CƠ BẢN VỀ ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

Micro electro mechanical systemCH P HÀNH Actuator.

CÔNG NGH X LÝ KHÍ & HYDRAT

̇ QUÁ TRÌNH (Process): m t t p h p các thi t b và v t li u, gi I

h n trong không gian, liên l c v I môi tr ng chung quanh thông qua dòng n ng l ng và nguyên v t li u

̇ I U KHI N QUÁ TRÌNH: tác đ ng lên dòng n ng l ng/ nguyên

Bi n

đ c

đi u khi n y

TS NGUY N C THÀNH

¬ i u khi n không t đ ng (b ng tay), không chính xác, ch m

¬ i u khi n t đ ng, dùng b đi u khi n

TS NGUY N C THÀNH

I U KHI N H I TI P

̇ H TH NG I U KHI N H I TI P (feedback control): h

th ng đi u khi n c b n, tín hi u đi u khi n u ph thu c sai

l ch e gi a giá tr mong mu n c a bi n đ c đi u khi n (giá tr đ t yr) và giá tr th c y c a bi n này

Tín hi u y đ c đo b ng c m bi n (sensor hay transducer)

•Tín hi u đi u khi n u thông qua b ch p hành (actuator) tác đ ng vào đ i t ng làm thay đ i đ i l ng y

TS NGUY N C THÀNH

I U KHI N QUÁ TRÌNH

TS NGUY N C THÀNH

• Ví d trong h th ng đi u khi n m c n c, thi t b ch p hành là

ph n t làm thay đ i đ m van, c m bi n là thi t b đo m c n c, tín hi u đi u khi n u n đ nh đ m van, bi n đ c đi u khi n là m c

ch t l ng y, đ i t ng là b n ch a

TS NGUY N C THÀNH

•Trong th c t h th ng luôn luôn ch u các tác đ ng ngoài ý mu n,

g i là nhi u, ví d v i h th ng đi u khi n m c ch t l ng, áp su t

ch t l ng vào, l u l ng ch t l ng ra, nhi t đ ch t l ng gây dãn n

…là các tác đ ng nhi u

I v i h th ng đi u khi n có ng i tham gia, s đ nh sau

• M t ph ng pháp đi u khi n khi có tín hi u nhi u

là đo nhi u đ tác đ ng thêm l ng đi u khi n u’

(đi u khi n ph i h p feedback và feedforward)

n c vào và

l u l ng thay đ i, ta

đi u khi n nhi t đ s n

TS NGUY N C THÀNH

I U KHI N V N T C NHI U VÒNG

• M t ví d khác là đi u khi n v n t c đ ng c m t chi u, g m vòng

đi u khi n v n t c ngoài và vòng đi u khi n dòng đi n trong, tín

hi u ra c a b đi u khi n v n t c có khâu b o hòa, và là tín hi u đ t cho dòng đi n, b o đ m dòng đ ng c không v t quá gi i h n

TS NGUY N C THÀNH

SCADA

H TH NG SCADA (Supervisory control and data acquisition): H

th ng giám sát các thông s ho t đ ng c a quá trình, báo đ ng tr c các s c , th ng xuyên theo dõi tình tr ng ho t đ ng c a thi t b ,

đ a ra các ch n đoán, cung c p thông tin d I d ng đ h a, cung c p các báo cáo, qu n lý h s ho t đ ng, k t n I v i các h th ng con qua m ng không dây hay có dây

TS NGUY N C THÀNH

TS NGUY N C THÀNH

C M BI N: đo nhi t đ ,áp su t, l u l ng, m c, …

TS NGUY N C THÀNH

C M BI N ÁP SU T (Pressure Sensor)

TS NGUY N C THÀNH

TS NGUY N C THÀNH

TS NGUY N C THÀNH

C M BI N D CH CHUY N

(Micro electro mechanical system)

CH P HÀNH (Actuator)

TS NGUY N C THÀNH

CH P HÀNH (Actuator)

TS NGUY N C THÀNH

B I U KHI N (Controllers)

TS NGUY N C THÀNH

PLC

TS NGUY N C THÀNH

VI I U KHI N (Microcontroller)

TS NGUY N C THÀNH

THU T TOÁN I U KHI N

t u x g y

t u x f x

• N u f và g là các hàm tuy n tính theo x, u, t ta có h t y n tính (linear system), ng c l i là h phi tuy n (nonlinear system)

TS NGUY N C THÀNH

Ví d h th ng tuy n tính

2 1

2 1

2

2 1

1

3

32

x x

y

u x

x x

x x

x

+

=

++

b u

b y a y a y

a y

F(s) dt

f(t)e

0

f(t) là hàm theo t v I f(t)=0 khi t<0, s là bi n ph c, F(s) là bi n đ i Laplace c a f(t)

Bi n đ I c a đ o hàm:

)0()

0()

())

((

)0()

())

((

s F s t

f L

f s

sF t

f L

&

&

&

) (

) (

0 1

1 1

0 1

1

a s a s

a s

a

b s b s

b s

b s

U

s Y

n n

n n

m m

m

+ +

+ +

+ +

TS NGUY N C THÀNH

TS NGUY N C THÀNH

TS NGUY N C THÀNH

TS NGUY N C THÀNH

ÁP NG

áp ng xung: I t ng hàm truy n G(s) có đáp ng xung khi tín

hi u vào là hàm xung Dirac

áp ng n c (đáp ng quá đ ): đáp ng v i tín hi u vào hàm n c

)()

