Cau hi ly thuyt diu khin qua trinh

Chương Câu 1: Phân biệt toán điều khiến bám tốn điều chỉnh Lấy ví dụ minh họa? Bài toán điều khiển bám: đầu bám theo tín hiệu chủ đạo liên tục thay đổi (biết trước trước) Điều khiến bám giá trị đặt đưa trình tới điểm làm việc mới, biến điều khiển cần bám nhanh xác theo giá trị đặt thay đổi Ví dụ: tốn khởi động/dừng hệ thống, thay đổi chế độ vận hành điều khiển trình theo mẻ Bài toán điều chỉnh: thiết lập trì đầu giá trị đặt cho trước có tác động nhiễu Điều khiển loại nhiễu cần trì biến điều khiển mơt giá trị đặt cố định, tức phải triệt tiêu giảm hẳn ảnh hưởng nhiễu Bởi giá trị đặt thường cố định thay đổi chế độ vận hành bình thường Ví dụ: điều chỉnh nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, mức nồng độ Câu 2: Định nghĩa biến q trình Lấy ví dụ minh hoạ Biến trình: biến vào, biến ra, biến trạng thái Biến vào: đại lượng điều kiện phản ánh từ bên ngồi vào q trình Được ứng dụng nhiều điều khiển máy móc, điều khiển chuyển động Nhưng có vai trị định hệ thống điều khiển q trình Ví dụ lưu lượng dòng nguyên liệu, nhiệt độ nước cấp nhiệt, trạng thái đóng/mở rơ-le sợi đốt… Trong biến vào có loại biến biến điều khiển nhiễu: − − − − Biến điều khiển (manipulated variable,MV): biến vào q trình can thiệt trực tiếp từ bên ngồi, qua tác động tới biến theo ý muốn ví dụ lưu lượng biến đk tiêu biểu Nhiễu: Những biến vào cịn lại khơng can thiệp cách trực tiếp hay gián tiếp phạm vi trình quan tâm coi nhiễu Nhiễu tác động tới q trình cách khơng mong muốn, cần có biện pháp nhằm loại bỏ giảm thiểu ảnh hưởng Nhiễu phân loại nhiễu trình nhiễu đo Vd nhiễu trình: biến vào tác động lên q trình kỹ thuật cách cố hữu khơng can thiệp trọng lượng hàng cần nâng, lưu lượng chất lỏng thành phần nguyên liệu,… Vd nhiễu đo nhiễu tác động lên phép đo, gây sai số giá trị đo Biến ra: đại lượng mổ điều kiện thể tác động q trình bên ngồi Ví dụ nồng độ lưu lượng sản phẩm ra, nồng độ khí thải mức bình thường hay q cao − − − Biến có biến cần điều khiển không cần điều khiển Biến không cần điều khiến: Không cần quan tâm can thiệp, không cần điều khiển Biến cần điều khiển (controller variable CV): biến biến trạng thái trình điều khiển, điều chỉnh cho gần với giá trị mong muốn hay giá trị đặt bám theo biến chủ đạo/tín hiệu mẫu Các biến cần điều khiển liên quan đến vận hành ổn định, chất lượng sản phẩm, an tồn hệ thống ví dụ như: Nhiệt độ, mức, lưu lượng, áp suất, nồng độ… Biến trạng thái: mang thông tin trạng thái bên trình Ví dụ nhiệt độ lị, áp suất mức chất lỏng, dẫn xuất từ đại lượng đặc trưng khác, ví dụ (tốc độ) biến thiên nhiệt độ, áp suất mức Trong nhiều trường hợp, biến trạng thái coi biển Ví dụ mức nước bình chứa vừa coi biến trạng thái, vừa coi biến Câu 3: Nêu rõ thành phần hệ thống điều khiển trình, cấu trúc thành phần mối liên hệ thành phần với Các thành phần hệ thống điều khiển trình: Thiết bị đo, thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển Thiết bị đo: cung cấp tín hiệu tỉ lệ theo cách với đại lượng đo Thiết bị đo gồm thành phần: Cảm biến: thực chức tự động cảm nhận đại lượng quan tâm trình kỹ thuật biến đổi thành tín hiệu Chuyển đổi đo: chuyển đổi đo mà cho đầu tín hiệu chuẩn mục địch phù hợp với thiết bị điều khiển để truyền xa (ví dụ 1-10V, 0-20mA, 4-20mA, RS-485, tín hiệu bus trường,…) Thiết bị điều khiển: hay điều khiển thiết bị tự động thực chức điều khiển, thành phần cốt lõi hệ thống cơng nghiệp Nó thực