Giáo trình điều khiển các quá trình công nghệ phần 1

NGUN VĂN CHI Giáo trình ĐIỀU KHIỂN CÁC Q TRÌNH CỒNG NGHỆ Mchols Chart Time (seconds) Open-Loop Phase (deg) \~T~7 NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT NGUYỄN VĂN CHÍ GIÁO TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CÁC Q TRÌNH CƠNG NGHỆ ( D ù n g ch o c h u y ê n n g n h K ỹ th u ậ t đ iê u k h iể n ) N H À XU Ấ T BẢN KH O A H Ọ C VÀ K Ỹ TH U Ậ T LỜI NĨI ĐẦU Đicu khiến q trình cơng nghệ lĩnh vực úng dụng lý thuyẽt kỹ thuật điều khiến cho toán trinh cơng nghệ, điên hình cơng nghệ chế biến, liên quan đến vấn đề biến đối tính chất hóa lý ngun nhiên liệu đê’ tạo sản phấm Điều khiến q trình cơng nghệ toán kiếm soát biến đổi khối lượng, lượng thành phần cùa nguyên nhiên liệu đế tạo thành sán phấm Ngày điều khiển trình cơng nghệ sản xt đóng vai trị quan trọng việc nâng cao suất, chãt lượng giám thiếu sừ dụng nhân công lao động, bãt nhà máy sản xuất công nghiệp không thê hoạt động thiếu hệ thõng điOu khiến bin Đê giúp cho sinh viên ngành Kỹ thuật điều khiến Tự động hóa nắm kiến thức quan trọng cúa tốn điều khiến q trình, giáo trình đề cập đến vãn đề quan trọng như: Các phân từ bán, sơ đ'ô chức năng, lưu đồ công nghệ cùa hộ thõng diều khiến q trình cơng nghệ; Các mơ hình số q trình xây dựng định luật báo toàn khối lượng, lượng thành phần; Cách xây dựng mơ hình tuyến tính điêVn làm việc m ột trình phục vụ cho tốn thiết kế hệ thõng điều khiến Từ đến áp dụng sách lược điều khiến cần thiết cho hệ thống như: điều khiến phản hoi, điều khiến truyền thẳng, điều khiến tỷ lệ, điều khiến tâng, điều khiên lãn át lựa chọn cách thiết kế điều khiên phục vụ cho sách lược đicu khiên Đê dễ dàng tiếp cận hcm, giáo trình giới thiệu điều khiển q trình cho số tốn điên hình như: điều khiến trình nồi hơi, điều khiến trình sản xuất giấy, điều khiến trình gia cơng d'âu mỏ điều khiến q trình sán xuất xi măng Đối với trình, giáo trình lựa chọn số toán điều khiến tiêu biếu đê’ áp dụng, từ xây dựng mơ hình phi tuyến dựa định luật báo tồn, tuyến tính hóa mơ hình điềm làm việc cân sau dó lựa chọn sách lược điêu khiên thiẽt kế điều khiũn Các toán thiết k ế minh họa nhiêu ví dụ, ví dụ thực mơ Matlab/Simulink đoạn code, sinh viên tự thực hiộn lại làm tập cuối chương tự học, công cụ thiết kế có sẵn Matlab giói thiệu giúp sinh viên thuận tiện hom trinh thiết kế mơ phơng Với nội dung giáo trình bố cục gồm 07 chương là: Chương trinh bày khái niệm điều khiến tự động trình công nghệ, mô tả chức hộ thõng lưu đ'ô công nghệ, lun đồ P&ID sơ đồ chức hệ thống Chương có nội dung xây dựng mơ hình q trình từ thiết lập mô hinh dựa định luật vật lý, định luật bảo tồn Cách tuyến tính hóa mơ hình điếm làm việc đê nhận mơ hình tuyến tính q trình nhằm phục vụ cho toán thiết kế sách lược điều khiến điều khiè’n(iíi?y vãn đê sinh viên lúng túng thực hiện) Cuối chương số mơ hình bao gồm mơ hình cùa q trình bon chứa, mơ hình truyền nhiệt, mơ hình khuấy trộn v.v Các mơ hình xây dựng từ mơ hình vi phân đến mơ hình tuyến tính thơng qua ví dụ kết thực cách viết code Matlab Simulink Chương nói số sách lược điều khiển điều khiển phản hồi, điều khiển truyền thẳng, điều khiến tỷ lệ, điều khiến tầng, điều khiến phần vùng, điều khiển lấn át lựa chọn Mỗi sách lược điều khiển có ví dụ minh họa Chương trình bày điều khiến trình nồi hơi, từ xây dựng mơ hình đến tốn điêu khiốn tiêu biếu điều khiến áp suất lò, điều khiến áp suất mức bao hơi, điều khiển lun lượng nhiên liệu khơng khí Nội dung chương điều khiến q trình sản xuất giấy toán tiêu biêu điều khiến độ ấm giấy thơng qua tốn điều khiển áp suất lơ sấy điều khiển lượng khí thổi vào buồng sấy Chương có nội dung tập trung tốn xây dựng mơ hình điều khiển cho tháp chưng cất bao gồm: điều khiển áp suất tháp, điều khiến mức tháp điều khiến cho dòng nạp nguyên liệu vào tháp Sách lược điều khiển hệ MIMO áp dụng thơng qua tốn điều khiến tách kênh cho mơ hình tháp chưng cất Chương trình bày số tốn điều khiến điên hình trình sản xuất xi măng tốn điều khiển tý lệ phối liệu tổng liệu, điều khiến trình nghiền nguyên liệu điêu khiến lị nung Clinke Trong q trình biên soạn giáo trình tác giả nhận nhiều đóng góp giúp đờ từ phía Bộ mơn Đo lường Điều khiến, Khoa Điện tử, Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Ngun gia đình, tác giả xin gửi tới họ lời cảm ơn chân thành Giáo trình có hạn chế định mặt nội dung hình thức lân xuất này, tác giả mong muốn nhận góp ý bạn đồng nghiệp sinh viên để tiếp tục bổ sung hồn thiện Mọi góp ý xin gửi tới: TS Nguyễn Văn Chí Bộ mơn Đo lường Điều khiển, Khoa Điện tử Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyền Email: ngchi@tnut.edu.vn Thái Nguyên, tháng 10 năm 2016 M Ụ C LỤC K hái n iệm đ iều k h iể n tự động q trìn h cơng nghệ 1.1 Khái niệm hệ thống điều khiến tự động q trình cơng nghệ 1.2 Một số ví dụ q trình cơng nghệ 1.3 Chức hệ thống điều khiển tự động q trình cơng nghệ 1.3.2 1.3.3 Cấu true hệ thống điều khiến tự động quản lý q trình cơng nghệ Khái niệm hệ thống điều khiến quản lý sán xuất 1.4 Các phân tử hệ thống q trình 1.5 Mơ tả chức hệ thống 1.5.1 Lưu đồ công nghệ 1.6 1.7 Sự cần thiết điều khiến tự động q trình cơng nghiệp 1.3.1 15 16 1.5.2 Ký hiệu phần tử hệ thống 17 1.5.3 Lưu đồ P&ID 22 1.5.4 1.5.5 Sơ đồ chức Các vẽ thi công 24 26 Nguồn cung cấp lượng cho hệ thống thiết bị điều khiển 27 1.6.1 Nguồn cung cấp điện 27 1.6.2 'Nguồn Cling cấp khí rtẻn 28 Câu hỏi tập 30 M h ìn h m ột số trình 2.1 Bậc tự hệ thống 35 2.2 Mơ hình tốn học q trình 39 2.2.1 39 Các cách tiếp cận mơ hình 2.2.2 Các biến trạng thái phương trình trạng thái 2.2.3 Các quan hệ trung gian mơ hình tốn học 2 Thịi gian trễ 2.3 Mơ hình hàm truyền trình 40 45 45 46 2.4 Quá trình kiểu trỏ 53 2.5 Quá trình kiểu dung 54 2.6 2.7 2.8 2.9 Quá trình tổ hợp trình kiểu trở dung 55 2.6.1 Quá trình thịi gian 56 2.6.2 Q trình nhiều số thời gian 57 2.6.3 Quá trình bậc 58 2.6.4 Q trình bậc hai 61 Q trình có thời gian chết trễ vận chuyển 62 Tuyến tính hóa mơ hình phi tuyến 63 2.8.1 Phương pháp 63 2.8.2 Sử dụng hàm linmod 65 Mơ hình cùa số q trình 69 2.9.1 Mơ hình q trình khuấy trộn chất lịng đẳng nhiệt 69 2.9.2 Mơ hình q trình khuấy trộn khơng đẳng nhiệt 73 2.9.3 Mơ hình q trình gia nhiệt có khuấy trộn 76 2.9.4 Mơ hình bồn phản ứng khuấy trộn liên tục 83 V 2.9.5 Mơ hình hệ thống mức chất lỏng 86 2.9.6 Mơ hình trao đổi nhiệt chất lỏng 88 2.9.7 Mơ hình trao đổi nhiệt hoi 92 2.9.8 Mơ hình trao đổi nhiệt có trễ 97 2.9.9 Mơ hình q trình phản ứng hai pha 103 2.9.11 Mơ hình hệ thống thủy lực 105 2.10 Câu hỏi ôn tập tập 3.1.1 3.1.2 3.1.3 111 Điều khiển ON-OFF 113 Điều khiên ba thành phần - điều khiến PID 119 3.1.2.1 Các cấu trúc điều khiển PI 122 3.1.2.2 Các cấu trúc điều khiển PID 125 3.1.2.3 Chuyến đổi cấu trúc điều khiểnPID 132 3.1.2.4 Hiện tượng bão hịa tích phân cách khắc phục -Anti windup 134 3.1.2.5 Thực thi điều khiến PID analog 137 3.1.2.6 Thực thi điều khiển PID số 141 3.1.2.7 Bộ điều khiển PID khí nén 142 3.1.2.8 Chinh định tham số điều khiển PID 146 3.1.2.9 Điều khiển PID cho q trình có trễ lớn 175 3.1.2.10 Thiết kế điều khiến mờ dựa tham số điều khiến PID 181 Các ưu điếm nhược điếm điều khiển phản hồi 182 3.2 Sách lược điều khiển truyền thẳng 183 3.2.1 Khái niệm điều khiển truyền thẳng 183 3.2.2 Vai trò điều khiển truyền thẳng 186 3 K c t hẹrp cticu k h iể n t r u y ề n t h ắ n g v đ ỉc u k h iể n p h ả n h i 18 3.3 Sách lược điều khiến tỷ lệ 192 3.3.1 Điều khiển tỷ lệ dựa sai lệch so với tỷ lệ đặt 192 3.3.2 Điều khiến tỷ lệ dựa sai lệch dịng kiểm sốt 193 3.3.3 So sánh hai cấu hình điều khiến tỷ lệ 193 3.3.4 Những khó khăn điều khiển tỷ lệ 194 3.3.5 Điều khiển tỷ lệ kết hợp điều khiển phản hồi 197 3.4 Điều khiển tầng 198 3.4.1 Khái niệm điều khiển tầng 198 3.4.2 Ưu nhược điếm điều khiển tầng 200 3.5 Sách lược điều khiển lần át điều khiển lựa chọn vi 106 M ộ t số sách ỉược đ iều k h iể n b ản 3.1 Sách lược điều khiển phản hồi 101 2.9.10 Mơ hình hệ thống khí nén 203 3.5.1 Điều khiển lấn át 203 3.5.2 Điều khiển lựa chọn 205 3.6 Điều khiến phân vùng 205 3.7 Câu hỏi ôn tập tập 208 Đ iều k h iển trìn h n i 4.1 Khái niệm nồi 211 4.2 Các thành phần nồi 215 4.3 Mô hình trình nồi 4.3.1 Các phương trình cùa trình nồi 4.3.1.1 4.3.2 4.4 Các phương trình cân 220 4.3.1.2 Phân bố bao hơivà ống lên 222 Mơ hình q trình nồi hcri 223 4.3.2.1 Lựa chọn biến trạng thái 4.3.2.2 Động học nước áp suất nồi 223 223 4.3.2.3 Động học ống lên 223 4.3.2.4 Động học bao 223 4.3.2.5 Mơ hình dùng đế điều khiến 224 Các hệ thống điều khiến cho nồi 234 4.4.1 Hệ thống điều khiến áp suất lò 234 4.4.2 Hệ thống điều khiến áp suấttrong bao 4.4.3 Điều khiển mức nước bao 4.4.4 Điều khiển lượng nhiên liệu không khí 4.4.5 Điều khiển đầu 4.5 Câu hỏi ôn tập tập 217 219 238 239 244 250 251 Đ iều k h iển trìn h sản xu ất giấy 5.1 Tổng quan trình sản xuất giấy 253 5.2 Cấu hình cùa lô sấy công đoạn sấy khô 257 5.3 Hệ thống nước ngưng 257 5.4 Mạch vòng điều khiên độ ẩm 259 5.5 Mơ hình áp suất lơ sấy 263 5.5.1 263 5.6 Mơ hình vật lý lơ sấy 5.5.2 Nhận dạng mơ hình áp suất 269 Điều khiến áp suất hệ thống sấy 271 T h ỉ ế t k ể b ộ đ tè u k lilể n r i D t h o m ự d t v ù n g đíGu d iỉid i ấị> s u ấ i ltu l c h o m ộ i n h ổ m o 271 5.6.2 Ôn định điều chinh áp suất điều khiển ổn định độ ẩm giấy kết hợp điều khiến Feedback Feedforward 5.7 278 5.6.3 Điều khiên áp suất lô sấy sử dụng sách lược phản hồi trạng thái 281 Điều khiến độ ẩm trình sấy 283 5.7.1 Mơ hình q trình sấy 5.7.2 Mơ hình q trình thổi khí 284 286 5.7.3 Phương pháp điều khiến độ ẩm thông qua điều khiến áp suất lơ sấy dùng mơ hình nội 287 5.7.4 Phương pháp điều khiến độ âm dùng sách lược điều khiến dải - Mid-Ranging 5.8 5.7.4.1 Sách lược điều khiển dải - Mid-Ranging 5.7.42 Điều khiến ổn định độ ấm giấy sử dụng phương pháp Mid-Ranging Câu hỏi ôn tập tập 290 290 292 296 Đ iều k h iển trìn h gia n g d ầu mó 6.1 Tống quan trinh gia công dâu mỏ 299 6.1.1 Chưng cất đơn giản 302 6.1.2 Chưng cất phức tạp 303 vii 6.2 6.3 Mơ hình q trình chưng cất 305 6.2.1 Mơ hình bậc đơn giản 308 6.2.2 Mơ hình nhiều bậc lý tưởng 314 Các cấu hình điều khiển tháp chưng cất 317 6.3.1 Điều khiển thành phần sản phẩm đinh sản phẩm đáy 317 Điều khiển áp suất tháp chưng cất 319 6.3.2 6.4 6.5 6.3.2.1 Điều khiển lưu lượng nước làm mát 319 Ó.3.2.2 Điều khiển nhiệt độ làm lạnh 320 Ó.3.2.3 Giảm nhiệt độ ngưng tụ 321 Ó.3.2.4 Sử dụng hai điều khiến áp suất 321 Ó.3.2.5 Sừ dụng điều khiển mid ranging 322 6.3.3 Điều khiến mức tháp 6.3.4 Điều khiến Feedforward cho dòng nạp nguyên liệu vào tháp Thiết kế điều khiến cho tháp chung cất 328 329 6.4.1 Mơ hình hóa mối tương tác hệ MIMO 329 6.4.2 Xác định cặp đôi biến điều khiển biến điều khiển 336 6.4.2.1 Phương pháp dùng ma trận hệ số khuếch đại tương đối 336 Ĩ.4.2.2 Phương pháp phân tích giá trị suy biến 339 6.4.3 Chinh định điều khiến PID cho tháp chưng cất 341 6.4.4 Điều khiển tách kênh cho tháp chưng cất 345 Câu hỏi ôn tập tập 349 Đ iều k h iển trìn h sản xu ất xi m ăng 7.1 Tổng quan chung trình sản xuất xi măng 351 7.2 Hệ thống điều khiển tự động sản xuất xi măng J54 7.3 7.4 7.5 7.2.1 7.2.2 Hệ thống tủ điều khiển Các thiết bị đo điều khiến 355 356 M y t ín h đ iề u k h iể n 357 7.2.4 Các toán điều khiển quan trọng nhà máy xi măng 7.6 357 Điều khiến tỷ lệ phối liệu tổng liệu 358 7.3.1 Điều khiển định lượng cân băng 358 7.3.2 Điều khiển định lượng cân rotor 362 7.3.3 Điều khiển phối hợp nhiều thành phần Điều khiển trình nghiền ngun liệu 366 368 7.4.1 Mơ hình q trình nghiền 370 7.4.2 Nhận dạng tham số mô hình nghiền 373 7.4.3 Thiết kế điều khiển PID bền vững cho q trình nghiền 373 Điều khiến lị nung dinke 7.5.1 378 Lò nung clinke 378 7.5.2 Các hệ thống điều khiến lò nung clinke 379 7.5.3 Mơ hình q trình truyền nhiệt lị nung clinke 381 7.5.4 Điều khiến nhiệt độ lò nung clinke 385 Câu hỏi ôn tập tập T i liệ u tham kh ảo viii 323 586 587 Một số sách lược điều khiến a) Mô tả trình Hình 3-97 Điêu khiển cho trình trao đối nhiệt trực lưu Phương trình thứ hai cho ta sách lược điêu chinh tỷ lệ, phư ơng trình thứ n hâì có t h í dùng đìéu khiển phản đ ể trì F cách diêu chinh Fĩ, k hi đ ố ta coi nhiễu ỉà Fi Sách lược điêu khiển m inh họa Hình -97 b Ví dụ 3-31 Ví dụ sừ dụng khâu pha trộn, già thiẽl ■— 4s + Quá trình Đầu Đầu Hinh 3-110 Sách lược điêu khiển lãn át cho q trình có Imi vịng điêu khiển Ta lấy ví dụ hệ thống điều khiển bơm chất lóng khịi bồn chứa đ ế đưa đến trinh sản xuất đê’ m inh họa cách làm việc sách lược điều khiến lấn át Hình 3-111 Máy bơm điều khiển động co điện nhằm trì dịng chất lỏng dầu vói m ột áp suất số m ong muốn Hình 3-111 bên trái dùng m ột điều khiến áp suất, áp suất thấp áp suất m ong muốn điều khiển PIC tăng tốc độ động ngược lại Tuy nhiên thực tế m ức nước bồn chứa (hoặc cạn), lưu lượng chất lịng thấp 203 Một số sách lược điều khiểrt bàn có tượng máy bơm chạy khơ, điều khiển áp suất đưa tín hiệu điều khiến bơm lớn nhất, gây nguy hại, tốn lượng điện có thê’ hỏng bơm Đê’ giải vấn đề Hình 3-111 bên phải ta đưa thêm m ột m ạch vòng điều khiến mức, mạch vịng nhằm trì mưc bồn chứa m ức an toàn Như ta có hai mạch vịng điều khiển mạch vịng điều khiển mức m ạch vòng điều khiển áp suất, đ ế sử dụng m ạch vòng điều khiến ta sử dụng sách lược điều khiến lấn át với chuyên mạch mức thấp, động bơm nhận tín hiệu điều khiến tương ứng với tín hiệu điều khiển thấp số hai tín hiệu điều khiển áp suất mức Hình 3-111 Sách lược điêu khiến lãn át cho trình điêu khiển bơm chẩi lỏng Bộ điều khiên m ức có giá trị đặt tương ứng với giá trị m ức thấp bồn chứa có thê’ chấp nhận cho vận hành an toàn, m ức thấp giá trị điều khiến m ức điều khiển động chạy chậm lại điều khiển áp suất m uốn tăng tốc độ động bom, hay ta nói điều khiên m ức lãn át b ô điều khiến áp su ấ t hay nhu cầu bào vệ an toàn cho bơm cao nhu cầu đảm báo áp suất chất lỏng Trong thực tế đê’ an toàn người ta cải tiến hai m ức bảo vệ cách thêm vào m ột khâu báo động m ức thấp, giá trị m ức báo động cho khâu cài đặt thấp m ột chút so với giá trị đặt cúa điều khiển mức, m ức thấp giá trị khâu báo động lệnh ngắt máy bơm hoàn toàn M ột yêu cầu quan trọng sách lược điều khiển lấn át phải kiếm soát tượng bão hịa tích phân, già thiết thời điểm điều khiển chọn đê’ điều khiển bơm, điều khiên có thành phần tích phân có xu hướng tiến tói bão hịa tác động điều khiển khơng nối với cấu chấp hành, đến thời điểm điều khiến chọn tác động thành phần tích phân nhằm đưa sai lệch khơng khơng cịn tác dụng (ĩiì thành phatí tích phân đ ã bão hòa), phải m ột khoảng thời gian đ ể điều khiển sửa lại tác động thực khơng chọn Đ ế khắc phục cần có khâu reset lại thành phần