Thiết kế chỉnh định bộ điều khiển PID cho đối tượng đa biến

Thiết kế chỉnh định bộ điều khiển PID cho đối tượng đa biến Thiết kế chỉnh định bộ điều khiển PID cho đối tượng đa biến Thiết kế chỉnh định bộ điều khiển PID cho đối tượng đa biến luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI *********♦********* NGHIÊM XUÂN SƠN THIẾT KẾ CHỈNH ĐỊNH BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO ĐỐI TƯỢNG ĐA BIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS HOÀNG MINH SƠN HÀ NỘI 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG THIẾT KẾ CHỈNH ĐỊNH BỘ ĐIỀU KHIỂN PID CHO ĐỐI TƯỢNG ĐA BIẾN NGHIÊM XUÂN SƠN HÀ NỘI 2008 MỤC LỤC CHƯƠNG Mở đầu CHƯƠNG Phân tích hệ thống điều khiển đa biến 2.1 Sơ đồ hệ thống chuẩn hố tín hiệu 2.2 Lựa chọn mơ hình 10 2.3 Các số đánh giá hệ thống 12 2.4 Khả điều khiển đối tượng 18 2.5 Biên độ hệ số khuếch đại hệ thống đa biến 20 2.5.1 Giới hạn biên độ phụ thuộc hệ số khuếch đại vào hướng vectơ tín hiệu 20 2.5.2 Phép phân tích giá trị suy biến – SVD 23 2.5.3 Nhận xét tính chất đối tượng dựa kết phép phân tích giá trị suy biến 26 2.6 Điểm không điểm cực 28 2.6.1 Điểm không điểm cực đối tượng đơn biến 29 2.6.2 Điểm không điểm cực đối tượng đa biến 32 2.7 Tương tác kênh 38 CHƯƠNG Thiết kế điều khiển đa biến 42 3.1 Bộ điều khiển tách kênh 42 3.2 Bộ điều khiển PID 49 3.2.1 Cấu trúc điều khiển PID 49 3.2.2 Bộ điều chỉnh PID lý tưởng 51 3.2.3 Phân loại phương pháp thiết kế 54 3.2.4 Phương pháp Ziegler-Nichols tổng quát 56 3.2.5 Phương pháp Biggest Log Modulus (BLT) 59 3.2.6 Phương pháp dịch chuyển đường Nyquist 60 3.2.7 Phương pháp chỉnh định Iterative Feedback 62 3.2.8 Phương pháp Controller Parameter Cycling 65 3.2.9 Phương pháp xấp xỉ đáp ứng tần số 67 3.2.10 Các phương pháp khác 69 CHƯƠNG Ví dụ minh hoạ tháp chưng luyện 70 4.1 Phân tích đối tượng 70 4.2 Các phương án thiết kế 71 4.2.1 Phương pháp BLT 71 4.2.2 Phương pháp dịch chuyển đường Nyquist (APM) 75 4.2.3 Phương pháp xấp xỉ đáp ứng tần số 77 4.2.4 Phương pháp mơ hình nội 79 4.2.5 Các phương pháp thiết kế khác 82 4.3 Mô 85 4.3.1 Trường hợp danh định 85 4.3.2 Ảnh hưởng nhiễu đầu vào 88 4.3.3 Ảnh hưởng sai lệch mơ hình 91 CHƯƠNG Kết luận 94 CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN r : Tín hiệu chủ đạo/giá trị đặt y : Tín hiệu đầu ym : Giá trị đo tín hiệu đầu u : Tín hiệu điều khiển n : Nhiễu đo d : Nhiễu tải e : Sai lệch giá trị đặt đầu G ( s ) : Hàm truyền đạt/Ma trận truyền đạt đối tượng điều khiển K ( s ) : Hàm truyền đạt/Ma trận truyền đạt điều khiển L ( s ) : Hàm truyền đạt/Ma trận truyền đạt vòng hở kC : Hệ số khuếch điều khiển TI : Hằng số thời gian tích phân TD : Hằng số thời gian vi phân k P : Hệ số khuếch đại thành phần tỷ lệ k I : Hệ số khuếch đại thành phần tích phân k D : Hệ số khếch đại thành phần vi phân ku : Hệ số khuếch đại tới hạn ωu : Tần số tới hạn Gd ( s ) : Hàm truyền đạt/Ma trận