Cải thiện hiệu suất bằng cách sử dụng điều khiển theo tầng và bộ dự đoán smith

Cải thiện hiệu suất bằng cách sử dụng điều khiển theo tầng và bộ dự đoán Smith Nhiều cuộc điều tra đã được thực hiện để điều chỉnh các bộ điều khiển tỷ lệ tích phânvi phân (PID) trong các hệ thống đầu vào đơn đầu ra đơn (SISO), chẳng hạn như Refs. 1−3. Tuy nhiên, vòng điều khiển phản hồi đơn tiêu chuẩn đôi khi không cung cấp hiệu suất đủ tốt cho các quy trình có độ trễ thời gian dài và nhiễu loạn mạnh. Các vòng điều khiển tầng có thể được sử dụng và là một tính năng phổ biến trong các ngành công nghiệp kiểm soát quá trình để kiểm soát các vòng nhiệt độ, dòng chảy và áp suất. Điều khiển tầng (CC), lần đầu tiên được Franks và Workey giới thiệu cách đây nhiều năm, là một trong những phương pháp có thể được sử dụng để cải thiện hiệu năng hệ thống, đặc biệt là khi có nhiễu. Trong điều khiển phản hồi đơn thông thường, việc khắc phục các nhiễu chỉ được bắt đầu cho đến khi biến được điều khiển lệch khỏi điểm đặt. Điểm đo thứ cấp và bộ điều khiển phụ,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BỘ MÔN ĐIỀU KHIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG-VIỆN ĐIỆN  BÁO CÁO BÀI TẬP ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH TUẦN 34 Cải thiện hiệu suất cách sử dụng điều khiển theo tầng dự đoán Smith Sinh viên thực : Lớp : 109070 Nhóm : Giảng viên hướng dẫn: HÀ NỘI 5/2019 ISA Transactions 40 (2001) 223−234 www.elsevier.com]locate]isatrans Cải thiện hiệu suất cách sử dụng điều khiển theo tầng dự đoán Smith Ibrahim Haya * Inonu Jnirevzity, Engineeving Yaculty, Electvical and Electvonicz Depavtment, 44069, Walatya, Zuvkey Tổng quan Nhiều nghiên cứu thực để điều chỉnh điều khiển tỷ lệ tích phân-vi phân (PID) hệ thống đầu vào đầu (SISO) Tuy nhiên, có vài nghiên cứu thực để điều chỉnh điều khiển PID hệ thống điều khiển theo tầng Trong viết này, cách tiếp cận mới, cụ thể sử dụng dự đốn Smith vịng ngồi hệ thống điều khiển theo tầng, nghiên cứu Phương pháp sử dụng vấn đề kiểm soát nhiệt độ phần thứ cấp q trình (vịng trong) có độ trễ khơng đáng kể vịng sơ cấp (vịng ngồi) có độ trễ thời gian Các cách tiếp cận khác nhau, bao gồm phương pháp tự động dị, tìm tham số điều khiển đề xuất Nó số ví dụ cấu trúc sử dụng sơ đồ dự đoán Smith hệ thống kiểm soát phản hồi đơn cung cấp hiệu suất tốt so với điều khiển theo tầng thông thường Giới thiệu Nhiều điều tra thực để điều chỉnh điều khiển tỷ lệ tích phân-vi phân (PID) hệ thống đầu vào đơn đầu đơn (SISO), chẳng hạn Refs [1−3] Tuy nhiên, vòng điều khiển phản hồi đơn tiêu chuẩn không cung cấp hiệu suất đủ tốt cho quy trình có độ trễ thời gian dài nhiễu loạn mạnh Các vịng điều khiển tầng sử dụng tính phổ biến ngành cơng nghiệp kiểm sốt q trình để kiểm sốt vịng nhiệt độ, dòng chảy áp suất Điều khiển tầng (CC), lần Franks Workey giới thiệu cách nhiều năm, phương pháp sử dụng để cải thiện hiệu hệ thống, đặc biệt có nhiễu Trong điều khiển phản hồi đơn thông thường, việc khắc phục nhiễu bắt đầu biến điều khiển lệch khỏi điểm đặt