Tập hợp các tham số vật lý của không khí trong một môi tr−ờng hữu hạn đ−ợc ngăn cách bởi môi tr−ờng xung quanh nh− nhiệt độ (to C), độ ẩm t−ơng đối ( %), áp suất không khí (p, Pa), vận tốc không khí trong phòng (v, m/s), nồng độ các khí CO, CO2 ( co, co2%), nồng độ các hạt bụi trong không khí ( , mg/m3), thành phần không khí... Xác định điều kiện "Vi khí hậu" của môi tr−ờng đó.
Để tạo ra và duy trì điều kiện "Vi khí hậu" Cần một hệ thống bao gồm các máy móc và thiết bị hệ thống này đ−ợc gọi là"Hệ thống điều không xử lý vi khí hậu" Hay gọi tắt là hệ thống "Xử lý vi khí hậu". Hệ thống điều không xử lý vi khí hậu là một hệ thống phức tạp bao gồm những hệ thống chính sau: Hệ thống làm lạnh, hoặc làm nóng không khí (Mà chúng ta vẫn quen gọi là điều hoà không khí), hệ thống quạt thông gió, hệ thống máy hút ẩm, máy gia ẩm, hệ thống lọc bụi...Các quá trình mà hệ thống xử lý vi khí hậu thực hiện đ−ợc gọi là quá trình công nghệ xử lý vi khí hậu. Hệ thống các thiết bị điều khiển cho phép giữ các thông số vi khí hậu ở giá trị định tr−ớc gọi là hệ thống điều khiển vi khí hậu. Quá trình điều khiển trên đ−ợc gọi là quá trình điều khiển vi khí hậu.
Bài toán xử lý vi khí hậu là bài toán phức tạp do cùng đồng thời phải tạo ra và duy trì nhiều tham số có liên quan chặt chẽ và ảnh h−ởng qua lại. Hơn nữa, hệ thống xử lý vi khí hậu lại gồm nhiều thiết bị khác nhau, chịu ảnh h−ởng nhiễu mạnh, vì vậy cho tới nay bài toán điều khiển vi khí hậu vẫn còn là vấn đề hóc búa. Trên thực tế phần lớn các bài toán xử lý và điều khiển vi khí hậu th−ờng chỉ quan tâm tới hai thông số chính là nhiệt độ (t0C) và độ ẩm t−ơng đối ( %) của môi tr−ờng, còn các thông số khác ít đ−ợc quan tâm do ảnh h−ởng thực tế của chúng không đáng kể trong toàn bộ quá trình. Vì vậy trong khuôn khổ luận văn này, bài toán điều khiển vi khí hậu đ−ợc hiểu nh− là bài toán điều khiển hai thông số nhiệt độ (t0C) và độ ẩm t−ơng đối ( %) của môi tr−ờng cho tr−ớc.
Bài toán xử lý và điều khiển vi khí hậu rất phổ biến trong thực tế; ví dụ nh− các buồng xử lý không khí dùng cho thí nghiệm ở trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga thuộc Bộ Quốc phòng, Viện Bảo hộ lao động thuộc TLĐ Lao động Việt Nam,... ở các bệnh viện trong các phòng chụp X – quang (ở đây ng−ời ta đòi hỏi phải duy trì cả nhiệt độ và độ ẩm ở trạng thái cho phép), trong các kho l−u trữ tài liệu phim ảnh, buồng bảo quản gien, gây men vi sinh của các viện sinh học, trong các buồng sấy các loại gỗ dễ nứt hay cong vênh...
Đặc tr−ng của bài toán điều khiển vi khí hậu là bài toán có tính chất hai chiều rõ rệt, vì các đại l−ợng nhiệt độ và độ ẩm có liên hệ qua lại với nhau rất chặt chẽ. Hơn nữa, các đối t−ợng điều khiển lại có tính chất bất định và chịu tác động của nhiều loại nhiễu. Ngoài ra đối t−ợng điều khiển này có cấu trúc thay đổi tuỳ theo yêu cầu của thông số nhiệt độ và độ ẩm.
Ví dụ: Tuỳ theo yêu cầu về trạng thái nóng ẩm, tức là (t0C) lớn và( %)lớn khi đó hệ thống xử lý vi khí hậu cần chạy hệ thống gia nhiệt và gia ẩm (Tr−ờng hợp này thực tế th−ờng xảy ra đối với các phòng lên men vi
sinh, nhân giống cây, hoặc trong giai đoạn đầu của quá trình sấy gỗ), nếu yêu cầu của trạng thái vi khí hậu bên ngoài hay đổi, chẳng hạn về mùa đông cân đốt nóng và gia ẩm còn về mùa hè thì phải làm lạnh khử ẩm, mùa xuân thì chỉ cần chạy máy hút ẩm... Tham số ban đầu của hệ thống điều khiển vi khí hậu là nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời, một số tham số công nghệ khác nh−
nhiệt độ n−ớc lạnh (hoặc nóng) cấp vào công suất thanh đốt, công suất hút ẩm, tham số cần điều khiển là nhiệt độ và độ ẩm bên trong không gian cần xử lý vi khí hậu.
Hệ thống xử lý vi khí hậu th−ờng chịu tác động của hai loại nhiễu chính là
nhiễu trong và nhiễu ngoài. Nhiễu ngoài chủ yếu là do sự thay đổi các tham số nhiệt độ và độ ẩm bên ngoài gây ra, dẫn tới việc phá vỡ các chế độ trao đổi nhiệt, trao đổi chất của các thiết bị, cũng nh− làm thay đổi dòng nhiệt, ẩm trao đổi chất giữa không gian xử lý vi khí hậu và môi tr−ờng bên ngoài. Nhiễu trong là loại nhiễu gây ra ở trong không gian điều khiển vi khí hậu, gây nên chủ yếu bởi sự thay đổi nguồn nhiệt, cũng nh− các sai lệch gây nên do các thiết bị làm việc trong hệ thống vì lý do nào đó bị lệch khỏi chế độ làm việc cần thiết.
Tóm lại bài toán điều khiển vi khí hậu trên thực tế tuy đã rút về chỉ còn là bài toán hai chiều điều khiển hai tham số nhiệt độ t0C và độ ẩm % nh−ng vẫn còn hết sức phức tạp vì lý do chính: Đối t−ợng bất định có tính phi tuyến rõ rệt, cấu trúc của hệ thống thay đổi tuỳ vào trạng thái không khí yêu cầu, hệ thống luôn làm việc d−ới tác động của nhiễu. Vì tính phức tạp nói trên cho đến nay bài toán điều khiển vi khí hậu vẫn còn nhiều vấn đề ch−a đ−ợc giải quyết. Thông th−ờng tuỳ thuộc vào yêu cầu chất l−ợng điều chỉnh các tham số về nhiệt độ, độ ẩm, ng−ời ta chỉ có thể tiến hành điều khiển phần nào theo từng kênh riêng biệt. Do vậy, chất l−ợng điều khiển rất tồi, sai số điều chỉnh th−ờng khá lớn. Đối với các phòng thí nghiệm, đòi hỏi yêu cầu điều chỉnh tham số vi khí hậu ở mức độ chính xác cao thì điều này là không chấp nhận
đ−ợc. Trong ch−ơng này, chúng ta sẽ xây dựng bài toán điều khiển vi khí hậu trên quan điểm coi đó là một hệ thống điều khiển hai chiều thống nhất.