Ứng dụng phương pháp điều khiển hiện đại để nâng cao chất lượng điều khiển quá trình gia nhiệt

Điều khiển truyền thẳng

Phương pháp đơn giản nhất là chọn K = G-1(0) , bộ điều khiển sẽ trở thành một khâu bù tĩnh. Khi đó ta có thể quan tâm tới quan hệ giữa các đại lượng ở trạng thái xác lập, hay nói cách khác là chỉ xét tới đặc tính tĩnh mà bỏ qua đặc tính quá độ của quá trình. Trong ví dụ trên K sẽ được chọn bằng 1. Một cách giải quyết hay hớn là trước khi tiến hành xấp xỉ, ta biểu diễn bộ điều khiển truyền thẳng dưới dạng song song như trên hình 2-2a :. 30 Dương Mạnh Hoà. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Luật điều khiển được chia thành 2 thành phần : bù giá trị đặt ur và bù nhiễu ud. Như vậy mặc dù G-1 không có tính nhân quả và không cần xấp xỉ. Khi đó ta có một khâu bù nhiễu động thực sự, với điều kiện trong phép nhân G-1Gd không xảy ra triệt tiêu các điểm cực không ổn định. Nếu không, ít nhất trong việc thực hiên xấp xỉ G-1Gd ở đây cũng mang lại độ chính xác cao hơn cho thành phần bu nhiễu. Riêng đối với thành phần bù giá trị đặt, ngay cả khi G-1 không có tính nhân quả thì thuật toán vẫn có thể cài đặt trên máy tính nếu quỹ đạo đặt r biết trước. Trong trường hợp tổng quát, quỹ đạo r chưa thể biết trước thì việc xấp xỉ G-1 thành một khâu bù tĩnh chỉ liên quan tới thành phần bù giá trị đặt. Tính ổn định của bộ điều khiển lý tưởng. Một trường hợp ta cần đặc biệt lưu tâm là khi đối tượng có đặc tính đáp ứng được, tức là khi G có điểm không nằm bên phải trục ảo. những điểm không này sẽ trở thành điểm cực không ổn định của khẩu ổn định G-1. Khi đó bộ điều khiển lý tưởng ngay cả khi thực thi được thì tính ổn định nội của hệ thống không còn được đảm bảo. Để biến cần điều khiển bám theo giá trị đặt, tín hiệu điều khiển sẽ phải liên tục tăng hoặc giảm không có giới hạn, không thể chấp nhận được trong thực tế. Nhưng nếu sử dụng một khâu hạn chế tín hiệu điều khiển thì bộ điều khiển thực ra không còn là lý tưởng và chất lượng cũng sẽ hoàn toàn không như mong đợi. Cách khắc phục duy nhất ở đât là xấp xỉ bộ điều khiển về một khâu ổn định, ví dụ một khâu bù tĩnh như đã nói trên đây. 31 Dương Mạnh Hoà. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. Có thể thấy, chỉ khâu bù tĩnh cho chất lượng tạm chấp nhận được. Đường đặc tính tín hiệu điều khiển cho trường hợp i) cho thây hệ đã mất ổn định nội. Ngay cả khi sử dụng một khâu hạn chế tín hiệu cho bộ điều khiển không ổn định, giá trị biến cần điều khiển thậm trí lại hoàn toàn ngược dấu với giá trị đặt. ii) bộ điều khiển không ổn định, hạn chế đầu ra iii) bộ điều khiển xấp xỉ (bù tĩnh). Ví dụ, Chỉ cẩn bất cứ một nguyên nhân nào sau đây như cảm biến đo lưu lượng ra có sai số dù là nhỏ nhất, cần điều chỉnh lưu lượng vào không có đặc tính lý tưởng hay áp suất dòng chảy thay đổi điều dẫn đến việc tràn bình hoặc cạn bình sau một thời gian ngắn.

Điều khiển phản hồi

Tín hiệu điều khiển được đưa tói van điều khiển để thay đổi độ mở van tỉ lệ theo sai lệch, nếu giá trị đo được thấp hơn giá trị đặt van sẽ mở nhiều hơn và lưu lượng vào Fi sẽ tăng lên giúp mức trong bình chứa tăng trở lại. Một đặc điểm rất đáng lưu ý là ở đây bộ điều khiển phản hồi chỉ cần sử dụng thuật toán tỉ lệ rất đơn giản cũng có thể ổn định giá trị mức trong bình mà không cần bất cứ thông tin nào về mô hình quá trình.

Các vấn đề của điều khiển phản hồi

Một điểm nữa cần phải nhấn mạnh là mặc dù điều khiển phản hồi có những vai trò quan trọng như đã nêu, việc thiết kế và chỉnh định bộ điều khiển để đồng thời thỏa mãn tất cả các yêu cầu đặt ra hiếm khi là công việc đơn giản, nếu không nói là không thể thực hiên được. Mỗi quá trình lại có những đặc điểm phức tạp riêng như đáp ứng ngược, thời gian trễ phép đo chậm, tham số biến thiên, ràng buộc tín hiệu điều khiển,……vì thế người kỹ sư cũng cần phải nắm rừ khả năng cũng như giới hạn chật lượng mà điều khiển phải hồi cú thể đạt được.

