Bài giảng các bộ điều khiển DCS yokogawa

Các thuật toán điều khiển tiêu biểu Điều khiển phản hồi Feedback Control z Điều khiển nối tầng Cascade Control z Điều khiển Tỉ lệ Ratio Control z Điều khiển Feedforward z PID chỉnh định PID z 09/2007 Điều khiển phản hồi (Feedback Control) † Khái niệm: Là khái niệm điều khiển dựa nguyên tắc liên tục đo (hoặc quan sát) giá trị biến điều khiển phản hồi thông tin điều khiển để tính toán lại giá trị biến điều khiển.-> Hay gọi điều khiển vòng kín † Cấu trúc điều khiển: w w: Đầu vào trình z: Đầu trình y: Đầu vào điều khiển u u: Các tín hiệu điều khiển 09/2007 z Mô hình trình y Bộ điều khiển Điều khiển phản hồi (Feedback Control) † Ví dụ: Điều khiển trình trao đổi nhiệt „ Điều chỉnh lưu lượng nóng (biến điều khiển) dựa sai lệch nhiệt độ dầu (biến điều khiển) giá trị đặt (SP) 09/2007 Điều khiển phản hồi (Feedback Control) Đánh giá : † Ưu điểm: Có khả ổn định cao,loại bỏ nhiễu bất định, Bền vững với sai lệch mô hình † Nhược điểm: Tác động chậm, ảnh hưởng nhiễu, cần sử dụng thêm cảm biến Ứng dụng : † Được ứng dụng rộng rãi thực tế, thường kết hợp với điều khiển truyền thẳng để bù nhiễu, cải thiện tốc độ 09/2007 Điều khiển nối tầng (Cascade) Khái niệm : Là dạng mở rộng cấu trúc điều khiển vòng đơn, giúp loại bỏ phần ảnh hưởng nhiễu, cải thiện tốc độ đáp ứng thường kết hợp nhiều chiến lược điều khiển khác điều khiển phản hồi, điều khiển tỉ lệ 09/2007 Điều khiển nối tầng (Cascade) Cấu trúc : † Cấu trúc nối tiếp (cấu trúc truyền thống) † Cấu trúc song song (khống chế đầu vào) 09/2007 Điều khiển nối tầng (Cascade) † Ví dụ : Điều khiển buồng trao đổi nhiệt „ Để triệt tiêu sớm ảnh hưởng nhiễu ta sử dụng vòng điều chỉnh lưu lượng phía trong, sử dụng thêm đại lượng đo lưu lượng 09/2007 Điều khiển nối tầng (Cascade) Đánh giá: † Ưu điểm :Cải thiện khả loại bỏ nhiễu,giảm độ điều chỉnh,cải thiện tính ổn định nâng cao tính bền vững hệ kín † Nhược điểm: Chi phí tốn 09/2007 Điều khiển nối tầng (Cascade) Ứng dụng : † Vòng điều khiển phản hồi đơn không đáp ứng yêu cầu chất lượng † Có thể dễ dàng đo điều khiển biến trình thứ hai (có liên quan tới biến thứ nhất) † Biến điều khiển thứ hai thể rõ rệt ảnh hưởng nhiễu khó đo † Có quan hệ nhân biến điều khiển biến điều khiển thứ hai † Đặc tính động học biến thứ hai phải nhanh đặc tính động học biến thứ 09/2007 Điều khiển Tỉ lệ (Ratio Control) Khái niệm: † Điều khiển tỉ lệ trì quan hệ hai biến nhằm điều khiển gián tiếp biến thứ ba => thực chất dạng điều khiển truyền thẳng 09/2007 Điều khiển PI † Tác động thành phần P, I 12 10 I-action continues to increase controller output process response P-action steps controller initially controller output -2 09/2007 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Điều khiển PI † Ưu điểm: „ Loại trừ sai lệch tĩnh † Nhược điểm „ Tương tác tham số điều chỉnh „ Thành phần I gây dao động, giảm độ ổn định Đây loại điều chỉnh dùng rộng rãi họ PID 09/2007 Điều khiển PI † Tương tác thành phần P I Trường hợp 09/2007 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH PID Phương pháp Ziegler nichols (Phương pháp đặc tính đáp ứng bậc thang ) † Ứng dụng : „ Các đối tượng có đặc tính quán tính đặc tính quán tính tích phân với thời gian trễ tương đối nhỏ „ Áp dụng hệ hở, tách rời điều khiển khỏi hệ thống 09/2007 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH PID Phương pháp Ziegler nichols † Cách tiến