Giải chi tiết phần bài tập cuối chương từ chương 1 đến chương 6 của sách Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình của thầy Hoàng Minh Sơn.File định word.doc giải các câu hỏi trong sách Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, có đầy đủ hình ảnh, ví dụ minh họa và giải thích
CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Giải thích khái niệm điều khiển trình nêu lĩnh vực ứng dụng điều khiển trình Phân biệt điều khiển trình với lĩnh vực điều khiển khác Điều khiển trình ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động điều khiển, vận hành giám sát q trình cơng nghệ, nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, hiệu sản xuất an toàn cho người, máy móc mơi trường Điều khiển q trình ứng dụng ngành công nghiệp chế biến, khai thác lượng Phân biệt điều khiển trình với lĩnh vực điều khiển khác: Quy mô ứng dụng: quy mô vừa lớn, khác với điều khiển máy, điều khiển chuyển động điều khiển dây chuyền gia công lắp ráp Quy mô lớn số lượng biến vào/ra diện tích khu vực sản xuất Độ tin cậy sẵn sàng: nhà máy ngành hóa chất lượng yêu cầu cao độ tin cậy tính sẵn sàng hệ thống điều khiển Chức điều khiển: tốn điều chỉnh, điều khiển khiển khóa liên động, điều khiển trình tự, thu thập liệu Khả vận hành điều khiển trình: liên quan tới thiết kế công nghệ ràng buộc liên quan Mơ hình khơng xác: dựa sở mơ hình tốn học xấp xỉ việc tiến hành thực nghiệm khơng phải dễ dàng liên quan tới vận hành hệ thống lớn chi phí tốn kém, bỏ qua nhiều yếu tố động học yếu tố khác 1.2 Nêu đặc thù lĩnh vực điều khiển trình (về đối tượng điều khiển, yêu cầu kỹ thuật yêu cầu công nghệ) Đối tượng điều khiển lĩnh vực điều khiển q trình q trình cơng nghệ Q trình cơng nghệ q trình liên quan tới biến đổi, vận chuyển lưu trữ vật chất lượng, nằm dây chuyền công nghệ nhà máy sản xuất lượng Các dây chuyền cơng nghệ lĩnh vực điều khiển q trình có quy mơ vừa lớn tổ chức sản xuất chức điều khiển Do việc thiết kế hệ thống điều khiển liên quan tới nhiều yếu tố kỹ thuật khả phối hợp điều khiển, khả giám sát vận hành, độ tin cậy chi phí đầu tư 1.3 Phân biệt loại biến trình (biến vào/biến ra/biến trạng thái, biến điều khiển/biến điều khiển/nhiễu), đưa số ví dụ minh họa Biến vào đại lượng điều kiện phản ánh tác động từ bên ngồi vào q trình Ví dụ: lưu lượng dịng ngun liệu, nhiệt độ nước cấp nhiệt, trạng thái đóng/mở rơ-le,… Biến điều khiển biến vào q trình can thiệp trực tiếp từ bên ngồi, qua tác động tới biến theo ý muốn Ví dụ: lưu lượng nước, khối lượng nguyên liệu cấp vào lò nhiệt,… Biến đại lượng điều kiện thể tác động trình bên ngồi Ví dụ: nồng độ lưu lượng sản phẩm ra, nồng độ khí thải, … Biến trạng thái biến mang thông tin trạng thái bên q trình Ví dụ: nhiệt độ lị hơi, áp suất hơi, mức chất lỏng, tốc độ thay đổi thay đổi nhiệt độ hay áp suất mức Biến cần điều khiển biến biến trạng thái trình điều