Tool box Process Control Experiment - ứng dụng trong điều khiển quá trình

[ngohaibac]

Bài này mình viết tại picvietnam.com luồng :
http://www.picvietnam.com/forum/show...=5916#post5916
Xin giới thiệu cùng mọi người:

Được sự đồng ý của tác giả toolbox là anh Nghiêm Xuân Trường K43 ngành Điều khiển tự động - BKHN. Mình xin giới thiệu cho các bạn một toolbox khá hay và trực quan. Toolbox này được dùng trong 2 bài thí nghiệm môn Điều khiẻn quá trình của sinh viên ngành Điều khiển tự động - Khoa Điện BKHN.

Xin trích lời của tác giả giới thiệu về Toolbox này:

Toolbox thí nghiệm điều khiển quá trình bao gồm các khối Simulink (Simulink block) phục
vụ cho các bài thí nghiệm của môn học Điều khiển quá trình được giảng dạy tại Bộ môn Điều
khiển tự động, Khoa Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Toolbox này được xây dựng
bởi Nghiêm Xuân Trường.
Các khối Simulink trong toolbox được chia thành hai loại chính:

• Các khối mô phỏng các đối tượng được sử dụng trong các bài thí nghiệm. Các khối này được xây dựng cố gắng mô phỏng giống nhất động học của các đối tượng thực. Bên cạnh đó, các khối này cũng được xây dựng phù hợp với nội dung, yêu cầu và cách thức tiến hành các bài thí nghiệm.
• Các khối giao diện đồ họa tương tác giúp người sử dụng có thể quan sát quá trình thí nghiệm cũng như thay đổi các thông số của hệ thống một cách trực quan.

Việc sử dụng các khối này về cơ bản rất đơn giản, giống như các khối chuẩn trong thư viện
khối của Simulink. Một số ví dụ cũng được cung cấp để người sử dụng tham khảo.

File đính kèm bao gồm có thư mục cài đặt, hướng dẫn manual và 2 file bài thí nghiệm có yêu cầu thí nghiệm. Trong thư mục cài đặt có 1 vài ví dụ và demo về sử dụng toolbox tuy nhiên chưa bao gồm bộ điều khiển nào ở đây cả.

Mình nghĩ rằng toolbox này thực sự hữu ích cho những sinh viên ngành điều khiển có thể áp dụng các sách lược điều khiển (truyền thẳng, phản hồi, điều khiển tầng,..) của mình vào các đối tượng.

Bài thí nghiệm gồm 2 bài:

1. Xây dựng hệ thống điều khiển 1 bình mức
2. Xây dựng hệ thống điều khiển 2 bình mức thông nhau.

Mình sẽ viết một số bài hướng dẫn cụ thể như mô phỏng trong Simulink như lấy đặc tính đáp ứng h(t), các sách lược điều khiển,...

Ngoài ra để hiểu hơn nữa về môn Điều khiển quá trình các bạn nên tìm hiểu và đọc cuốn sách "Cơ sở hệ thống Điều khiển quá trình" của TS. Hoàng Minh Sơn, NXB Bách Khoa - Hà Nội 2006(một cuốn sách rất hay va tỉ mỉ phân tích từ đơn giản đến phức tạp).

Chúc các bạn thành công.

[Mr_tu dong]

Cho mình hỏi, trong bài thí nghiệm số 1, dùng sách lược điều khiển tầng, bạn thiết kế bộ điều khiển PID như thế nào. Mình đã thiết kế theo tiêu chuẩn Ziegler – Nichols nhưng không được.

[CNT]

Cho mình hỏi, trong bài thí nghiệm số 1, dùng sách lược điều khiển tầng, bạn thiết kế bộ điều khiển PID như thế nào. Mình đã thiết kế theo tiêu chuẩn Ziegler – Nichols nhưng không được.

Bạn phải nói rõ bạn thiết kế theo chuẩn ZN nào và không được thế nào chứ
và nếu cụ thể thông số hệ thống của bạn thế nào ?

[ngohaibac]

Cho mình hỏi, trong bài thí nghiệm số 1, dùng sách lược điều khiển tầng, bạn thiết kế bộ điều khiển PID như thế nào. Mình đã thiết kế theo tiêu chuẩn Ziegler – Nichols nhưng không được.

