Tổng hợp hệ thống điều khiển số nhiều tầng với đối tượng công nghiệp

Bài viết Tổng hợp hệ thống điều khiển số nhiều tầng với đối tượng công nghiệp được nghiên cứu với mục tiêu là tìm một phương pháp tổng quát và hiệu quả để tổng hợp hệ thống điều khiển số nhiều tầng phù hợp với những thay đổi bất định vốn tiềm tàng ở trong nó.

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) TỔNG HỢP HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỐ NHIỀU TẦNG VỚI ĐỐI TƯỢNG CÔNG NGHIỆP SYNTHESIS OF DISCRETE CASCADE CONTROL SYSTEM WITH INDUSTRIAL OBJECT TS Võ Huy Hoàn Đại học Điện lực Ngày nhận bài: 12/08/2021, Ngày chấp nhận đăng: 14/09/2022, Phản biện: TS Nguyễn Văn Tiềm Tóm tắt: Ngày có nhiều phương pháp để tổng hợp cấu trúc tham số cho điều khiển hệ thống điều khiển với đối tượng công nghiệp Nhưng phương pháp thường tập trung tính tốn cho hệ thống điều khiển tầng, đó, hệ thống điều khiển công nghiệp thường hệ thống nhiều tầng Một vấn đề lớn mà người kỹ sư hiệu chỉnh hệ thống điều khiển công nghiệp thường gặp phải tính bất định đối tượng, làm cho thơng số hệ thống thay đổi, dẫn tới chất lượng thay đổi theo xu hướng xấu sau thời gian hoạt động, nên cần phải chỉnh định lại thơng số đó, để hệ thống làm việc đạt chất lượng yêu cầu Vì thế, báo trình bày phương pháp tổng hợp để tính tốn hệ thống điều khiển cho đối tượng công nghiệp bất định Từ khóa: Đối tượng bất định; tối ưu; bền vững; quán tính; dự trữ ổn định; đặc tính tần số Abstract: Nowadays, there are many methods for synthesizing structure and parameters for controllers in control systems with industrial objects But the methods often focus computation for single-stage control systems, while industrial control systems are often multi-stage systems One of the big problems that the control system calibration engineer in the industry often encounters is the uncertainty of the object, it causes the system parameters to change, leading to the quality change according to the trend bad after a period of operation, it is necessary to re-adjust that parameter, so that the system works with the required quality Therefore, this paper presents a general method to calculate the control system for the uncertain industrial object Keywords: Uncertain object; Optimal; robust; inertia; stable reserves; frequency characteristics ĐẶT VẤN ĐỀ Như ta biết, từ trước tới có nhiều phương pháp thiết kế hiệu chỉnh hệ thống điều khiển, phương pháp thiết kế ZieglerNichols [6], Benjamin C Kuo [7], Kalman R.E [8], Morari M., Zafiriou E [9], …, phương pháp thường tập trung giải tốn tính tốn thơng số hiệu chỉnh cho hệ thống điều khiển có tầng Trong đó, cơng nghiệp có khơng hệ thống điều khiển hệ thống nhiều tầng, chẳng hạn hệ thống điều khiển mức nước bao hơi, hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt, hệ thống điều khiển trình cháy, hệ thống điều khiển tốc độ tua bin, hệ thống điều khiển kích từ nhà máy điện, … chúng hệ thống điều khiển nhiều tầng Vấn