Điểm đo thứ cấp điều khiển phụ, 𝐺 , theo tầng đến điều khiển chính, 𝐺 , Hình 1, sử dụng để cải thiện phản ứng hệ thống để tải thay đổi Một ví dụ điển hình vấn đề kiểm sốt nhiệt độ lị tự nhiên, thể Hình Khi có thay đổi nhiệt độ dầu nóng, xảy thay đổi tốc độ dòng dầu, hệ thống kiểm sốt phản hồi đơn thơng thường Hình 2, có hành động khắc phục Tuy nhiên, có xáo trộn áp suất khí nhiên liệu, khơng có điều chỉnh tác động đạt đến yếu tố đo nhiệt độ Do đó, có độ trễ đáng kể việc điều chỉnh thay đổi xác nhiên liệu khí đốt, điều sau dẫn đến phản ứng chậm chạp Với chiến lược điều khiển theo tầng Hình 3, hiệu suất cải thiện đạt được, thay đổi áp suất khí nhiên liệu phát phần tử đo áp suất điều khiển áp suất có hành động khắc phục Những đóng góp gần việc điều chỉnh điều khiển PID vòng theo tầng tập trung vào cấu hình điều khiển theo tầng thông thường Trong báo này, cấu trúc điều khiển tầng cải tiến (ICC) đề xuất Ý tưởng sử dụng dự đốn Smith vịng lặp bên điều khiển tầng Trong điều khiển nhiệt độ, nêu trên, quy trình thường coi có hai hàm truyền theo tầng với vịng lặp bên trong, nói chung, có, khơng có trễ thời gian nhỏ, trong vịng lặp bên ngồi có thời gian trễ đáng kể Cấu trúc dự đoán Smith cung cấp khả kiểm sốt tốt cho quy trình có độ trễ thời gian lớn Vì vậy, việc kết hợp chiến lược điều khiển dự báo Smith điều khiển phân tầng mang lại cấu trúc ưu việt tình nói Đóng góp báo cung cấp so sánh sở tối ưu hóa tiêu chí hiệu suất tích hợp sử dụng, hiệu suất cấu trúc so với CC ( điều khiển tầng) thơng thường, điều khiển vịng phản hồi đơn sơ đồ dự đoán Smith Việc so sánh thực mô sử dụng SIMULINK Phần phác thảo số khía cạnh quan trọng chiến lược điều khiển theo tầng so sánh với điều khiển vòng phản hồi Phần giới thiệu sách lược điều khiển theo tầng cải tiến (ICC) phương pháp điều chỉnh để tìm tham số phương pháp ICC cách sử dụng phương pháp tối ưu hóa mà sử dụng có sẵn mơ hình tốn học đối tượng Phần đưa phương pháp tự động hiệu chỉnh, sử dụng kết xác định tự động đối tượng xác định gần theo tích phân qn tính bậc có trễ (FOPDT) tích phân qn tính bậc hai có trễ (SOPDT), xác định từ phân tích xác chu kỳ có giới hạn Cách thức nhận dạng khơng đưa Độc giả quan tâm tham khảo [16] [17] Các ví dụ minh họa đưa Phần để hiển thị giá trị cấu trúc đề xuất Báo cào kết thúc với số kết luận Phần Điều khiển tầng Điều khiển tầng cải thiện phản hồi điểm đặt thay đổi, cách sử dụng điểm trung gian hai điều khiển phản hồi Sự cải thiện thể cách kiểm tra hàm truyền đầu hệ thống nhiễu cho tầng cấu hình điều khiển vịng phản hồi đơn thơng thường, tương ứng Đối với điều khiển theo tầng, từ Hình 1, hàm truyền tín hiệu với 𝑑 = đưa bởi: Bỏ qua vòng phản hồi bên dĩ nhiên khơng có điều khiển 𝐺 , hàm truyền biến giống Nó khác so với phương trình (1) Do đó, đơn giản hóa, giá trị phù hợp tham số hai điều khiển chọn, điều khiển theo tầng thường dẫn đến phản hồi tốt Cấu trúc điều khiển theo tầng có ưu điểm sau so với hệ thống điều khiển vòng phản hồi đơn [12] : Bộ điều khiển thứ cấp sử dụng để sửa nhiễu