Ôn tập thi cuối kì 1 - Môn: Điều khiển quá trình

dung riêng của chất vào lần lượt là: 3900 / , 1.2 / .okg m C cal g C   Quá trình gia nhiệt đang hoạt động ổn định với nhiệt độ vào T1= 60 0 C và T=90 0 C. a. Tìm Q tại trạng thái ổn định? b. Hệ đang ở trạng thái ổn định thì nhiệt độ dòng vào hạ đột ngột từ 600C xuống 50 0 C, kỹ sư vận hành theo kinh nghiệm đã tăng công suất bộ gia nhiệt (Heater) lên 30% . Hỏi nhiệt độ dòng ra thay đổi như thế nào, vẽ đồ thị? c. Một kỹ sư sử dụng bộ điều khiển feedback để duy trì nhiệt độ dòng ra ổn định. Hãy tự chọn biến điều khiển, nhiễu quá trình và vẽ lưu đồ P&ID của hệ? Đáp án: a. Phương trình (2.44) slide bài giảng: 0 w wis s sCT CT Q   w ( )s s isQ C T T  6 3 1.2 500 (90 60) 18.10 ( / ) 10 sQ cal h   (0.5) b. Sử dụng pt (2.48) slide bài giảng, ta có hàm truyền: ' ' ' 1 ( ) ( ) ( ) 1 1 i K T s Q s T s s s      5 3 1 1 1 10 1.2w 6 500 10 K C      900.1 1.8(h) w 500 V     (0.5) Nhiệt độ dòng vào hạ đột ngột xuống 500C, suy ra: ' 10 ( )iT s s   Công suất bộ gia nhiệt tăng 30%, suy ra: 6 ' 5.4.10( )Q s s  (0.25) 1 1, wT , wT Heater Q Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV 1 Do đó, ta có phương trình của sự thay đổi nhiệt độ dòng ra (nguyên lý xếp chồng) ' 9 10 1( ) (1.8 1) (1.8 1) (1.8 1) T s s s s s s s        ' /1.8(t) 1 e tT     '( ) 1T    Vậy sau khi tăng 30% nhiệt độ dòng ra xác lập ở 89oC (0.5) Đồ thị đáp ứng: (0.5) 50 60 ( )o C iT Q (cal/ h) 618.10 623.4.10 t t 90 89 ( )o CT c. MV: Q CV: T (0.25) DV: T1 Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV 1 1T Heater Q TT FBC SP SCR (0.5) Bài 2: (4đ) Một quá trình bao gồm cả cảm biến và van điều khiển có thể được mô hình hóa bởi khâu bậc 2 có trễ (SOPTD) như sau: 48 ( ) (10 1)(6 1) se G s s s     a. Xấp xỉ hàm truyền sử dụng quy tắc Padé 1/1? b. Sử dụng mô hình xấp xỉ của câu a với bộ điều điều khiển tỉ lệ Gc(s) = Kc. Tìm điều kiện của Kc để hệ kín ổn định? c. Chọn Kc = 0.5, tính offset của hệ khi tín hiệu vào thay đổi nấc đơn vị? d. Để tăng chất lượng điều khiển, các kỹ sư đã sử dụng bộ điều khiển PID. Tìm các thông số của bộ điều khiển bằng phương pháp trực tiếp (Direct Synthesis), biết hằng số thời gian của hệ kín c = 0.3 (s). Đáp án: a. Sử dụng xấp xỉ Padé 1/1: 4 1 2 1 2 s se s    (0.5) 8(1 2 ) ( ) (10 1)(6s 1)(2s 1) s G s s       (0.5) b. Phương trình đặc trưng của hệ kín: 1 ( ) ( ) 0cG s G s  8(1 2 ) 1 0 (10 1)(6s 1)(2s 1) c s K s       3 2120 92 (18 16 ) 8 1 0c cs s K s K       (0.5) Sử dụng tiêu chuẩn ổn định Routh: s 3 120 18-16Kc s 2 92 8Kc+1 s 1 92(18 16 ) 120(8 1) 92 c cK K   0 s 0 8Kc+1 Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV 1 Để hệ kín ổn định: 92(18 16 ) 120(8K 1) 0 8 1 0 c c c K K        1/ 8 0.63cK   (0.5) c. Kc = 0.5 Sử dụng pt 4.28 trong slide bài giảng, ta có: offset = 1 sp OL Y K   (0.5) 1spY  0.5.8 4OL c m v pK K K K K   1 offset = 0.2 4 1    (0.5) d. Hàm truyền của bộ điều khiển PID 1 ( ) (1 )c c D I G s K s s      (0.25) Sử dụng pt 4.47 trong slide bài giảng, ta có: 1 2 1 1 10 6 0.465 8 4 0.3 c c K K            1 2 16I     (0.75) 1 2 1 2 60 3.75 16 D          Vậy hàm truyền bộ điều khiển PID: 1 ( ) 0.465(1 3.75 ) 16 cG s s s    Bài 3: (3đ) a. Express briefly the component of a measurement device? b. Describe the wire configurations of RTD sensor? According to your opinion, in applications with low accuracy, which kind of configuration should be chosen? (SV có thể trả lời bằng tiếng Việt) Đáp án: a. The answer is similar to the section 3.2.2 (Measurement Device) of the lecture notes (slides 22, 23 of chapter 3) (1đ) b. There are three types of wire configuration: Số hiệu: BM1/QT-PĐBCL-RĐTV 1 The simplest configuration uses two wires: ignoring the resistance of wires (0.5) Adding the lead resistance to minimize the effects of wire resistances (0.5) Eliminating voltages drop in the measuring leads as a contribution to error by using an additional current source (0.5) In the applications with low accuracy, we should use the two-wire configuration because its simplicity (0.5) GV. Võ Lâm Chương ADC Four-wire configuration