3.2.1 Phương pháp Auto-tune (A.tune_On), [10]
Phương pháp tự điều chỉnh này được nhà sản xuất cài đặt sẵn trong bộ điều khiển; ở chế độ này bộ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh tăng hoặc giảm nhiệt độ tuỳ theo biên độ thay đổi của đặc tính đối tượng tại giá trị đặt, sau vài chu trình dao động, giá trị đo sẽ cân bằng với giá trị đặt (Set point = Processing value), quá trình tự điều chỉnh kết thúc, bộ điều khiển sẽ tự tính toán lại các thông số PB, Ti và Td mới.
Các thông số ban đầu : PB = 20 unit; Ti = 360 giây; Td = 60 giây; Trình tự vận hành như sau:
B1: Đặt lò ổn định tại nhiệt độ 1060 oC,
B2: Thao tác các bước để đưa bộ điều khiển về chế độ ”Auto-tune: 0n” trong level 2,
B3: Đưa hiển thị bộ điều khiển về màn hình chính ” Home Display”, sau đó màn hình chính sẽ nhấp nháy ”tunE” và chỉ thị nhiệt độ để chỉ ra bộ điều khiển đang trong trạng thái tự tạo dao động để điều chỉnh,
B4: Sau 2 chu trình đốt (on) , ngắt đốt (off), bộ điều khiển tự tạo chế độ dao động, sau đó quá trình tự điều chỉnh kết thúc (hiển thị ”tune” sẽ mất), bộ điều khiển tự tính toán lại các thông số mới và bắt đầu điều chỉnh lò theo các thông số này cho đến khi nhiệt độ chỉ thị (PV) bằng với giá trị nhiệt độ đặt (SP) của lò.
Kết quả các thông số sau quá trình tự điều chỉnh: PB=8 unit; Ti=335 giây; Td = 56 giây;
Sử dụng các thông số mới này cho bộ điều khiển ta được đặc tính mới của hệ thống. Ở đây để theo dõi đường đặc tính mới của hệ thống, ta sử dụng một cặp nhiệt điện chuẩn đã được hiệu chuẩn cùng một đầu đo mV chuẩn, nên tín hiệu đầu ra thu được là mV, dựa vào bảng liên hệ mV-oC của cặp nhiệt điện ta sẽ có được giá trị nhiệt độ của hệ thồng.
Học viên: Đỗ Văn Hồng MSHV: CB120472 39
Hình 3.4: Đặc tính mới của hệ thống sau quá trình tự điều chỉnh.
Đặc tính mới của hệ thống có dạng trên hình 3.4. Như vậy, từ kết cấu thực của lò tái tạo, bộ điều khiển sẽ nhận dạng lại đặc tính của đồi tượng và tính toán lại các thông số của bộ điều khiển cho phù hợp với chế độ làm việc của lò, như trên đồ thị đặc tính đã chỉ ra, với bộ điều khiển mới, quá trình quá độ tiến tới giá trị đặt ổn định hơn, độ quá điều chỉnh nhỏ, tuy nhiên độ ổn định của giá trị đặt vẫn chưa đảm bảo
3.2.2 Phương pháp Ziegler-Nicholes 2 [11], [12]
Bộ điều khiển 3200 PID Controller cũng có chế độ tính toán lại các thông số bộ điều khiển dựa trên phương pháp Ziegler-Nichole 2, theo phương pháp này, đưa bộ điều khiển lò tái tạo về chế độ dao động điều hoà (hệ thống làm việc trên biên ổn định), bằng cách đặt lại các thông số bộ điều khiển thành bộ khuyếch đại, chỉ có 1 thông số kp, các hằng số thời gian Ti = Td = 0; tăng dần hệ số kp cho đến khi hệ kín dao động điều hoà, ghi lại các giá trị tới hạn kth và chu kỳ dao động Tth ; sơ đồ hệ thống chỉ ra trên hình 3.5.
Học viên: Đỗ Văn Hồng MSHV: CB120472 40
Hình 3.5: Sơ đồ hệ thống lò tái tạo xác định thông số theo phương pháp Ziegler- Nicholes 2
Xác định chu kỳ Tth theo hình 3.5:
Hình 3.6 Hệ thống kín dao động điều hoà Các thông số của bộ điều khiển PID tính theo công thức:
Theo phương pháp Ziegler-Nicholes 2: kp=0,6kth; Ti=0,5Tth; Td=0,125Tth Bộ điều khiển 3200 PID Controller Fluke, điều khiển lò tái tạo, tính theo công thức:
PB = 1,7PBth; Ti = 0,5Tth; Td = 0,125Tth (3.3)
*Ghi chú: Trong bộ điều khiển 3200 PID Controller, dải băng tỉ lệ PB = 1/kp. Vận hành các bước trên bộ điều khiển lò như sau:
B1: Đưa bộ điều khiển về chế độ ”Manual Tuning” (Ziegler-Nicoles 2) trong level 3,
B2: Đặt các thông số Ti = Td = off,
B3: Đặt các ngưỡng biên dao động trên và dưới ở chế độ tự động: ”High Cutback – 0n” & ”Low Cutback – 0n”,
Học viên: Đỗ Văn Hồng MSHV: CB120472 41
B4: Đặt nhiệt độ lò SP = 1060 0C, khi đã ổn định giảm dần giá trị PB (tức là tăng dần Kth) cho đến khi đặc tính hệ thống bắt đầu dao động,
B5: Khi hệ thống đã dao động, tăng lại PB cho đến khi hệ thống không dao động điều hoà, ghi lại giá trị PB này và chu kỳ dao động Tth,
B6: Tính các thông số mới PB, Ti, Td theo công thức (3.3), B7: Đặt lại các thông số mới vào bộ điều khiển.
Kết quả sau khi hiệu chỉnh, hệ thống dao động điều hoà như sau:
Phút 0 1.25 2.5 3.75 5 6.25 7.5 8.75 10 11.25
o
C 1061 1057 1060 1061 1060 1057 1060 1061 1060 1057 Từ đồ thị, ta xác định được PBth = 8; Tth = 5 phút = 300 giây, theo công thức (3.3) ta tìm được:
PB = 13,6 ; Ti = 150 giây; Td = 37.5 giây
Đặc tính mới của hệ thống có dạng trên hình 3.7, như trên đồ thị đặc tính đã chỉ ra, với bộ điều khiển mới, đặc tính ra của hệ thống tối ưu hơn: độ quá điều chỉnh nhỏ hơn và thời gian ổn định tại giá trị đặt nhanh hơn so với phương pháp Auto-tune., tuy nhiên quá trình quá độ còn kéo dài.
Học viên: Đỗ Văn Hồng MSHV: CB120472 42
Ngoài hai phương pháp trên đề tài còn sử dụng phương pháp nhận dạng đối tượng và tính các thong số tối ưu bền vững theo chỉ số dao động mềm do PGS TSKH Nguyễn Văn Mạnh đề xuất.