khiển, điều chỉnh cho gần với giá trị mong muốn hay giá trị đặt bám theo biến chủ đạo/tín hiệu mẫu Ví dụ: nhiệt độ, mức, lưu lượng, áp suất nồng độ Nhiễu biến vào cịn lại khơng can thiệp cách trực tiếp hay gián tiếp phạm vi trình quan tâm 1.4 Phân biệt toán điều chỉnh với tốn điều khiển bám, đưa số ví dụ minh họa Bài toán điều chỉnh toán thiết lập trì đầu giá trị đặt cho trước có tác động nhiễu Ví dụ: điều chỉnh nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, mức nồng độ Bài toán bám toán thiết lập đầu bám theo tín hiệu chủ đạo liên tục thay đổi Ví dụ: điều khiển máy móc, điều khiển chuyển động 1.5 Nêu rõ mục đích điều khiển phân tích sở ví dụ minh họa, liên hệ với tốn điều khiển Ví dụ minh họa tốn điều khiển bình trộn sau Dựa tồn điều khiển bên dưới, mục đích điều khiển trình trình bày Hình 1.1 Điều khiển binh trộn Vận hành ổn định Mức bình trộn phải giữ giá trị yêu cầu Nồng độ A sản phẩm phải đạt giá trị mong muốn Chất lượng sản phẩm Nồng độ A sản phẩm trì ổn định, mà phải gần với giá trị mong muốn Vận hành an tồn Trong ví dụ, cần đặt cảm biến báo tràn cạn bình, q tốc, q dịng động khuấy, dẫn đến toán điều khiển rời rạc động van an tồn Bảo vệ mơi trường Giảm nhiên liệu tiêu thụ; giảm sử dụng nước Hiệu kinh tế Chất lượng ổn định (nồng độ A sản phẩm) Năng suất thích ứng với yêu cầu thị trường (liên quan tới lưu lượng sản phẩm ra) Tiêu hao lượng thấp (cho động khuấy cho van điều khiển) Tác động điều khiển êm ả, trơn tru (tốc độ động độ mở van phải thay đổi thay đổi chậm) 1.6 Phân loại làm rõ chức điều khiển trình, liên hệ với mục đích điều khiển Ví dụ minh họa chọn tốn điều khiển mức bình chứa sau Hình 1.2 Điều khiển mức bình Mục đích điều khiển tốn trì mức bình giá trị đặt mong muốn Từ thấy tốn thuộc dạng tốn điều chỉnh Q trình có biến điều khiển lưu lượng vào qua độ mở van vào; biến cần điều khiển mức bình; nhiễu lưu lượng 1.7 Nêu rõ thành phần hệ thống điều khiển trình mối liên hệ thành phần với Một hệ thống điều khiển q trình có ba thành phần bản: Thiết bị đo Thiết bị điều khiển Thiết bị chấp hành Thiết bị đo thiết bị có chức cung cấp tín hiệu tỉ lệ theo nghĩa với đại lượng đo Một thiết bị đo gồm hai thành phần cảm biến chuyển đổi đo Thiết bị điều khiển thiết bị tự động thực chức điều khiển, thành phần cốt lõi hệ thống điều khiển công nghiệp Thiết bị chấp hành thiết bị nhận tín hiệu từ điều khiển thực tác động can thiệp tới biến điều khiển Thiết bị đo thành phần cung cấp tín hiệu đo, trạng thái trình đưa vào đầu vào điều khiển Dựa tín hiệu nhận so sánh với giá trị đặt, điều khiển đưa tín hiệu điều khiển đến cấu chấp hành để tác động lên trình Thiết bị đo lại dựa thay đổi trình tác động cấu chấp hành cập nhật trạng thái cho điều khiển 1.8 Giải thích ý nghĩa biểu tượng lưu đồ Biểu tượng LT PHƯƠ NG TT ZS LIC Ý nghĩa Level Transmitter Pressure transmitter Temperature transmitter Position