điều khiển phân ly các quá trình đa biến dựa vào dự đoán smith đa biến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ HẢI YẾN ĐIỀU KHIỂN PHÂN LY CÁC QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN DỰA VÀO DỰ ĐOÁN SMITH ĐA BIẾN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THỊ HẢI YẾN ĐIỀU KHIỂN PHÂN LY CÁC QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN DỰA VÀO DỰ ĐOÁN SMITH ĐA BIẾN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 60520103 Tp Hồ Chí Minh, tháng 9/2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Nguyễn Thị Hải Yến Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 14/07/1988 Nơi sinh: Nghệ An Quê quán: P.Hưng Dũng_TP.Vinh_Nghệ An Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 1/14 Tân Lập_Đông Hòa_Dĩ An_BD Điện thoại quan: Fax: Điện thoại nhà riêng: E-mail: Haiaunghean1988@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 qui Thời gian đào tạo từ 9/2007 đến 6/2012 Nơi học: ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH Ngành học: Thiết kế máy Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế chế tạo máy ấp trứng cút suất 1000 trứng Nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: Khoa Xây Dựng&Cơ Học Ứng Dụng Người hướng dẫn: GV Hồ Ngọc Bốn III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2012-2014 ĐH SP KT TP HCM Học viên 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 … tháng … năm 201… ii LỜI CẢM TẠ Được đồng ý Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đồng ý thầy giáo hướng dẫn TS Trương Nguyễn Luân Vũ thực đề tài “Điều khiển phân ly trình đa biến dựa vào dự đoán Smith đa biến” Để hoàn thành khóa luận Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo tận tình hướng dẫn, giảng dạy suốt trình học tập, nghiên cứu rèn luyện trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Trương Nguyễn Luân Vũ trực tiếp hướng dẫn bảo cho hoàn thành luận án Mặc dù nỗ lực để thực đề tài cách hoàn thiện Song buổi đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, tiếp cận với trình sản xuất thực tế hạn chế kiến thức kinh nghiệm nên tránh khỏi thiếu sót định mà thân chưa thấy Tôi mong nhận góp ý Quý thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp để khóa luận hoàn chỉnh Tôi xin chân thành cảm ơn! TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Tác Giả Luận Văn Nguyễn Thị Hải Yến iii ABSTRACT In recent year, the performance requirements for process plants have become increasingly difficult to satisfy Stronger competition, tougher enviromental and safety regulations, and rapidly changing economic conditions have been key factors in tightening product quality specifications Accordingly, it is needed to integrate multiple process control, machinery and equipment complexity Besides, the undesirable effects arising during the operation of control systems, as well as the uncertain disturbance and noises become more complex sincethey are transmitted from system to system Thus, the control problem have become too complex to solve all the relationships between the input and output parameters to get signal controls as desirable as possible To solve all the above requirements, a