Xem mẫu
- ìm hàm truyền cho bài toán trao đổi nhiệt ?
| 1 | 2 | > Tiếp >> Cuối
techofdreams | 12:28:43 12-04-08 | Posts: 6 1
chào các bạn , mình có bài toán này ( nằm trong nội dung đồ án tốt nghiệp của mình ) :
Mô hình bình trao đổi nhiệt như hình vẽ :
trong đó :
lưu lượng khối lượng dịch đường vào trong hệ thống ( kg/ph )
Wc :
Lưu lượng khối lượng chất tải nhiệt vào hệ thống (kg/ph )
Wh :
Nhiệt độ dịch đường độ
Tc1 : đi vào ( C)
nhiệt độ dịch đường độ
Tc2 : đi ra ( C)
Nhiệt độ chất tải nhiệt độ
Th1 : đi vào ( C)
Nhiệt độ chất tải nhiệt độ
Th2 : đi ra ( C)
nhiệt của dịch đường
Cc : dung riêng
nhiệt của chất tải nhiệt
Ch : dung riêng
cầ u
Yêu bài toán :
ổn định nhiệt độ của dịch đường ra Tc2 .
------
Phương trình cân bằng nhiệt cho hệ thống :
- Đến đây thì mình ko biết cách tìm hàm truyền cho hệ thống như th ế nào ? Mong các
bạn giúp mình với. thanks
thevane | 17:21:10 13-04-08 | Posts: 517 2
Để xác định hàm truyền của một hệ (động học) thì bạn phải có các ph ương trình (vi
phân) mô tả các quan hệ vào/ra. Sau đó dùng biến đổi Laplace để có đ ược hàm
truyền.
Như vậy, việc đầu tiên bạn phải làm là phân tích thật kỹ bài toán, xác đ ịnh đâu là
biến đầu vào, đâu là biến đầu ra, đâu là các tham số ( parameters) và các phương trình
quan hệ vật lý mô tả chúng. Với phương trình bạn cho ở trên thì chưa thể có đủ
thông tin để xác định hàm truyền của đối tượng đó được. Hơn n ữa, n ếu ch ỉ có m ột
phương trình đại số như trên thì hệ của bạn sẽ không có tính động ( dynamic) và nếu
vậy thì đối tượng của bạn chỉ là một khâu khuyếch đại tĩnh.
Tóm lại là bạn cần phân tích kỹ hơn và cung cấp thêm cho chúng tôi thông tin v ề đ ối
tượng (bài toán) thì mới có thể hy vọng mô hình hóa đ ối tượng đó đ ược.
Good luck!
HaiAu2005 | 01:35:06 14-04-08 | Posts: 1174 3
Nếu phương trình trên của bạn là đúng thì bạn cần phải có giả thi ết bi ến nào là đ ầu
vào điều khiển, đâu là nhiễu và đâu là biến ra cần được điều khiển. Bài toán của bạn
là bài toán bình gia nhiệt (heat exchanger), theo tôi nghĩ thì trong các bi ến ở trên thì:
Tc2 (nhiệt độ) = biến quá trình cần được điều khiển (output)
TH2 (nhiệt độ) = biến ra có thể không cần được điều khiển
Th1, Tc1, wH, wC = các đầu vào (inputs), trong đó có thể coi wH là bi ến đi ều khi ển,
còn các biến khác có thể được coi là nhiễu và đặt điều kiện cho chúng (c ần phải có
trạng thái xác lập). Từ đó có thể có quan hệ sau:
- Từ phương trình này chúng ta có thể biết được quan hệ giữa là quan hệ
và
tuyến tính (nghĩa là zero-order system). Nhiệt độ ra ph ụ thu ộc tuyến tính v ới bi ến
vào .
Các quan hệ giữa các biến vào và biến ra c ủa quá trình th ường có m ấy d ạng sau:
1. Bậc không (hàm truyền là hằng số, ta nói "khâu khuếch đ ại tĩnh")
Bậc nhất (phổ biến)
2.
Bậc (phổ biến)
3. hai
Bậc bậc hơn nữa.
4. ba và cao
Các bước tìm hàm truyền cho một hệ động có thể được tóm tắt như sau:
1. Lập phương trình vi phân (mô hình hóa lý thuyết): dựa vào các gi ả thi ết, d ữ ki ện
bài toán cũng như các định luật vật lý liên quan đ ể tìm ra quan h ệ gi ữa bi ến vào bi ến
ra của quá trình rồi lập phương trình vi cho hệ.
phân
2. Sử dụng Biến đổi Laplace với điều kiện ban đầu bằng không để chuyển ph ương
trình vi phân sang miền s, rồi biểu diễn quan hệ sau:
sẽ truyền của hệ thống.
thì G(s) là hàm
Hy vọng vài hàng giải thích này sẽ giúp bạn giải được bài toán của mình.