tích phân điều khiến chọn 204 3.5.2 Điêu khiến lựa chọn Điều khiến lựa chọn thực cho trình m có nhiều đầu vào có đầu ra, đầu vào ảnh hưởng đến đầu lựa chọn đầu vào phù hợp cho điêu khiển toán đàm bào mặt kỹ thuật, giới hạn an toàn hệ thống lựa chọn tối ưu giá trị điều khiển Cấu trúc điều khiển lựa chọn Hình 3-112 Khâu lựa chọn tín hiệu phàn hồi Hình 3-112 Sách lược điêu khiến lựa chọn Một ví dụ m inh họa cho điều khiển lựa chọn trình làm mát cho hệ thống phản ứng , chất phán ứng vào lị phản úng tạo thành sản phẩm đầu tỏa nhiệt, sản phẩm đạt chất lượng cần trì nhiệt độ lị phán ứng số, đê’ làm mát người ta đưa chất làm mát chạy quanh thành lò, lưu lượng nưóc làm mát điều khiển van, có cám biến đo nhiệt độ điếm khác nhau, qua chuyển m ạch đưa tói điều khiển nhiệt độ đế điều khiển van nước làm mát 3.6 Đ iều khiến phàn vùng Điều khiển phàn vùng (split-range control) điều khiến hay sử dụng q trình cơng nghiệp điều khiến áp suất, điều khiến nhiệt độ điều khiến lưu lượng, điều khiển phân vùng sứ dụng đê’ điều khiển vận hành ỡ hai ch ế độ Ví dụ điều khiển tri nhiệt độ bồn chứa với hai chế độ điều khiển làm lạnh điều khiến làm nóng (gia nhiệt), nhiệt độ thấp nhiệt độ mong muốn trước hết van làm lạnh đóng lại van gia nhiệt mờ, nhiệt độ bồn cao nhiệt độ mong muốn van gia nhiệt 205 Một số sách lược điều khiển co khóa van làm lạnh mờ Nói cách khác điều khiến phân vùng sử dụng đê’ điều chinh hai van điều khiển đê’ kiếm sốt q trình dải làm việc rộng, m ột van sử dụng điều khiến vùng làm việc thấp giới hạn m ột van dùng để điều khiến vùng cao giới hạn Ví dụ sau m inh họa điều khiến phân vùng cho m ột q trình cơng nghiệp Giả thiết có m ột q trình vận chuyển khí (gas) thơng qua m ột đường ống rẽ hai nhánh để cấp cho nhà máy m ột nhánh giảm áp {flare) Hình 3-114 sau: - ề b fcl'picN nSỆ2 pt\ Nhà may " • H I Giàm áp ► Hình 3-114 Điêu khiến q trình vận chuyển khí điêu khiến phân vùng Van A dùng đê’ điều chinh áp suất đâu đường ống PT 02 điều khiến PIC 02, áp suất cuối đường ống điều chinh bói điều khiên PIC 01 thơng qua việc đóng m van B c điều khiển PIC 011 PIC 012 Khi áp suất đầu đường ống tăng lên, van A m tăng lên đế giảm áp suất, ngược lại áp suất giảm van A đóng bớt lại nhằm tăng áp suất đầu đường ống lên Trong hai trường hợp van B c điều chinh theo đ ế tri áp suất cuối đường ống PI 01 điều khiên phân vùng PIC 01 Khỉ áp suẩt PT 01 cao, PIC 01 m van Đ đô’ cấp khí đến nhà máy 1, Vứn Đ m h ữ cỡ mà áp suất cao, PIC 01 m van c đ ể đưa qua phần giảm áp đê’ điều khiến áp suất PT 01 Mặt khác áp suất PT 01 thấp giá trị mong muốn, PIC 01 đóng dần van c có thê’ đóng dăn van B đến áp suất PT 01 đạt mong muốn Bài toán mớ rộng thêm hệ thống cấp khí đơi lại phải cấp cho nhà máy thông qua van D, van D vận hành hai ch ế độ m hoàn toàn đóng hồn tồn khơng điều khiến hình vẽ, toán lại cần phải tri áp suất PT 01 van D đóng PT 02 van D mở Sách lược điều khiển phân vùng