truyền đạt nhiễu S ( s ) : Hàm nhạy T ( s ) : Hàm bù nhạy/Hàm truyền đạt vịng kín G ( jω ) : Đặc tính tần RHP: Right Half Plane AM: Độ dự trữ biên PM: Độ dự trữ pha MS: Giá trị cực đại hàm nhạy MT: Giá trị cực đại hàm bù nhạy RGA: Ma trận hệ số khuếch đại tương đối TITO: Đối tượng vào – (Two Input Two Output) CHƯƠNG Mở đầu Cho đến đầu kỷ 21 này, dây chuyền công nghệ chế biến hồn thiện nhiều, phức tạp, yêu cầu khống chế chặt chẽ nhiều yếu tố công nghệ nhiệt độ, áp suất, lưu lượng,… để đảm bảo khả làm việc an toàn, hiệu Các hệ thống điều khiển trình ngày phát triển phần lớn xây dựng dựa sở điều khiển đơn giản rơ le, PID,… Vì vậy, bên cạnh việc phát triển cấu trúc điều khiển cao cấp dựa tảng phần cứng mạnh, phương pháp thiết kế, chỉnh định điều khiển đơn giản dựa thiết bị phần cứng chi phí thấp, làm việc ổn định liên tục đề xuất Vấn đề đặt thiết kế phải để điều khiển này, vốn xây dựng cho vòng điều khiển đơn biến, thích ứng với hệ thống đa biến công nghiệp đại Bộ điều khiển PID ví dụ tiêu biểu Với ưu điểm đơn giản, dễ chỉnh định, làm việc ổn định lịch sử thành công 60 năm, PID giải pháp phổ biến cho hệ thống điều khiển trình Tuy nhiên so với hàng trăm phương pháp chỉnh định PID đơn biến số phương pháp chỉnh định PID đa biến đề xuất nhiều Tài liệu tiếng Việt vấn đề thiết kế điều khiển đa biến nói chung lại Ngoài ra, hệ thống điều khiển thu từ phương pháp thiết kế thường đánh giá qua ví dụ minh hoạ số miền thời gian vốn không phản ánh đầy đủ chất hệ kín cách tổng quát Để phần khắc phục vấn đề trên, luận văn hoàn thành nhằm giới thiệu số phương pháp thiết kế, chỉnh định PID cho đối tượng đa biến với số cơng cụ phân tích, đánh giá hệ thống trước sau thiết kế điều khiển Từ làm sở cho việc lựa chọn phương pháp thiết kế phù hợp ứng dụng thực tế hướng nghiên cứu mặt lý thuyết sau Nội dung luận văn trình bày ba chương sau: Chương 2: Giới thiệu số vấn đề tiêu biểu phân tích hệ thống đa biến, khả điều khiển hệ thống qua việc phân tích biên độ hướng vectơ tín hiệu, điểm khơng, điểm cực hệ thống tương tác kênh Mục đích chương cung cấp công cụ để đánh giá hệ thống chưa có điều khiển (đánh giá độ khó tốn điều khiển) có điều khiển (đánh giá kết giải tốn điều khiển) Chương 3: Trình bày phương pháp thiết kế điều khiển tách kênh Giới thiệu, phân tích ưu nhược điểm số phương pháp thiết kế điều khiển PID cho đối tượng đa biến bao gồm phương pháp áp dụng thành công thực tế phương pháp đề xuất gần Chương 4: Phân tích thiết kế điều khiển PID đa biến cho mơ hình đối tượng tháp chưng luyện Mục đích chương minh họa phương pháp phân tích hệ thống thiết kế điều khiển trình bày hai chương trước đồng thời đánh giá kết thu từ phương pháp khác qua thấy ưu nhược điểm phạm vi áp dụng phương pháp Chương cuối kết luận kết thu luận văn hướng phát triển Mặc dù gặp nhiều khó khăn thời gian điều kiện làm việc luận văn hoàn thành nhờ bảo, giúp đỡ tận tình