Tài liệu Điều khiển quá trình - Chương 3: Các sách lược điều khiển doc

© 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1Chương 1 13/09/2005 Chương 2 Chương 3: Các sách lược ₫iều khiển Điềukhiển quá trình 2 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Nộidung chương 3 3.1 Khái niệm 3.2 Điềukhiển truyềnthẳng 3.3 Điềukhiểnphảnhồi 3.4 Điềukhiển cascade 3.5 Điềukhiểntỉ lệ 3.6 Điềukhiểnlựachọn 3.7 Điềukhiểnphânvùng 3.8 Các cấu trúc ₫iềukhiểnhệ MIMO 3.9 Thiếtkế cấu trúc ₫iềukhiểnhệ MIMO 3 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Quá trình Nhiễu d Các biếncần ₫iềukhiển y Các biến ₫iềukhiển u Lưu ý: u, r, y, d là các biến của mô hình chuẩn hóa G(s) 3.1 Khái niệm  Bài toán ₫iềukhiển quá trình: duy trì y ≈ r trong khi —thay₫ổigiátrị₫ặtr —cótác₫ộng của nhiễud —tồntại nhiễu ₫on — mô hình quá trình không chính xác 4 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS  Ổn ₫ịnh hệ thống  Tốc ₫ộ ₫áp ứng nhanh và chấtlượng ₫áp ứng tốt: — Đáp ứng vớithay₫ổigiátrị₫ặt — Đáp ứng với nhiễu quá trình —Ítnhạycảmvới nhiễu ₫o  Giá trị biến ₫iềukhiểnthay₫ổichậmhoặcthay₫ổiít  Bềnvững: — Ổn ₫ịnh bềnvững —Chấtlượng bềnvững Các mụctiêucụ thể của ₫iềukhiển 5 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Các vấn ₫ề phứctạp  Nhiềuquátrìnhphứctạp, khó ₫iềukhiển(tương tác nhiềuchiều, hệ pha không cựctiểu, giớihạn về giá trị và tốc ₫ộ thay ₫ổicủabiến ₫iềukhiển, giớihạnvề phạmvi thay₫ổi cho phép củabiến ₫ược ₫iềukhiển, )  Mô hình khó xây dựng chính xác  Nhiễukhó₫o, khó biếttrước  Khả năng thực thi, cài ₫ặtluật ₫iềukhiểncógiới hạn  Trình ₫ộ hiểubiếtcủakỹ sư vậnhànhvề lý thuyết ₫iềukhiểnhạnchế  6 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS  Sách lược/cấu trúc ₫iềukhiển (control strategy/structure): nguyên tắcvề mặtcấu trúc trong sử dụng thông tin về các biến quá trình để đưaratácđộng điềukhiển.  Sách lược ₫iềukhiển — Điềukhiển ₫ơn biếnhay ₫abiến? —Phốihợpsử dụng các biếnvàonàovànhư thế nào ₫ể ₫iều khiểnnhững biếnranào? Quá trình Nhiễu d Các biến ₫o ₫ược y m Các biến ₫iềukhiển u Giá trị ₫ặt r Sách lược ₫iềukhiển 7 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Các sách lược ₫iềukhiển cơ bản  Hệ SISO: — Điềukhiểntruyềnthẳng (feedforward control) — Điềukhiển phảnhồi(feedback control) — Điềukhiểntầng (cascade control) — Điềukhiểntỉ lệ (ratio control) — Điềukhiểnlựachọn(selective control) — Điềukhiển phân vùng (split-range control)  Hệ MIMO: — Điềukhiểntập trung (centralized control) z Điều khiển tách kênh z Điều khiển nhiều chiều — Điềukhiển phi tập trung (decentralized control) — Điềukhiểnphân cấp(hierarchical control) 8 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS 3.2 Điềukhiển truyềnthẳng  Ví dụ₫iềukhiển quá trình trao ₫ổinhiệt: — Điềuchỉnh lưulượng hơi nóng vào F s ₫ể duy trì nhiệt ₫ộ dầu ra T 2 tạigiátrị₫ặtmongmuốn 9 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Cấutrúc cơ bản  Nguyên lý: —Giả thiết: Mô hình chính xác, nhiễu ₫o ₫ược — Đo nhiễu quá trình d, tính toán u sao cho y ≈ r : — Không thựchiện ₫o y 1 ()( ()) () () rd r uKsrGsd Ks Gs − = − ≈ (3.1) 10 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Phân tích chấtlượng 1 1 1 ()() () r rd d ddd KG u KrGd GrGd yGuGdGGrGdGdr − − − = =− = − ⇒= + = − + = (3.2) b) Sai lệch mô hình ₫ốitượng (giả sử d = 0): (3.4) a) Điềukhiểnlýtưởng 1 () GGG G yG GGrr r G − =+Δ Δ ⇒= +Δ =+ thùc (3.3) c) Sai lệch mô hình nhiễu: thùc () ddd ddd d GGG y rGd G Gd r Gd =+Δ ⇒=− + +Δ =+Δ sai lệch ₫iềukhiển [...]... một dạng ₫iều khiển truyền thẳng Ví dụ: Điều khiển quá trình trao ₫ổi nhiệt © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 31 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Hai cấu trúc thường dùng © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 32 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Ví dụ ₫iều khiển tỉ lệ quá trình trộn (kết hợp với phản hồi) © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 33 3.6 Điều khiển lựa chọn... 