Hải Âu
techofdreams | 04:02:41 14-04-08 | Posts: 6 4
Cám ơn 2 anh đã phân tích bài toán giúp em . Đúng là em quên m ất ko đ ưa thêm thông
về
tin bài toán .
Bài toán của em là quá trình làm lạnh lạnh dịch đường trước khi lên men bia ( Trong
truyền sản xuất
dây bia )
vì bài toán của em là bài toán làm lạnh . Nên em phân tích bài toán như sau ( cũng như
anh Hải Âu đã phân tích nhưng ngược 1 chút vì bài toán là làm l ạnh ko ph ải gia
nhiệt ) :
Tc2 : là biến ra cần điều khiển ( yêu cầu Tc2 = 16 độ C )
biến cần điều khiển
TH2 : là ra không
khoảng độ
Tc1 : 70 C
khoảng độ
TH1 : 2 C
gần như đổi
WH : không
- được nhiễu
Tc1 , TH2 ,WH : coi là các
biến điều khiển
Wc : là
------
Thực sự em vẫn chưa biết cách tìm phương trình vi phân . và các nhiễu thì giải quyết
bằng cách nào ? các anh có thể gợi ý em thêm 1 chút n ữa , ho ặc là có tài li ệu nào liên
để giải quyết ạ!
quan bài toán này giúp em đc ko
cám ơn mọi người đã giúp đỡ .
HaiAu2005 | 06:02:56 14-04-08 | Posts: 1174 5
Đối với hệ này là quá trình trao đổi nhiệt xảy ra do vậy c ần ph ải s ử d ụng các đ ịnh
luật truyền nhiệt, định luật dẫn nhiệt, đối lưu, bức xạ, giãn n ở... thì m ới gi ải được.
Mua cuốn "Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình" của tác gi ả Hoàng Minh S ơn, NXB
Đại học Bách Khoa Hà Nội thì chắc có lẽ có đủ hết n ội dung mà b ạn h ỏi, và có c ả
cái hình bình gia nhiệt gần giống như cái hình của bạn cho ở trên n ữa! Cu ốn này có
chương chắc phần bạn cần đọc:
hai sau là
Chương 2 Mô hình quá trình
Chương thuyết
3 Mô hình hóa lý
Như vậy với những giả thiết bạn đưa thêm thì chúng ta thấy: Nếu gọi là bình trao
đổi nhiệt (heat exchanger) thì cũng không khác trường h ợp tôi phân tích ở trên nhi ều
lắm, chỉ có khác nhau một loại làm nóng thì chúng ta gọi là bình gia nhi ệt, còn làm
lạnh thì chắc được gọi là bình hạ nhiệt! Bình trao đổi nhi ệt cũng có hai d ạng gi ống
máy điều hòa có hai chế độ heater và cooler. Ở đây sử dụng chế độ cooler.
Nhiệt độ sau khi chảy vào bình thì sẽ nhận thêm nhiệt từ nguồn
và và
và sẽ làm cho nhiệt độ nóng lên và tất nhiên là sẽ lạnh đi và được giữ ở
nhiệt độ bằng một bộ điều khiển nhiệt độ. Bạn cần phải tìm hàm truyền biểu
diễn quan hệ giữa (biến quá trình, có thể được đo bằng cặp nhiệt độ
(thermocouple) hoặc bằng RTD hoặc bằng thermister) và biến đi ều khi ển .
Những bài toán lập phương trình vi phân biểu diễn quá trình hóa học như bài toán này
thường phải sử dụng các định luật như bảo toàn năng lượng, bảo toàn vật ch ất, cân
bằng khối lượng v.v... thì sẽ giải được, cùng với các đ ịnh lu ật v ề nhi ệt h ọc, đây là
những kiến thức công nghệ cơ bản từ nhiều môn khác nhau. Trong bài toán cụ th ể
này điểm quan trọng cần biết là lượng nhiệt mà dòng có lưu lượng tỏa ra phải
bằng lượng nhiệt mà dòng có lưu lượng thu vào nếu bỏ qua sự hấp thụ nhiệt
của vỏ bình và đường ống. Do vậy phương trình trên của bạn n ếu đúng thì ch ỉ vi ệc
đổi dấu đi (eg. lạnh đi thì mang dấu âm, mà nóng lên thì mang dấu dương chẳng hạn)
thì chắc là ổn. Khi quan hệ đầu vào đầu ra là tuyến tính thì hàm truyền s ẽ là m ột
hằng số (khuếch đại) thì làm gì còn phải đi tìm phương trình vi phân làm gì n ữa (mà
- thực phương bậc rồi!).