gặp phải hai m ục tiêu điều khiến khó khăn Khi van D m khí chuyến qua nhà máy 2, người vận hành phải điều chỉnh áp suất tay cho đạt lưu lượng FT 03 m ong m uốn nhà máy Đây khó khăn trì lưu lượng khí đến nhà máy 2, ví dụ đầu vào áp suất cúa tới nhà máy thay đổi sinh thay đổi lưu lượng áp suất PT 01 đám báo Do cần người vận hành phái luôn điều chỉnh đ ể trì lưu lượng FT 03 chi sử dụng điều khiến phân vùng PIC 01 đ ế điều khiển lưu lượng 206 Đê’ giái vấn đề người ta sừ dụng điều khiển phân vùng kép (Dual split range control) Hình 3-115 Hình 3-115 Diêu khiến trình vận chun khí điêu khiển phân vùng kép FIC 03 điều khiển phân vùng lưu lượng PHS 011 chuyên mạch đê’ lựa chọn hai điều khiển phân vùng áp suất hay điều khiến phân vùng lưu lượng Khi van D đóng, q trình dùng sách lược điều khiển phân vùng áp suất giống trên, van D mở, trinh dùng sách lược điều khiển phân vùng lưu lượng đê’ đảm bảo lưu lượng mong m uốn tới nhà máy Khi lưu lượng FT 03 nhò lưu lượng đặt, FIC 03 trước hct đóng tí.ìn van c , đóng het van c mà vân chưa đù lưu lượng BÕ tiếp tục đóng dần van B đến lưu lượng FT 03 đảm bảo giá trị m ong muốn Đ ể chuyên đối trơn tru điều khiển phân vùng áp suất điều khiển phân vùng lưu lượng tránh nguy hại có thê’ van D đóng đột ngột bới tín hiệu trip từ nhà máy cần có điều khiển logic đ ể thiết lập giá trị áp suất giá trị lưu lượng cho điều khiến lúc vận hành ban đầu, ví dụ cần chuyến m ạch từ điều khiển phân vùng lưu lượng sang điều khiến phân vùng áp suất, điều khiển áp suất PIC 01 phải đặt giá trị vận hành ban đâu theo công thức sau: In t.P IC o p = 100-1 FIC 03.O P + F T ° i ; PV 100 { M FR ) (3.132) với Iut.PIC01.op, FIC03.OP lăn lượt giá trị vận hành ban đầu cùa điều khiển phân vùng áp suất điêu khiến phân vùng lưu lượng, FT03.pv giá trị lưu lượng tới nhà máy 2, MFR lưu lượng lớn Đồ thị độ mở van A, B, c ( từ đến 100) van D (0 100%) 207 Một số sách lược điều khiến tưcmg ứng vói hai trường hợp điều khiển phân vùng áp suất điều khiển phân vùng lưu lượng mô tả Hình 3-116 Đièu khiẻn phần vùng áp suất Đièu khiển phân vùng lưu lượng Hình 3-116 Đồ thị độ mở van điêu khiển phân vùng áp suất điêu khiển phân vùng lưu lượng 3.7 Câu hỏi ôn tập tập Hai sách lược điêu khiến hệ thống điều khiển trình gì? Nguyên lý ưu Tại gọi điều khiến ba thành phần? Tác dụng thành phần gì? Phân tích nêu ưu nhược điểm cấu trúc điều khiển PID, lấy ví dụ minh họa Nêu nhược điểm hai sách lược điều khiển đó? Lấy ví dụ để phân tích? điều kiện đế chuyển đổi cấu trúc điều khiển PID? Hiện tượng bão hịa tích phân gì? Lấy ví dụ? Lấy ví dụ phương pháp khắc phục tượng này, minh họa kết mô Matlab/Simulink Cho hệ thống điều khiển nhiệt độ có biến đầu vào (tín hiệu nhiệt độ) từ đến V, đầu tín hiệu điều khiển mạch TRIAC gia nhiệt có dải làm việc từ đến V Sử dụng điều khiển PID có Kp = 2.4% /% sai lệch, Ki = 9% /(% phút), Kd = 0.7% /(% /phút), tốc độ thay đổi nhanh tín hiệu