phát sinh vịng lặp bên trước chúng Thay đổi biến điều khiển Ảnh hưởng biến thể tham số quy trình 𝐺 sửa vòng lặp bên điều khiển thứ cấp Có thể giảm tác động độ trễ pha 𝐺 vòng lặp thứ cấp, cho phép cải thiện tốc độ phản ứng vịng lặp Do đó, bổ sung biến đo, kiểm sốt theo tầng cung cấp kết tốt Tuy nhiên, phải nhấn mạnh vòng lặp bên phải bao gồm nhiễu loạn lớn phản ứng mạnh vòng lặp bên để cải thiện chất lượng hệ thống đáng kể Để hoàn thành thiết kế hệ thống điều khiển tầng, thông số hai điều khiển phải xác định Sách lược chung để tìm hai tham số điều khiển phác thảo sau: Bộ điều khiển bên thường chọn điều khiển P PI Thành phần vi phân D khơng sử dụng nhiễu trình bên nhiễu lơn dải tần số cao nhiễu nhiễu q trình bên Độ lợi điều khiển bên phải chọn mức cao để giảm ảnh hưởng nhiễu vòng lặp bên Hằng số thời gian vịng kín bên thiết kế phải lớn ba lần so với số thời gian vịng ngồi Bộ điều khiển vịng ngồi chọn PI PID Thành phần tích phân để loại bỏ nhiễu tự thấp bù hệ thống Điều khiển tầng tiến (ICC) Trong nhiều hệ thống điều khiển trình, đối tượng thường coi hệ thống theo tầng phần thứ cấp q trình (chức chuyển giao vịng lặp bên trong) khơng có có độ trễ thời gian khơng đáng kể phần hệ thống ( hàm truyền vịng ngồi) có độ trễ thời gian Sách lược dự đốn Smith mang lại hiệu suất cao cho thay đổi điểm đặt, hiệu suất loại bỏ nhiễu khơng đáp ứng Trong trường hợp này, điều khiển theo tầng sử dụng để cải thiện đáp ứng hệ thống sai lệch Tuy nhiên, chiến lược điều khiển theo tầng khơng đủ tồn độ trễ thời gian dài vịng ngồi, dẫn đến phản hồi thay đổi điểm đặt Do đó, viết báo cáo việc sử dụng sách lược dự đốn Smith, hiển thị Hình 4, hệ thống điều khiển theo tầng Sách lược chung để thiết kế hai điều khiển cấu trúc CC áp dụng cho ICC Trong tiểu mục tiếp theo, tối ưu hóa sử dụng để tìm tham số điều chỉnh cho hai điều khiển, 𝐺 𝐺 , cấu trúc ICC Sau đó, phần 4, phương pháp tự động hiệu chỉnh, sử dụng kết từ tự động chuyển tiếp đưa 3.1 Điều chỉnh ICC dùng tối ưu hóa Trong phần này, tiêu chí hiệu suất tích phân sử dụng để xác định tham số điều chỉnh cho điều khiển Có số tiêu chí hiệu suất tích hợp sử dụng để giảm thiểu tín hiệu sai lệch, 𝑒 𝑒 , chẳng hạn tích phân bình phương sai lệch (ISE), tích phân sai lệch tuyệt đối (IAE) tích phân sai lệch bình phương trọng số thời gian( ISTE) Trong báo này, tiêu chí ISTE chọn để tìm tham số điều chỉnh cho hai điều khiển, thường dẫn đến phản ứng bước với độ vọt lố tương đối nhỏ thời gian giải hợp lý khâu tích phân dễ dàng đánh giá miền s [ 13] Trong hệ thống điều khiển theo tầng, điều khiển phụ, 𝐺 , thường chọn làm điều khiển PI P điều khiển chính, 𝐺 , làm điều khiển PI PID Điều hiểu được, động lực phần thứ cấp trình, 𝐺 , thường u cầu thấp khơng u cầu có khâu vi phân Do đó, người ta cho hai điều khiển có hàm truyền lý tưởng sau: Cách tiếp cận dễ để áp dụng kỹ thuật tối ưu hóa hệ thống điều khiển theo tầng để tìm tham số điều khiển tối ưu hóa sai lệch vịng lặp riêng lẻ Đối với điều này, vòng lặp bên xem xét Các tham số điều khiển vịng lặp bên