thầy mơn Điều khiển tự động suốt hai năm qua, đặc biệt PGS TS Hoàng Minh Sơn Em xin chân thành cảm ơn thầy CHƯƠNG Phân tích hệ thống điều khiển đa biến 2.1 Sơ đồ hệ thống chuẩn hố tín hiệu Trong ứng dụng thực tế, tính chất đối tượng điều khiển, thiết bị đo lường, chấp hành yêu cầu công nghệ nên hệ thống điều khiển đa biến có nhiều cấu trúc khác nhau: truyền thẳng, phản hồi, tầng, bù nhiễu trực tiếp,… Những hệ thống lớn thường kết hợp phức tạp cấu trúc Trong cấu trúc phản hồi yếu tố khơng thể thiếu có khả khơng chế đủ xác đầu hệ thống có sai lệch mơ hình chịu tác động nhiễu khơng đo Vì vậy, để đảm bảo khả áp dụng rộng rãi, nội dung tập trung vào cấu trúc hệ thống điều khiển phản hồi bậc tự sơ đồ sau: Hình 2-1: Sơ đồ hệ thống điều khiển phản hồi bậc tự Với vectơ tín hiệu: r : Tín hiệu chủ đạo/giá trị đặt y : Tín hiệu đầu ym : Giá trị đo tín hiệu đầu u : Tín hiệu điều khiển n : Nhiễu đo d : Nhiễu tải Lý thuyết điều khiển tự động thường sử dụng cơng cụ tốn học để phân tích hệ thống, tín hiệu vào/ra coi hàm số toán học tuý, quan tâm đến chất vật lý Thực tế tín hiệu truyền tải đại lượng vật lý nhiệt độ, áp suất,… Với hệ thống đa biến đại lượng đa dạng, khác chất vật lý hay độ lớn Điều đơi gây khó khăn áp dụng kết lý thuyết vào thực tiễn chuyển vấn đề thực tế sang ngôn ngữ lý thuyết Để đơn giản hố việc phân tích thiết kế, tín hiệu hệ thống cần chuẩn hố đại lượng khơng thứ ngun với biên độ thuận tiện cho việc so sánh đánh giá Trong khuôn khổ luận văn này, hệ thống phân tích đánh giá dựa mơ hình tuyến tính hố điểm làm việc Do đó, để thuận tiện cho việc phân tích, tín hiệu hệ thống chuẩn hố cho độ lớn khơng vượt q điểm làm việc: Các tín hiệu hệ thống điều khiển phản hồi bao gồm: – Giá trị đặt: rˆ – Tín hiệu điều khiển: uˆ – Tín hiệu đầu ra: yˆ – Nhiễu: dˆ – Sai lệch: eˆ 81 Hình 4-9: Biến thiên số điều kiện ma trận truyền đạt vịng kín (nét liền) đối tượng (nét chấm gạch) theo tần số Như việc bổ sung thành phần tách kênh giúp giảm số điều kiện khoảng tần số ω < 0,26 Kết tốt việc bổ sung thành phần vi phân (nhưng không bổ sung thành phần tách kênh) phương pháp dịch chuyển đường Nyquist Số điều kiện, giá trị suy biến, hướng vectơ tương ứng RGA ma trận truyền đạt tần số cộng hưởng tần số 1,0 thống kê hai bảng sau: Bảng 4-6: Số điều kiện, giá trị suy biến, hướng vectơ tín hiệu tương ứng RGA Gry với điều khiển IMC tần số ω 0,318 1,0 σ1 1,4436 0,4495 r1 [0,6633∠π ; 0,7484∠1,7972]’ [0,8890 ; 0,4579∠2,7860]’ y1 σ2 [0,2870∠1,1886 ; 0,9579∠-0,2108]’ [0,6845∠-2,2128 ; 0,7290∠-1,9319]’ 0,5159 0,0380 82 r2 [0,7484∠π ; 0,6633∠-1,3444]’ [0,4579∠π ; 0,8890∠2,7860]’ y2 [0,9579∠2,1493 ; 0,2870∠-2,3917]’ [0,7290∠0,4162 ; 0,6845∠-2,4444]’ cond(G) 3,2113 13,5762 RGA ⎡0,8870∠ − 0,3743 0,3683∠1, 0773 ⎤ ⎢ 0,3683∠1, 0773 0,8870∠ − 0,3743⎥ ⎣ ⎦ ⎡ 3,1952∠0, 4345 2,3266∠ − 2,5251⎤ ⎢ 2,3266∠ − 2,5251 3,1952∠0, 4345 ⎥ ⎣ ⎦ Bảng 4-7: Số điều kiện, giá trị