thuật tốn điều khiển đưa tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại trình kỹ thuật thông qua thiết bị chấp hành Một thiết bị điều khiển xếp vào loại tương tự số Thiết bị điều khiển tương tự: bao gồm thiết bị điều chỉnh cơ, khí nén điện tử Một mạch logic rơ-le (cơ điện điện tử) thiêt bị điều khiển tương tự Thiết bị điều khiển số: máy tính số trang bị thiết bị ngoại vi để thực chức điều khiển Thiết bị điều khiển bao hàm máy tính điều khiển (Khối xử lý trung tâm CPU, khối nguồn PS thành phần tích hợp bo mạch) thành phần mở rộng, kể module vào/ra module chức khác Thiết bị chấp hành: nhận tín hiệu từ điều khiến thực tác động can thiệp tới biến điều khiển Thông qua thiết bị chấp hành mà hệ thống điều khiển can thiệp vào diễn biến trình kỹ thuật VD: Van điều khiển, động cơ, bơm, quạt gió Cơ cấu chấp hành: có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điều khiển thành lượng (cơ nhiệt) Phần tử điều khiển: phần tử điều khiển can thiệp trực tiếp vào biến điều khiển Câu 4: Nêu rõ mục đích điều khiển phân tích sở ví dụ minh hoạ VD minh họa Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: Thể việc trì mức thiết bị khuấy trọn thành phần sản phẩm giá trị cố định giới hạn cho phép Có nghĩa hệ thống vận hành ổn định lượng sản phẩm lấy tổng thành phần đầu vào Đảm bảo suất chất lượng sản phẩm Chất lượng thể qua thành phần hóa học, nồng độ, mật độ…cịn suất thể qua lưu lượng sản phẩm Ổn định chưa đảm bảo chất lượng: ví dụ, nồng độ A sản phẩm giữ ổn định xa với chất lượng yêu cầu Đảm bảo chất lượng sản phẩm: Giá trị đại lượng cần điều khiển gần giá trị đặt tốt Trong vid dụ, nồng độ A khơng trì ổn định mà phải gần với giá trị mong muốn Chất lượng sản phẩm đánh giá thông qua số tiêu chất lượng: Đáp ứng với thay đổi giá trị đặt (đáp ứng độ) Đáp ứng với tác động nhiễu (đáp ứng loại nhiễu) Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn: Dù cho hệ thống động khuấy trộn đạt tốc độ quay cao an tồn hệ thống nên khơng cho phép đặt tốc độ cao tùy ý => cần khống chế tốc độ động Ngoài ra, dù mực nước bình khơng mức q cao, thấp Bảo vệ môi trường: Giảm thiểu nồng độ chất thải môi trường Các dây chuyền công nghệ ngày thiết kế với nhiều yêu cầu giảm ô nhiễm môi trường: Giảm nguyên liệu tiêu thụ, giảm sử dụng nước sạch,… Các thiết kế “recycling” tạo tính phi tuyến cao tương tác lớn hệ thống => vai trò phương pháp điều khiển đại Yêu cầu cao tiêu chuẩn quốc gia quốc tế xử lý nước thải khí thải Hiệu kinh tế: Các yêu cầu cụ thể: Chất lượng ổn định (nồng độ A sản phẩm) Năng suất thích ứng với yêu cầu thị trường (liên quan tới lưu lượng sản phẩm ra) Tiêu hao lượng thấp (cho động khuấy cho van điều khiển) Tác động điều khiển êm ả, trơn tru (tốc độ động độ mở van phải thay đổi thay đổi chậm) Các yêu cầu cụ thể có mâu thuẫn => phương án giải quyết: - Sử dụng tiêu chuẩn hòa đồng => điều khiển tối ưu - Đáp ứng vừa đủ yêu cầu thiết yếu, sau tập trung vào u cầu cịn lại: ví dụ cho phép chất lượng dao động phạm vi chấp nhận để tránh thay đổi liên tục tác động điều khiển Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru: Giữ cho hệ thống hoạt động ổn định điểm làm việc chuyển chế độ cách trơn tru, đảm bảo điều kiện theo yêu cầu chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện Đảm bảo suất chất lượng sản phẩm Thay đổi tốc độ sản xuất theo ý muốn, giữ thông số chất lượng sản phẩm biến động giới hạn quy định Đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất trì thơng số liên quan chất lượng sản phẩm phạm vi yêu cầu Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn: Giảm thiểu nguy xảy cố bảo vệ cho người, máy móc, thiết bị mơi trường trường hợp xảy có Bảo vệ môi trường: Giảm nồng độ chất độc hại khí thải, nước thải, giảm bụi, giảm sử dụng nguyên liệu nhiên liệu Nâng cao hiệu kinh tế, tăng lợi nhuận: Giảm chi phí nhân cơng, ngun liệu nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi thị trường Câu 5: Phân tích làm rõ khái niệm điều khiển trình nêu đặc trưng điều khiển trình để phân biệt với lĩnh vực điều khiển khác Khái niệm ĐKQT: ĐKQT hiểu ứng dụng ký thuật điều khiển tự động điều khiển, vận hành giám sát q trình cơng nghệ, nhằm đảm bảo chất lượn sản phẩm, hiệu sản xuất an toàn cho người, máy móc mơi trường Lĩnh vực ứng dụng điều khiển q trình ngành cơng nghiệp chế biến, khai thác lượng Đặc trưng điều khiển trình - Các nhà máy thuộc lĩnh vực công nghiệp khai thác, chế biến lượng có quy mơ sản xuất lớn thị trường sản phẩm rộng, chất lượng sản phẩm hiệu sản xuất phụ thuộc nhiều vào mực độ tự động hố, điều khiển q trình đóng vai trị quan trọng - Phạm vi ứng dụng: gắn với q trình kĩ thuật cơng nghệ, với việc tạo sản phẩm công nghiệp Công nghệ chế biến, khai thác lượng - Đối tượng điều khiển: q trình cơng nghệ (khác với điều khiển máy móc, đối tượng máy móc) - Bài tốn đặc thù quan trọng nhất: Điều chỉnh Đặc thù điều khiển q trình: Quy mơ ứng dụng: Hầu hết dây chuyền công nghệ lĩnh vực điều khiển q trình có quy mơ vừa lớn, khác với điều khiển máy, điều khiển chuyển động điều khiển dây chuyền gia công, lắp ráp Độ tin cậy tính sẵn sàng: Các nhà máy hóa chất lượng có yêu cầu cao độ tin cậy tính sẵn sàng hệ thống điều khiển, ngưng trệ sản xuất ít ngày dẫn tới thiệt hại nghiêm trọng mặt kinh tế Khác với dây chuyền chế tạo lắp ráp, q trình cơng nghệ chủ yếu vận hành liên tục (hoặc theo mẻ), ngưng trệ làm giảm suất, mà cịn làm hỏng trang thiết bị cơng nghệ, chưa nói tới trường hợp cố gây râ hậu nghiêm trọng với người môi trường xung quanh Do việc đảm bảo độ tin cậy tính sẵn sàng cao chức quan trọng hệ thống điều khiển trình Chức điều khiển: toán điều chỉnh chức tiêu biểu quan trọng hệ thống điều khiển trình Các đại lượng cần quan tâm q trình cơng nghệ trước hết biến liên tục tương tự (lưu lượng, áp suất, mức, nhiệt độ, thành phần), đặt yêu cầu đặc trưng cho khả chuyển đổi xử lý tín hiệu thiết bị đo, điều khiển chấp hành Phần lớn đại lượng đặc trưng q trình cơng nghệ diễn biến tương đối chậm u cầu tính thời gain thực ngặt nghèo Khả vận hành điều khiển trình: Khả vận hành q trình cơng nghệ liên quan tới thiết kế cơng nghệ điều kiện ràng buộc liên quan Giới hạn vật lý trang thiết bị quan hệ phụ thuộc đại lượng trở ngại không nhỏ việc thực giải pháp điều khiển, Đặc biệt, q trình cơng nghệ đại thường thiết kế tối ưu mặt an tồn, tiết kiệm lượng chi phí đầu tư, lại gây nhiều khó khăn cho việc thiết kế điều khiển Ngay q trình cơng nghệ đối tượng dễ đièu khiển mặt toán học, tức ta haonf tồn đưa luật điều khiển để đạt tiêu chất lượng cách lý tưởng, song luật điều khiển khơng thể thực điều kiện ràng buộc Bên cạnh đó, yêu cầu chế độ vận hành, số biến trạng thái biểna phải thỏa mãn số điều kiện ràng buộc giá trị tốc độ biến thiên Mô hình khơng xác: Việc xây dựng mơ hình tốn học q trình cơng nghệ thường gặp nhiều khó khăn chúng đối tượng MIMO, chứa đựng nhiều quan hệ vật lý, hóa học