switch Level control and indicator Flow ratio control – loop 102 (remote) Biểu tượng FT Ý nghĩa Flow transmitter FY Analysis transmitter Fraction converter HS Han switch AT FRC 102 Flow rate control – loop 102 Pressure differential control – loop 102 (remote) Temperature control – loop 102 (Shared hardware, auxilary location Radiation control – loop 102 PLC Air compressor – loop 102 (Individual hardware, remote control) Temperature alarm high and low Software interacts with AC|102 Flow and pressure record Quantity control – loop 102 (remote) PLC 1.9 Vẽ phác lưu đồ P&ID cho vòng điều khiển phản hồi 1.9.1 Điều khiển mức sử dụng tín hiệu vào/ra 4-20mA, điều khiển DCS với giá trị đặt truyền từ máy tính vận hành 1.9.2 Điều khiển hiển thị chênh áp với tín hiệu vào/ra khí nén với thiết bị điều khiển đơn lẻ chuyên dụng, ghi chép giá trị áp suất thiết bị riêng 1.9.3 Điều khiển hiển thị nhiệt độ với đầu vào RTD (mV), đầu 4- 20mA đưa tới van khí nén qua biến đổi I/P CHƯƠNG MÔ HÌNH Q TRÌNH 2.1 Nêu rõ phân tích mục đích mơ hình hóa lĩnh vực điều khiển q trình Mơ hình hình thức mơ tả khoa học đọng khía cạnh thiết yếu hệ thống thực, có sẵn cần phải xây dựng Một mơ hình phản ánh hệ thống thực từ góc nhìn phục vụ hữu ích cho mục đích sử dụng Mơ hình hóa giúp người: Hiểu rõ trình Thiết kế cấu trúc/sách lược điều khiển lựa chọn kiểu điều khiển Tính tốn chỉnh định tham số điều khiển Xác định điểm làm việc tối ưu cho hệ thống Mô phỏng, đào tạo người vận hành 2.2 Nêu dạng mơ tả tốn học thơng dụng q trình cơng nghệ Mơ hình tuyến tính/Mơ hình phi tuyến Mơ hình đơn biến/Mơ hình đa biến Mơ hình tham số hằng/ Mơ hình tham số biến thiên Mơ hình tham số tập trung/Mơ hình tham số rải Mơ hình liên tục/mơ hình gián đoạn 2.3 Nêu phương pháp xây dựng mơ hình tốn học phân tích ưu nhược điểm phương pháp Có phương pháp xây dựng mơ hình tốn học: Mơ hình hóa lý thuyết: Là mơ hình từ định luật vật lý hóa học kết hợp với thông số kỹ thuật thiết bị công nghệ, kết nhận phương trình vi phân phương trình đại số Ưu điểm: cho ta hiểu sâu quan hệ bên trình liên quan trực tiếp tới tượng vật lý, hóa học sinh học; cho ta xác định tương đối xác cấu trúc mơ hình Nhược điểm: khó xác định tham số xác mơ hình; khó xác định cho mơ hình nhiễu Mơ hình hóa thực nghiệm Là mơ hình dựa thơng tin ban đầu q trình, quan sát tín hiệu vào – thực nghiệm phân tích số liệu thu để xác định cấu trúc tham số mơ hình từ lớp mơ hình thích hợp Ưu điểm: cho phép xác định tương đối xác tham số mơ hình trường hợp cấu trúc mơ hình biết trước; công cụ phần mềm đại hỗ trợ mạnh chức nhận dạng trực tuyến ngoại tuyến Nhược điểm: phụ thuộc vào công việc tiến hành lấy số liệu thực nghiệm 2.4 Lựa chọn phương xây dựng mơ hình phù hợp, mục đích sử dụng mơ hình tương ứng sau Giúp hiểu rõ trình cơng nghệ: mơ hình hóa lý thuyết Cơ sở cho thiết kế sách lược điều chỉnh: mơ hình hóa