Phương pháp thiết kế các bộ điều khiển PI PID để nâng cao sự ổn định bền vững của các quá trình đa biến có thời gian trễ

22 609 0
Phương pháp thiết kế các bộ điều khiển PI PID để nâng cao sự ổn định bền vững của các quá trình đa biến có thời gian trễ

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN PI/PID ĐỂ NÂNG CAO SỰ ỔN ĐỊNH BỀN VỮNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN CÓ THỜI GIAN TRỄ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN PI/PID ĐỂ NÂNG CAO SỰ ỔN ĐỊNH BỀN VỮNG CỦA CÁC QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN CÓ THỜI GIAN TRỄ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG NGUYỄN LUÂN VŨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Tấn Chương Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/08/1988 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 74/17/9 Phan Văn Hớn, P.Tân Thới Nhất, Q12, HCM Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: chuongnguyen55@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 10/2006 đến 10/2011 Nơi học (trường, thành phố): Trường đại học sư phạm kỹ thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí chế tạo máy Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế máy cắt kim loại Truyền động thủy lực III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 03/2011 – 07/2011 DNTN Cơ khí xác Thanh Châu Vận hành máy 07/2011 - Nay Công ty thép Phú Mỹ Quản lý thiết bị i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 09 năm 2014 Người thực Nguyễn Tấn Chương ii LỜI CẢM TẠ Trong trình thực đề tài “Phương pháp thiết kế điều khiển PI/PID để nâng cao ổn định bền vững trình đa biến có thời gian trễ” Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu , Khoa kỹ thuật khí giảng viên Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM giúp đỡ suốt thời nghiên cứu đề tài Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Trương Nguyễn Luân Vũ, thầy giáo trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ Tôi hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ Tôi suốt thời gian học tập Người thực Nguyễn Tấn Chương iii TÓM TẮT Trong hệ thống điều khiển đa vòng lặp, tương tác động vòng lặp kín sử dụng để nâng cao hiệu suất ổn định bền vững, khó để xác định cách xác, có số yếu tố làm cho cho hệ thống không chắn phức tạp Do đó, phương pháp thiết kế nhằm xác định tương tác đề xuất cấu trúc điều khiển PI nhiều vòng lặp Phương pháp kết nối tương tác động vòng lặp kín (mối quan hệ độ lợi- RGA) phân ly tĩnh để giảm trình tương tác thành công RGA có chứa phân ly tĩnh áp dụng cho chế độ điều khiển tích phân, điều có ý nghĩa quan trọng tần số thấp bỏ qua yếu tố tương tác tần số cao, đồng thời yếu tố bù đắp để vượt trội tần số cao Dựa mối quan hệ độ lợitần số phụ thuộc, cân số yếu tố trình tương tác hữu ích để mang lại tương tác lặp vào phép tính làm cho hệ thống điều khiển đa vòng lặp vận hành cách hoàn hảo Phương pháp thiết kế đề xuất đơn giản dễ dàng thực Một số mô hình điều khiển tiếng nghiên cthực để chứng minh đơn giản hiệu phương pháp thiết kế điều khiển đề xuất iv ABSTRACT In multi-loop control system, the closed-loop dynamic interaction can be used to enhance the stable and