Bộ điều khiển tầng thiết kế như sau:

• Vòng sơ cấp là vòng điều khiển mức h trong bình là bộ điều khiển phản hồi khâu lọc giá trị đặt,tín hiệu ra là là giá trị đặt cho bộ điều khiển thứ cấp.
• Vòng điều khiển thứ cấp là vòng điều khiển lưu lượng ra bám với giá trị đăt do vòng điều khiển sơ cấp

Ta đã biết mô hình toán học của đối tượng bình mức là: dh/dt = F1 - F2; tức mức h trong bình và lưu lượng vào là quan hệ tích phân. Do đó, vòng điều khiển sơ cấp bạn có thể dùng bộ điều khiển P với Kp lớn để điều khiển mức.

Còn điều khiển lưu lượng qua van thì bạn dùng bộ điều khiển PI để điều khiển vì đặc tính động học của van như là một khâu quán tính bậc nhất. Với bộ điều khiển PI bạn phải dùng phương pháp chống bão hòa tích phân (hiện tượng windup) bằng cách "theo dõi giá trị thực của tín hiệu điều khiển để thực hiện thuật toán bù nhằm giảm thành phần tích phân" (trích sách Cơ sở hệ thống Điều khiển quá trình - HMS).
Cụ thể: thành phần tích phân được cải tiến lại như sau: dui/dt = ke/Ti . e + 1/Ti . (ub - u).
Với ub là tín hiệu thực ra từ thiết bị chấp hành hoặc mô hình TBCH,
u là tín hiệu vào thiết bị chấp hành.
Ui là tín hiệu trước khi vào khâu tích phân.

Mình chưa làm xong báo cáo nên chưa post lên cho các bạn tham khảo ngay được. Mình sẽ post sau.

Chúc bạn thành công.

[thieuan]

Cái tool này không cài được với Matlab 7 đâu. Chán quá chẳng lẽ lại đi cài lại 6.5. Có cách nào không bác

[ngohaibac]

Không phải đâu. Toolbox này vẫn cài được với Matlab 7.0 mà. Mình đang dùng bản 7.0. Mình cài đặt bình thường không có lỗi gì cả.

Anh Trường xây dựng toolbox này ở thời điểm Matlab có phiên bản mới nhất là 6.5 nên mới khuyến cáo là dùng bản 6.0 và bản 6.5 mà.

Bạn lưu ý: để cho khối Single Tank Gui , Two Tank Gui hoạt động đúng tốt nhất là bạn nên cài đặt Matlab 7.0 đầy đủ (select all) khi cài và cài Matlab 7.0 là bạn phải cài đủ 2 đĩa đó (khi cài xong 1 đĩa nó sẽ hỏi bạn đưa đĩa thứ 2 vào mà bạn ấn bỏ qua thì toi đấy ).

Chúc bạn thành công.

[CNT]

Cho mình hỏi, trong bài thí nghiệm số 1, dùng sách lược điều khiển tầng, bạn thiết kế bộ điều khiển PID như thế nào. Mình đã thiết kế theo tiêu chuẩn Ziegler – Nichols nhưng không được.

nhược điểm của phương pháp ZN

1.Cho tới bây giờ người ta vẫn chưa biết phương pháp ZN được áp dụng cho bộ điều khiển dạng chuẩn hay dạng nối tiếp vì thực tế ta sử dụng bộ điều khiển dạng nối tiếp.Tuy nhiên theo kinh nghiệm thì dạng chuẩn cho chất lượng tốt hơn
2.nếu bạn sử dụng theo chuẩn ZN1 thì tỷ số thêta/tô phải nằm trong khoảng 0.1 tới 0.6 (tức là trễ vừa phải).
bạn có thể tham khảo sách của thầy Sơn(hệ thống ĐKKQT) để rõ thêm
Đối với đối tượng là bình mức
-Quá trình động học tương đương với 1 khâu tích phân(theo mô hình hóa lý thuyết ).nhưng do có trễ nên theo Pade sẽ tương đương với 1 khâu tích phân quán tính bậc nhất
-Đối tượng dạng tích phân quán tính bậc nhất tức là không có tính tự ổn định
do đó thì không thể áp dụng phương pháp ZN1 được .Theo sách của thầy Sơn (hệ thống ĐKKQT)thì trong trường hợp đối tượng tích phân quán tính bậc 1 thì có dặc biệt nhưng mình thấy thiết kế theo đó chất lượng không tốt bằng phương pháp tối ưu đối xứng(bộ điều khiển tương ứng dạng PI có thể có lọc giá trị đặt)

trên đây là ý kiến của mình ,những gì mình thu được khi làm báo cáo thí nghiệm ĐKQT, xin mời các bác cho ý kiến