suy biến hướng vectơ tín hiệu tương ứng Guy với điều khiển IMC tần số ω 0,318 1,0 Σ1 10,7878 1,8300 U1 [0,4921∠π ; 0,8705∠-0,4559]’ [0,5534 ; 0,8329∠-0,8877]’ Y1 [0,4042∠1,3207 ; 0,9147∠0,7266]’ [0,6530∠-2,2879 ; 0,7573∠-2,1996]’ Σ2 2,1187 0,3008 U2 [0,8705 ; 0,4921∠2,6857]’ [0,8329∠π ; 0,5534∠-0,8877]’ Y2 [0,9147∠2,6252 ; 0,4042∠-1,1104]’ [0,7573∠0,3230 ; 0,6530∠-2,7303]’ cond(G) 5,8951 7,0441 Giá trị RGA cho thấy điều khiển PI tập trung tách kênh tốt điều khiển phi tập trung tần số thấp không tác dụng tần số cao hạn chế PI 4.2.5.Các phương pháp thiết kế khác Bộ điều khiển PI phi tập trung thiết kế theo phương pháp gán điểm cực (Dominant pole placement – DPP) [39]: 0.0886 ⎡ ⎢0.7757 + s K (s) = ⎢ ⎢ ⎢⎣ ⎤ ⎥ ⎥ 0.0141 ⎥ −0.0288 − s ⎥⎦ (4.8) 83 Bộ điều khiển PID tập trung thiết kế theo phương pháp dựa kỹ thuật RFB phi tập trung [36]: ⎡ ⎞ ⎛ ⎛ ⎞⎤ 0.2184 ⎜1 + −0.0102 ⎜ + − 0.804 s ⎟ ⎥ ⎟ ⎢ ⎝ 3.92 s ⎠ ⎝ 0.445s ⎠⎥ K (s) = ⎢ ⎢ ⎥ 1 ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ 0.0673 0.796 0.0660 s − − + − + ⎢ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎥ ⎝ 4.23s ⎠ ⎝ 4.25s ⎠ ⎣ ⎦ (4.9) Bộ điều khiển PID tập trung thiết kế theo phương pháp xấp xỉ đáp ứng tần số có điều chỉnh tránh phát sinh điểm cực bên phải trục ảo (FRF2) [31]: 0.0424 0.0235 ⎡ ⎤ −0.0685 − ⎢0.2850 + s ⎥ s K (s) = ⎢ ⎥ 0.0163 0.0171 ⎢ 0.0359 + −0.1093 − − 0.0427 s ⎥ s s ⎣⎢ ⎦⎥ (4.10) Giá trị suy biến số điều kiện hệ thống sử dụng điều khiển trên: a b Hình 4-10: Biến thiên giá trị suy biến Gry (a) Guy (b) theo tần số Nét liền: Bộ điều khiển DPP Nét chấm gạch: Bộ điều khiển RFB Nét chấm: Bộ điều khiển FRF2 84 a b Hình 4-11: Biến thiên số điều kiện đối tượng so với điều khiển DPP (a) điều khiển RFB, FRF2 (b) theo tần số Nét liền: đối tượng Nét chấm gạch: Bộ điều khiển DPP, RFB Nét chấm: Bộ điều khiển FRF2 Biên độ thành phần đường chéo ma trận RGA tần số khác nhau: Bảng 4-8: Biên độ thành phần đường chéo ma trận RGA tần số ω 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 DPP 0,961 1,252 1,308 1,137 0,946 0,748 0,501 0,372 1,073 2,450 RFB 1,000 0,982 1,060 1,031 0,964 0,977 1,093 1,327 1,743 2,352 FRF2 1,000 1,028 0,971 0,770 0,688 0,810 1,076 1,476 2,075 2,899 Mặc dù thiết kế cở sở đáp ứng tần số rõ ràng việc tránh phát sinh điểm không bên phải trục ảo làm giảm đáng kể chất lượng tách kênh Cuối cùng, tính bền vững ổn định điều khiển với sai lệch tham số đánh giá qua giá trị MS tổng hợp bảng sau: 85 Bảng 4-9: Giá trị Ms hệ thống với điều khiển khác Ms BLT APM FRF IMC DPP RFB FRF2 2,0996 1,9863 1,7275 2,1939 2,0836 1,6337 1,7650 Giá trị Ms cho thấy điều khiển PI bền vững so với yêu cầu thông thường khoảng từ 1,2 đến Trường hợp sử dụng PID cấu trúc tập trung tỏ bền vững cấu trúc phi tập trung 4.3 Mô Phần trước trình bày phương án thiết kế nhận định kết dựa giá trị suy biến, số điều kiện ma trận hệ số khuếch đại tương đối hệ thống thu Phần kiểm