new method has been proposed todesign the simplified decoupling Smith control scheme for multivariable process with multiple time delays In this master thesis, proposed methods have been simplified for the purpose of using independent control loops, reduce cycle interactions The multivariable Smith predictor control sheme can eliminate the time delay in order to increase profit since the multivariable control system still hold the robust stability In addition, the multivariable Smith predictor controller is obtained in terms of the multiple single-loop Smith predictor controllers Many multivariable industrial processes are employed to demonstrate the simplicity and effectiveness of the proposed method iv TÓM TẮT Trong năm gần đây, vấn đề hiệu hoạt động, tăng suất cho trình sản xuất trở nên cấp thiết cạnh tranh mạnh mẽ để đáp ứng nhanh chóng cho thay đổi điều kiện kinh tế thỏa mãn yêu cầu môi trường, an toàn chất lượng sản xuất Để làm điều cần phải tích hợp nhiều trình điều khiển, máy móc, thiết bị phức tạp Mặt khác, tác động không mong muốn phát sinh trình điều khiển nhiễu trở nên phức tạp truyền tải từ hệ thống sang hệ thống khác.Vì vậy, vấn đề điều khiển để thỏa mãn hầu hết yêu cầu trở nên phức tạp phải giải quyêt tất mối quan hệ n tham số đầu vào n tham số đầu để có tín hiệu điều khiển mong muốn Để giải tất yêu cầu phương pháp đề xuất điều khiển phân ly trình đa biến dựa vào dự đoán Smith đa biến Trong viết phương pháp phân ly đơn giản hóa sử dụng nhằm mục đích điều khiển độc lập vòng lặp, giảm thiểu tương tác chu trình Đồng thời kết hợp dự đoán Smith đa biến để loại bỏ thời gian trễ nhằm tăng độ lợi giữ ổn định hệ thống Kết cho thấy hệ thống ổn định phương pháp điều khiển trước v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách hình ix Danh sách bảng x Chương 1:TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2.Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1.Quá trình tương tác điều khiển vòng tương tác 2.1.1 Phân tích sơ đồ khối qui trình điều khiển hai biến 2.1.2 Ổn định vòng lặp kín 13 2.2 Sự liên kết biến điều khiển biến thao tác 16 2.2.1 Phương pháp relative gain array ( RGA) Briston 18 2.2.2 Cách xác định RGA 19 2.2.3 Phương pháp đạt trạng thái ổn định ma trận độ lợi K 20 2.2.4 Kiến nghị biện pháp tương tác trình ghép nối 21 2.2.5 Xem xét đặc tính động học RGA 23 Chương 3: PHÂN TÍCH CÁC HỆ THỐNG PHÂN LY 25 3.1 Điều khiển phân ly trình đa biến 25 3.1.1 Phân ly lý tưởng 28 vi 3.1.2 Phân ly đơn giản hóa 28 3.1.3 Phân ly ngược 29 Chương 4: DỰ ĐOÁN SMITH CHO HỆ MỘT BIẾN VÀ ĐA BIẾN 32 4.1 Dự đoán smith cho hệ biến 32 4.2 Dự đoán smith cho hệ đa biến 34 Chương 5: ĐIỀU KHIỂN PHÂN LY CÁC QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN DỰA VÀO DỰ ĐOÁN SMITH ĐA BIẾN 37 5.1 Phương pháp thực 38 Chương 6: CÁC TIÊU CHUẨN ĐỂ XÁC ĐỊNH SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN LY 45 6.1 Tiêu chuẩn IAE 45 6.2 Phương pháp tổng biến thiên 45 6.3 Phân tích ổn định 45 Chương 7: MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH ĐIỀU KHIỂN PHÂN LY 48 Chương 8: KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT MIMO : Multiple input multiple