Tăng cường khả năng kháng nhiễu của hệ điều khiển bền vững với đối tượng quán tính lớn

NGUYỄN DUY THẮNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -NGUYỄN DUY THẮNG CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG KHÁNG NHIỄU CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG VỚI ĐỐI TƯỢNG QUÁN TÍNH LỚN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN VĂN MẠNH 2006 - 2008 Hà Nội 2008 HÀ NỘI 2008 MỤC LỤC Lời nói đầu Chương1: ĐẶC TÍNH ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU CHỈNH TRONG CÔNG NGHIỆP 1.1 Khái quát đối tượng điều chỉnh công nghiệp 1.1.1 Đối tượng điều chỉnh đầu 1.1.2 Đối tượng điều chỉnh nhiều đầu 1.2 Đặc tính mơ hình đối tượng điều chỉnh 1.2.1 Đặc trưng động học đối tượng 1.2.2 Mơ hình đối tượng có tự cân 1.2.3 Mơ hình đối tượng khơng có tự cân 1.3 Nhận xét đối tượng điều chỉnh công nghiệp Chương 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 2.1 Phương pháp Reswick 2.2 Phương pháp thực nghiệm Ziegler – Nichols 2.2.1 Phương pháp hiệu chỉnh theo đặc tính độ 2.2.2 Phương pháp hiệu chỉnh theo tần số tới hạn 2.3 Phương pháp tổng hợp trực hệ kín cho trước 2.3.1 Tổng hợp điều khiển bám giá trị đặt 2.3.2 Tổng hợp điều khiển ưu tiên khả kháng nhiễu 2.4 Phương pháp mơ hình nội (IMC) 2.5 Phương pháp xấp xỉ đặc tính tần 2.6 Phương pháp tổng hợp theo số dao động nghiệm 2.7 Phương pháp tổng hợp theo số biên độ cực đại M 2.8 Phương pháp tổng T Kuhn Chương 3: PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP BỀN VỮNG TỐI ƯU VÀ TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG KHÁNG NHIỄU 3.1 Phương pháp tổng hợp điều khiển bền vững tối ưu 3.1.1.Khái niệm toán điều khiển bền vững tối ưu đối tượng công nghiệp 3.1.2.Cấu trúc bền vững cao hệ thống điều khiển 3.1.3.Hệ điều khiển bền vững đảm bảo chất lượng cao 3.1.4.Bản chất tối ưu hệ điều khiển bền vững chất lượng cao 3.1.5.Thực thi điều chỉnh bền vững 3.1.6.Tham số tối ưu điều chỉnh tựa bền vững 3.2 Tăng cường khả kháng nhiễu cho điều chỉnh bền vững 3.2.1.Sai số điều chỉnh theo kênh giá trị đặt 3.2.2.Tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển bền vững 3.2.3.Ví dụ tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển bền vững Kết luận Tài liệu tham khảo Trang 7 14 18 18 20 23 26 29 31 34 34 35 37 37 40 44 48 51 54 56 60 60 60 61 63 64 65 67 76 76 77 85 92 93 Lời nói đầu Đất nước ta đường cơng nghiệp hố, đại hố, ngành sản xuất ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ nơi, đặc biệt lĩnh vực tự động hố Trong cơng nghiệp nhà máy nhiệt điện, vấn đề điều khiển tự động đối tượng nhiệt, đối tượng có qn tính lớn đặt nhiều tốn cần giải toán nhận dạng đối tượng, tổng hợp