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 34 Điều khiển giới hạn Bộ ₫iều chỉnh - Quá trình Cấu hình ₫iều khiển Khâu lựa chọn (max, min, ) Ví dụ: Điều khiển nhiệt ₫ộ trong một lò phản ứng © 2004, HOÀNG MINH SƠN T © HMS TT 115 TT 116 Nước lạnh TT 117 t UC 101 Chương 3: Các sách lược điều khiển max FC 100 z © 2005 - HMS 35 Điều khiển lấn át Bộ ĐC 1 - Quá trình Cấu hình ₫iều khiển - Bộ ĐC 2 Ví dụ: Điều khiển. .. Ví dụ: Điều khiển quá trình trao ₫ổi nhiệt Bỏ qua tổn thất nhiệt, ta có phương trình cân bằng năng lượng: Fo C p (T2 − T1 ) = λ Fs (3.7) trong ₫ó: Cp — nhiệt dung của dầu © 2004, HOÀNG MINH SƠN λ — hệ số nhiệt tỏa ra do quá trình hơi nước ngưng tụ © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển Thay thế T2 bằng giá trị ₫ặt (SP): Fs = Fo Cp λ (S P − T1 ) © 2005 - HMS (3.8) 17 Ví dụ: Điều khiển quá trình trộn... thiết: - c1 và c2 là hằng số - lưu lượng w ra tùy ý (tự chảy) Phương trình cân bằng: © 2004, HOÀNG MINH SƠN w 1 c1 + w 2 c 2 = (w 1 + w 2 )c (3.9) Thay thế c bằng giá trị ₫ặt (SP): w 1 (S P − c1 ) w2 = c2 − S P (3.10) © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 18 3.3 Điều khiển phản hồi © 2004, HOÀNG MINH SƠN Ví dụ: Điều khiển quá trình trao ₫ổi nhiệt © HMS Nguyên lý ₫iều khiển: Điều chỉnh... áp suất dòng chảy/dòng hơi ảnh hưởng lớn tới lưu lượng © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 26 Ví dụ ₫iều khiển buồng trao ₫ổi nhiệt © 2004, HOÀNG MINH SƠN Giải pháp: Triệt tiêu sớm ảnh hưởng của nhiễu bằng cách sử dụng một vòng ₫iều chỉnh trong, sử dụng thêm một ₫ại lượng ₫o © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 27 Hai cấu trúc cơ bản Cấu trúc kinh ₫iển (cấu trúc nối... ổn ₫ịnh một quá trình không ổn ₫ịnh © 2004, HOÀNG MINH SƠN Ứng dụng chủ yếu: © HMS — Các bài toán ₫ơn giản, quá trình pha cực tiểu, yêu cầu chất lượng không cao — Kết hợp với ĐK phản hồi nhằm cải thiện tốc ₫ộ ₫áp ứng của hệ kín: Bù nhiễu ₫o ₫ược (chủ yếu là bù tĩnh), lọc trước (tiền xử lý) tín hiệu chủ ₫ạo — Điều khiển tỉ lệ (mục 3.5) Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 15 Các bước thiết... GK 1 ⇒e ≈0 © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 23 Các vấn ₫ề của ₫iều khiển phản hồi Một vòng ₫iều khiển kín chứa một ₫ối tượng ổn ₫ịnh cũng có thể trở nên mất ổn ₫ịnh Điều khiển phản hồi cần bổ sung các cảm biến Nhiễu ₫o có thể ảnh hưởng lớn tới chất lượng ₫iều khiển (₫ể ý số hạng cuối cùng trong biểu thức 3.13 và 3.14) => cần có phương pháp lọc nhiễu, xử lý số liệu ₫o tốt © 2004,... Ví dụ ₫iều khiển mức: © 2004, HOÀNG MINH SƠN — Khâu truyền thẳng: bù nhiễu — Khâu phản hồi: ổn ₫ịnh hệ thống và triệt tiêu sai lệch tĩnh © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 25 3.4 Điều khiển tầng (cascade) Đặt vấn ₫ề: Tác ₫ộng của nhiễu với các quá trình chậm (nhiệt ₫ộ, mức và nồng ₫ộ) hoặc có trễ lớn => các vòng ₫iều chỉnh ₫ơn khó mang lại tốc ₫ộ ₫áp ứng nhanh cũng như ₫ộ quá ₫iều... một bộ ₫iều khiển phản hồi tốt nếu như không có một mô hình tốt © HMS Với một số quá trình có ₫áp ứng ngược hoặc có trễ (hệ pha không cực tiểu), một bộ ₫iều khiển phản hồi ₫ược thiết kế thiếu thận trọng thậm chí có thể làm xấu ₫i ₫ặc tính ₫áp ứng Bộ ₫iều khiển phản hồi ₫áp ứng chậm với nhiễu tải và thay ₫ổi giá trị ₫ặt Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 24 Kết hợp với sách lược truyền... G(0)−1 = 1 Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 11 © 2004, HOÀNG MINH SƠN © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 12 Phân tích chất lượng (tiếp) f) Mô hình có thời gian trễ hoặc có bậc mẫu số lớn hơn bậc tử số => Bộ ₫iều khiển lý tưởng không có tính nhân quả (non-causal) Ví dụ mô hình ₫ối tượng: G (s ) = 1+s e −s 1 − s + s2 1 − s + s2 s Bộ ₫iều khiển lý tưởng không có tính nhân . SƠN Chương 1Chương 1 13/09/2005 Chương 2 Chương 3: Các sách lược ₫iều khiển Điềukhiển quá trình 2 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển ©. MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS 3.3 Điềukhiển phảnhồi  Ví dụ: Điềukhiển quá trình trao ₫ổinhiệt  Nguyên lý ₫iềukhiển: Điềuchỉnh