Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo Điều khiển quá trình môn điều khiển tự động
© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 1Chương 113/09/2005Chương 2Chương 3: Các sách lược ₫iều khiểnĐiềukhiển quá trình 2© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Các sách lược điềukhiển© 2005 - HMS© HMSNộidung chương 33.1 Khái niệm3.2 Điềukhiển truyềnthẳng3.3 Điềukhiểnphảnhồi3.4 Điềukhiển cascade3.5 Điềukhiểntỉ lệ3.6 Điềukhiểnlựachọn3.7 Điềukhiểnphânvùng3.8 Các cấu trúc ₫iềukhiểnhệ MIMO3.9 Thiếtkế cấu trúc ₫iềukhiểnhệ MIMO 3© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Các sách lược điềukhiển© 2005 - HMS© HMSQuá trìnhNhiễu dCác biếncần₫iềukhiển yCác biến₫iềukhiển uLưu ý:u, r, y, dlà các biếncủa mô hìnhchuẩn hóa G(s)3.1 Khái niệm Bài toán ₫iềukhiển quá trình: duy trì y ≈ r trong khi—thay₫ổigiátrị₫ặtr—cótác₫ộng của nhiễud—tồntại nhiễu ₫on— mô hình quá trình không chính xác 4© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Các sách lược điềukhiển© 2005 - HMS© HMS Ổn ₫ịnh hệ thống Tốc ₫ộ ₫áp ứng nhanh và chấtlượng ₫áp ứng tốt:— Đáp ứng vớithay₫ổigiátrị₫ặt— Đáp ứng với nhiễu quá trình—Ítnhạycảmvới nhiễu ₫o Giá trị biến ₫iềukhiểnthay₫ổichậmhoặcthay₫ổiít Bềnvững:— Ổn ₫ịnh bềnvững—Chấtlượng bềnvữngCác mụctiêucụ thể của ₫iềukhiển 5© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Các sách lược điềukhiển© 2005 - HMS© HMSCác vấn ₫ề phứctạp Nhiềuquátrìnhphứctạp, khó ₫iềukhiển(tươngtác nhiềuchiều, hệ pha không cựctiểu, giớihạnvề giá trị và tốc ₫ộ thay ₫ổicủabiến ₫iềukhiển, giớihạnvề phạmvi thay₫ổi cho phép củabiến₫ược ₫iềukhiển, .) Mô hình khó xây dựng chính xác Nhiễukhó₫o, khó biếttrước Khả năng thực thi, cài ₫ặtluật ₫iềukhiểncógiớihạn Trình ₫ộ hiểubiếtcủakỹ sư vậnhànhvề lýthuyết ₫iềukhiểnhạnchế . 6© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Các sách lược điềukhiển© 2005 - HMS© HMS Sách lược/cấu trúc ₫iềukhiển (control strategy/structure): nguyên tắcvề mặtcấu trúc trong sử dụng thông tin về cácbiến quá trình để đưaratácđộng điềukhiển. Sách lược ₫iềukhiển— Điềukhiển ₫ơn biếnhay ₫abiến?—Phốihợpsử dụng các biếnvàonàovànhư thế nào ₫ể ₫iềukhiểnnhững biếnranào?Quá trìnhNhiễu dCác biến₫o ₫ược ymCác biến₫iềukhiển uGiá trị₫ặt rSách lược ₫iềukhiển 7© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Các sách lược điềukhiển© 2005 - HMS© HMSCác sách lược ₫iềukhiển cơ bản Hệ SISO:— Điềukhiểntruyềnthẳng (feedforward control)— Điềukhiển phảnhồi(feedback control)— Điềukhiểntầng (cascade control)— Điềukhiểntỉ lệ (ratio control)— Điềukhiểnlựachọn(selective control)— Điềukhiển phân vùng (split-range control) Hệ MIMO:— Điềukhiểntập trung (centralized control)zĐiều khiển tách kênhzĐiều khiển nhiều chiều— Điềukhiển phi tập trung (decentralized