output TITO : Two input two output K : Gain matrix IAE : Integral absolute error ITAE : Integral of the time weighted absolute error RGA : Relative gain array DRGA : Dynamic relative gain array TV : Total variation DS : Direct synthesis 10 WB : Wood and Berry column 11 VL : Vinante and Luyben column 12 SSV : Structured singular value viii qii  gii ii 5.19 Thiết kế hệ thống phân ly cho loại chu trình: Phân ly đơn giản hóa cho trình 2ˣ2 Xét hệ thống 2ˣ2: G= G11 G21 G12 G22 5.20 Áp dụng kết từ biểu thức 5.18:   D  C12 C  11 C21  C22      5.21 Ma trận C dễ dàng tính: C = (adjG)T = C11 C21 g 22 C12 = −g C22 12 −g 21 g11 5.22 Và phần tử phân ly tính cụ thể sau: d12  C21 g   12 C22 g11 5.23a d12  C21 g   12 C22 g11 5.23b Chu trình phân ly xác định dễ dàng từ biểu thức 5.19: q11  g11 g g  g11  12 21 11 g 22 5.24a q 22  g 22 g g  g 22  12 21  22 g11 5.24b Phân ly đơn giản hóa cho chu trình 3ˣ3 Hàm truyền đạt qui trình 3ˣ3 có dạng: 41  g11 g12 G  g 21 g 22  g 31 g 32 g13  g 23  g 33  5.25 Ma trận phân ly dễ dàng xác định biểu thức 5.18:    C D   12  C11  C13   C11 C21 C 22 C 23 C22 C31   C33  C32   C33     5.26 Ma trận C xác định sau:  C11 C  C21  C31 C12 C22 C32 C13    g33 g 22  g32 g 23    g33 g 21  g 31 g 23    g 31g 22  g 32 g 21     C23  =    g33 g12  g32 g13   g33 g11  g 31 g13    g 32 g11  g 31g12   5.27 C33     g 22 g13  g 23 g12    g 23 g11  g 21 g13   g 22 g11  g 21g12   Biểu thức 5.19 cho phép phân tích chu trình phân ly rõ ràng một, hai ba vòng lặp q11 = g11  g11  g 22g 33  g 23g 32   g12  g 21g 33  g 23g 31   g13  g 31g 22  g 21g 32     5.28 11  g 22 g33  g 23g 32  q 22 =  g  g g  g13g 31   g 21  g12g 33  g13g 32   g 23  g 32g11  g 31g12   g 22   22 11 33  5.29  22  g11g 33  g13g 31  q33 = g33  g33  g11g 22  g12g 21   g 31  g13g 22  g12g 23   g 32  g 23g11  g13g 21     5.30 33  g11g 22  g12g 21  Từ biểu thức rõ ràng ta thấy phần tử phân ly trình phân ly dần phức tạp số biến cần điều khiển tăng lên Đây hạn chế phân ly đơn giản hóa Phân ly đơn giản hóa cho chu trình 4ˣ4 Ma trận hàm truyền đạt chu trình 4ˣ4 cho bởi: 42  g11 g G   21  g 31  g 41 g12 g14  g 24  g 34   g 44  g13 g 22 g 23 g 32 g 33 g 42 g 43 5.31 Ma trận phân ly tính dựa vào phương pháp trên:     C12 C 11 D  C13   C11  C14   C11 C21 C 22 C31 C33 C32 C33 C 23 C22 C 24 C22 C34 C33 C41  C 44   C 42  C44  C 43   C 44     5.32 Các phương pháp nói áp dụng đơn giản để có dạng phần tử phân ly cho chu trình đa biến có kích thước lớn với đa thời gian trễ Những biểu thức cho ta thấy bậc chu trình ngày tăng, kết hàm truyền đạt phần tử phân ly trở nên khó để trực tiếp sử dụng việc thiết kế hệ thống phân ly Vì vậy, cần thiết để xấp xỉ chúng cho phù hợp với mô hình có bậc nhỏ Lưu ý công nghệ để làm giảm bậc áp dụng để tạo thành mô hình nhỏ 43 Chƣơng TIÊU CHUẨN ĐỂ XÁC ĐỊNH SỰ ỔN ĐỊNH VÀ CHẤT LƢỢNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN LY Để so sánh công bằng, chất lượng Sự ổn định hệ thống điều khiển phân ly xác định tiêu chuẩn đánh giá sau 6.1.TIÊU CHUẨN IAE Để đánh giá chất lượng vòng lặp kín, ta xem xét phương pháp IAE Thể công thức 6.1 IAE   e  t  dt T 6.1 Trong e  t   r  t   y  t  , T thời gian hữu hạn chọnở