chứng nhận định chất lượng điều khiển dựa kết mô ba trường hợp: danh định, có nhiễu đầu vào có sai lệch mơ hình Để thuận tiện cho việc so sánh điều khiển chia thành nhóm theo mức độ phức tạp: – Nhóm 1: Các điều khiển phi tập trung PI tập trung – Nhóm 2: Các điều khiển PID tập trung Về lý thuyết, điều khiển phức tạp cho người thiết kế nhiều khả lựa chọn đạt kết tốt 4.3.1.Trường hợp danh định Hệ thống kích thích với giá trị đặt dạng bước nhảy thời điểm (giá trị đặt thứ nhất) 200 (giá trị đặt thứ hai) 86 Hình 4-12: Đầu thứ nhất, điều khiển BLT, APM IMC Nét liền: Bộ điều khiển PI phi tập trung BLT Nét chấm gạch: Bộ điều khiển PI tập trung IMC Nét chấm: Bộ điều khiển PID phi tập trung APM Hình 4-13: Đầu thứ hai, điều khiển BLT, APM IMC Nét liền: Bộ điều khiển PI phi tập trung BLT Nét chấm gạch: Bộ điều khiển PI tập trung IMC Nét chấm: Bộ điều khiển PID phi tập trung APM 87 Đồ thị đáp ứng minh chứng cho nhận định ban đầu: – So với PI, đáp ứng PID khơng dao động lớn có dao động ký sinh với biên độ nhỏ – So với điều khiển phi tập trung, PI tập trung tách kênh tốt thể qua giá trị cực đại độ lệch khỏi giá trị đặt nhỏ – Bộ PI phi tập trung có cấu trúc đơn giản nên chất lượng điều khiển bị hạn chế Hình 4-14: Đầu thứ nhất, điều khiển FRF, RFB FRF2 Nét liền: Bộ điều khiển FRF Nét chấm: Bộ điều khiển RFB Nét chấm gạch: Bộ điều khiển FRF2 88 Hình 4-15: Đầu thứ hai, điều khiển FRF, RFB FRF2 Nét liền: Bộ điều khiển FRF Nét chấm: Bộ điều khiển RFB Nét chấm gạch: Bộ điều khiển FRF2 So với điều khiển trước, điều khiển PID tập trung cho chất lượng tốt hẳn khả tách kênh lẫn bám giá trị đặt, đặc biệt điều khiển FRF cho chất lượng tách kênh tốt Điều hoàn toàn phù hợp với kết phân tích giá trị suy biến, số điều kiện RGA phần trước Bộ điều khiển FRF2 tách kênh điều khiển không làm phát sinh điểm không bên phải trục ảo 4.3.2.Ảnh hưởng nhiễu đầu vào Do hệ thống tuyến tính thoả mãn tính xếp chồng nên trước hết cần kiểm tra đáp ứng đầu với nhiễu dạng bước nhảy đầu vào Đáp ứng với nhiễu hai đầu vào xác định cách tổ hợp tuyến tính đáp ứng với đầu vào Sau kết mô với nhiễu đầu vào thứ dạng 89 bước nhảy dương thời điểm nhiễu đầu vào thứ hai dạng bước nhảy âm thời điểm 100 a b Hình 4-16: Đầu thứ (a) thứ hai (b) với nhiễu đầu vào, điều khiển BLT, APM IMC Nét liền: Bộ điều khiển PI phi tập trung BLT Nét chấm gạch: Bộ điều khiển PI tập trung IMC Nét chấm: Bộ điều khiển PID phi tập trung APM a b Hình 4-17: Đầu thứ (a) thứ hai (b) với nhiễu đầu vào, điều khiển FRF, RFB FRF2 Nét liền: Bộ điều khiển FRF Nét chấm: Bộ điều khiển RFB Nét chấm gạch: Bộ điều khiển FRF2 Kết mô cho thấy điều khiển phi tập trung cho chất lượng danh định điều khiển tập trung (đặc biệt khả tách 90 kênh) lại bền vững với sai lệch đầu vào Đây ưu điểm điều khiển phi tập trung nói tiểu mục 3.2.1 Kết mơ với nhiễu đầu vào dạng bước nhảy chứng tỏ cấu trúc chung điều khiển có ảnh hưởng lớn