điều chỉnh, tối ưu hố tham sơ hệ thống Từ trước tới nay, có nhiều phương pháp tổng hợp điều khiển PID sử dụng công nghiệp như: phương pháp Reswick, phương pháp thực nghiệm Ziegle-Nichols, phương pháp tổng hợp trực tiếp, phương pháp mơ hình nội (IMC), phương pháp số dao động,.v.v Năm 1999, PGS.TSKH.VS.Nguyễn Văn Mạnh đề xuất quan điểm bền vững tối ưu xây dựng phương pháp tổng hợp điều chỉnh bền vững tối ưu cho hệ thống có trễ vận tải [5] Theo phương pháp cho phép thiết kế điều chỉnh có độ ổn định cao, sai số điều chỉnh nhỏ, trình độ đảm bảo với hệ số tắt dần cao trường hợp đặc tính đối tượng thay đổi Tuy nhiên, trường hợp đối tượng có qn tính q lớn khơng có tự cân đáp ứng theo kênh nhiễu kéo dài hội tụ chậm, chí tiến tới giá trị xác lập khác khơng Đây hạn chế điều khiển bền vững theo quan điểm Để dập nhiễu nhanh hơn, đặc biệt để khử sai số xác lập hệ thống theo kênh nhiễu trường hợp đối tượng có qn tính lớn hay khơng có tự cân bằng, ta phải tăng cường khả dập khử nhiễu cho điều chỉnh Do vậy, ánh sáng nói trên, đề tài chúng tơi đặt mục đích phát triển lý thuyết xây dựng phương pháp tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển bền vững tối ưu cơng nghiệp với đối tượng có qn tính lớn Bản luận văn có tên là: “Tăng cường khả kháng nhiễu hệ điều khiển bền vững với đối tượng quán tính lớn” bao gồm nội dung sau: Chương 1: Đặc tính đối tượng điều chỉnh công nghiệp Chương 2: Một số phương pháp tổng hợp điều khiển PID Chương 3: Phương pháp tổng hợp bền vững tối ưu tăng cường khả kháng nhiễu CHƯƠNG ĐẶC TÍNH ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU CHỈNH TRONG CÔNG NGHIỆP 1.1 Khái quát đối tượng điều chỉnh công nghiệp Các đối tượng điều chỉnh thường gặp công nghiệp phong phú đa dạng, từ dạng đơn giản nhất, khâu tuyến tính điển hỡnh đầu vào đầu (SISO), dạng phức tạp nhiều đầu vào nhiều đầu (MIMO) Các đối tượng điều khiển công nghiệp thường có qn tính bậc cao có trễ vận tải Nói chung chúng có tính chất phi tuyến thường thay đổi cách bất định, điều kiện làm việc thay đổi Về cấu trúc, đối tượng điều khiển cơng nghiệp chia thành hai loại, loại đối tượng nhiều đầu vào đầu loại đối tượng có nhiều đầu vào nhiều đầu 1.1.1 Đối tượng điều chỉnh đầu Đối tượng đầu loại đối tượng hay nhiều đại lượng đầu vào có đại lượng đầu (hỡnh 1.1) kiểm soát điều khiển Đại lượng đầu đối tượng bị thay đổi tác động hay nhiều tín hiệu vào: µ(t), λ1(t), , λm(t) λ1 λ2 λm µ y Hỡnh 1.1 Đối tượng đầu Trong đối tượng đầu ra, có tín hiệu vào µ(t) tác động điều chỉnh, tạo điều chỉnh nhằm đưa đại lượng đầu trở quỹ đạo mong muốn Các tín hiệu λ1(t), , λm(t) chấn động xuất dạng nhiễu làm thay đổi đại lượng đầu lệch khỏi quỹ đạo mong muốn Các chấn động phân biệt chấn động bên chấn động bên (nhiễu nhiễu ngoài) Chấn động bên (nhiễu trong) yếu tố ảnh hưởng đến đại lượng đầu theo kênh điều chỉnh Ngoài ra, ảnh hưởng nguy hại chấn động bên chúng làm thay đổi đặc tính động học đối tượng hệ thống nói chung Các chấn động bên tác động nhiễu, ảnh hưởng đến đối tượng từ mơi trường xung quanh, có tên gọi nhiễu Các nhiễu ngoài, nằm vũng điều chỉnh khơng ảnh hưởng đến tính chất ổn định hệ thống Giả sử đại lượng vào đối tượng thay đổi khoảng nhỏ, cho phép xấp xỉ diễn tả mô hỡnh tuyến tớnh Khi đó, theo nguyên lý xếp chồng đối tượng tuyến tính, ta viết : m y( t ) = y µ ( t ) + ∑ y λi ( t ), i =1 Trong đó: (1.1) y(t) - Đại lượng đầu ra, tín hiệu đầu vào tác động đồng thời yµ(t) - Thành phần đại lượng ra, tác động điều chỉnh µ(t) gây y λi ( t ) - Thành phần đại lượng ra, chấn động λi(t) gây Cơng thức (1.1) viết dạng ảnh sau: m m Y(s) = Yµ (s) + ∑ Yλi (s) = O(s)M (s) + ∑ D i (s)Λ i (s) i =1 (1.2) i =1 Trong đó: Λi(s) ảnh laplace λi(t) M(s) ảnh laplace µ(t) O(s) = Yµ (s) M (s) D i (s) = - hàm truyền đối tượng theo kênh điều chỉnh Yλi (s) Λ i (s) - hàm truyền đối tượng theo kênh nhiễu * Ví dụ đối tượng điều chỉnh công nghiệp mức nước bể chứa Đối với hệ thống điều chỉnh mức nước bao bể chứa, mức nước thay đổi, thiết bị đo đưa tín hiệu điều chỉnh, điều chỉnh nhận tín hiệu độ tăng (giảm) mức nước tác động vào van điều chỉnh làm giảm (tăng) lưu lượng nước cấp vào bể Độ mở van điều chỉnh tác động điều chỉnh Chấn động thay đổi áp suất đường nước trước van điều chỉnh Yếu tố không xử lý điều chỉnh ảnh hưởng đến mức nước bể theo kênh với độ mở van 10 Mặt khác, áp suất đầu vào van điều chỉnh thay đổi, thỡ độ mở van xác lập vị trí đường đặc tính cơng tác van Mà đặc tính cơng tác van thường phi tuyến nên mô hỡnh tuyến tớnh hoỏ đối tượng (bao gồm van điều chỉnh) bị thay đổi theo Như vậy, tính chất động học hệ thống thay đổi thường xuyên trỡnh làm việc Chấn động bên đối tượng điều chỉnh mức nước thay đổi áp suất bể lưu lượng lấy theo nhu cầu tiêu thụ m Q v, P v dH H0 l Qr, Pr Hỡnh 1.2 Mụ tả đối tượng mức nước Trong đó: - l m độ mở van - H0 mức nước qui định (giá trị đặt) - Xem Pv Pr quỏ trỡnh điều chỉnh số Khi đối tượng trạng thái cân ta có: Qvo = Qro dH = Phương trỡnh cõn tĩnh đối tượng: Qvo – Qro = hay dH = (1.3) Trong chế độ động, Qv ≠ Qr giả sử Qv > Qr thỡ khoảng thời gian dt ta cú mức nước dâng lên khoảng dH hay thể tích tăng lên dV = F.dH và: 11 (Qv – Qr).dt = dV = F.dH Hay Qv − Qr = F ⋅ dH dt (1.4) Phương trỡnh (1.4) gọi phương trỡnh động học đối tượng Từ (1.3) (1.4) ta có: (Q v − Q vo ) − (Q r − Q ro ) = F ⋅ Hay ∆Q v − ∆Q r = F ⋅ Nên ta có: ∆Q