lý thuyết Cơ sở cho lựa chọn luật điều chỉnh: mơ hình hóa lý thuyết Phục vụ tính tốn tham số điều khiển: mơ hình hóa thực nghiệm Mơ q trình: mơ hình hóa thực nghiệm Chỉnh định trực tuyến tham số điều khiển: mơ hình hóa thực nghiệm 10 Transmitter (bộ chuyển đổi đo chuẩn) chuyển đổi đo mà cho đầu tín hiệu chuẩn (1-10 V, 0-20 mA, 4-20 mA,…) 6.3 Giải thích phân biệt khái niệm đặc tính thiết bị đo: Độ xác; Độ phân giải; Tính trung thực Độ xác mức độ phù hợp đầu thiết bị đo so với giá trị thực đại lượng đo xác định số tiêu chuẩn Độ phân giải thiết bị đo định nghĩa bước thay đổi tín hiệu Khi kích cỡ bước thay đổi khơng cố định bước thay đổi lớn gọi độ phân giải cực đại Tính trung thực hay gọi khả lặp lại thiết bị đo độ lệch lớn giá trị quan sát sau nhiều lần lặp lại so với giá trị trung bình đại lượng đo 6.4 Giải thích phân biệt khái niệm đặc tính thiết bị đo: Phạm vi đo; Dải đo; Phạm vi tín hiệu; Dải tín hiệu; Phạm vi đầu vào; Phạm vi đầu ra; Dải đầu ra; Dài đầu vào Phạm vi đo phạm vi giá trị danh định đại lượng đo mà thiết bị đo sử dụng theo quy định Một phạm vi đo xác định giới hạn giới hạn Dải đo định nghĩa khoảng cách giới hạn giới hạn phạm vi đo Ví dụ: Phạm vi đo từ 100 tới 400 độ C, dải đo tương ứng 300 độ C Phạm vi tín hiệu phạm vi giá trị danh định tín hiệu chuyển đổi từ đại lượng đo Phạm vi tín hiệu xác định giới hạn giới hạn Dải tín hiệu khoảng cạch giới hạn giới hạn phạm vi tín hiệu 55 Ví dụ: phạm vi tín hiệu từ 0-10 V có dải tín hiệu 10 V; phạm vi tín hiệu 4-20 mA có dải tín hiệu 16 mA Tương tự, phạm vi đầu vào dải đầu vào phạm vi đo dải đo định nghĩa dựa khoảng biến thiên cho phép đo giá trị đo Phạm vi đầu dải đầu phạm vi tín hiệu dải tín hiệu chuyển đổi đo 6.5 Cho đồ thị định chuẩn thiết bị đo nhiệt độ hình a Phát biểu đặc tính thiết bị Đặc tính thiết bị tuyến tính, với phạm vi đầu vào từ 50 đến 200 độ C phạm vi đầu từ đến 20 mA b c Với giả sử nhiệt độ có giá trị thật 125 độ C Sai số đo thấp Độ phân giải 0.1 mA Độ xác cao Tính trung thực cao, với giá trị đầu vào, tín hiệu sát Xác định sai số với mô Mô simulink với hàm truyền thu đáp ứng sau: 56 Tại thời điểm t = 15s giá trị đặt tăng lên 135 Kết đo t = 3s, nhiệt độ đo 79, sai số 46 độ C Tại thời điểm t =15s, nhiệt độ đo 124 độ C, sai số 11 độ C 6.6 Nêu nguyên lý hoạt động loại cảm biến cho đại lượng 6.6.1 Nhiệt độ Nhiệt kế giãn nở: giãn nở chất theo nhiệt độ làm thay đổi chiều dài, thể tích áp suất Nhiệt kế điện trở: điện trở thay đổi theo nhiệt độ, sử dụng nhiệt điện trở kim loại (RTD) nhiệt điện trở bán dẫn (thermistor) Cặp nhiệt: điện thay đổi theo nhiệt độ điểm tiếp xúc hai kim loại khác nhau, ví dụ niken crom, niken đồng 6.6.2 Áp suất Cảm biến đàn hồi hai phần tử: phần tử cảm biến sơ cấp biến đổi áp suất thành dịch chuyển dựa tính chất vật lý đàn hồi Phần tử thứ cấp cảm biến dịch chuyển, chuyển đổi độ dịch chuyển thành tín