trong, 𝐺 , thu cách giảm thiểu tiêu chí hiệu suất cho 𝑒 , đưa miền s bởi: Cần lưu ý ảnh hưởng bước lệch 𝑑 đầu 𝑦 cho phương trình Một điểm khác cần là, quy trình tối ưu hóa khơng phải lúc dẫn đến giải pháp cho vịng lặp bên hàm truyền q trình vịng lặp bên thường có thứ tự thấp khơng có độ trễ thời gian Trong trường hợp này, tham số điều khiển, thường mức tăng điều khiển, bị ràng buộc với giá trị, tham số lại điều khiển tìm thấy thêm độ trễ thời gian nhỏ quy trình tối ưu hóa để tìm tham số điều khiển Sau có tham số điều khiển bên trong, quy trình tối ưu hóa thực để thu tham số điều khiển bên ngồi điều khiển 𝐺 , cho hệ thống kết 𝐺 đó: Hàm truyền tín hiệu sai lệch 𝑒 đưa : Nó sử dụng quy trình tối ưu hóa để tìm tham số điều khiển Sự khác điều khiển tầng cải tiến đề xuất điều khiển theo tầng thông thường đưa biểu thức (7) Một phương trình tương tự cho điều khiển theo tầng thơng thường liên quan đến độ trễ thời gian phương trình đặc tính nó, xét điều kiện lý tưởng giả định cho dự đốn Smith, nên khơng bị trễ thời gian Cuối cùng, cần phải nói rằng, cấu hình dự đốn Smith sử dụng vịng ngồi phương pháp ICC người ta biết cấu trúc dự đốn Smith nhạy cảm với khơng khớp hệ thống mơ hình, thiết kế ICC cho kết khả quan trường hợp không khớp Điều minh họa sau ví dụ Tự động điều chỉnh ICC Thiết kế điều khiển đưa phần trước dựa giả định hàm truyền hệ thống biết Các phương pháp thiết kế dựa mơ hình cải thiện hiệu suất trình điều khiển tồn lỗi mơ hình cấu trúc dự đốn Smith biết đặc biệt nhạy cảm mặt Một quy trình tự động chuyển tiếp, thể sơ đồ khối Hình 5, có ưu điểm dễ dàng phản hồi Cách tiếp cận đề xuất Hang et al [14] Zhuang Atherton [5] cho hệ thống theo tầng thông thường Hang et al cộng [14] sử dụng thông tin chu kỳ giới hạn để điều chỉnh trực tiếp vòng lặp cách sử dụng quy tắc Ziegler− Nichols [1] cải thiện quy tắc Ziegler Nichols [15] Zhuang Atherton [5] nói vịng lặp điều chỉnh phương pháp sử dụng thông tin điểm tới hạn, chẳng hạn quy tắc Ziegler − Nichols [1] phương pháp giới hạn pha giới hạn ổn định AStrom Hag-glund Tuy nhiên, họ sử dụng điều chỉnh dựa mơ hình qn tính bậc có trễ (FOPDT) tìm thấy từ phép đo chu kỳ giới hạn, sau mơ tả phân tích chức sau thu điều khiển sử dụng phương trình phân tích thu từ phản hồi tối ưu mơ hình qn tính bậc có trễ (FOPDT) [3] Đối với vịng lặp bên ngồi, mơ hình qn tính bậc có trễ (FOPDT) khơng đầy đủ, hàm truyền tổng thể cho vịng lặp có bậc cao Ở đây, chức chuyển đổi mơ hình FOPDT sử dụng cho vịng lặp bên mơ hình qn tính bậc hai có trễ (SOPDT) cho vịng lặp bên ngồi Quy trình tìm tham số điều khiển thực sau: ● Khi điều khiển cần điều chỉnh, chuyển từ hai điều khiển sang hai rơle Đặt thông số rơle vịng ngồi thành bên thành giá trị thích hợp Giảm tần số chu kỳ giới hạn, 𝑤 biên độ 𝑎 , cho vòng lặp bên Trước tiếp tục, cần phải nhận xét việc điều chỉnh vòng lặp bên Cách tiếp cận ưa thích sử dụng rơle lý tưởng chức chuyển vịng lặp bên có mức thấp, người ta khơng nhận chu kỳ giới hạn Để tránh lãng phí thời gian đảm bảo dao động chu kỳ giới hạn, rơle có độ trễ mạch thêm, chẳng hạn tích hợp độ trễ thời gian nhỏ sử dụng vòng lặp bên Số lượng trễ thời gian trễ phải lớn, lượng nhỏ khơng mang lại chu kỳ giới hạn tần số đủ thấp Trong hầu hết trường hợp thực tế, số kiến thức tính tốn hàm truyền có sẵn để hỗ trợ việc lựa chọn phương pháp tốt ● Sử dụng thông tin chu kỳ giới hạn để ước tính tham số chưa biết, dựa phân tích xác, cho chức tính tốn hàm truyền bên [16] ● Nếu quy trình mơ hình hóa hàm truyền FOPDT, sử dụng lặp bên trong, thử nghiệm phản hồi Rơle lý tưởng đạt độ trễ 180 Trong ví dụ, rơle lý tưởng độ trễ thời gian đưa vào vịng lặp để có chu kỳ giới hạn Trong trường hợp, mô thực SIMULINK để so sánh hiệu suất phương pháp thiết kế Ví dụ Trong ví dụ này, hàm truyền hệ thống đưa Các tính tốn cho thấy không điều khiển PI (PID) tối ưu cho tiêu chí ISTE hệ thống có hàm truyền khơng có độ trễ thời gian bậc tương đối nhỏ ba (bốn) Vấn đề thiết kế khắc phục cách hạn chế nhiều điều khiển Do đó, để tìm cài đặt PI tối ưu cho điều khiển bên trong thiết kế CC ICC, 𝐾 điều khiển bị giới hạn mức 3.0 tìm giá trị tối ưu I Sau đó, tham số điều khiển bên cho điều khiển theo tầng tìm thấy Tất tham số đưa Bảng Một lần nữa, vấn đề nói cịn tồn cho việc tính tốn tham số điều khiển bên điều khiển theo tầng cải tiến tham số điều khiển PID cấu trúc dự đốn Smith Do đó, hệ số tỷ lệ điều khiển bên điều khiển theo tầng cải thiện hệ số tỷ lệ điều khiển PID cấu trúc dự đoán Smith bị hạn chế 2.0 để cung cấp so sánh công hai phương pháp thiết kế Một tóm tắt cài đặt PID tối ưu liệt kê Bảng cho tất trường hợp Hình cho thấy phản ứng thay đổi điểm đặt nhiễu loạn 𝑑 = -0.2 t = 200 cho cấu hình điều khiển khác Hình Đáp ứng bước nhảy nhiễu ví dụ Điều khiển theo tầng cho phản hồi tốt loại bỏ nhiễu, phản hồi thay đổi điểm đặt độ trễ thời gian lớn Ngược lại, dự đoán Smith cho kết phản hồi tốt thay đổi điểm đặt phản hồi nhiễu Phương pháp đề xuất mang lại đáp ứng tốt cho thay đổi điểm đặt loại bỏ nhiễu, kết hợp tính tốt điều khiển theo tầng cấu hình dự đoán Smith Sự loại bỏ nhiễu CC ICC tốt đến mức khó nhìn thấy nhiễu Hình 8, tương ứng, đưa tín hiệu bước nhiễu cho thiết kế điều khiển khác có độ trễ + 30% -30% độ trễ thời gian thiết bị Sự thay đổi tích cực độ trễ thời gian thiết bị làm cho sai lệch tĩnh tăng dao động xấu thời gian trễ thiết bị làm cho độ chênh lệch Trong hai trường hợp, phương pháp đề xuất mang lại hiệu suất vượt trội so với phương pháp thiết kế khác Hình Đáp ứng bước nhảy nhiễu với thời gian trễ thay đổi +30% ví dụ Hình Đáp ứng bước nhảy nhiễu với thời gian trễ thay đổi -30% ví dụ Khi hệ số điều khiển tỉ lệ , 𝐾 𝐾 , thiết kế ICC bị hạn chế, điều thích hợp để tác động chúng tới hiệu suất hệ thống tốt Đối với điều này, hệ số tỷ lệ điều khiển vịng 𝐾 giữ khơng đổi hệ số tỷ lệ điều khiển vịng ngồi thay đổi Nhận xét hiệu tương ứng với ba trường hợp hiển thị Hình.9 Như thấy từ hình, kết điều khiển vịng hiệu tăng 𝐾 , Do đó, mức tăng điều khiển không nên bị hạn chế giá trị cao Nói chung, nên chọn điều khiển vịng lặp bên ngồi 