v − ∆Q r = dH dt dH dH d (∆H) = mà dt dt dt d (∆H) dt (1.5) (1.5) phương trỡnh động học đối tượng viết dạng số gia Trường hợp ta thay van l bơm nước, lúc Qr = Qro = const phương trỡnh (1.4) trở thành: Q v − Q ro = F ⋅ dH dt Giả sử Qv > Qro thỡ: (Qv – Qro).dt = F.dH Hay: dH = Q v − Q ro ⋅ dt F (1.6) Khi thời gian tiến tới vô (t → ∞) thay vào (1.6) ta được: Q v − Q ro ∞ H= ⋅ ∫ dt F (1.7) Từ (1.7) ta nhận thấy t → ∞ thỡ H tiến tới vụ cựng hay đối tượng khơng có tự cân * Ví dụ đối tượng điều chỉnh nhiệt độ thiết bị gia nhiệt công nghiệp 12 Đối với hệ thống điều chỉnh nhiệt độ khỏi bỡnh gia nhiệt, nhiệt độ đầu dũng quỏ trỡnh thay đổi, thiết bị đo đưa tín hiệu điều chỉnh, điều chỉnh nhận tín hiệu độ tăng (giảm) nhiệt độ tác động vào van điều chỉnh làm giảm (tăng) lưu lượng dũng gia nhiệt Độ mở van điều chỉnh tác động điều chỉnh Chấn động thay đổi áp suất dũng gia nhiệt trước van điều chỉnh Yếu tố không xử lý điều chỉnh ảnh hưởng đến nhiệt độ dũng quỏ trỡnh khỏi bỡnh gia nhiệt theo kênh với độ mở van Sơ đồ công nghệ trỡnh đơn giản minh họa Hỡnh 1.3 Dũng gia nhiệt TH1 , ωH Dũng quỏ trỡnh TC1 , ωc TC2 TH2 Hỡnh 1.3 Mụ tả đối tượng thiết bị gia nhiệt Trong đó: - TC1, TC2 nhiệt độ dũng quỏ trỡnh trước sau khỏi bỡnh gia nhiệt - TH1, TH2 nhiệt độ dũng gia nhiệt trước sau khỏi bỡnh gia nhiệt - ωC, ωH lưu lượng khối lượng hai dũng mụi chất Ta có phương trỡnh truyền nhiệt đối tượng: 79 chí tiến tới giá trị xác lập khác khơng, Oλ(s) khâu khơng có tự cân Đây hạn chế điều chỉnh bền vững 3.2.2.1 Khi đối tượng theo kênh nhiễu có tự cân Theo chương 1, cơng thức (1.15) hàm truyền đối tượng có tự cân có dạng: O cb (s) = K ⋅ e − τs (1 + T1s)(1 + T2 s) (1 + Tn s) Ta có: K ⋅ e −τs = K s →0 (1 + T s )(1 + T s ) (1 + T s ) n lim O cb (s) = lim s →0 (3.31) Vậy đặc tính đối tượng theo kênh nhiễu khâu có tự cân bằng, thay (3.31) vào (3.30) ta được: ε λ (∞) = lim[sθO λ (s)] = lim(sθK λ ) = s →0 s →0 Như vậy, với điều chỉnh bền vững tối ưu tổng hợp cho đối tượng có tự cân sai số theo kênh điều khiển kênh nhiễu bị triệt tiêu chế độ xác lập (t→∞) Với đối tượng có tự cân có qn tính lớn, trỡnh bày chương 1: đối tượng có tự cân có quán tính lớn có xu hướng có thành phần tích phân mơ hỡnh đối tượng, tức có xu hướng gần giống đối tượng khơng có tự cân 3.2.2.2 Khi đối tượng theo kênh nhiễu khơng có tự cân (cú thành phần tớch phõn mụ hỡnh đối tượng) Giả sử mụ hỡnh hàm truyền đối tượng có dạng: O λ (s) = ⋅ O λcb (s) s Thay (3.31) vào (3.29) ta được: (3.32) 80 ε λ (∞) = lim sθ ⋅ s →0 O λcb (s) = θ.K λ ≠ s (3.33) Ở chế độ xác lập đầu hệ thống tồn sai lệch dư nhiễu gây Để dập nhiễu nhanh hơn, đặc biệt khử sai số xác lập hệ thống theo kênh