hiệu điện Cảm biến piezo: sử dụng phần tử cảm biến sơ cấp tinh thể thạch anh có hiệu ứng áp trở áp điện Khi tác động lực lên tinh thể thạch anh, hiệu ứng áp trở gây nên thay đổi điện trở tinh thể thạch anh, 57 hiệu ứng áp điện gây nên tích điện khác dấu hai bề mặt tinh thể thạch anh Cảm biến chân không: thường thực phép đo gián tiếp dựa nguyên lý truyền nhiệt ion hóa chất khí 6.6.3 Lưu lượng Lưu lượng kế chênh áp: đo gián tiếp thông qua phép đo chênh áp dựa quan hệ lưu lượng dòng chảy độ chênh lệch áp suất qua cấu thu hẹp đường ống Lưu lượng kế turbin: đo gián tiếp thông qua tốc độ quay dựa quan hệ lưu lượng dòng chảy tốc độ quay turbin Lưu lượng kế điện từ: đo đại lượng điện dựa thay đổi điện dung điện cảm lưu lượng dòng chảy thay đổi 6.6.4 Mức Phương pháp tiếp xúc bề mặt: sử dụng phao, que dò phần tử cảm biến chuyển Phương pháp chênh áp: dựa phép đo chênh lệch áp suất hai vị trị có độ cao khác bình Phương pháp siêu âm: sử dụng cảm biến siêu âm đặt nắp bình chứa xác định khoảng cách bề mặt chất lỏng nắp 6.7 Nêu thành phần thiết bị chấp hành chức chúng Lấy ví dụ minh họa Thiết bị chấp hành gồm hai thành phần Cơ cấu chấp hành: truyền lượng, truyền động đến phần từ điều khiển, ví dụ hệ thống động cơ, cuộn hút cấu khí nén, thủy lực 58 Phần tử điều khiển, ví dụ van tỉ lệ, van on/off, tiếp điểm, sợi đốt, băng tải 6.8 Nêu thành phần phụ kiện van điều khiển Van điều khiển có hai thành phần thân van chế chấp hành ghép nối với phụ kiện liên quan Các phụ kiện van là: Khâu chuyển đổi (transducer) Bộ định vị (positioner) Rơ le tăng áp (booster relay) Cảm biến giới hạn (limit switches) Van cuộn hút 6.9 Phân loại van điều khiển theo chế chấp hành Van khí nén: truyền động khí nén sử dụng màng chắn/lị xo piston Tín hiệu đầu vào khí nén, dịng tín hiệu số Nếu tín hiệu dịng cần chuyển đổi điện-khí nén Van điện: chế chấp hành sử dụng động servo động bước, điều khiển trực tiếp từ tín hiệu đầu điều khiển Van thủy lực: chế chấp hành sử dụng hệ thống bơm dầu kết hợp màng chắn piston, bơm dầu điều khiển tín hiệu từ điều khiển Van từ: chế chấp hành cuộn hút kết hợp lị xo, lực nén yếu độ xác kém, phù hợp với toán đơn giản 6.10 Phân loại van điều khiển theo thiết kế chốt van Van cầu: chốt trượt có đầu hình cầu hình nón, chuyển động lên xuống Van nút: chốt xoay hình trụ (có đục lỗ theo chiều ngang phần hình trụ) 59 Van bi: chốt xoay hình cầu (có đục lỗ theo chiều ngang) phần hình cầu Van bướm: chốt xoay hình đĩa 6.11 Giải thích vai trò định vị van Khi nên khơng nên sử dụng định vị? Bộ định vị van điều khiển thứ cấp cấu trúc điều khiển tầng Bộ định vị sử dụng tín hiệu đo vị trí cần van so sánh với giá trị đặt từ tín hiệu điều khiển, sở đưa tác động tới cấu chấp hành để điều chỉnh lại độ mở van Sử dụng định vị cho phép cải thiện độ xác mà cịn tăng tốc độ phản ứng van Nên sử dụng định vị van u cầu van có độ xác cao tốc độ đáp ứng nhanh động học trình chậm đảng kể so với van Không nên sử dụng định vị van động học trình tương đối nhanh (hằng số thời gian không lớn lần so với van) định vị làm chậm giảm chất lượng điều khiển vịng ngồi Hơn nữa, sử dụng vịng điều khiển lưu lượng vai trị định vị trở nên khơng cần thiết 6.12 Khi độ mở van cố định, lưu lượng qua van điều khiển biến thiên với sụt áp qua van với trọng lượng riêng chất lỏng? Khi độ mở van cố điịnh, lưu lượng qua van điều khiển tỉ lệ với bậc hai độ sụt áp qua van tỉ lệ nghịch với bậc hai trọng lượng riêng chất lỏng 60 6.13 Phân loại van điều khiểu theo đặc tính cố hữu Loại van phù hợp cho tốn điều chỉnh lưu lượng? Trong trường hợp sử dụng van phù hợp? Dựa vào đặc tính cố hữu, loại van phân biệt sau: Đặc tính tuyến tính : độ sụt áp qua van cố định, lưu lượng qua van tỉ lệ tuyến tính với độ mở van Đặc tính mở nhanh : độ sụt áp qua van cố định, lưu lượng qua van tỉ lệ tuyến tính với bậc hai độ mở van Đặc tính phần trăm nhau: độ sụt áp qua van cố định, độ mở van tăng lên lượng lưu lượng qua van tăng lên với tỉ lệ phần trăm so với giá trị Các trường hợp sử dụng cho loại van: Van mở nhanh: sử dụng cho van thoát an tồn, cần đóng mở nhanh Van tuyến tính: sử dụng áp suất sụt qua van giữ tương đối cố định Van phần trăm nhau: chiếm tới khoảng 90% ứng dụng van điều khiển đặc tính lắp đặt gần tuyến tính Khi tỉ lệ sụt áp suất qua van với lưu lượng thấp cao lớn => nên chọn van 6.14 Giải thích khác đặc tính cố hữu đặc tính lắp đặt van điều khiển nguyên nhân dẫn tới khác Đặc tính dịng chảy cố hữu van quan hệ tĩnh lưu lượng qua van độ mở van điều kiện áp suất sụt qua van khơng đổi Đặc tính dịng chảy lắp đặt đặc tính thực tế van lắp đặt Trong đặc tính cố hữu van phụ thuộc vào kích cỡ van thiết kế chốt van đặc tính lắp đặt cịn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác gây thay đổi sụt áp qua van 61 6.15 Giải thích hiệu ứng sức cản đường ống thiết bị cơng nghệ tới đặc tính lắp đặt van điều khiển Lưu lượng lưu chất qua đường ống điều tiết cách thay đổi độ mở van Nhưng lưu lượng thay đổi áp suất tổn thất qua đường ống qua thiết bị trình thay đổi, áp suất bơm cấp thay đổi theo, dẫn tới chênh lệch áp suất qua van thay đổi 6.16 Giải thích ý nghĩa chiều tác động Van điều khiển Chiều tác động thuận định nghĩa độ mở van giảm tín hiệu điều khiển tăng Chiều tác động nghịch định nghĩa độ mở van tăng tín hiệu điều khiển tăng Bộ điều khiển phản hồi Tác động điều khiển gọi thuận (DA) đầu hàm đồng biến với biến cần điều khiển Tác động điều khiển gọi nghịch (RA) tín hiệu điều khiển hàm nghịch biến với biến cần điều khiển 6.17 Việc lựa chọn chiều tác động van điều khiển phụ thuộc vào gì? Lựa chọn chiều tác động điều khiển phản hồi dựa sở nào? Sự lựa chọn chiều tác động van dựa nguyên tắc đảm bảo an toàn trượng hợp tín hiệu điều khiển nguồn lượng cấp Chiều tác động điều khiển phản