sinh học phức tạp Đặc biệt, việc tiến hành thực nghiệm không phả dễ dàng liên quan tới vận hành hệ thống lớn chi phí tốn Câu 6: Nêu đặc thù lĩnh vực điều khiển trình (về đối tượng điều khiển, yêu cầu kỹ thuật yêu cầu công nghệ) Đặc thù lĩnh vực điều khiển trình: - Đối tượng điều khiển: q trình cơng nghệ, mục đích tự động hóa q trình cơng nghệ - Yêu cầu kĩ thuật: tác động nhanh, trực tiếp, có hiệu vào biến vào -> có biến thay đổi theo mong muốn, đồng thời đảm bảo mục địch điều khiển - Yêu cầu công nghệ, đặc thù q trình cơng nghệ: + quy trình sản xuất thường vừa lớn + yêu cầu cao độ tin cậy tính sẵn sang + Các q trình liên quan đến biến đổi lượng vật chất - Bài toán điều chỉnh tiêu biểu - Đại lượng cần điều khiển: lưu lượng, áp suất, nhiệt độ, nồng độ… - diễn biến tương đối chậm - mơ hình khó xác định, khó thiết kế cơng nghệ khả điều khiển hạn chế Đặc thù lĩnh vực điều khiển q trình: - Quy mơ sản xuất thường vừa lớn - Yêu cầu cao độ tin cậy tính sẵn sàng - Các q trình liên quan tới biến đổi lượng vật chất + Bài toán điều chỉnh tiêu biểu + Các đại lượng cần điều khiển: lưu lượng w, áp suất P, nhiệt độ T, nồng độ C, thành phần… + Diễn biến tương đối chậm + Mơ hình khó xác định + Khả điều khiển hạn chế + Khó thay đổi thiết kế cơng nghệ Câu 7: Trình bày bước tiến hành xây dựng giải pháp hệ thống điều khiển trình Các nhiệm vụ phát triển hệ thống điều khiển q trình: Phân tích chức hệ thống Xây dựng mơ hình q trình Thiết kế cấu trúc điều khiển Thiết kế thuật toán điều khiển Lựa chọn giải pháp hệ thống Phát triền phần mềm ứng dụng Chỉnh định đưa vào vận hành Phân tích chức hệ thống: Quy trình thiết kế hệ thống điều khiển bắt đầu với bước tìm hiểu quy trình cơng nghệ để đưa đặc tả chức cụ thể hệ thống dựa sở phân tích mục đích điều khiển Đây nhiệm vụ quan trọng, cần có hợp tác chặt chẽ người làm điều khiển với nhà công nghệ Xây dựng mơ hình q trình: Mơ hình giúp ta hiểu rõ q trình cơng nghệ, giúp ta trừu tượng hóa vấn đề đơn giản hóa cách giải Mơ hình q trình khơng quan trọng cơng việc thiết kế mà cịn phục vụ việc mô đào tạo vận hành Dựa định luật vật lý hóa học dựa số liệu vận hành thực nghiệm, ta tiến hành xây dựng mơ hình q trình để có phương trình tốn học mơ tả đặc tính động tĩnh q trình Thiết kế cấu trúc điều khiển: làm rõ mặt cấu trúc liên kết phần tử hệ thống Về mặt cấu trúc điều khiển, cần cân nhắc lựa chọn cấu trúc tập trung, cấu trúc tập trung cấu trúc hỗn hợp (phân tán, phân cấp) Tiếp theo, ta cần lựa chọn biến điều khiển, biến điều khiển tương ứng biến nhiễu liên kết chúng với dựa phần tử cấu hình để xây dựng sách lược điều khiển cụ thể Thiết kế thuật toán điều khiển: Việc xác định rõ ràng bước tính tốn cơng thức tính tốn cụ thể để cài đặt máy tính điều khiển Bao gồm bước: lựa chọn điều khiển hay cấu trúc điều khiển xác định tham số điều khiển Lựa chọn giải pháp hệ thống: bao gồm lựa chọn kiến trúc giải pháp hệ thống điều khiển giám sát, lựa chọn thiết bị đo thiết bị chấp hành cho phù hợp với u cầu quy trình cơng nghệ Phát triển phần mềm ứng dụng: Trên sở thiết kế điều khiển chi tiết, chuyên viên phần mềm bắt đầu với thiết kế chương trình điều khiển, thiết kế hệ thống sở liệu thiết kế giao diện người-máy Sau lựa chọn giải pháp hệ thống điêu khiển giám sát, cơng việc lập trình điều khiển thời gian thực soạn thảo hình vận hành-giám sát tiến hành Các chương trình ứng dụng thử nghiệm phần cấu hình phần cứng thực với đối tượng mơ sau thử