robust performance but it is difficult to obtain exactly because there are several uncertain factors, which make control system is more complicated Consequently, the new design method is aimed to specify these interactions and propose new design method of multi-loop PI controller The proposed method can connect the closed-loop dynamic interactions (i.e., the relative gain array) and static decoupler for reducing the process interactions successfully The RGA that contains static decoupler can be applied to the integral control mode , which is significant at low frequencies and neglected at high frequencies, the proposed dynamic interaction factor can be compensated for proportional gain, which is predominant at high frequencies In accordance with frequency-dependent relative gain array, the tradeoffs between some factors of process interactions is helped to bring the loop interactions into account that is maked the performance of multi-loop control system more perfectly The proposed method is simple, straightforward and easily implemented in practice Several well-known process models are studied to demonstrate how simplicity and effectiveness of the proposed method v MỤC LỤC Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan .ii Lời cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt x Danh sách bảng xiii Danh sách hình xiv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích đối tượng nghiên cứu 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Tổng quan điều khiển PID 1.5.1 Điều khiển cổ điển 1.5.2 Bộ điều khiển PID 1.5.3 Hệ thống điều khiển đại 1.5.4 Các hệ thống điều khiển điển hình CHƯƠNG 2: CÁC MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNGVÒNG LẶP PI/PID ĐIỂN HÌNH 2.1 Giới thiệu 2.2 Phương pháp Ziegler-Nichols (Z - N) 2.3 Phương pháp điều chỉnh BLT (BLT) CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PI/PID ĐIỂN HÌNH 12 3.1 Phương pháp SAT (Loh, 1993) 12 vi 3.1.1 Vòng lặp kín với chế độ dò tự động liên tục 12 3.1.2 Thiết lập trọng số 13 3.1.3 Những ưu điểm nhược điểm phương pháp SAT 14 3.1.4 Các dạng nghiên cứu 14 3.1.4.1 Ví dụ 14 3.3.4.2 Ví dụ 15 3.2 Điều chỉnh Mp 16 3.2.1 Nguyên tắc điều chỉnh MP 16 3.2.2 Những ưu điểm nhược điểm phương pháp điều chỉnh Mp 17 3.2.3 Các dạng nghiên cứu 17 3.2.3.1 Ví dụ 17 3.2.3.2 Ví dụ 18 3.3 Thiết kế phương pháp độ lợi pha biên đa vòng lặp (Gain and Phase Margin GPM) 19 3.3.1 Nguyên tắc GPM 19 3.3.2 Những ưu điểm nhược điểm phương pháp GMP 21 3.3.3 Các dạng nghiên cứu 22 3.3.3.1 Ví dụ 22 3.3.3.2 Ví dụ 23 3.4 Phương pháp thiết kế đa vòng lặp miền Gershgorin (GB) 24 3.4.1 Nguyên tắc GB 20 3.4.2 Những ưu điểm nhược điểm phương pháp GB 25 3.4.3 Các dạng nghiên cứu 25 3.4.3.1 Ví dụ 26 3.4.3.2 Ví dụ 26 3.5 Các phương pháp điều chỉnh phân tán λ (DLT) 27 3.5.1 Nguyên tắc DLT 27 3.5.2 Những ưu điểm nhược điểm phương pháp DLT 28 3.5.3 Các dạng nghiên cứu 28 vii 3.5.3.1 Ví dụ 28 3.5.3.2Ví dụ 29 3.6 Phương pháp tham số (OPM) 30 3.6.1 Nguyên tắc OPM 30 3.6.2 Những ưu điểm nhược điểm phương pháp OPM 31 3.6.3 Các dạng nghiên cứu 31 3.6.3.1 Ví dụ 31 3.6.3.2 Ví dụ 32 3.7 Chiến lược thiết kế độc lập 33 3.8 Phương pháp Wang (RAIS) 34 3.8.1 Nguyên