hồi chọn cho hệ số khuếch đại tồn hệ hở (q trình cơng nghệ + điều khiển + van điều khiển) 62 6.18 Trong ví dụ điều khiển phản hồi minh họa Hình 6-31, chọn chiều tác động van điều khiển điều khiển Ví dụ Với ví dụ này, van điều khiển van FO, có chiều tác động thuận, điều khiển chọn có chiều tác động thuận Ví dụ Với ví dụ này, van điều khiển chọn van FC có chiều tác động nghịch, điều khiển chọn có chiều tác động nghịch Ví dụ 63 Với ví dụ này, van điều khiển lưu lượng nước van FC để tránh gây nhiệt tín hiệu điều khiển hay nguồn Do đó, van có chiều tác động nghịch điều khiển có chiều tác động nghịch 6.19 Nêu ý nghĩa tính chất thành phần điều khiển PID Thành phần khuếch đại tỉ lệ tác động nhanh tức thời có tác động cải thiện tốc độ đáp ứng hệ thống có vai trị giai đoạn đầu q trình độ Tuy nhiên, hệ số khuếch đại lớn làm cho tín hiệu điều khiển thay đổi mạnh hơn, đồng thời làm cho hệ nhạy cảm với ảnh hưởng nhiễu đo Thành phần tích phân có mục đích triệt tiêu sai lệch tĩnh Tác động tích phân đưa tín hiệu điều khiển tỉ lệ với tích lũy sai lệch điều khiển quan sát Tác động tích phân đáp ứng chậm so với thay đổi sai lệch tĩnh làm hệ dao động mạnh chí ổn định Thành phần vi phân nhằm cải thiện đặc tính động học hệ thống Thành phần vi phân tỉ lệ với thay đổi sai lệch điều khiển quan sát Bản chất tác động vi phân đoán trước chiều hướng tốc độ thay đổi biến điều khiển đưa phản ứng thích hợp, nên có tác dụng 64 làm tăng tốc độ đáp ứng hệ kín với thay đổi giá trị đặt nhiễu tải 6.20 Khi lựa chọn luật điều khiển P: luật điều khiển P phù hợp với đối tượng quán tính – tích phân PI: phù hợp với đối tượng quán tính PID: phù hợp với trình dao động bậc hai tắt dần, q trình khơng ổn định bậc hai 6.21 Giải thích tượng bão hịa tích phân sử dụng điều khiển PID Khi tượng xảy ra? Nêu biện pháp khắc phục Hiện tượng bão hịa tích phân tượng đầu điều khiển tiếp tục tăng mức giới hạn tích lũy thành phần tích phân tiếp tục trì sai lệch trở khơng Hiện tượng xảy điều khiển có chứa thành phần tích phân tín hiệu điều khiển bị hạn chế Các biện pháp chống bão hịa tích phân bao gồm: Khi sai lệch điều khiển 0, tách bỏ thành phần tích phân điều khiển tốt hết xóa trạng thái thành phần tích phân Giảm hệ số khuếch đầu điều khiển nằm giới hạn cho phép, tránh việc xảy tượng bão hòa tích phân Theo dõi giá trị thực tín hiệu điều khiển bị giới hạn, phản hồi điều khiển để thực thuật toán bù nhằm giảm thành phần tích phân Đặt khâu giới hạn đầu điều khiển để mô đặc tính phi tuyến thiết bị chấp hành sử dụng thuật toán bù giống phương pháp 65 6.22 Giải thích ý nghĩa việc đưa trọng số cho giá trị đặt thuật toán PID Việc đưa trọng số cho giá trị đặt thuật toán PID để hạn chế tác dụng thành phần P I lên đặc tính đáp ứng Cụ thể, trọng số c thêm vào cho giá trị đặt để tránh việc giá trị đặt thay đổi nhanh làm cho thành phần vi phân lớn, gây thay đổi