trạng thái ổn định 6.2 PHƢƠNG PHÁP TỔNG BIẾN THIÊN Để đánh giá độ ổn định biến thao tác ngõ vào tổng số biến đổi tín hiệu điều khiển tính: T TV   u(k  1)  u(k ) 6.2 k 1 TV phương pháp tốt để đo độ mịn giá trị điều khiển ngõ vào cần phải nhỏ 6.3 PHÂN TÍCH SỰ ỔN ĐỊNH Trong thiết kế hệ thống điều khiển, mô hình danh nghĩa đại diện gần hệ thống thực tế Sự sai biệt hệ thống thực tế biểu diễn toán học (mô hình danh nghĩa) gọi không phù hợp mô hình (mô hình không chắn) dẫn đến vi phạm số đặc điểm kỹ thuật Một hệ thống ổn định không nhảy cảm với biến đổi động học hệ thống Kết hợp nhiều yếu tố không ổn định trở thành nhiễu loạn phức tạp (đa dạng ngõ vào/ngõ ra) Thường sử dụng không ổn định đa ngõ vào ngõ để đánh giá 44 chất lượng ổn định hệ thống điều khiển đa biến Ở xem xét không ổn định đa ngõ thường có hạn chế không ổn định đa ngõ vào hiệu điều khiển Khi mà ảnh hưởng độ nhảy không ổn định ngõ vào ngõ Vì vậy, phân tích ổn định thực cách xem xét không ổn định đa ngõ vào thông số chu trình, mô tả Hình 6.1 Hình 6.1 Hệ thống điều khiển đa ngõ không ổn định cấu trúc điều khiển M-∆ để phân tích ổn định O : G p  s  = I +EO  s  G  s  , EO  s  = Δ  s  WO  s  6.3 Trong Π O biết mô hình nhiễu loạn ngõ ra, G p  s  ma trận hàm truyền đạt nˣn mô hình qui trình mức ảnh hưởng nhiễu loạn mô hình danh nghĩa G  s  bất ổn định đa ngõ EO  s  Độ lớn nhiễu loạn EO  s  đo điều kiện ràng buộc   EO   EO  j   WO  j  ,  6.4 45 Trong ràng buộc hiểu đại lượng vô hướng nhiễu loạn thông thường ∆(s) với    j   1,  Sự tổng hợp cấu trúc giá trị đơn SSV, biết tổng hợp µ, đề xuất Doyle [13] sử dụng để đo lường ổn định hệ thống điều khiển.Mọi khối nhiễu loạn xếp lại thành cấu trúc điều khiển chung Hình 6.1 Trong ∆(s) khối nhiễu loạn vớiM(s) liên quan tới tất khối khác khối điều khiển yếu tố trọng lượng Đối với chu trình đa biến với bất ổn định đa ngõ ra, ma trận hàm truyền đạt từ ngõ tới ngõ vào ∆(s) xác định bởi: M  s   WO  s  G  s  G c  s  I +G  s  G c  s  1 6.5 Trong Gc(s) điều khiển Theo µ-synthesis, hệ thống điều khiển đa vòng lặp ổn định bất ổn định đa ngõ bất đẳng thức ràng buộc sau thỏa mãn:  μ M  j   μ WO  j  G  j  G c  j  I +G  j  G c  j  1   1,  6.6 Lưu ý M(s) ∆(s) yêu cầu phải ổn định Nhận xét: μ M  j   trường hợp nhiễu loạn xảy hệ thống điều khiển đa vòng lặp μ M  j   xảy nhiễu loạn với      Hệ không ổn định Một giá trị nhỏ μ M  j  mong muốn Để sử dụng µ-synthesis cho hệ thống lý tưởng, ngược, phân ly đơn giản hóa Công thức 6.4, 6.5, 6.6 phải sửa đổi cách thay G với GD 46 Chƣơng MÔ PHỎNG VÀ SO SÁNH ĐIỀU KHIỂN PHÂN LY Xét số ví dụđể chứng minh tính hiệu phương pháp đề xuất Ví dụ 7.1: Xét tháp Wood Berry Một qui mô thí điểm tháp chưng cất để tách rượu nước Ma trận hàm truyền đạt:  12.8e s 16.7s + G s =   6.6e7 s 10.9s + 18.9e3 s  21s +  19.4e-3 s  14.4s +  7.1 Ma trận phân ly đơn giản hóa dễ dàng xác định:   Ds =   0.34 14.4s + 1 e4 s  10.9s +   6.3701e0.3075s  10.5287s + Qs =    1.477 16.70s + 1 e2 s   21s +        -9.6547e4.2653s  6.2708s +  7.2 7.3  6.3701  10.5287s +  Q0  s  =   -9.6547    6.2708s +  7.4 Để thiết kế điều khiển Gc ta việc sử dụng hệ thống PI/PID đơn giản cho chu trình đơn biến cho không tồn