Chương 3: Các sách lược ₫iều khiển

© 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 1Chương 1 13/09/2005 Chương 2 Chương 3: Các sách lược ₫iều khiển Điềukhiển quá trình 2 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Nộidung chương 3 3.1 Khái niệm 3.2 Điềukhiển truyềnthẳng 3.3 Điềukhiểnphảnhồi 3.4 Điềukhiển cascade 3.5 Điềukhiểntỉ lệ 3.6 Điềukhiểnlựachọn 3.7 Điềukhiểnphânvùng 3.8 Các cấu trúc ₫iềukhiểnhệ MIMO 3.9 Thiếtkế cấu trúc ₫iềukhiểnhệ MIMO 3 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Quá trình Nhiễu d Các biếncần ₫iềukhiển y Các biến ₫iềukhiển u Lưu ý: u, r, y, d là các biến của mô hình chuẩn 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 SƠN Chương 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 bềnvững Các mụctiêucụ thể của ₫iềukhiển 5 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Các vấn ₫ề phứctạp  Nhiềuquátrìnhphứctạp, khó ₫iềukhiển(tương tác nhiềuchiều, hệ pha không cựctiểu, giớihạn về 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 ₫iềukhiểncógiới hạn  Trình ₫ộ hiểubiếtcủakỹ sư vậnhànhvề lý thuyết ₫iềukhiểnhạnchế  . 6 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 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 các biến quá trình để đưaratácđộng điềukhiển.  Sách lược ₫iềukhiển — Điềukhiển ₫ơn biếnhay ₫abiến? —Phốihợpsử dụng các biếnvàonàovànhư thế nào ₫ể ₫iều khiểnnhững biếnranào? Quá trình Nhiễu d Các biến ₫o ₫ược y m Các biến ₫iềukhiển u Giá trị ₫ặt r Sách lược ₫iềukhiển 7 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Các 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) z Điều khiển tách kênh z Điều khiển nhiều chiều — Điềukhiển phi tập trung (decentralized control) — Điềukhiểnphân cấp(hierarchical control) 8 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS 3.2 Điềukhiển truyềnthẳng  Ví dụ₫iềukhiển quá trình trao ₫ổinhiệt: — Điềuchỉnh lưulượng hơi nóng vào F s ₫ể duy trì nhiệt ₫ộ dầu ra T 2 tạigiátrị₫ặtmongmuốn 9 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Cấutrúc 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 y 1 ()( ()) () () rd r uKsrGsd Ks Gs − = − ≈ (3.1) 10 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Phân tích chấtlượng 1 1 1 ()() () r rd d ddd KG u KrGd GrGd yGuGdGGrGdGdr − − − = =− = − ⇒= + = − + = (3.2) b) Sai lệch mô hình ₫ốitượng (giả sử d = 0): (3.4) a) Điềukhiểnlýtưởng 1 () GGG G yG GGrr r G − =+Δ Δ ⇒= +Δ =+ thùc (3.3) c) Sai lệch mô hình nhiễu: thùc () ddd ddd d GGG y rGd G Gd r Gd =+Δ ⇒=− + +Δ =+Δ sai lệch ₫iềukhiển [...]... là một dạng ₫iều 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... toàn © HMS Chương 3: Các 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... Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 18 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... DA): Đầu ra của bộ ₫iều khiển tăng khi biến ₫ược ₫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... thay ₫ổi áp suất dòng chảy/dòng hơi ảnh hưởng lớn tới lưu lượng © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 26 Ví dụ ₫iều khiển buồng trao ₫ổi nhiệt © 2004, HOÀNG MINH SƠN Giải pháp: Triệt tiêu sớm ảnh hưởng của nhiễu bằng cách sử dụng một vòng ₫iều chỉnh trong, sử dụng thêm một ₫ại lượng ₫o © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 27 Hai cấu trúc cơ bản Cấu trúc kinh ₫iển (cấu trúc... có thể thông qua quan sát diễn biến ₫ầu ra: n ≈ 0, GK 1 ⇒e ≈0 © HMS Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 23 Các vấn ₫ề của ₫iều khiển phản hồi Một vòng ₫iều khiển kín chứa một ₫ối tượng ổn ₫ịnh cũng có thể trở nên mất ổn ₫ịnh Điều khiển phản hồi cần bổ sung các cảm biến Nhiễu ₫o có thể ảnh hưởng lớn tới chất lượng ₫iều khiển (₫ể ý số hạng cuối cùng trong biểu thức 3.13 và 3.14) => cần có... có một bộ ₫iều khiển phản hồi tốt nếu như không có một mô hình tốt © HMS Với một số quá trình có ₫áp ứng ngược hoặc có trễ (hệ pha không cực tiểu), một bộ ₫iều khiển phản hồi ₫ược thiết kế thiếu thận trọng thậm chí có thể làm xấu ₫i ₫ặc tính ₫áp ứng Bộ ₫iều khiển phản hồi ₫áp ứng chậm với nhiễu tải và thay ₫ổi giá trị ₫ặt Chương 3: Các sách lược điều khiển © 2005 - HMS 24 Kết hợp với sách lược truyền... 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 MINH SƠN Đáp ứng với giá trị... G d 2 r + d1 + d2 1 + L1 1 + L1 L 2 (1 + L1 ) Chương 3: Các sách lược điều khiển Ảnh hưởng của d2 giảm đi nhiều! © 2005 - HMS (3.16) 29 Khi nào sử dụng sách lược cascade? Vòng ₫iều khiển phản hồi ₫ơn không ₫áp ứng ₫ược yêu cầu chất lượng Có thể dễ dàng ₫o ₫ược và ₫iều khiển ₫ược một biến quá trình thứ hai (có liên quan tới biến thứ nhất) Biến ₫ược ₫iều khiển thứ hai thể hiện rõ rệt ảnh hưởng của nhiễu... quan hệ nhân quả giữa biến ₫iều khiển và biến ₫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 . SƠN Chương 1Chương 1 13/09/2005 Chương 2 Chương 3: Các sách lược ₫iều khiển Điềukhiển quá trình 2 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển. m Các biến ₫iềukhiển u Giá trị ₫ặt r Sách lược ₫iềukhiển 7 © 2004, HOÀNG MINH SƠN Chương 3: Các sách lược điềukhiển © 2005 - HMS © HMS Các sách lược ₫iềukhiển