tắc 34 3.8.2 Những ưu điểm nhược điểm RAIS 35 3.8.3 Các dạng nghiên cứu 35 3.8.3.1 Ví dụ 35 3.8.3.2Ví dụ 36 3.9 Phương pháp Wang (CRPTRO) 37 3.9.1 Những ưu điểm nhược điểm phương pháp CRPTRO 37 3.9.2 Các dạng nghiên cứu 38 3.9.2.1 Ví dụ 38 3.9.2.2 Ví dụ 39 CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÍNH ỔN ĐỊNH BỀN VỮNG CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN 40 4.1 Các tiêu chất lượng 40 4.2 Các tiêu chuẩn tối ưu hóa đáp ứng độ 40 4.3 Phương pháp ổn định bền vững theo giá trị Ms 42 CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TỐI ƯU 45 5.1 Giới thiệu 45 5.2 Phương pháp đề xuất 45 viii 5.2.1 Thiết kế điều khiển PI đa vòng lặp kín dựa việc cân tương tác yếu tố RGA 45 5.2.2 Phân tích hệ thống đa vòng lặp 49 5.2.2.1 Giới hạn trường hợp xấu để cân độ lợi tần số cao 49 5.2.2.2 Các cấu trúc điều khiển lựa chọn cho trình nhiều thời gian trễ 51 5.3 Sự điều chỉnh lại hệ thống điều khiển đa vòng lặp để tăng cường sức mạnh bền vững 52 5.4 Trình tự thiết kế điều khiển PI đa vòng lặp 54 CHƯƠNG 6: MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH VỚI CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐA BIẾN 56 6.1 Các mô hình phương pháp so sánh 56 6.2 Mô so sánh 56 6.2.1 So sánh phương pháp đề xuất với phương pháp mô hình tháp VL 56 6.2.2 So sánh phương pháp đề xuất với mô hình ISPR Chien 59 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT PID Proportional Integral Derivative BLT Biggest Log Modulus DLT The decentralized λ tuning IMC Integral Model Control IAE Integral Absolute Error ISE Integral Square Error ITAE Integral Time Absolute Error MIMO Multi-Input Multi-Output NMP Nonminimum Phase RP Robust Performance RS Robust Stability Ms Maximum Sensitivity SISO Single-Input Single-Output SSV Structured Singular Value SV Singular Value VL Vinante and Luyben WB Wood and Berry ISPR Industrial-Scale Polymerization Reactor RAIS Rational Approximation of the Irational Solutions FOPDT First Order Plus Dead Time Ký hiệu khoa học e(s) Tín hiệu sai số liên tục x Gc(s) Hàm truyền điều khiển Gp(s) Hàm truyền trình xử lý Kc Độ lợi hệ thống điều khiển KP Độ lợi tỷ lệ KI Độ lợi tích phân TI Thời gian tích phân TD Thời gian đạo hàm td Thời gian trễ Thời gian trễ H(s) Hàm truyền vòng lặp kín Lcm Một logarit mô đun vòng lặp đa biến p(s)(P(s)) SISO(MIMO) , biểu diễn mô hình xử lý p = ( ) ( ( )) ( ) (P = ) giả định SISO(MIMO), Mô hình xử lý Tất thông qua phần tử NMP ( ) r(s) Giá trị thiết lập liên tục u(s) Giá trị đặt vào y(s) Giá trị đầu Ký hiệu la mã λ Hằng số thời gian vòng lặp kín (A) Giá trị lớn A (A) Giá trị nhỏ A Thời gian đạo hàm Thời gian tích phân xi Tần số Băng thông vòng lặp kín Chỉ số H Chuyển vị ma trận phức hợp T Chuyển vị Ký hiệu đặc biệt ∀ Với ∋ Sao cho xii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1 Sửa đổi quy tắc điều chỉnh Ziegler-Nichols 25 Bảng 3.2 Thiết lập điều khiển PI cho tháp Wood Berry (bằng phương pháp thiết kế đa vòng sử dụng miền Gershgorin) 25 Bảng 5.1 Tham số điều khiển PI đề xuất với thời gian trễ 49 Bảng 6.1 Kết điều chỉnh theo phương pháp đề xuất PI phương pháp khác phương pháp BLT quy mô công nghiệp với mô hình phản ứng trùng hợp 58 xiii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1 Bước đáp ứng cho tháp WB phương pháp McAvoy Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển đa vòng Hình 2.3 Sơ đồ khối cho phương pháp điều chỉnh BLT 11 Hình 3.1 Thủ thuật điều chỉnh cho hệ thống 2x2 12 Hình 3.2 Các bước đáp ứng cho tháp WB phương pháp SAT 15 Hình 3.3 Các bước đáp ứng cho tháp WW phương pháp SAT 16 Hình 3.4 Đặc tính điển hình hệ thống điều khiển phản hồi 16 Hình 3.5 Các bước đáp ứng WB sử dụng Mp 18 Hình 3.6 Các bước đáp ứng cho tháp WW sử dụng điều chỉnh Mp 19 Hình 3.7 Đồ thị Nyquist mặt phẳng GMGc 20 Hình 3.8 Biểu đồ Nyquist với đường tròn Gershgorin với độ lợi pha biên giao tương ứng với tần số 22 Hình 3.9 Các bước đáp ứng cho tháp WB sử dụng phương pháp GMP 23 Hình 3.10 Các bước đáp ứng cho tháp WW sử dụng phương pháp GMP 23 Hình 3.11 Điểm tối ưu miền Gershgorin 24 Hình 3.12 Bước đáp ứng cho tháp WB sử dụng phương pháp GB 26 Hình 3.13 Bước đáp ứng cho tháp WW sử dụng phương pháp GB 27 Hình 3.14 Các bước đáp ứng cho tháp WB sử dụng phương pháp DLT 29 Hình 3.15 Các bước đáp ứng cho tháp WW sử dụng phương pháp DLT 30 Hình 3.16 Các bước đáp ứng cho tháp WB sử dụng phương pháp OPM 32 Hình 3.17 Bước đáp ứng cho tháp WW sử dụng phương pháp OPM 33 Hình 3.18 Bước đáp ứng cho tháp WB sử dụng phương pháp Wang 36 Hình 3.19 Bước đáp ứng cho tháp WW sử dụng phương pháp Wang 37 Hình 3.20 Bước đáp ứng cho tháp WB sử dụng phương pháp Wang 38 Hình 3.21 Bước đáp ứng cho tháp WW sử dụng phương pháp Wang 39 Hình 4.1 Biểu diễn giá trị Ms 42 xiv Hình 5.1 Hệ thống điều khiển đa vòng lặp 46 Hình 5.2 Ảnh hưởng Mslow IAE 54 Hình 6.1A Đáp ứng vòng lặp kín với bước thay đổi điểm thiết lập cho tháp VL 57 Hình 6.1B Đáp ứng vòng lặp kín với bước thay đổi điểm thiết lập cho tháp VL 58 Hình 6.2A Đáp ứng vòng lặp kín với bước thay đổi điểm thiết lập mô hình ISPR 69 Hình 6.2B Đáp ứng vòng lặp kín với bước thay đổi điểm thiết lập mô hình ISPR 60 xv Chương TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài Với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, tự động hóa đóng vai trò quan trọng việc nâng cao suất chất lượng sản phẩm đồng thời sử dụng hợp lý nguồn lượng, nâng cao đời sống người mục tiêu hàng đầu kỹ thuật Hiện tại, có hệ thống điều khiển đa biến phát triển ứng dụng công nghiệp Một lý cho việc thiếu phương pháp thiết kế phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao, thiếu tính bền vững, ổn định Chính vậy, tác giả chọn đề tài “Phương pháp thiết kế điều khiển PI/PID để nâng cao ổn định bền vững trình đa biến có thời gian trễ” để nghiên cứu cho luận văn 1.2 Mục đích đối tượng nghiên cứu Mục đích luận văn nâng cao chất lượng điều khiển PID bền vững cho hệ thống điều khiển ổn định có thời gian trễ công nghiệp Đánh giá ưu điểm của điều khiển đề xuất so với điều khiển PID cổ điển để áp dụng vào trình nghiên cứu, đánh giá sản xuất Tìm hướng nghiên cứu phát triển cho hệ thống, cải thiện tính làm việc liên tục trình công nghiệp, nâng cao chất lượng sản xuất 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài Phân tích hệ thống điều khiển điển hình, tìm ưu điểm nhược điểm phương pháp, từ thiết kế điều khiển PI/PID nâng cao ổn định, áp dụng hợp lý mang lại hiệu cao Đề tài đề cập đến phương pháp điều chỉnh RGA (Relative Gain Array) cách nghiên cứu tiêu chuẩn đánh giá ổn định áp dụng phần mềm mô Matlab-Simulink để minh chứng so với điều khiển khác -1- 1.4 Phương pháp nghiên cứu Dựa vào nghiên cứu, đánh giá thời điểm kết nghiên cứu khác có liên quan đến đề tài giới Việt Nam, sở xác định ưu, nhược điểm phương pháp nghiên cứu, nhằm đưa phương pháp thiết kế đề xuất để đáp ứng nhu cầu cho điều khiển ổn định bền vững Đề tài thực sở kế thừa phát triển Tác giả cố gắng hoàn thành nghiên cứu sở phải thỏa mãn tiêu chí sau: tính mẽ, tính sáng tạo, tính logíc, tính hệ thống, tính ứng dụng 1.5 Tổng quan điều khiển PID 1.5.1 Điều khiển cổ điển Bộ điều khiển gọi điều khiển vòng hở loại điều khiển kết nối trực tiếp đầu hệ thống điều kiện thực tế, hệ thống không bù lại tác động không mong muốn Để tránh vấn đề điều khiển vòng hở, lý thuyết điều khiển đề xuất khái niệm phản hồi Một điều khiển vòng kín sử dụng tín hiệu phản hồi để điều khiển trạng thái đầu hệ thống Đầu hệ thống y(t) hồi tiếp qua cảm biến đo lường để so sánh với giá trị đặt trước r(t) Bộ điều khiển lấy sai số e (độ chênh lệch) giá trị đặt tín hiệu đầu để thay đổi đầu vào u cho hệ thống điều khiển P Loại điều khiển vòng kín hay gọi điều khiển hồi tiếp Có hai hệ điều khiển đầu vào - đầu (SISO) hệ điều khiển nhiều đầu vào - nhiều đầu (MIMO) Trong hệ thống MIMO biến biểu diễn qua vectơ thay giá trị vô hướng đơn giản Trong vài hệ thống tham số phân thán, vectơ có có chiều vô hạn (các hàm đặc trưng) 1.5.2 Bộ điều khiển PID Bộ điều khiển PID thiết kế điều khiển hồi tiếp sử dụng nhiều PID từ viết tắt Proportional – Integral - Derivative (có nghĩa tỉ lệ - tích phân - vi phân), đề cập đến khâu hoạt động tín hiệu sai số để tạo tín -2- hiệu điều khiển Nếu u(t) tín hiệu điều khiển gửi tới hệ thống, y(t) đầu đo r(t) đầu mong muốn, sai số e(t) = r(t) – y(t) Đặc tính động học vòng kín mong muốn đạt cách điều chỉnh thông số KP, KI KD thường lặp lặp lại cách "điều chỉnh" Sự ổn định hệ thống thường sử dụng khâu tỉ lệ Khâu tích phân làm triệt tiêu sai số trạng thái xác lập, ảnh hưởng đến hiệu suất thời theo chiều hướng không mong muốn, độ vọt lố tăng KI Khâu vi phân sử dụng để điều khiển nhằm giảm độ vọt lố hình dạng đáp ứng Có ba xu điều chỉnh khác để thiết kế điều khiển PID, thứ xu đáp ứng đầu theo giá trị đặt, thứ hai đáp ứng đầu theo nhiễu cuối xu thỏa hiệp hai giá trị mức độ chấp nhận 1.5.3 Hệ thống điều khiển đại Lý thuyết điều khiển đại sử dụng mô tả không gian trạng thái miền thời gian, mô hình toán học hệ thống vật lý cụm đầu vào, đầu biến trạng thái quan hệ với phương trình trạng thái bậc Để trừu tượng hóa từ số lượng đầu vào, đầu trạng thái, biến biểu thức vectơ phương trình vi phân, phương trình đại số viết dạng ma trận Biểu diễn không gian trạng thái cung cấp cách thức ngắn gọn thuật tiện cho việc phân tích hệ thống với nhiều đầu vào đâu 1.5.4 Các hệ thống điều khiển điển hình Có nhiều chiến lược điều khiển khác phát minh năm qua Những phát minh từ điều khiển tổng quát từ điều khiển PID, điều khiển khác dành riêng cho loại hệ thống chuyên dụng Vì vòng lặp điều khiển có tương