thời gian trễ, ta thu kết Hình 7.1 47 Hình 7.1 Đáp ứng vòng lặp cho tháp WB Hình 7.1 vòng lặp hoàn toàn phân ly, ổn định không tương tác với nhau.Bảng 7.1 cho thấy giá trị µ(M) phương pháp đề xuất nhỏ phương pháp khác Chứng minh rằng, hệ thống điều khiển theo phương pháp đảm bảo ổn định bền vững Mặt khác, nghịch lý trình điều khiển giá trị độ mịn (TV) lớn chất lượng đầu đẹp (IAE) nhỏ, hệ thống tổn hao nhiều lượng Ngược lại, độ mịn (TV) nhỏ chất lượng hệ thống xấu Vì vậy, mục đích đề tài thỏa hiệp để giá trị TV nhỏ chất lượng đầu tốt đề tài làm điều Bảng 7.1: Tham số điều khiển số kết hiệu suất tháp WB Phương pháp Vòng Kc τI τD λ µ(M) TV IAE điều chỉnh lặp PP đề xuất 0.4 9.964 - 2.910 0.479 1.629 12.297 -0.119 8.169 - 4.110 0.216 2.53 0.081 - 0.734 0.882 14.336 -0.068 3.516 0.939 - Truong and 0.749 10.073 - 1.11 0.584 1.646 22.12 Lee -0.082 7.981 - 7.11 Wang et al 48 Ví dụ 7.2 Xét tháp Vinante Luyben Một qui mô thí điểm tháp chưng cất để tách rượu nước cho Luyben Ma trận hàm truyền cho bởi:  2.2e s  7s  G s    2.8e1.8 s  9.5s  1.3e0.3s   7s   4.3e0.35 s  9.2s   7.5 Ma trận phân ly đơn giản hóa dễ dàng xác định:   Ds   1.45 s  0.651(9.2s  1)e  9.5s   1354e1.074  6.738s  Q s     0.591      7.6    2.646e1.01  9.002s   7.7  1354   6.738s   Qo  s     2.646   9.002s    7.8 49 Hình 7.2a Đáp ứng vòng lặp Y1 cho tháp VL Hình 7.2b Đáp ứng vòng lặp Y2 cho tháp VL Hình 7.2 Đáp ứng vòng lặp cho tháp VL Hình 7.2 cho thấy tính hiệu phương pháp đề xuất, tương tác bên hệ thống giảm thiểu, giúp hệ thống ổn định nhanh so với phương pháp trước 50 Bảng 7.2, cho thấy giá trị µ(M-∆) phương pháp đề xuất nhỏ Vì vậy, hệ thống điều khiển bền vững Đồng thời, đề tài thành công việc thỏa TV IAE Bảng 7.2: Tham số điều khiển số kết hiệu suất tháp VL Phương pháp Vòng Kc τI τD λ µ(M-∆) TV IAE điều chỉnh lặp PP đề xuất -2.885 6.638 - 0.7 0.279 7.77 3.752 2.144 8.223 - 0.4 -1.666 - - 0.792 8.079 7.056 1.067 9.198 - - Truong and -1.66 6.516 - 1.9 0.792 3.144 6.239 Lee 3.499 8.609 - 0.58 Wang et al 51 Chƣơng KẾT LUẬN Phương pháp phân ly đơn giản hóa đề xuất để cải thiện hiệu suất tổng thể hệ thống điều khiển đa biến Dựa thuật toán dự báo Smith đa biến thời gian trễ giảm thiểu, độ lợi tăng lên Ngoài ra, phân ly đơn giản hóa đưa vào hệ thống loại bỏ tương tác chu trình hệ thống điều khiển để hệ thống ổn định Phương pháp đề xuất xây dựng phần tử phân ly đơn giản hóa gọn gàng, sử dụng trực tiếp điều khiển PI/PID cho hệ thống mà không cần xấp xỉ Nghiên cứu mô thực để đánh giá phương pháp đề xuất Để đảm bảo tính bền vững đảm bảo so sánh công bằng.Tiêu chuẩn TV IAEđược sử dụng để đo lường mức độ ổn định Cho thấy đề tài đưa phương pháp tốt Cụ thể, giá trị µ(M) phương pháp đề xuất nhỏ phương pháp khác Chứng minh rằng, hệ thống điều khiển theo phương pháp đảm bảo ổn định bền vững Mặt khác, nghịch lý trình điều khiển giá trị độ mịn (TV) lớn chất lượng đầu đẹp (IAE) nhỏ, hệ thống tổn hao nhiều lượng Ngược lại, độ mịn (TV) nhỏ chất lượng hệ thống xấu Vì vậy, mục đích đề tài thỏa hiệp để giá trị TV nhỏ chất lượng đầu tốt đề tài làm điều Phương pháp đưa kết tốt lý thuyết mô Trong thời gian tớitác giả sẽtiếp tục nghiên cứu để ứng