đột ngột tín hiệu điều khiển Ngồi ra, trọng số b thêm vào cho giá trị đặt điều khiển hai bậc tự để hạn chết tác dụng thành phần P hay nói cách khác để làm mềm đặc tính đáp ứng hệ kín thay đổi giá trị đặt 6.23 Với luật điều khiển sử dụng thành phần vi phân, tượng xảy ta thay đổi nhanh giá trị đặt? Biện pháp khắc phục nào? Khâu vi phân có đáp ứng nhanh với thay đổi giá trị đặt Do đó, thực tế giá trị đặt thay đổi nhanh làm cho thành phần vi phân lớn, gây thay đổi đột ngột tín hiệu điều khiển Để khắc phục vấn đề này, ta xấp xỉ khâu vi phân thêm trọng số c cho giá trị đặt: 6.24 Viết thuật tốn PID thực theo chuẩn ISA giải thích ý nghĩa tham số Dạng chung thuật toán PID thực theo chuẩn ISA N tham số điều khiển, thường chọn khoảng 3-30, giá trị N lớn khâu xấp xỉ giống khâu vi phân thực ảnh hưởng nhiễu đo tăng theo 66 Do khâu vi phân đáp ứng nhanh với thay đổi giá trị đặt nên thực tế giá trị đặt thay đổi nhanh làm cho thành phần vi phân lớn gây thay đổi đột ngột tín hiệu điều khiển Để tránh điều này, trọng số c đặt thêm cho giá trị đặt Trọng số b thêm vào khâu PID cải tiến (được bổ sung thêm khâu truyền thẳng) Trọng số b cho giá trị đặt chọn khoảng [0, 1] với vai trò làm hạn chế tác dụng thành phần P, làm “mềm hóa” đặc tính đáp ứng hệ kín với thay đổi giá trị đặt Giá trị b nhỏ giúp cho giảm độ điều chỉnh mà không ảnh hưởng tới đặc tính đáp ứng với nhiễu trình 6.25 Mơ tượng bão hịa tích phân cho vòng điều khiển PI Độ điều chỉnh đạt đến y = 1.1 tương đương 10%, thời gian độ 10s 67 Giảm hệ số khuếch đại xuống 0.8, độ điều chỉnh giảm 3.7% nhiên thời gian đáp ứng khoảng 11s Áp dụng đặt khâu giới hạn đầu điều khiển để mơ đặc tính phi tuyến thiết bị chấp hành sử dụng thuật toán bù thu đồ thị đáp ứng Có thể thấy hiệu phương pháp giống phương pháp số 68 6.26 Trình bày phương pháp xấp xỉ thành phần tích phân vi phân thuật tốn PID số Thành phân tích phân xấp xỉ hai phương pháp thông dụng phương pháp diện tích hình chữ nhật phương pháp diện tích hình thang Với phương pháp diện tích hình chữ nhật, thành phần tích phân biểu diễn thành Trong T chu kỳ trích mẫu tín hiệu Thuật tốn xấp xỉ tích phân theo phương pháp diện tích hình thang biểu diễn sau: Khâu vi phân cải tiến biểu diễn miền thời gian xấp xỉ với phép tính sai phân thành: 69 ... điều khiển/ sách lược điều khiển hệ thống điều khiển trình gì? Phân tích ưu nhược điểm chúng Đưa ví dụ minh họa Hai sách lược điều khiển hệ thống điều khiển trình điều khiển phản hồi điều khiển. .. đặc thù lĩnh vực điều khiển trình (về đối tượng điều khiển, yêu cầu kỹ thuật yêu cầu công nghệ) Đối tượng điều khiển lĩnh vực điều khiển trình q trình cơng nghệ Q trình cơng nghệ trình liên quan... cần điều khiển mức bình; nhiễu lưu lượng 1.7 Nêu rõ thành phần hệ thống điều khiển trình mối liên hệ thành phần với Một hệ thống điều khiển trình có ba thành phần bản: Thiết bị đo Thiết bị điều