[sphinx]

Chính xác là phải sử dụng phương pháp tối ưu đối xứng (thiết kế trên miền tần số), tuy nhiên nhược điểm của tối ưu đối xứng là có độ quá điều chỉnh lớn. Tham khảo Lý Thuyết Điều Khiển Tuyến Tính - Nguyễn Doãn Phước để biết thêm chi tiết

[CNT]

thiết kế PID

Không thể sử dụng phương pháp phản hồi Rơle và ZN2(để thiết kế PID) được bởi vì tính cả đặc tính của khâu chấp hành thì đối tượng có bậc là 2, không có đặc tính dao động tới hạn.
Bạn nào có cách thiết kế PID khác thì xin hãy post lên nhé

[ngohaibac]

1/ Sigle tank - nhận dạng hệ thống

Chào các bạn, mình viết các bài viết này là trên cơ sở bài mình làm báo cáo thí nghiệm. Có thể nó có chút thiếu sót, mong các bạn góp ý, phê bình nhé.

Đầu tiên mình xin đưa ra cách nhận dạng quá trình đáp ứng của mức theo độ mở van để từ đó nhận dạng hệ thống để xấp xỉ đưa ra hàm truyền đạt của đối tượng này.

Hình 1: Mô hình Simulink nhận dạng hệ thống


Hình 2: Đáp ứng xung của hệ.

Các bạn nhớ chọn thời gian mô phỏng khoảng 100s hoặc hơn nhé. Sau đó các bạn dùng phương pháp nhận dạng hệ thống dựa vào đáp ứng 1(t). Đáp ứng 1(t) có dạng của khâu quán tính - tích phân nên ta xấp xỉ theo cách kẻ tiếp tuyến. vấn đề này đều được nói đến trong Lý thuyết điều khiển hết rùi.

Với tham số đối tượng theo số thứ tự của mình thì G(s) = 2.18/(6*s^2 + s)

Hình 3: Mô hình Simulink kiểm chứng lại mô hình



Hình 4: Đáp ứng step của khâu thực tế và nhận dạng.

Chúc các bạn thành công.

[sphinx]

Các bạn nhớ chọn thời gian mô phỏng khoảng 100s hoặc hơn nhé. Sau đó các bạn dùng phương pháp nhận dạng hệ thống dựa vào đáp ứng xung. Đáp ứng xung có dạng của khâu quán tính - tích phân nên ta xấp xỉ theo cách kẻ tiếp tuyến. vấn đề này đều được nói đến trong Lý thuyết điều khiển hết rùi.

Cái này là đáp ứng bước nhảy!
Đáp ứng xung là Impulse Reponse (tín hiệu vào là hàm dirac denta(t)). Đáp ứng bước nhảy là Step Reponse (tín hiệu vào là hàm bước nhảy 1(t))

[Explorer]

Song thế nào nữa hả Bắc ơi???

[tranthudo]

Năm ngoái em có thí nghiệm môn này. Cái này bây giờ đã trở thành bài thí nghiệm môn điều khiển quá trình ở ĐHBKHN. Nhưng mà năm nay, chính xác là bây giờ em có cài lại tại định dùng vài thứ. Nhưng có lẽ do em dùng matlab mới quá nên cài xong nó successfully nhưng mà không chạy được. Khi mà dùng khối tank nó báo không tìm thấy S-function cho nó. Mà hình như S-function ở đây anh trường đã dịch ra file dll. nhưng không biết làm sao để nó nhận được. Em đang dùng bản mới matlab 2009b anh Bắc có biết cách nào để xxx nó ko?

[vubangbk_cap]

anh bắc ởi. bjo mọi người cài trong win 7 thì toàn báo lỗi tại dòng 7 file setup và dòng 12 do_setup file pcsetup.
anh có cách nào xử lý được giúp em với. em đang dùng bản mat7.8
tks anh!!!

[blink]

Cái này chỉ phục vụ cho BK thui. Phần thông số đầu ra phụ thuộc vào khai báo đầu vào: Tham số Course Number, Class Number và Name List Number: nhập vào các thông số về khóa (course), lớp (class) và số thứ tự trong
danh sách (name list number) của từng sinh viên.