nhiễu đối tượng kênh nhiễu có tác động tích phân ta phải tỡm biện phỏp tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển bền vững Từ (3.24) ta có: ε λ (s) = Yλ (s) = Λ (s).Wλ→ y (s) = λ(s) ⋅ O λ (s) + H(s) (3.34) O λ (s) 1 O λcb (s) s ε λ (s) = ⋅ = ⋅ s + R (s)O(s) s + R (s)O(s) ε λ (s) = O λcb (s) ⋅ s + R (s)O(s) (3.35)  O λcb (s)  ε λ ( t → ∞) = lim sε λ (s) = lim s ⋅ ⋅  s →0 s →0  s + R (s)O(s)  1   O λcb (s)  Kλ ε λ ( t → ∞) = lim  ⋅ = lim    s →0 s + R (s)O(s)   s→0  s + sR (s)O(s)      Kλ Kλ lim ε λ ( t → ∞) = lim  =  s→0  s + R (s)O (s)  s →0 s + sR (s) O (s) s cb cb     Kλ K = λ lim s →0 R (s )O (s ) K s→0 R (s) cb ε λ ( t → ∞) = lim (3.36) Theo (3.36) để ε λ ( t → ∞) = thỡ R(s) phải tiến tới ∞ s → Điều xảy thành phần điều khiển R(s) có thành phần tích phân (1/s) Trong với đối tượng khơng có tự cân điều chỉnh tổng hợp thường điều chỉnh P PD Do đó, để tăng cường khả kháng nhiễu ta phải thêm thành phần tích phân cho điều khiển bền vững tối ưu nguyên tổng hợp 81 Xét ảnh hưởng thêm thành phần tích phân cho điều khiển đến độ dự trữ ổn định hệ thống (theo tiêu chuẩn Nyquist mở rộng) Với điều khiển bền vững nguyên bản, đặc tính tần số hệ hở tính theo (3.14) thay s = - mω + jω vào hàm truyền hệ hở Gọi R*(s) hàm truyền điều chỉnh có tăng cường thành phần tích phân, đó: R * (s) = R (s) + Trong đó: a s a thành phần tích phân thêm vào điều khiển bền s vững tối ưu nguyên Khi hàm truyền hệ hở: a H * (s) = R * (s)O(s) = [R (s) + ]O(s) s H * (s) = R (s)O(s) + a ⋅ O(s) s π Với:  − j + arctagm  a a a a  ⋅e 2 = ⋅ = ⋅ = s − mω + jω ω (1 + mj) j ω + m (3.37) Theo (3.37) ta thấy vùng tần số cao, biên độ thành phần tích phân thêm vào điều khiển ảnh hưởng đến biên độ hàm truyền hệ hở nguyên H(-mω + jω), pha lệch góc ωτ Sự ảnh hưởng thể rừ rệt vựng tần số thấp Sau ta đưa số ví dụ ảnh hưởng việc thêm thành phần tích phân vào điều khiển đến đặc tính tần số hệ hở Ví dụ 3-1: Trở lại ví dụ 1-1(đối tượng điều chỉnh nhiệt độ nhiệt nhà máy điện) Mụ hỡnh đối tượng: 3,5.e −23, 4s O(s) = (1 + 178,5s).(1 + 19,4s) 82 Theo phương pháp tổng hợp bền vững tối ưu điều khiển ta hàm truyền điều khiển: R (s) = 1,793 + 0,009 + 31,366s s Tăng cường thành phần tích phân vào điều chỉnh cách thay R * (s) = R (s) + a với giá trị a ; 0,003 ; 0,006 ; 0,01 ; 0,016 s Hàm truyền hệ hở xác định: a H * (s) = R * (s)O(s) = [R (s) + ]O(s) s Để so sánh ta vẽ đặc tính tần số hệ hở H*(-mω+jω) hệ trục với giá trị a tăng cường biểu diễn Hỡnh 3.5 a = 0,016 a = 0,01 a = 0,006 a = 0,003 a=0 Hỡnh 3.5 Cỏc đặc tính tần số H*(-mω+jω ) hệ hở cho ví dụ 3-1 Ví dụ 3-2: Trở lại ví dụ 1-2(đối tượng điều chỉnh mức nước) 83 Mô hỡnh đối tượng: O(s) = 14,4.e −0,86s s.