)((

1

t

h s

s G

L

H b c nh t:

Ts s

U

s Y s

(

) ( )

(

áp ng n c

T t -

e t

y

Ts s

t y

(

))1

(

1(

)

1,

21

2

1)

2 2

2 = < <

++

=++

ω ξω

ω

s T

s

n n

n

( )

(

s H s G

s

G s

• S n các bi n tr ng thái là b c c a không gian tr ng thái

• M t h th ng đ ng có th bi u di n b ng t p các bi n tr ng thái khác nhau, nh ng b c c a h th ng không đ i

• H th ng ph i l u gi giá tr c a bi n tr ng thái nên các bi n tr ng thái bi u di n b ng ngõ ra các m ch tích phân, s m ch tích phân

b ng b c c a h th ng

TS NGUY N C THÀNH

Thay các bi n b ng vect t ng ng, ta có ph ng trình vect

• F và g có th là hàm phi tuy n, n u tuy n tính hóa quanh đi m làm

vi c ta có ph ng trình tuy n tính

N u các tham s h th ng không ph thu c th i gian

TS NGUY N C THÀNH

Ví d : xét h th ng c khí ng nhún b c hai, ph ng trình h th ng là:

t

+

= +

1

1 1

1 )

(

, 1

RCs s

G

+

= +

=

1

1 )

+ +

=

RCs LCs

s G

2 1

1 2 2

1

, 1

1 )

(

R

R R

R R

C R R T

R R

R K

Ts

Ts K

s

+

= +

= +

+

2 1

2 2

1 ) , (

, 1

, 1

1 )

(

R R

R C

R R

T

K Ts

Ts K

s

+

= +

=

= +

+

R s

G = − = −

1

2

) (

) (

1 )

(

1 1

2

s

K K

Cs R R

R s

G = − − = − P + I

1 2 2

1 2

1

2 2 1

), (

) (

C R

K C

R

K C

R

C R C

R K

s

K s

K K

s G

D I

p

D

I P

−

=

TS NGUY N C THÀNH

TS NGUY N C THÀNH

HÀM TRUY N H TH NG NHI T

Trong h th ng nhi t x y ra s trao đ I nhi t gi a hai ch t, nhi t l ng ch y t

ch t này sang ch t khác thông qua s d n nhi t, đ I l u và b c x

Nh t l ng Q c a kh I v t ch t m là Q=mcT, m: kh I l ng, kg; c: t nhi t, kcal/kg*°C, T: nhi t đ , Q:kcal

Gi a hai ch t có chênh l ch nhi t đ thì có s truy n nhi t gây ra b I nhi t

l u, q = KΔT, q: kcal/sec, K: h s truy n nhi t, kcal/sec °CNhi t tr : R=d(ΔT)/dq = 1/K

Xét h th ng trao đ i nhi t, n c l nh vào b n đ c làm nóng b I đi n tr

đ t, gi s b n cách nhi t hoàn toàn, nhi t đ n c trong b n đ ng đ u

TS NGUY N C THÀNH

HÀM TRUY N H TH NG NHI T

G i T: s thay đ i c a nhi t đ n c ra, hi: s thay đ I c a

l ng nhi t vào, ho: s thay đ i c a l ng nhi t ra

sRC

R s

H

s T

Rh

T dt

dT RC ra

suy

R

T h

mc C

h h

CT

i

i o

o i

+

=

=+

()(

TS NGUY N C THÀNH

Ch t l ng đi u khi n còn đ c xác đ nh b I sai s xác l p

Tùy theo tín hi u đ t và tích G(s)H(s), sai s xác l p có th

b ng 0 ho c h u h n ho c vô h n

TS NGUY N C THÀNH

C TÍNH B I U KHI N CÔNG NGHI P

Trong công nghi p th ng dùng các b đi u khi n sau:

• i u khi n on-off hay hai v trí

TS NGUY N C THÀNH

I U KHI N HAI V TRÍ

TS NGUY N C THÀNH

I U KHI N T L

Tín hi u ra b đi u khi n t l v i sai l ch:

KP g I là đ l i t l , ngoài ra còn dùng d i t l PB (proportional band)

PB = 100/KP

T ng KP s gi m sai s xác l p, v i

0

,1

11

1lim

)(1

1lim

1)

(

,1

1)

(

→+

=+

+

+

=+

=

=+

=

s K

Ts K

Ts s

G K e

s

s

R Ts

s G

p P

P xl

1(

)1

(lim

/)(1

1lim

1)

(

,1

1)

(

→

=+

+

+

=+

=

=+

=

s Ts

s K

Ts s

s s

G K e

s

s

R Ts

s G

i i

xl

V i tín hi u vào là hàm d c sai s xác l p # 0 và gi m khi t ng KI

0,

1)

(

1lim

)/)(1

(

1lim

1)

( 2

→

=

=+

=

=

s K

s G K s

s G K s

i xl