hành : „ Cho tác động tín hiệu vào la xung step „ Xác định tín hiệu có dạng gần với khâu quán tính bậc có trễ K e −τ s WDT ( s ) = Ts + „ Xác định tham số T τ cách kẻ tiếp tuyến điêm uốn „ Tính toán tham số PID theo bảng 09/2007 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH PID Phương pháp Ziegler nichols 09/2007 Luật K P T/kτ PI 0.9T/kτ 0.33τ PID 1.2T/kτ 2τ Ti Td 0.5τ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH PID Phương pháp Ziegler nichols (Phương pháp đặc tính đáp ứng bậc thang ) † Ứng dụng : „ Áp dụng cho dải rông trình công nghiệp, kể số trình không ổn định „ Áp dụng cho hệ kín tách rời điều khiển khỏi thống 09/2007 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH PID Phương pháp Ziegler nichols † Cách tiến hành : „ Thiết lập không cho thành phần ID tác động (Td=0, Ti=∞) „ Thay đổi thành phần Kp cho hệ thống biên giới ổn định „ Xác định tham số Tth Kmax thực nghiệm „ Tính toán tham số PID theo bảng 09/2007 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH PID Phương pháp Ziegler nichols 09/2007 Luật K P 0.50Kmax PI 0.45Kmax 0.85Tth PID 0.60Kmax 0.5Tth Ti Td 0.125Tth CÁC ĐỊNH HƯỚNG CHỈNH ĐỊNH PID Thay đổi tham số Chỉ tiêu chất lượng Tăng Kc Giảm Ti Tăng Td Thời gian đáp ứng Giảm Giảm Giảm Thời gian độ Thay đổi Giảm Thay đổi Độ điều chỉnh Tăng Tăng Giảm Hệ số tắt dần Thay đổi Tăng Giảm Sai lệch tĩnh Giảm Triệt tiêu Thay đổi Tín hiệu điều khiển Tăng Tăng Tăng Độ dự trữ ổn định Giảm Giảm Tăng Bền vững với nhiễu đo Giảm Thay đổi Giảm 09/2007 ỨNG DỤNG PID TRONG MỘT SỐ VÒNG ĐIỀU KHIỂN † Điều khiển lưu lượng Quá trình cảm biến lưu lượng đáp ứng nhanh, đặc tính động học vòng kín định đặc tính van điều khiển(cơ cấu chấp hành) ->Thường sử dụng điều khiển PI FC FT 09/2007 Flow Setpoint ỨNG DỤNG PID TRONG MỘT SỐ VÒNG ĐIỀU KHIỂN † Điều khiển mức Đặc tính động học cảm biến cấu chấp hành nhanh so với trình, trình có tính tích phân (I) ->Sử dụng điều khiển P (hoặc PI có yêu cầu cao vê độ xác) Lsp Fin Fout LC LT FT RSP 09/2007 FC ỨNG DỤNG PID TRONG MỘT SỐ VÒNG ĐIỀU KHIỂN † Điều khiển áp suất khí Đặc tính động học trình cảm biến nhanh so với cấu chấp hành, trình có tính tích phân , yêu cầu cao độ xác tính an toàn ->Sử dụng điều khiển PI (hằng số thời gian tích phân nhỏ) Psp PC Vent PT 09/2007 C.W ỨNG DỤNG PID TRONG MỘT SỐ VÒNG ĐIỀU KHIỂN † Điều khiển nhiệt độ Đặc tính động học trình cảm biến chậm so với cấu chấp hành, trình có dao động, biến đổi chậm, chịu ảnh hưởng nhiễu trình ->Sử dụng điều khiển PI (hoặc PID đòi hỏi đáp úng nhanh) TT TC Tsp RSP Process Stream FC FT Gas 09/2007 ỨNG DỤNG PID TRONG MỘT SỐ VÒNG ĐIỀU KHIỂN † Điều khiển thành phần Tương tự với điều khiển nhiệt độ , Quá trình biến đổi chậm so với cảm biến cấu chấp hành ->Sử dụng điều khiển PI PID thuật toán cao cấp 09/2007 ... biến điều khiển. -> Hay gọi điều khiển vòng kín † Cấu trúc điều khiển: w w: Đầu vào trình z: Đầu trình y: Đầu vào điều khiển u u: Các tín hiệu điều khiển 09/2007 z Mô hình trình y Bộ điều khiển Điều. .. trước † Cấu trúc điều khiển: Tín hiệu từ trình tương tác Biến chủ đạo (giá trị đặt) 09/2007 Bộ điều khiển truyền thẳng Biến điều khiển Nhiễu trình Quá trình Biến cần điều khiển Điều khiển Feed-forward... nhằm điều khiển gián tiếp biến thứ ba => thực chất dạng điều khiển truyền thẳng 09/2007 Điều khiển Tỉ lệ (Ratio Control) Cấu trúc: 09/2007 Điều khiển Tỉ lệ (Ratio Control) Ví dụ : Điều khiển