(1 + 0,5s) Theo phương pháp tổng hợp bền vững tối ưu điều khiển ta hàm truyền điều khiển: R (s) = 0,06 + 0,03s Tăng cường thành phần tích phân vào điều chỉnh cách thay R * (s) = R (s) + a với giá trị a ; 0,005 ; 0,01 ; 0,02 ; 0,05 s Hàm truyền hệ hở xác định: a H * (s) = R * (s)O(s) = [R (s) + ]O(s) s Để so sánh ta vẽ đặc tính tần số hệ hở H*(-mω+jω) hệ trục với giá trị a tăng cường biểu diễn Hỡnh 3.6 a = 0,05 a = 0,02 a = 0,01 a = 0,005 a=0 Hỡnh 3.6 Cỏc đặc tính tần số H*(-mω+jω ) hệ hở cho ví dụ 3-2 84 Ví dụ 3-3: Một thiết bị trao đổi nhiệt với hàm truyền đạt từ tín hiệu điều khiển van dũng mang nhiệt tớn hiệu đo nhiệt độ dũng quỏ trỡnh là: O(s) = 0,75.e −2, 21s (1 + 30s)(1 + 6s) Bộ khiển bền vững có hàm truyền: R (s) = 16,13 + 0,448 + 80,64s s Hàm truyền hệ hở xác định: a H * (s) = R * (s)O(s) = [R (s) + ]O(s) s Ta vẽ đặc tính tần số hệ hở H*(-mω+jω) hệ trục với giá trị a tăng cường biểu diễn Hỡnh 3.5 a = 0,852 a = 0,652 a = 0,452 a = 0,202 a=0 Hỡnh 3.7 Cỏc đặc tính tần số H*(-mω+jω ) hệ hở cho ví dụ 3-3 85 Như vậy, ta chọn giá trị a thích hợp thỡ việc thêm thành phần tích phân cho điều khiển tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển mà khơng làm đặc tính tần số hệ hở bao điểm (-1,0j) ω = → ∞ Tức hệ kín bảo tồn độ dự trữ ổn định mềm hệ hở (theo tiêu chuẩn Nyquist mở rộng 2: Nếu hệ hở có dự trữ ổn định mềm cho trước, tiêu chuẩn Nyquist mở rộng phát biểu: Điều kiện cần đủ để hệ kín bảo toàn độ dự trữ ổn định mềm hệ hở đặc tính mềm hệ hở khơng bao điểm (-1,j0), ω = 0→∞) Vỡ cỏc đối tượng điều chỉnh công nghiệp phổ biến thuộc hai lớp: đối tượng có tự cân (khơng chứa khâu tích phân) khơng có tự cân (có khâu tích phân) Do vậy, theo cơng thức (2.2) điều chỉnh bền vững nhận thường phi tĩnh bậc (đối với đối tượng có tự cân bằng), điều chỉnh tĩnh (bậc phi tĩnh 0) đối tượng khơng có tự cân Từ cơng thức (2.2) viết dạng: [ ] R (s) = ⋅ c + c1s + c s hay dạng (2.1) s Bộ điều chỉnh bền vững có khả dập nhiễu tốt hơn, thay hệ số c (hoặc TI ) biểu thức c*0 (hoặc TI* ) PGS.VS.TSKH.Nguyễn Văn Mạnh đề xuất công thức xác định c*0 (hoặc TI* ) sau: ac1 c c1 + θ (3.38) TD + θ aTI + TD + θ (3.39) c*0 = c + TI* = TI ⋅ 86 Trong đó: a = 0,4 ; τ, T∑ thời gian trễ độ quán tính tổng đối + 4τ T∑ tượng 3.2.3 Ví dụ tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển bền vững Với hệ điều khiển theo sơ đồ điển hỡnh sau: λ ε z - R O y Hỡnh 3.8 Sơ đồ hệ thống điều khiển với nhiễu λ Ví dụ 3-4: Trở lại đối tượng điều khiển ví dụ 3-2, điều khiển tăng cường khả kháng nhiễu tổng hợp là: R * (s) = (0,014 + 0,06s + 0,03s ) s Để so sánh điều chỉnh tăng cường khả kháng nhiễu với điều chỉnh bền vững nguyên ta vẽ đặc