nghiệm ghép nối Chỉnh định đưa vào vận hành: Bao gồn hiệu chuẩn thiết bị đo, chỉnh định lại tham số điều khiển, thử nghiệm vòng điều khiển, thử nghiệm tổ hợp công nghệ, chạy thử phân đoạn đưa vào vận hành toàn nhà máy Câu 8: Lưu đồ P&ID sử dụng đâu bước phát triển hệ thống điều khiển trình? Lưu đồ P&ID sử dụng bước: - Lựa chọn giải pháp hệ thống: lựa chọn thiết bị đo, thiết bị chấp hành phù hợp với yêu cầu đặt ra( thiết bị, chức yêu cầu đường trao đổi tín hiệu chuẩn: thể hiên lưu đồ P&ID) Chương Câu 1: Nêu phương pháp chỉnh định tham số cho PID theo phương pháp thứ hai Ziegler-Nichols Viết cơng thức tính tốn thơng số điều khiển Phương pháp phù hợp với lớp đối tượng có mơ nào? Dựa đặc tính dao động tới hạn (đặc tính tần số), cho chất lượng tương đương ZN-1 Đặt hệ thống chế độ điều khiển tay đưa dần hệ thống tới điểm làm việc, chờ hệ thống ổn định điểm làm việc Chuyển hệ thống sang chế độ điều khiển tự động với điều khiển P Đặt hệ số khuếch đại kc tương đối bé thay đổi giá trị đặt lượng nhỏ Tăng dần hệ số khuếch đại kc đầu trình đạt trạng thái dao động điều hịa Giá trị kc gọi hệ số khuếch đại tới hạn (ku) chu kỳ dao động gọi chu kỳ dao động tới hạn (Tu) Lựa chọn kiều điều khiển dùng thực tính tốn tham số theo luật chỉnh định đưa bảng Phù hợp với đối tượng có mơ hình: -áp dụng cho dải rộng q trình cơng nghiệp, kể số q trình khơng ổn định - áp dụng cho mơ hình dạng chuẩn dạng nối tiếp - hữu ích mơ hình tốn học đối tượng trước, biết tốt - đối tượng có động học từ đơn giản đến phức tạp khơng chứa thành phần tích phân nên áp dụng phương pháp Câu 2: Trình bày phương pháp chỉnh định tham số cho PID dựa phương pháp phản hồi rơle, công thức xác định tham số nêu ưu điểm Phương pháp chỉnh định: Khi chế độ chỉnh định thao số (T), ta chuyển mạch sang khâu rơ-le cho tín hiệu đặt r=0 (hay nói cách khác giữ giá trị đặt thực có định điểm làm việc) Sau thời gian ngắn, đầu đối tượng đạt trạng thái dao động tới hạn với chu kỉ Tu Hệ số khuếch đại tới hạn tính xấp xỉ theo cơng thức: a biên độ dao động đầu y d biên độ dao động dạng xung vuông tín hiệu đầu vào u Các tham số xác định theo luật chỉnh định ZN-2 Ưu điểm: Việc thử nghiệm hoàn toàn đơn giản phù hợp với đa số quấ trình cơng nghiệp Nếu q trình có đặc tính dao động tới hạn hệ kín tự động tiến đến trạng thái dao động, cải tín hiệu vào u tự động tạo Nhờ khả tự lựa chọn biên độ cho khâu rơ le, việc thử nghiệm với hệ kín đảm bảo trình nằm phạm vi nhủ mà ta cần xây dựng mơ hình tuyến tính xấp xỉ, nằm phạm vi an tồn mà quy trình cơng nghệ cho phép Thử nghiệm vịng kín kết hợp với dạng tín hiệu vảo-ra đặc biệt dẫn đến ảnh hưởng nhiễu gần loại bỏ hoàn toàn Câu 3: Nêu phương pháp chỉnh định tham số cho PID theo phương pháp thứ Ziegler-Nichols Viết cơng thức tính tốn thơng số điều khiển Phương pháp phù hợp với lớp đối tượng có mơ nào? Phương pháp chỉnh đinh tham số: Phương pháp thứ Ziegler-Nichols xác định tham số cho điều khiển PID dựa đường đặc tính đáp ứng q độ q trình thu từ thực nghiệm với giá trị đặt thay đổi dạng bậc thang Ta kẻ tiếp tuyến điểm có độ dốc lớn nhât đường đặc tính đáp ứng bậc thang Lưu ý việc lấy đặc tính đáp ứng phải thực xung quanh điểm làm việc Dựa hai giá trị xác định điểm cắt với trục hoành theta độ dốc alpha, tham số điều khiển thực dùng chỉnh định theo luật tương ứng Các luật chỉnh định Ziegler-Nichols đưa theo kinh nghiệm để đạt hệ số tắt dần khoảng 0.25 Hệ số khuếch đại điều khiẻn chọn