𝐾 , nhỏ điều khiển vòng lặp bên đạt 𝐾 , để vòng lặp bên nhanh đạt hiệu suất tốt Hình Điều khiển tín hiệu cho vịng với giá trị khác 𝐾 cho thiết kế ICC Ví dụ Giả sử hàm truyền hệ thống vịng lặp bên ngồi bên đưa bởi: Với độ lớn rơle đặt thành rơle lý tưởng bên thành ℎ = ℎ = 0,6, tham số chu kỳ giới hạn cho vòng lặp bên đo tương ứng 1.685, 1.484, 0.642 - 0.384 cho w,∆t, 𝑎 𝑣à 𝑎 , xem tài liệu tham khảo [16] để biết kí hiệu Dữ liệu sử dụng để tìm tham số mơ hình FOPDT K = 3.994, T = 5.194 L = 0.906 phương pháp ước tính đưa [16] Các tham số mơ hình dẫn đến 𝐾 = 0.889 𝑇 = 5.616 sử dụng Bảng cho điều khiển PI Sau đó, vịng lặp bên chuyển từ rơle bên sang điều khiển PI bên với tham số điều chỉnh xác định rơle lý tưởng bên đặt thành ℎ =1 ℎ = 0,6 Các tham số chu kỳ giới hạn vòng đo tương ứng 0,146, 18,583, 0,572 -0,363 cho w,∆t, 𝑎 𝑣à 𝑎 , dẫn đến K = 0,989, 𝑇 = 7.213, 𝑇 = 8.178 L = 10.030 Sử dụng Bảng cho điều khiển PID sơ đồ dự đoán Smith cho 𝑇 = 12.641 𝑇 =1.394 𝐾 bị giới hạn mức 1,5 Để minh họa tính xác việc mơ hình hóa hệ thống tổng thể mơ hình SOPDT, sơ đồ Nyquist hàm truyền hệ thống tổng thể mô hình thu được đưa Hình 10 thể tương đồng tốt Để so sánh hiệu suất phương pháp ICC với phản hồi đơn dự đoán Smith, thử nghiệm phản hồi rơle thực cho toàn hệ thống 𝐺 = 𝐺 𝐺 để có mơ hình FOPDT sử dụng để tính tốn điều khiển PID tính tốn hệ thống kiểm sốt phản hồi đơn mơ hình SOPDT sơ đồ dự đốn Smith Mơ hình FOPDT sử dụng cho điều khiển phản hồi đơn tham chiếu [3], tham số điều chỉnh PI PID lấy dựa mơ hình FOPDT Trong toàn thiết bị hệ thống phản hồi rơle, tham số chu kỳ giới hạn thu w= 0.133, ∆𝑡 = 20.788, 𝑎 = 2.547 𝑎 = 1.579 dẫn đến K = 3.999, T= 14.617 L = 15.673 cho mơ hình FOPDT K = 3.999, 𝑇 = 6.015, 𝑇 = 9.729 L = 11.773 cho mơ hình SOPDT Do đó, điều chỉnh cho điều khiển PID hệ thống điều khiển phản hồi K = 0,270, 𝑇 = 20.028 𝑇 = 6.080 cho Bảng sơ đồ dự đoán Smith là, từ Bảng 5, 𝑇 = 15.682 𝑇 = 3.554 Kp bị giới hạn mức 1,5 Các tín hiệu bước nhiễu đưa Hình 11 cho phương pháp thiết kế điều khiển khác Phương pháp ICC mang lại hiệu suất tốt cho việc thay đổi điểm đặt loại bỏ nhiễu Hình 12 minh họa trường hợp độ trễ thời gian thiết bị thay đổi thành 11.7, tương ứng với mức tăng + 30% Các thơng số điều chỉnh giữ ngun trước Hình 13 cho thấy phản hồi thu sau trả độ trễ thời gian thay đổi Đã thu đáp ứng bước vịng kín tốt sau điều chỉnh lại, gần giống trường hợp tương tự Hình 11 Đáp ứng bước nhiễu ví dụ Hình 12 Đáp ứng bước nhảy nhiễu với thời gian trễ thay đổi +30% ví dụ Hình 13 Đáp ứng bước nhảy nhiễu với thời gian trễ thay đổi +30% ví dụ sau hiệu chỉnh lại Ví dụ Ví dụ cho thấy phương pháp tự động sử dụng thiết bị vịng lặp bên khơng có độ trễ pha 180° Các hàm truyền đưa Vì 𝐺 hàm truyền lệnh thứ nhất, nên thu chu kỳ giới hạn cho vòng lặp bên cách sử dụng rơle lý tưởng Trong trường hợp này, thêm độ trễ thời gian vịng điều khiển phản hồi rơle để có chu kỳ giới hạn từ ước tính tham số hàm truyền khơng xác định Trong ví dụ này, độ trễ thời gian 1.0 sử dụng vịng lặp bên để có dao động chu kỳ giới hạn Trong khoảng thời gian trễ tham số hàm truyền chọn ℎ = 1, ℎ = 0.6 ∆= 0, dao động chu kỳ giới hạn với w= 1,587, ∆𝑡 = 1,542, 𝑎 = 0,624 𝑎 = 0,374 thu Những liệu chu kỳ giới hạn dẫn đến K = 5,003, T= 7,506 L=0,999 Bảng sử dụng để thu tham số điều khiển bên 𝐾 giới hạn mức 2,5 sau 𝑇 tính 6.296 Bộ điều khiển bên sau chuyển đổi với tham số tính tốn Để có mơ hình SOPDT cho 𝐺 𝑒 , rơle đặt thành tham số sử dụng rơle bên Các tham số chu kỳ giới hạn w= 0.167, ∆= 16.975, 𝑎 = 1.058 𝑎 = -0.759 Sau đó, thơng số mơ hình SOPDT tìm thấy K = 1.999, 𝑇 = 10.368, 𝑇 = 4.704 L = 8.640 Các tham số điều khiển PID bên ngồi tính tốn Bảng 𝑇 = 14.448, 𝑇 = 3.253 𝐾 bị giới hạn 4.0 Một lần đồ thị Nyquist cho tồn hệ thống mơ hình thu được đưa Hình 14 để thấy độ xác mơ hình hóa Con số rõ ràng cho thấy mơ hình thu có độ xác tốt Mơ hình FOPDT sử dụng cho vịng lặp phản hồi đơn ví dụ 2.Với hệ thống tổng thể hệ thống phản hồi rơle, tham số chu kỳ giới hạn lấy w= 0.121, ∆𝑡 = 22.364, 𝑎 = 5.139 𝑎 = 3.221 dẫn đến K = 10.000, T = 20.874 L = 16.066 cho mơ hình FOPDT K = 10.000, 𝑇 = 10.306, 𝑇 = 10.306 L = 10.986 cho mơ hình SOPDT Do đó, tham số điều chỉnh cho điều khiển PID sử dụng Bảng hệ thống điều khiển phản hồi Kp = 0.132, 𝑇 = 25.968 𝑇 = 6.339 sơ đồ chế độ Smith, sử dụng Bảng 5, 𝑇 = 21.477 𝑇 =4.979 𝐾 bị giới hạn 1.0 Các đáp ứng cho thay đổi điểm đặt nhiễu loạn 𝑑 = -0.2 t = 150 đưa Hình.15 Hiệu suất vượt trội phương pháp ICC rõ ràng Hình 15 Đáp ứng bước nhảy nhiễu ví dụ Kết luận Một điều khiển tầng cải tiến giới thiệu viết Cấu trúc tập hợp giá trị tốt điều khiển theo tầng cấu trúc dự đốn Smith Cấu trúc ICC sử dụng vấn đề kiểm sốt q trình, chẳng hạn kiểm soát nhiệt độ, lưu lượng áp suất Hai phương pháp thiết kế đưa để tìm thơng số điều chỉnh điều khiển PI vòng lặp bên điều khiển PID vịng ngồi Do hàm truyền coi bậc thấp, nên việc hạn chế số tham số điều chỉnh tối ưu hóa cần thiết Điều thường thực cách giới hạn hệ số tỷ lệ điều khiển giá trị hệ số làm tăng độ lợi tín hiệu điều khiển sau thực tối ưu hóa Một phương pháp tự động, phần mở rộng điều chỉnh hàm truyền phản hồi cho hệ thống SISO, đưa Phương pháp tự động dò hữu ích thực tế trường hợp thực trả lời sai để có tham số mơ hình có tham số điều chỉnh Hiệu suất ICC so sánh với điều khiển phản hồi đơn, cấu trúc dự báo Smith điều khiển theo tầng thể ví dụ cấu trúc ICC mang lại hiệu tốt Phần đưa số công thức điều chỉnh sử dụng báo để tìm tham số điều khiển Các công thức thu cách sử dụng tối ưu hóa lặp lặp lại, sử dụng tiêu chí ISTE IST2E, tín hiệu sai lệch sau phương pháp bình phương tối thiểu sử dụng để tìm hệ số công thức A1 Điều chỉnh dựa mơ hình FOPDT Các cơng thức điều chỉnh đưa [3] hệ số (a, b) cho điều khiển PI PID đưa tương ứng Bảng A2 Điều chỉnh dựa mơ hình thứ Cơng thức điều chỉnh [17] là: Độ lợi điều khiển định đầu tiên, chọn cho hệ số 𝐾𝐾 chuẩn hóa rơi vào phạm vi cho Bảng 4, số thời gian tích phân điều khiển 𝑇 tính từ biểu thức (11) Các hệ số cơng thức giá trị khác cho KKp liệt kê Bảng A3 Điều chỉnh dựa mơ hình