ra đã là trình vi phân không
Từ phương trình trên của bạn, chúng ta có thể thấy rằng quan hệ giữa và
được biểu diễn bằng:
Nhìn vào phương trình thấy số hạng thứ nhất bên phải là nhiệt độ cao, còn số
hạng thứ hai là số hạng âm, vì tăng lên, do vậy nhiệt độ ra sẽ lạnh đi. Lúc
này quan hệ này không còn là quan hệ tuyến tính nữa mà là quan h ệ t ỷ l ệ ngh ịch.
Nếu chúng ta đặt một biến phụ:
thì chúng ta có phương trình:
cho thấy quan hệ giữa là quan hệ tuyến tính, với điều kiện thuần túy theo
và
toán học là không mang giá trị bằng không, và chắc thực tế nó luôn khác không vì
nó là lưu lượng khối lượng của dung dịch chảy qua bình!
Nếu khi thiết kế bộ điều khiển còn cần phải có thêm thiết bị đo nhi ệt độ, rồi van
điều khiển loại gì nữa thì sẽ liên quan đến các định luật vật lý mô t ả các hi ện t ượng
xảy ra trong thiết bị đó cho nên lại cần thêm ki ến thức c ủa các b ộ môn liên quan (eg.
nếu dùng động cơ điện DC để đóng mở van điều khi ển lưu lượng kh ối l ượng
chẳng hạn thì lại phải hiểu được động cơ và cách bố trí van đi ều khi ển, ho ặc n ếu
dùng van khí nén thì lại phải hiểu quá trình xảy ra trong van khí nén!).
vọng lần bạn sẽ giải được của
Hy này bài toán mình.
Hải Âu
techofdreams | 10:59:02 15-04-08 | Posts: 6 6
ơn Hải rất nhiều
cám anh Âu .
Hôm nay em vừa gặp thầy giáo hướng dẫn và nói chuyện .
Thầy bảo ,vì mô hình này rất phức tạp , c ần ph ải có mô hình th ực t ế , và t ừ đó mô
hình hóa thực nghiệm để tìm ra hàm truyền .Để đơn giản hóa bài toán . sẽ coi hàm
- truyền của bình trao đổi nhiệt này là khâu bậc nhất , có tr ễ ( do m ất 1 nhi ệt l ượng
ban đầu do các thiệt bị bên trong bình , coi nh ư l ượng nhi ệt đó là 1 h ằng s ố vì bình là
tưởng, bị tỏa nhiệt trường
lý ko ra ngoài môi ).
Để điều khiển lưu lượng , trong bài toán của em sẽ sử dụng bơm . ( bơm từ 1 thùng
chứa di qua thiết bị như đã mô tả ở trên ) . Động c ơ bơm đc đi ều khi ển b ằng PLC và
biến tần ( sử dụng module PID mềm FB41 trong PLCs7-300 , out ra tín hiệu tương tự
và đưa vào cổng tương tự của biến tần điều khiển động cơ )
Theo anh trong thực tế người ta sẽ sử dụng loại động cơ b ơm gì ? Và nh ư v ậy bài
toán của em cần phải tìm hàm truyền của động cơ bơm n ữa . Và mô hình toán h ọc
bài toán của em sẽ như thế nào gì ? Vấn đề này em thực sự rất kém , vì th ế nên m ới
hỏi nhiều thế cảm
anh mong anh thông
rất mong nhận đc câu trả lời của anh thật sớm vì thời gian hoàn thành đ ồ án c ủa em
sắp hết rồi
cũng .
cám ơn anh nhiều !
HaiAu2005 | 15:01:03 15-04-08 | Posts: 1174 7
Trường hợp mà có thiết bị thực tế và thu được dữ li ệu thì lúc ấy bài toán tr ở thành
nhận dạng hệ thống.
bài toán
Bơm thì có thể là bơm ly tâm. Mô hình toán của bơm tôi nghĩ chắc có nhi ều tài li ệu
viết. Thông thường trong nhiều hệ thống quá trình hóa học, người ta có th ể đi ều
khiển lưu lượng bằng van hơi. Bơm chất lỏng từ bình ch ứa qua đ ường ống có van,
rồi điều khiển mở để điều chỉnh lưu lượng.
van đóng
Bài toán trên lý thuyết là vậy, tôi chưa hiểu lắm đồ án của bạn là thi ết k ế toàn b ộ h ệ
thống hay chỉ là mô phỏng hệ thống. Tôi cũng không rõ là b ạn có s ử d ụng h ệ th ống
thực tế làm thí nghiệm gì hay không. Nếu có thiết bị thực tế thì cần phải làm thí
nghiệm để tìm hàm truyền dùng để khảo sát còn thì thực hành thiết kế bộ đi ều khi ển
trực tiếp thiết bị
trên luôn.