tới độ bền vững hệ thống Tuy nhiên cấu trúc thành phần ma trận điều khiển đóng vai trị quan trọng Như phân tích phần trước, điều khiển PI tạo cho hệ thống tần số cộng hưởng Do hệ thống nhạy cảm với nhiễu dạng dao động điều hoà tần số Mặc dù không phổ biến nhiễu tải dạng bước nhảy, nhiễu điều hồ xuất cấu quay lệch tâm, nguồn điện xoay chiều,… Đối với tháp chưng luyện, nhiễu dao động xuất khống chế áp suất nồi rơ le (giải pháp phổ biến) sử dụng van on/off đóng mở tuần hoàn thay cho van điều chỉnh liên tục (để giảm chi phí thiết bị) Ví dụ mơ ảnh hưởng nhiễu với tần số cộng hưởng hướng tín hiệu đầu vào tương ứng điều khiển BLT: Hình 4-18: Đáp ứng đầu thứ với nhiễu đầu vào, điều khiển BLT, APM IMC Nét liền: Bộ điều khiển PI phi tập trung BLT Nét chấm gạch: Bộ điều khiển PI tập trung IMC Nét chấm: Bộ điều khiển PID phi tập trung APM 91 Kết mô cho thấy điều khiển PI (tập trung phi tập trung) dao động với biên độ gấp đơi điều khiển PID bị kích thích nhiễu tần số cộng hưởng Vì thiết kế hệ thống cần hạn chế xuất nhiễu 4.3.3.Ảnh hưởng sai lệch mô hình Trước hết ta xét trường hợp cột ma trận truyền đạt đối tượng thay đổi Hiện tượng tương đương với cấu chấp hành bị hỏng, khơng có khả tác động vào đối tượng: a b Hình 4-19: Đầu thứ hai triệt tiêu đầu vào thứ (a) đầu thứ triệt tiêu đầu vào thứ hai (b), điều khiển BLT, APM IMC Nét liền: Bộ điều khiển PI phi tập trung BLT Nét chấm gạch: Bộ điều khiển PI tập trung IMC Nét chấm: Bộ điều khiển PID phi tập trung APM 92 a b Hình 4-20: Đầu thứ hai triệt tiêu đầu vào thứ (a) đầu thứ triệt tiêu đầu vào thứ hai (b), điều khiển FRF, RFB FRF2 Nét liền: Bộ điều khiển FRF Nét chấm gạch: Bộ điều khiển RFB Nét chấm: Bộ điều khiển FRF2 Kết mô cho thấy kênh bị vơ hiệu hố đầu vào, tất điều khiển tập trung khơng có khả bám giá trị đặt kênh lại Do điều khiển chứa thành phần tích phân nên điều đồng nghĩa với việc hệ thống ổn định nội Ngược lại, điều khiển phi tập trung đảm bảo bám giá trị đặt kênh khơng bị vơ hiệu hố đầu vào Đây ưu điểm lớn điều khiển phi tập trung Ngoài trường hợp triệt tiêu đầu vào, ta xét trường hợp thường gặp khác sai lệch thời gian trễ Sai lệch thường xảy khó xác định xác thời gian trễ tín hiệu đo bị lẫn nhiễu Mơ hình đối tượng với thời gian trễ thay đổi sau: ⎡ 12.8e −2 s ⎢16.7 s + G '( s ) = ⎢ ⎢ 6.6e −10 s ⎢⎣10.9 s + −18.9e −4 s ⎤ 21s + ⎥⎥ −19.4e −4 s ⎥ 14.4 s + ⎥⎦ (4.11) 93 a b Hình 4-21: Đầu thứ (a) đầu thứ hai (b) thời gian trễ thay đổi, điều khiển BLT, APM IMC Nét liền: Bộ điều khiển PI phi tập trung BLT Nét chấm gạch: Bộ điều khiển PI tập trung IMC Nét chấm: Bộ điều khiển PID phi tập trung APM a b Hình 4-22: Đầu thứ (a) đầu thứ hai (b) thời gian trễ thay đổi, điều khiển FRF, RFB FRF2 Nét liền: Bộ điều khiển FRF Nét chấm gạch: Bộ điều khiển RFB Nét chấm: Bộ điều khiển FRF2 Kết mô cho thấy điều khiển PID tập trung bền vững với sai lệch thời gian trễ hẳn Điều phù hợp với đồ thị