cho tỉ lệ nghịch với độ dốc lớn alpha đường cong đáp ứng Cơng thức tính tốn: Phù hợp với lớp đối tượng có mơ hình: - áp dụng mơ hình nối tiếp chuẩn - Q trình có đặc tính qn tính qn tính q trình tích phân với thời gian độ trễ nhỏ - Điều kiện áp dụng phương pháp tỉ số theta/tô nằm phạm vi 0.1-0.6 Chương 7: Câu 1: Nêu sách lược hệ thống điều khiển nhiều chiều Vẽ sơ đồ cấu trúc tổng quát Nêu ưu nhược điểm sách lược cho ví dụ minh hoạ SƠ ĐỒ ĐIÊU KHIỂN ĐA BIẾN/ ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG Sử dụng điều khiển nhất, đầu vào điều khiển: giá trị đặt tín hiệu đo (kể nhiễu q trình đo được), đầu tín hiệu điền khiển Sơ đồ cấu trúc điều khiển tập trung: Ưu điểm: - chất lượng cao( mơ hình xác) - nhiều phương pháp công cụ thiết kế đại - Giúp loại bỏ số biến trung gian mà bình thường coi nhiễu tải cấu trúc điều khiển phi tập trung - Khai thác triệt để ưu cảu phương pháp điều khiển tiên tiến lực tính tốn thiết bị điều khiển đại Nhược điểm: Độ tin cậy chất lượng điều khiển hệ thông phụ thuộc vào điều khiển nhất, mà phụ thuộc vào tính sẵn sàng tất tín hiệu đo tín hiệu điều khiển Nếu điều khiển tập trung có lỗi đường tín hiệu bị gián đoạn, tính tồn vẹn cấu trúc tập trung bị phá vỡ, độ tin cậy chất lượng điều khiển toàn hệ thống khơng cịn đảm bảo Điều khiển đa biến khó tận dụng triệt để yếu tố đặc thù q trình cơng nghệ Mỗi vịng điều khiển có đặc điểm yêu cầu riêng chất lượng mà không dễ đưa vào toán chung Cơ sở thiết kế điều khiển số đa biến dựa chu kì trích mẫu cố định, biến q trình có đặc điểm thay đơi nhanh chậm khác Để đáp ứng yếu cầu chung nhiều biến trình, ta phải chọn chu kỳ điều khiển nhỏ tương ứng với yêu cầu vòng điều khiển nhanh Giải pháp mặt làm gia tăng tải cho máy tính điều khiển, mặt khác chưa tốt cho vòng điều khiển chậm Việc hiệu chỉnh tham số điều khiển đa biến thực khó khăn Cơng việc xây dựng mơ hình thường phức tạp tốn Việc hiệu chỉnh tham số điều khiển đa biến thực tế khó khăn Các phương pháp điều khiển đa biến mẻ hầu hết ký sư cơng nghệ, chấp nhận tương đối dè dặt Ví dụ điều khiển tập trung: ĐIỀU KHIỂN ĐƠN BIẾN/PHI TẬP TRUNG Bao gồm nhiều điều khiển phản hồi độc lập, liên kết tập (không chia sẻ) biến đầu (đo được) giá trị đặt với tập biến điều khiển điều khiển đơn biến có đầu giá trị biến điều khiển, có nhiều đầu vào (giá trị đặt giá trị đo được) Bộ điều khiển thực thiết bị đơn lẻ, khối phền mềm thuộc thiết bị điều khiển chia sẻ sơ đồ cấu trúc: Ưu điểm: Phương pháp truyền thống, dễ theo dõi, độ tin cậy cao Cho phép sử dụng tối đa hiểu biết q trình cơng nghệ qua đưa sách lược điều khiển hợp lý Dễ chỉnh định tham số điều khiển mà khơng cần mơ hình q trình xác Khá đơn giản kiểm chứng nhiều ứng dụng thực tế Các tham số điều khiển vịng đơn có mối liên hệ hiển nhiên tới đặc tính đáp ứng hệ thống, tác dụng thao tác hiệu chỉnh tham số q trình vận hành theo dõi đánh giá trực quan Đặc biệt, điều khiển phi tập trung cấu hình thích hợp cho kiến trúc điều khiển phân tán triệt để xuống cấp trường quan tâm Thích hợp cho kiến trúc điều khiển phân tán triệt để xuống cấp trường quan tâm nhược điểm - Thiết kế sách lược điều khiển phức tạp - Chất lượng thấp, bao giơ thực - Việc thay đổi giá trị đặt dẫn đến thay đổi cách không mong muôn tới nhiều biến điều khiển - Các vòng điều khiển cấu trúc tách kênh thực khơng hồn tồn độc lập với Ví dụ điều khiển phi tập trung: ĐIỀU KHIỂN PHÂN CẤP: Phân chia hệ thống thành vòng điều chỉnh (điều