dụng vào mô hình công nghiệp nhằm kiểm chứng tính hiệu thực tiễn phương pháp 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dale E.Sebor, Thomas F.Edgar, Ducan A Mellichamp, Process dynamic and control, 2003, 732 [2] Luyben, W.L., Distillation decoupling AIChE Journal, 1970, 198-203 [3] Weischedel, K and McAvoy, T.J., Feasibility of decoupling in conventionally controlled distillation columns I&EC Fundam., 1980, 379-384 [4] McAvoy, T.J., Interaction Analysis: Principles and Applications Instrument Society of America, Research Triangle Park, NC, 1983 [5] Arkun, Y., Manouslouthakis, B and Palazoglu, A., Robustness analysis of process control systems A case study of decoupling control in distillation I&EC Process Design and Development, 1984, 93-101 [6] Toijala (Waller), K.V.T and Fagervik, K.C., A digital simulation study of two-point feedback control of distillation columns Kem Teollisuus, 1972 [7] Wood, R.K and Berry, M.W., Terminal composition control of a binary distillation column Chemical Engineering Science, 1973, 1707-1717 [8] Shinskey, F.G., Process Control Systems: Application, Design and Adjustment McGraw-Hill, New York, 1988 [9] Wade, H.L., Inverted decoupling: a neglected technique ISA Transactions, 1997, 3-10 [10] Gagnon, E., A Pomerleau and A Desbiens; Simplified, Ideal or Inverted Decoupling ISA Trans, 1998, 256-267 [11] Truong, N L V and M Lee; Multi-Loop PI Controller Design Based on the Direct Synthesis for Interacting Multi-Time Delay Process ISA Trans, 1997, 3-10 53 [12] Wang, Q.G., B Huang and X Guo; Auto-Tuning of TITO Decoupling Controllers from Step Tests ISA Trans 2000, 407-418 [13] J C Doyle, J E Wall, G Stein, Performance and robustness analysis for structured uncertainty, Proc of IEEE Conf Decision Control 1982, 629-636 [14] Q.C Wang, T.H Lee, C Liu, Relay feedback: Analysis, identification and control London:Springer 2003 [15] Q.C Wang, Y Zhang, M.S Chiu, Non-interacting control design for multivariable industrial processes, J Process Control 2003, 253-265 [16] R Garduno-Ramirez, K.Y Lee, Compensation of control-loop interaction for power plant wide-range operation, Control Eng 2005,1475-1487 54 [...]... 3.3: Mô hình phân ly ngược 30 Hình 4.1: Sơ đồ hệ thống thời gian trễ điển hình 32 Hình 4.2: Tính năng của hệ thống sẽ được cải thiện nếu giá trị giả định B trở thành tín hiệu phản hồi thay vì ngõ ra Y 33 Hình 4.3: Dự đoán Smith một biến 33 Hình 4.4: Dự đoán Smith đa biến 34 Hình 5.1: Điều khiển phân ly quá trình đa biến dựa vào dự đoán Smith đa biến3 8 Hình 6.1: Hệ thống điều khiển đa ngõ vào không ổn... đích điều khiển vòng lặp đa biến là một nhiệm vụ khó Đặc biệt, vấn đề điều khiển với n biến điều khiển và n biến thao tác thì có thể có n! cấu hình điều khiển vòng lặp đa biến 6 Nhiễu Chu trình điều khiển r y Hình 2.1 a Chu trình điều khiển với một tín hiệu ngõ vào, một tín hiệu ngõ ra và đa tác động nhiễu Nhiễu r1 y1 Chu trình điều khiển r2 y2 Hình 2.1 b Chu trình điều khiển với hai tín hiệu ngõ vào, ... hai tín hiệu ngõ ra và đa tác động nhiễu Nhiễu r1 r2 rn ⋮ y1 Chu trình điều khiển ⋮ y2 yn Hình 2.1 c Chu trình điều khiển với đa tín hiệu ngõ vào, đa tín hiệu ngõ ra và đa tác động nhiễu Hình 2.1: Một số ví dụ về những quá trình đa biến 7 2.1.1 Phân tích sơ đồ khối đối với qui trình điều khiển hai biến Phân tích vấn đề điều khiển 2 ͯ 2 ở Hình 2.2 b bởi vì có hai biến điều khiển và biến thao tác, có bốn... hiệu ngõ vào và ngõ ra Do đó vấn đề nghiên cứu để mở rộng cho những chu trình đa biến với n ͯ n tín hiệu ngõ ra và ngõ vào đã trở nên rất cấp thiết Vì những lý do trên , tác giả chọn đề tài nghiên cứuđiều khiển phân ly các quá trình đa biến dựa vào dự đoán Smith đa biến 1.2 Mục đích của đề tài Mục tiêu chính của đề tài là đề xuất một phương pháp mới trong việc thiết kế hệ thống điều khiển phân ly cho... 2011a và các hình được vẽ bằng phần mềm Autocad 2007 5 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT Đểnghiên cứu chiến lược điều khiển đa biến bằng phương pháp điều khiển phân ly ta xem xét vấn đề chính đó là quá trình tương tác đa biến trong chu trình điều khiển 2.1 .Quá trình tƣơng tác và điều khiển vòng tƣơng tác Xem xét một số sơ đồ khối hệ thống điều khiển đa biến Hình 2.1 Để thuận tiện hơn ta giả thiết số biến thao... của quy luật phân ly các biến điều khiển bằng việc xác định chính xác từ tỷ lệ của các quá trình hở chức năng ban đầu và các yếu tố đường chéo của các dãy liên hệ tỉ lệ động (Dynamic Relative Gain Arrays) - Tìm ra các mối liên hệ quan trọng giữa hệ thống điều khiển đa biến theo dự đoán Smith đa biế n và hê ̣ thố ng điề u khiể n phân ly đa biế n - Thiế t kế các bô ̣ điề u khiể n đa biế n trên... có thể điều chỉnh các tham biến này cho phù hợp Để có một cách nhìn tổng quát hơnchúng ta sẽ đi xem xét một số hệ thống điều khiển đa biến sau: Một ví dụ chung cho qui trình điều khiển với hai tín hiệu điều khiển đã được trình bày ởHình 1.1 Những ví dụ này minh họa tính năng đặc trưng của hệ điều khiển đa biến, cụ thể là sự hiện diện của quá trình tương tác, cái mà mỗi biến điều khiển có thể tác động... với số lượng biến điều khiển Vấn đề điều khiển đa biến vốn dĩ phức tạp hơn nhiều so với điều khiển đơn biến bởi vì sự tương tác trong chu trình diễn ra giữa biến điều khiển và biến thao tác Nếu giá trị thao tác u1 thay đổi, sẽ tác động tới tất cả giá trị điều khiển y1, y2, y3… Bởi vì luôn tồn tại tương tác trong chu trình vì vậy sự lựa chọn một liên kết tốt nhất cho biến điều khiển và biến thao tác... hệ điều khiển đa biến thông thường được sử dụng cho hai tín hiệu điều khiển phản hồi Khi đó sẽ có hai cấu hình điều khiển tín hiệu có thể thực hiện nhưHình 2.2 Trong 8 mục đích (a), y1 được điều khiển bằng cách điều chỉnh u1, trong khi y2 được điều khiển bằng cách điều chỉnh u2 Cấu hình này được gọi là mục đích điều khiển 1-1/2-2 Sự thay đổi chiến lược liên kết y1 với u2 và y2 với u1 Mục đích điều khiển. .. tính thực thi kém đối với những chu trình có tương tác đáng kể Một phương pháp được đánh giá có nhiều ưu việt hiện nay đó là phương pháp phân ly đa biến( Luyben 1970, Waller 1974, Garrido et al.,2011) Hầu hết các nghiên cứu này chỉ xem xét ở phân ly đa biến với hai tín hiệu điều khiển ngõ ra và hai ngõ vào Tuy nhiên, nhiều quá trình đa biến trong lý 3 thuyết điều khiển cũng như trong thực tế sản xuất