Hải Âu
techofdreams | 15:54:03 15-04-08 | Posts: 6 8
bài toán của em chỉ là mô phỏng hệ thống . Tìm ra b ộ PID r ồi sau đó mô ph ỏng trên
matlab . Đồ án của em là điều khiển cả dây truyền sản xuất bia. Trong đó có bài toàn
làm lạnh dịch đường trước khi đưa đi lên men , do vậy thầy chỉ yêu c ầu tìm ra các
tham số của bộ điều khiển PID , rồi sau đó mô phỏng trên matlab.
em sẽ đọc kĩ phần Giải bài toán mô hình hóa và nhận dạng hệ th ống c ủa anh. Có gì
em sẽ hỏi anh tiếp.
- HaiAu2005 | 00:08:59 16-04-08 | Posts: 1174 9
Nếu là mô phỏng thì phải có đầy đủ các thông tin về hệ thống, nghĩa là phải có đ ầy
đủ các mô hình toán của tất cả các thành phần (components) trong h ệ th ống. Thông
tin này phải chứa đựng các tham số có giá trị bằng số phù h ợp thì m ới mô ph ỏng
được. Còn bài toán nhận dạng hệ thống (sử dụng mô hình rời rạc) thì phải làm thí
nghiệm trên thiết bị thực để lấy dữ liệu rồi mới ước lượng được các tham số. N ếu
không có thiết bị thực làm thí nghiệm thì làm sao mà nhận dạng hệ th ống đ ược!
Hải Âu
techofdreams | 16:40:25 19-04-08 | Posts: 6 10
Cảm ơn anh Hải Âu đã nhiệt tình chỉ dẫn . Quả th ực bài toán c ủa em ko có mô hình
thật . Tất cả chỉ giả sử đối tượng như thế , rồi tìm hàm truyền ...
hỏi hỏi
Em anh 2 câu này nhé :
1/ Hàm truyền của bài toán truyền nhiệt trên thực tế ( như ki ểu bài toán c ủa em )
thường sẽ có dạng như thế nào ? có phải là khâu quán tính bậc nhất ko ạ ? Nh ư bài
toán của em , là bài toán ngược với bài toán lò nhi ệt , và nh ư v ậy thì đ ường đ ặc tính
quá độ của nó sẽ có dạng đối xứng với đường đặc tính quá độ c ủa khâu quán tính
bậc nhất trục với trục
qua song song hoành .( t )
2/ Hệ biến tần động cơ ( động cơ không động bộ 3 pha ) , trên th ực t ế đ ặc tính quá
độ của nó sẽ có dạng như thế nào ạ ? Hàm truyền dạng tổng quát c ủa nó ?
Cám ơn anh rất nhiều
hỏi của bạn:
u
1. Tìm hàm truyền (phương trình vi phân) theo phương pháp mô hình hóa lý thuyết
thì phải dựa vào từng bài toán cụ thể, khó có thể trả lời cho bạn m ột d ạng t ổng quát
cho tất cả các hệ thống nhiệt. Trong một bài toán liên quan đến nhiệt thường có các
định luật sau: giãn nở vì nhiệt, truyền nhiệt, dẫn nhi ệt và b ức xạ. Tùy t ừng tr ường
hợp mà sẽ có các phương trình vi phân khác nhau. Bạn có thể tham khảo thêm cu ốn
sách sau:
nghệ điều khiển tiến hệ nhiệt.
Công tiên trong Mô hình toán
2. Hệ biến tần động cơ: tôi không chuyên về mảng này nhưng tôi nghĩ bạn có th ể
tìm thấy trong các sách truyền điện động, khi nào tìm thấy thông tôi sẽ gửi ti ếp!
Hải Âu
- techofdreams | 17:19:54 26-04-08 | Posts: 6 23
đặc tính quá độ hàm truyền hệ hở của em có dạng như hình sau file đính kèm )
như vậy để tìm bộ PID, thì em nên sử dụng phương pháp nào ?
( vì hàm truyền của em có đặc tính ngược so với các hàm truyền thông dụng )
nguon tai.lieu . vn