đề đặt là, toán thiết kế hiệu chỉnh hệ thống nhiều tầng công nghiệp thiết thực, phát triển lý thuyết điều khiển nhiều năm qua có tác động đến thực tiễn sản 54 xuất Thiết bị điều khiển điều chỉnh theo kinh nghiệm dựa sơ đồ điều chỉnh cải tiến từ luật điều chỉnh ZieglerNichols đề xuất từ năm 1940 Các vấn đề phức tạp chủ yếu giải thí nghiệm mơ ngẫu nhiên nghiên cứu điển hình Nhìn lại trình thấy rằng, kỹ thuật chưa giải triệt để vấn đề phức tạp làm cho người kỹ sư thường phải mày mị, chỉnh định theo kinh nghiệm để tìm kiếm thơng số hệ thống Cách làm thường nhiều thời gian thơng số tìm không làm cho hệ thống ổn định bền vững, chất đối tượng công nghiệp bất định phụ tải mơi trường xung quanh chúng thay đổi thường xuyên Như vậy, cần phải quan tâm nghiên cứu để có thêm phương pháp tính tốn thơng số cho hệ thống điều khiển cơng nghiệp Số 28 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Mặt khác, lĩnh vực kỹ thuật số đóng vai trị quan trọng hầu hết ngành công nghiệp, chẳng hạn kỹ thuật truyền thông, kỹ thuật đo lường, kỹ thuật điều khiển, v.v chúng áp dụng rộng rãi phát triển cách nhanh chóng, chúng có ưu điểm lớn như: khả xử lý thuật toán linh động, độ chống nhiễu cao, dễ truyền số liệu xa, thuận tiện việc cất giữ xử lý số liệu, v.v Vì vậy, mục tiêu báo tìm phương pháp tổng quát hiệu để tổng hợp hệ thống điều khiển số nhiều tầng phù hợp với thay đổi bất định vốn tiềm tàng Sau trình bày phương pháp tổng hợp hệ thống điều khiển số quan điểm bền vững tối ưu chất lượng cao [1], [2], [3], [4], [5] Giả sử hệ thống điều khiển số có cấu trúc hình1, u(z)-giá trị đặt; -tổ hợp tác động nhiễu; y(z)-đáp ứng hệ thống; 𝑅 (𝑧), 𝑂 (𝑧), 𝐿(𝑧)lần lượt hàm truyền điều chỉnh số tầng 1, đối tượng theo kênh điều chỉnh kênh tác động nhiễu; 𝑅 (𝑧), 𝑂 (𝑧)- hàm truyền điều chỉnh số tầng 2, đối tượng theo kênh điều chỉnh kênh tác động (𝑧) 𝑙à nhiễu; 𝑧 = 𝑒 ; 𝑠 = 𝛼 + 𝑗 ; 𝑤 khâu giữ mẫu bậc khơng Bài tốn đặt là: Với 𝑂 (𝑧), 𝑂 (𝑧), 𝐿(𝑧) biết Hãy xác định cấu trúc tham số điều chỉnh 𝑅 (𝑧), 𝑅 (𝑧) cho tác động nhiễu  độ sai lệch đại lượng y(z) tín hiệu đặt u(z) hệ thống nhỏ Cơ sở phương pháp Ta biết luật điều khiển bền vững tối ưu chất lượng cao [1], [2], [3] có cấu trúc 𝑎𝑧 R(z) = 𝑊Đ 𝑧−1 = Trong 𝑎 = Đ (𝑧) 𝑊Đ (  =𝑊 𝑂 (s) = ( ) ( ) ) khiển;  thời gian trễ; a0, a1, ,am, b1, b2, ,bn hệ số; s-toán tử Laplace, ztoán tử rời rạc Đ (𝑧) Ta đưa vào khái niệm số dao động ( ) 𝑧 (1) ; mềm Chỉ số dao động mềm định nghĩa [3], [4]: 𝑚 =𝑚 1−𝑒 (2) (𝑧)𝑂(𝑧), = = ( ) phần phân thức hàm truyền mô tả đối tượng công nghiệp [1], O(s) = Wo(s) hàm truyền đối tượng điều e-s.OPT(s) = (n-là số nguyên đương), e-nTs.OPT(s), =nT (3) T chu kỳ cắt mẫu,  tần số, O(Z) chuyển đổi Z O (s) | | ⁄(𝛼|𝜔|), 0, (4) đó, m0=const – giá trị đầu, có ý nghĩa số dao động kinh điển [5];  – hệ số mềm hóa, thường chọn  = 0,2;  – thời gian trễ đối tượng Giả sử, si =i +ji (i0) nghiệm đa thức đặc tính hệ thống điều khiển bền vững tối ưu [1], [2] nghiệm phương trình đặc tính ln có i