khoảng s Hãy thiết kế điều khiển PID dùng khuếch đại thuật tốn Mơ thực thiết bị thực So sánh Sử dụng card NI 6008, tốc độ trích mẫu Ksample/s, lập trình thực điều khiển PID số cho điêu khiển câu 5, biết chu kỳ trích mẫu q trình s, chu kỳ tính tốn Matlab T = 0.01 s Cho q trình có mơ hình sau iM L r (5 + 1) g2 « L t (s + l)S (s + 1)3 Hãy thiết kế điều khiển PID (PI) sử dụng thuật toán thiết kế chương này, so sánh đáp ứng hệ kín, phân tích? Hãy xác định mơ hình bậc có trễ xấp xỉ cho mơ hình sau sử dụng thuật tốn xấp xi nêu trong, so sánh mức độ giống chúng sử dụng kỹ thuật phân tích miền tần s ố m iền thời gian 20 Ơ,M = g 2W = 12(az - 3a + 6) (s + l)(s+ 5)(s2 + 3s + 6)(s2 + s + 2) -5s + -0,5, (S + 1)2(«+ 3)3 Thiết kếbộ điều kiến PID cho trinh có trễ sau c,(») (i + l) ( s + l) _ Ị c 2(») -30s (I7 í + 1)(6> + 1) »+ -0.1, C3M = (s+l)(4s + l) 10 Cho trình sấy nguyên liệu (mảnh gỗ) sau: 2.5 ^ FH : 25»+1 Hàm truyền từ lượng thay đổi nhiệt độ sấy vào (°C) độ ẩm đău (%) WTI#(a) - ™ — — e~8 5* 7.5 S+ a Thiết kế điều khiển phản hồi, vẽ lưu đồ P&ID, sơ đồ khối hệ thống, tính tốn tham số điêu khiển PI b Thiết kế điều khiến truyền thẳng, vẽ lưu đồ P&ID, sơ đồ khối hệ thống, tmh toán tham số điều khiến truyền thẳng c Thiết kế điều khiển phàn hồi kết hợp truyền thẳng, vẽ lưu đồ P&ID, sơ đồ khối hệ thống, xác định sai lệch tĩnh hệ nhiệt độ sấy thay đổi lượng 10°c 11 Cho trình điều khiển feedforward thiết kế cho hệ thống gia nhiệt có khuấy trộn hình vẽ T , W- 1Ợ > < T,w 209 Một số sách lược điều khiển Nhiệt độ T điều khiển lun lượng chất làm lạnh qc , nhiễu ảnh hưởng nhiệt độ Tx có thê đo Hãy thiết kếbộ điều khiển feedforward dựa động học trình với già thiết sau đây: a) Tốc độ truyền nhiệt, Q, chất làm lạnh chất lỏng bồn chứa Q = U ( ì + gc ) A ( T - T c ) u, A nhiệt độ chất làm làm lạnh T số b) Bồn chứa giả thiết khuấy trộn lý tường tính chất vật lý cùa chất lỏng giữ nguyên c) Tổn thất nhiệt vào môi trường xung quanh QL = ULAL(T -T a), T nhiệt độ môi trường xung quanh d) Van điều khiến chất làm lạnh giả thiết tuyến tính, nhiên có thời gian trễ mờ T, thời gian trễ từ cảm biến đo gửi đến điều khiển g phụ thuộc vào khoảng cách từ cảm biến đến điều khiển 12 Dùng Matlab/Simulink đế mơ sách lược điều khiến phân vùng Hình 3-115 210 ... q trình phản ứng hai pha 10 3 2.9 .11 Mơ hình hệ thống thủy lực 10 5 2 .10 Câu hỏi ôn tập tập 3 .1. 1 3 .1. 2 3 .1. 3 11 1 Điều khiển ON-OFF 11 3 Điều khiên ba thành phần - điều khiến PID 11 9 3 .1. 2 .1 Các. .. analog 13 7 3 .1. 2.6 Thực thi điều khiển PID số 14 1 3 .1. 2.7 Bộ điều khiển PID khí nén 14 2 3 .1. 2.8 Chinh định tham số điều khiển PID 14 6 3 .1. 2.9 Điều khiển PID cho q trình có trễ lớn 17 5 3 .1. 2 .10 Thiết... điều khiển PI 12 2 3 .1. 2.2 Các cấu trúc điều khiển PID 12 5 3 .1. 2.3 Chuyến đổi cấu trúc điều khiểnPID 13 2 3 .1. 2.4 Hiện tượng bão hịa tích phân cách khắc phục -Anti windup 13 4 3 .1. 2.5 Thực thi điều