chỉnh phần) vòng điều chỉnh phối hợp (vòng điều khiển chủ) Sử dụng điều khiển phân tán điều khiển tập trung Các điều khiển đa biến sử dụng mức cao cấu trúc phân cấp chức năng, vòng điều khiển mức thấp thực với điều khiển đơn biến Câu 2: Nêu bước yêu cầu thiết kế điều khiển nhiều chiều Lấy ví dụ minh hoạ Cơng việc thiết kế cấu trúc điều khiển bao gồm bước cụ thể sau đây: Lựa chọn biến điều khiển dựa mục đích điều khiển cụ thể dựa khả điều khiển (dễ dàng) Lựa chọn biến điều khiển biến đo cho mục đích điều khiển cụ thể Phân tích định sử dụng phương án điều khiển tập trung, phi tập trung phối hợp Đối với cấu trúc phi tập trung: lựa chọn cấu hình điều khiển dựa cặp đơi biến điều khiển – biến điều khiển phần tử cấu hình Phối hợp sử dụng sách lược điều khiển (điều khiển phản hồi, điều khiển truyền thẳngm diều khiển tầng, tỉ lệ,…) thể cấu trúc điều khiển vẽ Yêu cầu thiết kế: Chất lượng: Đảm bảo khả thiết kế điều khiển để đáp ứng tốt yêu cầu chất lượng điều khiển tính ổn định, tính bền vững, tốc độ đáp ứng chất lượng đáp ứng Đơn giản kinh tế: Đảm bảo khả thực thi, chỉnh định đưa hệ thống điều khiển vào vận hành cách đơn giản kinh tế giải pháp phần cứng phần mềm thông dụng, dựa sở lý thuyết dễ tiếp cận thực tế Tin cậy/bền vững: Hệ thống phải làm việc tin cậy hiệu điều kiện khơng có thơng tin đầy đủ xác q trình Ví dụ: Số biến q trình (thơng thường lưu lượng) can thiệt cách độc lập, khả can thiệp (thông qua máy bơm, van điều khiển, quạt gió, dịng hồi lưu,…) Đặc tính động học trình thể qua quan hệ biến vào/ra, ví dụ tính ồn đinh, tính chất pha cực tiểu/không cực tiểu, mức độ phi tuyến mức độ tương tác nội,… Đặc tính thiết bị đo thiết bị chấp hành, bao gồm đặc tính tĩnh đặc tính động học độ xác, độ trễ, dải chết, phạm vi giới hạn đo/điều khiển, số thời gian,… Đặc thù nhiễu trình, ví dụ mức độ ảnh hưởng, tốc độ biến thiên, khả đo được,… Các yêu cầu an tồn hệ thống, ví dụ bắt buộc khống chế mức chất lỏng để tránh tràn, khống chế áp suất nhiệt độ để tránh cháy nổ,… Nếu đặt chất lượng tiêu chí cấu trúc c d tỏ ưu điểm Cấu trúc c lợi dụng kết hợp ưu điểm điều khiển phản hồi, điều khiển tầng điều khiển tỉ lệ (ở hình thức bù nhiễu) Cấu trúc d kết hợp sách lược phản hồi bù nhiễu điều khiển đa biến, hứa hẹn chất lượn điều khiển tốt mô hình q trình đủ xác Nhưng xét theo tiêu chí thứ hai cấu trúc b đơn giản kinh tế cả, khả cài đặt dễ dàng tiết kiệm chi phí cho thiết bị phân tích nồng độ Xét độ tin cậy tính bền vững giải pháp điều khiển cấu trúc phi tập trung có ưu điểm hẳn cấu trúc tập trung Đối với cấu trúc phi tập trung, việc tín hiệu đo tín hiệu điều khiẻn ảnh hưởng tới vòng điều chỉnh, độ tin cậy giải pháp điều khiển tập trung phụ thuộc vào độ tin cậy tính sẵn sàng tồn tín hiệu vào/ra trực thuộc Câu 3: Nhận biết biến trình vòng điều khiển Nêu sách lược điều khiển sử dụng hình vẽ Nêu cấu hình điều khiển cuả tháp chưng cất Các biến trình: Biến điều khiển: lưu lượng stream, lưu lượng coolant, lưu lượng SP đáy, lưu lượng SP đỉnh, lưu lượng hồi lưu Nhiễu: lưu lượng F, lưu lượng V, lưu lượng Vt Biến cần điều khiển: P áp suất tháp, T1 nhiệt độ tháp chưng cất, T2 nhiệt độ tháp chưng cất, L1 mức bình ngưng, L2 mức đáy tháp D lưu lượng SP ra, B lưu lượng SP đáy Biến khơng cần điều khiển: Dịng làm lạnh đầu dòng gia nhiệt đầu Vòng điều khiển sách lược tương ứng: - Vòng điều khiển nhiệt độ đáy tháp: điều khiển tầng vịng ngồi điều khiển nhiệt độ vòng điều khiển lưu