tính tần số hệ hở H*(-mω+jω) H(-mω+jω); đặc tính độ y(t) theo kênh giá trị đặt z theo kênh nhiễu λ với hai điều chỉnh tổng hợp được, kết thể hỡnh: Hỡnh3.9, Hỡnh 3.10, Hỡnh 3.11 H*(-mω+jω) H(-mω+jω) 87 với điều chỉnh có tăng cường kháng nhiễu với điều chỉnh nguyên Hỡnh 3.10 Đặc tính độ y(t) hệ kín theo kênh z cho ví dụ 3-4 với điều chỉnh nguyên với điều chỉnh có tăng cường kháng nhiễu Hỡnh 3.11 Đặc tính độ y(t) hệ kín theo kênh λ cho ví dụ 34 Ví dụ 3-5: Trở lại đối tượng điều khiển ví dụ 3-1, điều khiển tăng cường khả kháng nhiễu tổng hợp là: R * (s) = (0,019 + 1,793s + 31,366s ) s 88 Đặc tính H*(-mω+jω) H(-mω+jω); đặc tính độ y(t) theo kênh giá trị đặt z theo kênh nhiễu λ với hai điều chỉnh tổng hợp được, kết thể hỡnh: Hỡnh3.12, Hỡnh 3.13, Hỡnh 3.14 H*(-mω+jω) H(-mω+jω) Hỡnh 3.12 Đặc tính tần số hệ hở cho ví dụ 3-5 với điều chỉnh có tăng cường kháng nhiễu với điều chỉnh nguyên Hỡnh 3.13 Đặc tính độ y(t) hệ kín theo kênh z cho ví dụ 3-5 với điều chỉnh nguyên với điều chỉnh có tăng cường kháng nhiễu 89 Để so sánh điều khiển tăng cường khả kháng nhiễu, ta tổng hợp điều chỉnh cho đối tượng (ở ví dụ trên) theo số phương pháp tổng hợp điều chỉnh PID khác vẽ đặc tính độ theo kênh nhiễu kênh điều chỉnh Ví dụ 3-6 Với đối tượng mức nước: 14,4.e −0,86s O(s) = s.(1 + 0,5s) Tồng hợp điều chỉnh PID cho đối tượng theo phương pháp bền vững nguyên bản, bền vững có tăng cường khả kháng nhiễu, phương pháp mụ hỡnh nội (IMC), phương pháp Ziegler – Nichols vẽ đặc tính độ theo kênh điều chỉnh kênh nhiễu, kết cho Hỡnh 3.15 Hỡnh 3.16 với đ/c bền vững có tăng cường kháng nhiễu với đ/c Ziegler - Nichols với đ/c bền vững nguyên với đ/c IMC Hỡnh 3.15 Đặc tính độ y(t) hệ kín theo kênh z cho ví dụ 3-6 90 với đ/c IMC với đ/c bền vững nguyên với đ/c bền vững có tăng cường kháng nhiễu với đ/c Ziegler - Nichols Hỡnh 3.16 Đặc tính độ y(t) hệ kín theo kênh λ cho ví dụ 3-6 Ví dụ 3-7 Với đối tượng nhiệt độ nhiệt: 3,5.e −23, 4s O(s) = (1 + 178,5s).(1 + 19,4s) Tồng hợp điều chỉnh PID cho đối tượng theo phương pháp bền vững nguyên bản, bền vững có tăng cường khả kháng nhiễu, phương pháp mô hỡnh nội (IMC), phương pháp Ziegler – Nichols vẽ đặc tính độ theo kênh điều chỉnh kênh nhiễu, kết cho Hỡnh 3.17 Hỡnh 3.18 với đ/c Ziegler - Nichols với đ/c bền vững có tăng cường kháng nhiễu với đ/c bền vững nguyên với đ/c IMC 91 với đ/c IMC với đ/c bền vững nguyên với đ/c bền vững có tăng cường kháng nhiễu với đ/c Ziegler - Nichols Hỡnh 3.18 Đặc tính độ y(t) hệ kín theo kênh λ cho ví dụ 37 Nhận xét: Qua ví dụ 3-6 3-7, theo Hỡnh 3-15, Hỡnh 3-16, Hỡnh 3-17, Hỡnh 3-18 ta nhận thấy theo kênh giá trị đặt thỡ phương pháp mô hỡnh nội (IMC) cho kết tốt, độ điều chỉnh nhỏ, theo kênh nhiễu kéo dài hội tụ chậm, đặc biệt đối tượng có thành phần tích phân mơ hỡnh đối tượng tiến tới giá trị xác lập khác không (Hỡnh 3-16) Với điều chỉnh bền vững nguyên chưa tăng cường khả kháng nhiễu (tăng cường thành phần tích phân) đặc tính độ theo kênh nhiễu kéo dài hội tụ chậm tiến tới giá trị xác lập khác khơng ví dụ 3-6 Với điều khiển bền vững có tăng cường khả kháng nhiễu đặc tính theo kênh giá trị đặt xấu so với điều chỉnh bền vững nguyên không xấu so với điều chỉnh Ziegler – Nichols, theo kênh 92 nhiễu, nhiễu dập nhanh trường hợp đối tượng có thành phần tớch phõn mụ hỡnh đối tượng Như vậy, với đối tượng điều chỉnh cơng nghiệp có qn tính lớn, đối tượng khơng có tự cân bằng, q trỡnh điều khiển có ảnh hưởng nhiều nhiễu trỡnh gõy thỡ phương pháp tổng hợp bền vững có tăng cường kháng nhiễu tối ưu KẾT LUẬN Từ kết nghiên cứu, thực đề tài “ Tăng cường khả kháng nhiễu hệ điều khiển bền vững với đối tượng quán tính lớn” đến số kết luận sau: 1) Bộ điều khiển bền vững đảm bảo yêu cầu thực tế tính ổn định bền vững trường hợp đối tượng thay đổi 2) Bộ điều khiển tăng cường khả kháng nhiễu trỡ tính ổn định bền vững hệ thống điều khiển bền vững ban đầu, dập nhiễu nhanh đặc tính đối tượng theo kênh nhiễu khâu khơng có tự cân 93 3) Ưu điểm phương pháp cải tiến đề xuất tính đơn giản, điều khiển bền vững chứa tham số cần hiệu chỉnh tham số θ Việc tăng cường khả kháng nhiễu thực đơn giản việc thay tham số điều khiển bền vững theo công thức (3.38), (3.39) 4) Toàn qui trỡnh tớnh toỏn cú thể cài đặt phần mềm để thực cách tự động Qua đề tài này, với làm việc nghiêm túc, luận văn thu kết định Tuy nhiên kết thu lý thuyết, để điều khiển bền vững điều khiển bền vững tăng cường kháng nhiễu ứng dụng thực tiễn, đũi hỏi phải phát triển hàng loạt vấn đề lý thuyết cần cú cỏc thớ nghiệm thời gian thử nghiệm Em mong thời gian tới, thầy, cô ngành, trường, khoa có ý kiến đóng góp tạo điều kiện để luận văn hồn thiện áp dụng thực tiễn Em xin chân thành cảm ơn ... nghiệp với đối tượng có qn tính lớn Bản luận văn có tên là: ? ?Tăng cường khả kháng nhiễu hệ điều khiển bền vững với đối tượng quán tính lớn? ?? bao gồm nội dung sau: Chương 1: Đặc tính đối tượng điều. .. vững 3.2 Tăng cường khả kháng nhiễu cho điều chỉnh bền vững 3.2.1.Sai số điều chỉnh theo kênh giá trị đặt 3.2.2 .Tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển bền vững 3.2.3.Ví dụ tăng cường khả kháng. .. TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG KHÁNG NHIỄU 3.1 Phương pháp tổng hợp điều khiển bền vững tối ưu 3.1.1.Khái niệm toán điều khiển bền vững tối ưu đối tượng công nghiệp 3.1.2.Cấu trúc bền vững cao hệ thống điều