Sai số ngõ ra giữa 2 tín hiệu</i>

Từ Hình 17 ta có thể tìm được hàm truyền thể hiện sự thay đổi điện áp V dẫn đến việc mở van hơi ảnh hưởng như thế nài đến nhiệt độ lị T

Để có thể điều chỉnh nhiệt độ T ổn định quanh một điểm đặt Setpoint cho trước, ta có thể thiết kế bộ điều khiển hồi tiếp để điều khiển điện áp V (độ mở van). Trong hệ thống này, bộ điều khiển tích phân tỉ lệ (PI) có cấu trúc như sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<i>Hình 18: Bộ điều khiển PI cho hệ thống</i>

Để có thể tính được các thơng số K<small>c</small>và T<small>C</small>cho bộ điều khiển ta có thể sử dụng tiêu chuẩn ITAE (tích phạn của thời gian nhân với trị tuyệt đối của sai số):

Tiếp đó ta quan sát hệ thống được mơ phỏng:

<i>Hình 19: Đáp ứng của hệ thống sau khi có bộ diều khiển PI</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<i>Hình 20: Bộ điều khiển PI cho hệ thống</i>

Nhận xét: Bộ điều khiển hồi tiếp PI làm cho đáp ứng của hệ thống bám theo tín hiệu đặt nhưng lại gây ra độ vọt lố khá cao. Để làm độ vọt lố ta có thể giảm hệ số khuếch đại K<small>c</small>.

<b>Cách thiết kế của bộ điều khiển hồi tiếp (FeedForward Controller):</b>

Bộ điều khiển này sử dụng tín hiệu nhiễu động để điều chỉnh điện áp V (điều chỉnh độ mở van).

<i>Hình 21: Sơ đồ khối của bộ điều khiển FeedForward</i>

Hệ số truyền thẳng của bộ điều khiển cho thấy sự ảnh hưởng của nhiễu tác động lên nhiệt độ T được tính bằng cơng thức:

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<i>Hình 22: ảnh hưởng của nhiễu động lên hệ thống</i>

<i>Hình 23: Bộ điều khiển Feedforward cho hệ thống</i>

Nhận xét: Như vậy bộ điều khiển FeedForward có tác dụng là giảm thiểu sự dao động nhiệt độ do nhiễu động.

<b>Cách thiết kế bộ điều khiển kết hợp Feedback-FeedForward (Feedback-FeedForward Controller):</b>

Ta thấy được ưu điểm của hai bộ điều khiển như sau: Điều khiển hồi tiếp cho ta thấy đáp ứng đầu ra bám theo điểm đặt, còn điều khiển chuyển tiếp giúp ta có thể loại bỏ các nhiễu động. Chính vì những yếu tố này, ta có thể kết hợp 2 bộ điều khiển riêng biệt trên thành 1 bộ điều khiển có thể có nhiều ưu điểm hơn:

<i>Hình 24: Sơ đồ khối bộ điều khiển kết hợp</i>

Các thơng ở hai bộ điều khiển thì

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

<i>Hình 25 Bộ điều khiển kết hợp</i>

</div>