Điều khiển tỉ lệ

Thông thường, trong các bài toán điều khiển tỉ lệ với hai dòng đầu vào thì một dòng được coi là nhiễu và dòng thứ hai có thể can thiệp được, nhưng lưu lượn của cả hai dòng đều được đo .Trong thực thế có thể xảy có trường hợp cả hai dòng dều kiểm soát được , nhưng chắc chắn ta sẽ sử dụng một bậc tự do cho bài toán diều khiển khác , như vậy với bài toán điều khiển tỉ lệ thì một dòng vẫn được coi là nhiễu. Hơn nữa phương trình thứ hai trong( 2.23) thể hiện quan hệ phi tuyến mạnh, cấu trúc điều khiển phản hồi tuyến tính thông thường khó mang lại chất lượng cao. 47 Dương Mạnh Hoà. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn. RC wsp ysp. a) bài toán điều khiển b) Sách l-ợc điều khiển.

Điều khiển tầng

Bộ điều khiển thứ cấp có vai trò chủ yếu trong việc duy trì biến cần điều khiển y bám nhanh giá trị đặt, song tín hiệu ra của nó (u2) lại được coi là biến cần điều khiển của bộ điều khiển sơ cấp. Giả sử chi phí điều khiển cho kênh thứ nhất rẻ hơn chi phí cho kênh điều khiển thứ hai, thì giải pháp điều khiển này cho phép hạn chế đến mức tối thiểu chi phí điều khiển ở kênh thứ hai, trong khi vẫn đảm bảo tốt yêu cầu chất lượng.

Điều khiển suy diễn

Trong trường hợp này giá trị đặt ru2 cần để thấp như có thể ( ví dụ 5% hay 10%) cũng chính vì vậy cấu trúc song song còn được gọi là khống chế đầu vào.

Điều khiển lựa chọn

* điều khiển giới hạn (limiting control, constraint control) : hệ thống chỉ có một bộ điều khiển nhưng hai hoặc nhiều biến cần điều khiển. Khâu chọn tín hiệu quyết định đầu vào cho bộ điều khiển phụ thuộc vào các giá trị đo được ( ví dụ chọn giá trị nhỏ nhất hoặc lớn nhất).

Điều khiển lấn át

 Phòng ngừa tình trạng mức quá cao hoặc quá thâp trong một bình bằng cách giành quyền can thiệp mạnh vào các van xả hoặc van cấp. Tóm lại, qua nghiên cứu một số các phương pháp điều khiển cơ bản ta nhận thấy các phương pháp này bước đầu đã thực hiện được mục đích song chất lượng thì chưa cao ví dụ như thời gian tác động , độ chính xác chưa đảm bảo.

Các phương pháp điều khiển hiện đại cho điều khiển quá trình

• Phương pháp điều khiển thích nghi
• Phương pháp điều khiển mờ

Các hệ điều chỉnh tự động trong quá trình làm việc thường bị thay đổi tham số và cấu trúc, đặc biệt trong hệ thống truyền động điện như: mạch từ máy điện bị bão hoà, điện trở của máy thay đổi theo nhiệt độ làm việc, đặc tính của bộ biến đổi điện tử công suất bị thay đổi….Thông thường thì hệ thống có cấu trúc và tham số đã được chỉnh định theo tiêu chuẩn tối ưu nào đố tại giá trị xác định của hệ nhưng vẫn không đảm bảo rằng hệ luôn ổn định khi tham số, cấu trúc của hệ bị thay đổi. Để thực hiện chuyển đổi mờ giữa các mức FLC và bộ chuyển đổi PID, ta có thể thiết lập nhiều bộ điều chỉnh PIDi ( I = 1,2…n ) mà mỗi bộ được chọn để tối ưu chất lượng theo một nghĩa nào đó để tạo ra đặc tính tốt trong một vùng giới hạn của biến vào .Các bộ điều chỉnh này có chung thông tin ở đầu vào và sự tác động phụ thuộc vào giá trị của chúng.

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI CHO QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT

• THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ VÀ LƯU TỐC BỒN NƯỚC

Van nước gồm một biến vào: là tốc độ đóng/mở van, hai biến ra là nhiệt độ và tốc độ của dòng nước. Ngừ vào tốc độ đúng/mở van sau khi qua khõu tớch phõn rồi được qua khõu khuếch đại bão hoà.

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

Và do đú tớn hiệu ngừ ra của bộ điều khiển mờ là tốc độ biến đổi công suất dp1 tương ứng với tốc độ đóng mở van nước nóng và dp2 tương ứng tốc độ đóng mở van nước lạnh. Trong ô Type, chọn hàm liên thuộc hình thang (trapmf) cho hàm cold và hot, và chọn hàm liên thuộc hình tam giác cân (trimf) cho hàm good.