thứ hai Các cơng thức điều chỉnh đưa [17] Một lần nữa, hệ số tỷ lệ điều khiển trước tiên giới hạn giá trị sau tham số điều khiển cịn lại tính từ biểu thức (12) (13) Các hệ số (a, b) đưa Bảng cho giá trị khác 𝐾𝐾 Tài liệu tham khảo [1] J.G Ziegler, N.B Nichols, Optimum settings for auto- matic controllers, Trans of ASME 64 (1942) 759−768 [2] H.J Astrom, T Hagglund, Automatic tuning of simple regulators with specifications on phase and gain margins, Automatica 20 (5) (1984) 645−651 [3] M.Zhuang, D.P.Atherton, Automatic tuning of optimum PID controllers, IEE Proceedings-D 140 (3) (1993) 216− 224 [4] R.G Franks, C.U Uorley, Quantitive analysis of cascade control, Industrial and Engineering Chemistry 48 (6) (1956) 1074−1079 [5] M Zhuang, D.P Atherton, Optimum cascade PID con- troller design for SISO systems, UHACC Control ’94 (1994) 606−611 [6] F.S Uang, U.S Juang, C.T Chan, Optimal tuning of PID controllers for single and cascade control loops, Chem Eng Comm 132 (1995) 15−34 [7] C.T Huang, C.J Chou, L.Z Chen, An automatic PID controler tuning method by frequency response techni- ques, The Canadian Journal of Chemical Engineering 75 (1997) 596−604 [8] Y Lee, S Park, M Lee, PID controller tuning to obtain desired loop responses for cascade control systems, Ind Eng Chem Res 37 (1998) 1859−1865 [9] O.J Smith, A controller to overcome dead-time, ISA J (2) (1959) 28−33 [10] E.F Johnson, Automatic Process Control, McGraw Hill, New York, 1967 (pp 244) [11] D.E Seborg, T.F Edgar, D.A Mellichamp, Process Dynamics and Control, John Uiley & Sons, New York, 1989 [12] F.G Shinskey, Process-Control Systems, McGraw Hill, New York, 1967 [13] M Zhuang D.P Atherton, Tuning PID controllers with integral performance criteria, in„ Matlab Toolboxes and Applications, Peter Peregrinus, 1993, Chapter 8, pp 131− 144 [14] C.C Hang, A.P Loh, V.U Vasnani, Relay feedback auto-tuning of cascade controllers, IEEE Trans Control Systems Technology (1) (1994) 42−45 [15] C.C Hang, H.J Astrom, U.H Ho, Refinements of the Ziegler−Nichols tuning formula, IEE Proc D, Control Theory and Application 138 (2) (1991) 111−118 [16] I Haya, D.P Atherton, An improved parameter estima- tion method using limit cycle data, UHACC Int Con- ference on Control ’98, Swansea, UH (1998) 682−687 [17] I Haya Relay Feedback Identification and Model Based Controller Design, PhD thesis, University of Sussex, Brighton, England, 1999 ... tốn tham số điều khiển bên điều khiển theo tầng cải tiến tham số điều khiển PID cấu trúc dự đốn Smith Do đó, hệ số tỷ lệ điều khiển bên điều khiển theo tầng cải thiện hệ số tỷ lệ điều khiển PID... hai điều khiển chọn, điều khiển theo tầng thường dẫn đến phản hồi tốt Cấu trúc điều khiển theo tầng có ưu điểm sau so với hệ thống điều khiển vòng phản hồi đơn [12] : Bộ điều khiển thứ cấp sử dụng. .. điều chỉnh điều khiển PID vòng theo tầng tập trung vào cấu hình điều khiển theo tầng thơng thường Trong báo này, cấu trúc điều khiển tầng cải tiến (ICC) đề xuất Ý tưởng sử dụng dự đốn Smith vịng