control)— Điềukhiểnphân cấp(hierarchical control) 8© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Các sách lược điềukhiển© 2005 - HMS© HMS3.2 Điềukhiển truyềnthẳng Ví dụ₫iềukhiển quá trình trao ₫ổinhiệt:— Điềuchỉnh lưulượng hơi nóng vào Fs ₫ể duy trì nhiệt ₫ộ dầura T2tạigiátrị₫ặtmongmuốn 9© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Các sách lược điềukhiển© 2005 - HMS© HMSCấutrúc cơ bản Nguyên lý:—Giả thiết: Mô hình chính xác, nhiễu ₫o ₫ược— Đo nhiễu quá trình d, tính toán u sao cho y ≈ r :— Không thựchiện ₫o y1()( ())() ()rdruKsrGsdKs Gs−= −≈(3.1) 10© 2004, HOÀNG MINH SƠNChương 3: Các sách lược điềukhiển© 2005 - HMS© HMSPhân tích chấtlượng111()()()rrd ddddKGu KrGd GrGdyGuGdGGrGdGdr−−−==− = −⇒= + = − + =(3.2)b) Sai lệch mô hình ₫ốitượng (giả sử d = 0):(3.4)a) Điềukhiểnlýtưởng1()GGGGyG GGrr rG−=+ΔΔ⇒= +Δ =+thùc(3.3)c) Sai lệch mô hình nhiễu: thùc()dddddd dGGGy rGd G Gd r Gd=+Δ⇒=− + +Δ =+Δsai lệch ₫iềukhiển [...]... sách lược điều khiển © 2005 - HMS 34 Điều khiển giới hạn Bộ ₫iều chỉnh - Quá trình Cấu hình ₫iều khiển Khâu lựa chọn (max, min, ) Ví dụ: Điều khiển nhiệt ₫ộ trong một lò phản ứng © 2004, HOÀNG MINH SƠN T © HMS TT 115 TT 116 Nước lạnh TT 117 t UC 101 Chương 3: Các sách lược điều khiển max FC 100 z © 2005 - HMS 35 Điều khiển lấn át Bộ ĐC 1 - Quá trình Cấu hình ₫iều khiển - Bộ ĐC 2 Ví dụ: Điều khiển nồi... khiển truyền thẳng Ví dụ: Điều khiển quá trình trao ₫ổi nhiệt © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 31 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Hai cấu trúc thường dùng © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 32 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Ví dụ ₫iều khiển tỉ lệ quá trình trộn (kết hợp với phản hồi) © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 33 3.6 Điều khiển lựa chọn Sử dụng khâu... 3.3 Điều khiển phản hồi © 2004, HOÀNG MINH SƠN Ví dụ: Điều khiển quá trình trao ₫ổi nhiệt © HMS Nguyên lý ₫iều khiển: Điều chỉnh lưu lượng hơi nóng (biến ₫iều khiển) dựa trên sai lệch giữa nhiệt ₫ộ dầu ra (biến ₫ược ₫iều khiển) và giá trị ₫ặt (SP) Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 19 Chiều tác ₫ộng của bộ ₫iều khiển phản hồi Tác ₫ộng thuận (direct acting, DA): Đầu ra của bộ ₫iều khiển. .. thuận Mở an toàn (fail open, air-to-close), chiều tác ₫ộng nghịch © HMS Coi ₫ối tượng ₫iều khiển = quá trình + van ₫iều khiển => chiều tác ₫ộng phụ thuộc vào dấu của hệ số khuếch ₫ại tĩnh của ₫ối tượng Trong ví dụ: tác ₫ộng nghịch — Quá trình: Hơi nóng nhiều -> nhiệt ₫ộ tăng — Van ₫iều khiển: Đóng an toàn Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 20 Cấu hình bộ ₫iều khiển phản hồi © 2004, HOÀNG... lược điều khiển Thay thế T2 bằng giá trị ₫ặt (SP): Fs = Fo Cp λ (S P − T1 ) © 2005 - HMS (3.8) 17 Ví dụ: Điều khiển quá trình trộn Giả thiết: - c1 và c2 là hằng số - lưu lượng w ra tùy ý (tự chảy) Phương trình cân bằng: © 2004, HOÀNG MINH SƠN w 1 c1 + w 2 c 2 = (w 1 + w 2 )c (3.9) Thay thế c bằng giá trị ₫ặt (SP): w 1 (S P − c1 ) w2 = c2 − S P (3.10) © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS... ₫iều khiển tăng và ngược lại Tác ₫ộng nghịch (reverse acting, RA): Đầu ra của bộ ₫iều khiển giảm khi biến ₫ược ₫iều khiển tăng và ngược lại Sự lựa chọn chiều tác ₫ộng phụ thuộc: — Đặc ₫iểm của quá trình: quan hệ giữa biến ₫iều khiển và biến ₫ược ₫iều khiển — Kiểu tác ₫ộng của van ₫iều khiển (chú ý chiều mũi tên trên ký hiệu van ₫iều khiển) : © 2004, HOÀNG MINH SƠN Đóng an toàn (fail close, air-to-open),... các bộ ₫iều khiển phản hồi ₫ể triệt tiêu sai lệch tĩnh, giảm tác ₫ộng của sai lệch mô hình và của nhiễu không ₫o ₫ược Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 16 Ví dụ: Điều khiển quá trình trao ₫ổi nhiệt Bỏ qua tổn thất nhiệt, ta có phương trình cân bằng năng lượng: Fo C p (T2 − T1 ) = λ Fs (3.7) trong ₫ó: Cp — nhiệt dung của dầu © 2004, HOÀNG MINH SƠN λ — hệ số nhiệt tỏa ra do quá trình hơi... xỉ bộ ₫iều khiển © 2004, HOÀNG MINH SƠN g) Quá trình không ổn ₫ịnh: Bộ ₫iều khiển lý tưởng triệt tiêu ₫iểm cực không ổn ₫ịnh => Hệ thống không có tính ổn ₫ịnh nội, chỉ cần có nhiễu ₫ầu vào rất nhỏ có thể làm cho hệ mất ổn ₫ịnh y = G(u + d u ) + G d d = r + Gd u (3.6) © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 13 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Ví dụ: Điều khiển mức © HMS Nguyên lý ₫iều khiển: Lưu... ₫ược ₫iều khiển thứ hai (có thể cùng là một biến) © 2004, HOÀNG MINH SƠN Đặc tính ₫ộng học của biến thứ hai phải nhanh hơn ₫ặc tính ₫ộng học của biến thứ nhất © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 30 3.5 Điều khiển tỉ lệ (ratio control) © 2004, HOÀNG MINH SƠN Điều khiển tỉ lệ là duy trì tỉ lệ giữa hai biến nhằm ₫iều khiển gián tiếp một biến thứ ba => thực chất là một dạng ₫iều khiển truyền... điều khiển © 2005 - HMS 25 3.4 Điều khiển tầng (cascade) Đặt vấn ₫ề: Tác ₫ộng của nhiễu với các quá trình chậm (nhiệt ₫ộ, mức và nồng ₫ộ) hoặc có trễ lớn => các vòng ₫iều chỉnh ₫ơn khó mang lại tốc ₫ộ ₫áp ứng nhanh cũng như ₫ộ quá ₫iều chỉnh nhỏ © 2004, HOÀNG MINH SƠN Ví dụ tiêu biểu: Với cùng ₫ộ mở van, thay ₫ổi áp suất dòng chảy/dòng hơi ảnh hưởng lớn tới lưu lượng © HMS Chương 3: Các sách lược điều . điềukhiển© 2005 - HMS© HMS3.3 Điềukhiển phảnhồi Ví dụ: Điềukhiển quá trình trao ₫ổinhiệtNguyên lý ₫iềukhiển: Điềuchỉnh lưu lượng hơi nóng (biến ₫iềukhiển). Điềukhiển truyềnthẳng3.3 Điềukhiểnphảnhồi3.4 Điềukhiển cascade3.5 Điềukhiểntỉ lệ3.6 Điềukhiểnlựachọn3.7 Điềukhiểnphânvùng3.8 Các cấu trúc ₫iềukhiểnhệ MIMO3.9 Thiếtkế