tác nên sinh nhiễu trình xử lý gây ổn định giảm hiệu suất Do đó, độ ổn định điều khiển yêu cầu với phương pháp thiết kế nhằm đảm bảo hệ vòng kín hoạt động ổn định bền vững Các điều khiển riêng lẻ hệ thống điều khiển đa vòng lặp trước hết thiết kế cách bỏ qua tương tác vòng lặp điều khiển, sau tất -3- thiết lập làm lệch cộng hưởng tương tác cho đạt tiêu chí ổn định Phương pháp tiếng loại điều chỉnh BLT (Biggest Log Modulus) phương pháp đề xuất Luyben Ban đầu, điều khiển đơn SISO thu cách sử dụng thiết lập Ziegler-Nichols (Z -N), điều chỉnh lại thực cách điều chỉnh tham số F, F xác định thông qua đồ thị Nyquist đa thức đặc trưng vòng lặp kín Trong phương pháp thiết kế độc lập, điều khiển thiết kế dựa yếu tố đường chéo tương ứng trình đa biến, yếu tố đường chéo đưa vào điều khiển cách xét mối liên quan trình xử lý, việc thiết kế đưa số tác Grosdidier Morari, Skogestad Morari Ưu điểm thiết kế độc lập khoảng dung sai lỗi tự động kiểm soát Phương pháp thiết kế có hiệu hệ thống nằm đường chéo ma trận Trong phương pháp thiết kế tuần tự, điều khiển thiết kế theo điều khiển thực thi Về bản, điều khiển trước hết thiết kế qua việc xem xét chọn lựa cặp tín hiệu đầu vào - đầu vòng lặp kín, sau điều khiển thứ hai thiết kế cách xem xét cặp đôi thứ hai theo trình tự để kết đôi vòng lặp khác Các phương pháp thiết kế sử dụng cho điều khiển có tính tương tác phức tạp mà phương pháp thiết kế độc lập hoạt động Một bất lợi tiềm ẩn phương pháp thiết kế khoảng dung sai không đảm bảo vòng lặp trước bị lỗi Nếu kết đầu hệ thống tách riêng theo thời gian phương pháp thiết kế sử dụng hiệu cho việc thiết kế điều khiển đa vòng Một phương pháp khác sử dụng rộng rãi tự động điều chỉnh hồi tiếp Phương pháp đơn giản, trực tiếp kết hợp vòng lặp đơn tự động điều chỉnh hồi tiếp điều chỉnh liên tục, hệ thống điều khiển đa vòng lặp điều chỉnh theo trình tự vòng lặp, vòng lặp thứ i đóng điều chỉnh vòng lặp thứ j cần mở Tuy nhiên, đáp ứng đầu yếu nhận thấy -4- S K L 0 [...]... thiếu các phương pháp thiết kế là vì sự phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao, thiếu tính bền vững, ổn định Chính vì vậy, tác giả đã chọn đề tài Phương pháp thiết kế các bộ điều khiển PI/ PID để nâng cao sự ổn định bền vững của các quá trình đa biến có thời gian trễ để nghiên cứu cho luận văn này 1.2 Mục đích và đối tượng nghiên cứu Mục đích của luận văn là nâng cao chất lượng bộ điều khiển PID bền vững cho... giữa các vòng lặp trong bộ điều khiển có sự tương tác nên sinh ra nhiễu trong quá trình xử lý gây mất ổn định và giảm hiệu suất Do đó, độ ổn định của bộ điều khiển là yêu cầu với bất kì phương pháp thiết kế nào nhằm đảm bảo hệ vòng kín hoạt động ổn định bền vững Các bộ điều khiển riêng lẻ của hệ thống điều khiển đa vòng lặp trước hết được thiết kế là bằng cách bỏ qua sự tương tác giữa các vòng lặp điều. .. dụng 1.5 Tổng quan về bộ điều khiển PID 1.5.1 Điều khiển cổ điển Bộ điều khiển được gọi là bộ điều khiển vòng hở là loại điều khiển không có kết nối trực tiếp giữa đầu ra của hệ thống và các điều kiện thực tế, do đó hệ thống không và không thể bù lại được các tác động không mong muốn Để tránh các vấn đề của bộ điều khiển vòng hở, lý thuyết