số điều kiện số MS thu Cần ý số điều kiện MS phản ánh tính bền vững với sai lệch giá trị tham số khơng phản ánh tính bền vững với sai lệch cấu trúc Vì việc PID tập trung không bền vững trường hợp trước không mâu thuẫn với nhận định rút từ giá trị số điều kiện 94 CHƯƠNG Kết luận Sau tám tháng thực hiện, luận văn hoàn thành với kết sau: – Phân tích tính chất hệ thống đa biến vấn đề gặp phải thiết kế hệ thống điều khiển, nhấn mạnh vào khác biệt đối tượng đơn biến đa biến Ví dụ mơ cho thấy thành phần đơn giản kết hợp lại trở thành đối tượng đa biến hồn tồn khơng dễ điều khiển – Trình bày số cơng cụ tốn học tương đối đơn giản cho phép phân tích rút thơng tin cần thiết cho việc đánh giá thiết kế hệ thống – Giới thiệu điều khiển tách kênh điều khiển tách kênh SVD Kết phân tích lý thuyết mô cho thấy vấn đề tách kênh tính bền vững hệ thống điều khiển có liên quan chặt chẽ – Tổng hợp phân tích đánh giá số phương pháp thiết kế điều khiển PID cho đối tượng đa biến, bao gồm phương pháp áp dụng rộng rãi nhiều thập kỷ lẫn phương pháp xuất – Áp dụng phân tích thiết kế điều khiển PID cho đối tượng tháp chưng luyện Kết mô minh hoạ cho hiệu lực công cụ phân tích ưu nhược điểm phương pháp thiết kế Do thời gian tảng kiến thức nhiều hạn chế nên kết đạt bước đầu, cần hoàn thiện thêm nhiều mặt, kể số hướng phát triển sau: – Phân tích vấn đề bền vững hệ thống đa biến: Với hệ thống đa biến phức tạp, tính bền vững yêu cầu cần thoả mãn – Nghiên cứu sâu thiết kế cấu trúc hệ thống điều khiển cấu trúc điều khiển: Trong thực tế, vấn đề cần giải trước tiến 95 hành tính tốn tham số điều khiển lại đề cập tài liệu lý thuyết Ví dụ minh hoạ cho thấy q trình thiết kế điều khiển đối tượng đa biến, mâu thuẫn chất lượng danh định tính bền vững thường gặp thiết kế nói chung, cịn có mâu thuẫn yêu cầu điều khiển khác cần quan tâm tính bền vững cấu trúc bền vững tham số Để giải tốt vấn đề cần thiết kế hợp lý cấu trúc hệ thống điều khiển – Thiết kế điều khiển PID quan điểm tách kênh: Các phương pháp thiết kế PID trước thường theo hướng bám giá trị đặt (do gián tiếp thực việc tách kênh) Tuy nhiên với hệ thống tương tác mạnh, yêu cầu tách kênh cần phải đặt trực tiếp khâu thiết kế Giải pháp kết hợp điều khiển SVD PID hướng giải hứa hẹn kết tốt – Tiến hành thử nghiệm đối tượng thực để kiểm chứng kết lý thuyết ... pháp thiết kế điều khiển PID cho đối tượng đa biến bao gồm phương pháp áp dụng thành công thực tế phương pháp đề xuất gần Chương 4: Phân tích thiết kế điều khiển PID đa biến cho mơ hình đối tượng. .. CHƯƠNG Thiết kế điều khiển đa biến 42 3.1 Bộ điều khiển tách kênh 42 3.2 Bộ điều khiển PID 49 3.2.1 Cấu trúc điều khiển PID 49 3.2.2 Bộ điều chỉnh PID lý tưởng ... phương pháp thiết kế, chỉnh định PID cho đối tượng đa biến với số cơng cụ phân tích, đánh giá hệ thống trước sau thiết kế điều khiển Từ làm sở cho việc lựa chọn phương pháp thiết kế phù hợp ứng