lượng - Vòng điều khiển mức đáy tháp: Sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển mức đáy tháp, vịng điều khiển lưu lượng SP đáy - Vòng điều khiển áp suất tháp: sách lược điều khiển phản hồi: Đo lưu lượng chất làm lạnh qua điều khiển áp suất tháp - Vòng điều khiển nhiệt tháp: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển nhiệt độ tháp vịng điều khiển lưu lượng SP đỉnh - Vòng điều khiển mức bình ngưng: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển mức bình ngưng, vịng điều khiển lưu lượng dịng hồi lưu Cấu hình điều khiển cuả tháp chưng cất: điều khiển phản hồi điều khiển tầng Câu 4: Nhận biết biến trình vòng điều khiển Nêu sách lược điều khiển sử dụng hình vẽ Nêu cấu hình điều khiển cuả tháp chưng cất Biến trình: biến cần điều khiển: Nhiệt độ đáy tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, mức đáy tháp chưng cất, mức bình ngưng, áp suất tháp chưng cất, lưu lượng SP đáy ra, lưu lượng SP đỉnh Biến điều khiển: Lưu lượng dòng hơi, lưu lượng dòng làm lạnh, lưu lượng dòng hồi lưu, lưu lượng SP đỉnh, lưu lượng SP đáy Biến khơng cần điều khiển: Dịng làm lạnh đầu dòng gia nhiệt đầu Nhiễu: lưu lượng nguyên liệu đầu vào, lưu lượng khỏi tháp Vt, lưu lượng dòng hồi lưu quay trở lại tháp V Vòng điều khiển sách lược tương ứng: - vòng điều khiển nhiệt độ đáy: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển nhiệt độ, vịng điều khiển lưu lượng dịng nóng - vịng điều khiển mức đáy tháp: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển mức đáy tháp, vòng điều khiển lưu lượng SP đáy - VÒng điều khiển áp suất: sách lược điều khiển phản hồi: điều khiển van lưu lượng dịng làm lạnh vào qua điều khiển áp suất tháp - vòng điều khiển nhiệt độ tháp: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển nhiệt độ tháp, vòng điều khiển lưu lượng dòng hồi lưu - Vịng điều khiển mức bình ngưng: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển mức bình ngưng, vòng điều khiển lưu lượng SP đỉnh cấu trúc điều khiển tháp chưng cất có: điều khiển phản hồi+ điều khiển Câu 5: Nhận biết biến q trình vịng điều khiển Nêu sách lược điều khiển sử dụng hình vẽ Nêu cấu hình điều khiển cuả tháp chưng cất Biến trình Biến cần điều khiển: mức đáy tháp, nhiệt độ đáy tháp, áp suất tháp, nhiệt độ đỉnh tháp, mức bình ngưng, D lưu lượng SP ra, B lưu lượng SP đáy Biến không cần điều khiển: Dòng làm lạnh đầu dòng gia nhiệt đầu Biến điều khiển: lưu lượng dòng stream, lưu lượng dòng làm lạnh coolant, lưu lượng dòng hồi lưu, lưu lượng SP đỉnh ra, lưu lượng SP đáy Nhiễu: lưu lượng nguyên liệu đầu vào, lưu lượng khỏi tháp Vt, lưu lượng dòng hồi lưu quay trở lại tháp V Vòng điều khiển sách lược tương ứng - vòng điều khiển nhiệt độ đáy: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển nhiệt độ, vòng điều khiển lưu lượng SP đáy - vòng điều khiển mức đáy tháp: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển mức đáy tháp, vịng điều khiển lưu lượng dịng nóng steam - VÒng điều khiển áp suất: sách lược điều khiển phản hồi: điều khiển van lưu lượng dòng làm lạnh vào qua điều khiển áp suất tháp - vịng điều khiển nhiệt độ tháp: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển nhiệt độ tháp, vịng điều khiển lưu lượng SP đỉnh - Vòng điều khiển mức bình ngưng: sách lược điều khiển tầng: vịng ngồi điều khiển mức bình ngưng, vịng điều khiển lưu lượng dòng hồi lưu cấu trúc điều khiển tháp chưng cất có: điều khiển phản hồi+ điều khiển tầng