điều khiển đề xuất khái niệm phản hồi Một bộ điều khiển vòng... hệ thống điều khiển điển hình, tìm ra những ưu điểm và nhược điểm của mỗi phương pháp, từ đó thiết kế các bộ điều khiển PI/ PID nâng cao sự ổn định, áp dụng hợp lý và mang lại hiệu quả cao Đề tài này đề cập đến phương pháp điều chỉnh RGA (Relative Gain Array) bằng cách nghiên cứu các tiêu chuẩn đánh giá sự ổn định và áp dụng phần mềm mô phỏng Matlab-Simulink để minh chứng so với các bộ điều khiển khác... điều khiển thứ hai được thiết kế bằng cách xem xét các cặp đôi thứ hai và theo trình tự này để kết đôi các vòng lặp khác Các phương pháp thiết kế tuần tự có thể được sử dụng cho các bộ điều khiển có tính tương tác phức tạp khi mà phương pháp thiết kế độc lập không thể hoạt động Một bất lợi tiềm ẩn của phương pháp thiết kế này là khoảng dung sai không được đảm bảo khi các vòng lặp trước đó bị lỗi Nếu các. .. chính của thiết kế độc lập là khoảng dung sai lỗi được tự động kiểm soát Phương pháp thiết kế này có hiệu quả khi hệ thống nằm trên đường chéo ma trận Trong phương pháp thiết kế tuần tự, mỗi bộ điều khiển được thiết kế theo các bộ điều khiển thực thi Về cơ bản, một bộ điều khiển trước hết được thiết kế qua việc xem xét các chọn lựa của cặp tín hiệu đầu vào - đầu ra và vòng lặp này là kín, sau đó bộ điều. .. thống điều khiển ổn định có thời gian trễ trong công nghiệp Đánh giá được ưu điểm của của bộ điều khiển đề xuất so với các bộ điều khiển PID cổ điển để áp dụng vào quá trình nghiên cứu, đánh giá sản xuất Tìm ra hướng nghiên cứu và phát triển mới cho hệ thống, cải thiện tính làm việc liên tục của các quá trình trong công nghiệp, nâng cao chất lượng sản xuất 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài Phân tích các. ..5.2.1 Thiết kế của bộ điều khiển PI đa vòng lặp kín dựa trên việc cân bằng sự tương tác của các yếu tố và RGA 45 5.2.2 Phân tích hệ thống đa vòng lặp 49 5.2.2.1 Giới hạn trường hợp xấu nhất để cân đối với độ lợi tại tần số cao 49 5.2.2.2 Các cấu trúc điều khiển lựa chọn cho quá trình nhiều thời gian trễ 51 5.3 Sự điều chỉnh lại của hệ thống điều khiển đa vòng lặp để tăng cường... các kết quả của đầu ra của hệ thống có thể được tách riêng theo thời gian thì phương pháp thiết kế tuần tự có thể được sử dụng hiệu quả cho việc thiết kế các bộ điều khiển đa vòng Một phương pháp khác sử dụng rộng rãi là tự động điều chỉnh hồi tiếp Phương pháp này thì đơn giản, vì nó trực tiếp kết hợp vòng lặp đơn tự động điều chỉnh hồi tiếp và điều chỉnh liên tục, trong đó hệ thống điều khiển đa vòng... chỉnh một tham số F, trong đó F được xác định thông qua một đồ thị Nyquist đa thức đặc trưng vòng lặp kín Trong phương pháp thiết kế độc lập, mỗi bộ điều khiển được thiết kế dựa trên các yếu tố đường chéo tương ứng của quá trình đa biến, trong khi các yếu tố ngoài đường chéo đưa vào bộ điều khiển bằng cách xét các mối liên quan của quá trình xử lý, việc thiết kế này được đưa ra bởi một số tác giả như

Ngày đăng: 09/05/2016, 20:12

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • 1.pdf

    • Page 1

  • 2.pdf

    • 2 NOI DUNG.pdf

    • 4 BIA SAU A4.pdf

      • Page 1

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan