Câu 3.7: Cho sơ đồ công nghệ hệ thống hai bình chứa thông nhau trên Hình 3-38.
5.4: Đưa ra và phân tích một ví dụ cho: * Điều khiển tầng
Điều khiển tầng cho thiết bị ra nhiệt hơi nước
- Cấu trúc điều khiển gồm 2 vòng điều khiển:
+ Bộ điều khiển thứ cấp: Đo hơi nước chuyển dữ liệu tới bộ điều khiển FC và điều khiển van.
+ Bộ điều khiển sơ cấp: Đầu ra từ bộ điều khiển TC không được đưa trực tiếp xuống van mà là giá trị đặt cho bộ điều khiển lưu lượng FC. Ở trạng thái xác lập, tín hiệu ra từ bộ điều khiển nhiệt độ không đổi và bộ điều khiển lưu lượng FC có trách nhiệm duy trì lưu lượng hơi nước cố định, mặc cho áp suất dòng hơi hoặc độ mở van như thế nào. Khi giá trị đặt nhiệt độ thay đổi hoặc nhiệt độ ra đo được thay đổi, bộ điều khiển nhiệt độ TC sẽ tạo ra một giá trị đặt mới cho bộ điều khiển lưu lượng FC.
Điều chỉnh quá trình trao đổi nhiệt
Bộ điều khiển RC là một khâu nhân, tính toán giá trị đặt lưu lượng cho bộ điều khiển FC bằng cách nhân lưu lượng đo được với tỉ lệ đặt mong muốn. Hai bộ điều khiển RC và FC đôi khi được ghép chung thành FC.
* Điều khiển lất át.
Điều khiển nồi hơi
Khi hoạt động bình thường, áp suất được điều khiển bởi nó liên quan hệ trọng đến năng suất của quá trình. Nhưng khi giá trị mức xuống thấp dưới một ngưỡng an toàn, tín hiệu ra từ bộ điều khiển mức LC sẽ lấn át bộ điều khiển áp suất PC bởi khâu lựa chọn tín hiệu nhỏ hơn, giúp đóng van ra va qua đó làm mức trong nồi tăng lại. Khi giá trị mức trở lại bình thường, khâu lựa chọn tín hiệu lại có tác dụng làm cho bộ điều khiển áp suất PC trở thành lấn át và đưa hệ thống về chế độ bình thường.
Điều khiển giới hạn nhiệt độ lò phản ứng
Biến điều khiển duy nhất ở đây là lưu lượng nước làm lạnh. Nhiệt độ trong lò được đo tại nhiều vị trí khác nhau và giá trị nhiệt độ cao nhất được lựa chọn đưa tới bộ điều khiển. Nhờ vậy, nhiệt độ tại bất cứ vị trí nào cũng được giới hạn mà không làm mất đi chức năng điều khiển thông thường.
* Điều khiển phân vùng
Điều khiển nhiệt độ lò phản ứng sách lược phân vùng
Bình thường nhiệt độ phản ứng có thể được kiểm soát bởi một dòng nước lạnh. Để tăng tốc độ đáp ứng, bộ điều khiển thường được chỉnh định để đặc tính quá độ của hệ thống có một độ quá điều chỉnh nhất định. Điều này dẫn đến nhiệt độ phản ứng có lúc có thể xuống thấp hơn giá trị đặt => cần một đường hơi nước có thể nhanh chóng đưa nhiệt độ phản ứng trở lại giá trị mong muốn.
Câu 5.5: Thay đổi sách lược điều khiển để sử dụng với các ví dụ ở câu 5.4: * Điều khiển truyền thẳng (bù nhiễu):
* Điều khiển phản hồi kết hợp bù nhiễu:
Câu 5.6: Khi nào ta nên sử dụng sách lược điều khiển tầng và khi nào thì không nên?
* Định nghĩa: Điều khiển tầng là một cấu trúc mở rộng của điều khiển phản hồi vòng đơn. Tư tưởng chính của điều khiển tầng là phân cấp điều khiển nhằm loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu ngay tại nơi nó phát sinh.
+ Chúng ta nên sử dụng điều khiển tầng khi hệ thống điều khiển cần được đáp ứng nhanh, loại bỏ nhiễu, và nâng cao tính ổn định và bền vững của hệ thống kín.
+ Chúng ta không nên sử dụng điều khiển tầng khi hệ thống điều khiển đã được đáp ứng nhu cầu sử dụng bởi các sách lược điều khiển cơ bản mà không cần thêm vòng điều khiển nào khác nhằm loại bỏ nhiễu hay nâng cao độ ổn định, đáp ứng nhanh …
Câu 5.7: Mục đích của điều khiển tỉ lệ? Khi nào thì nên sử dụng sách lược điều khiển tỉ lệ?
- Điều khiển tỉ lệ là duy trì tỉ lệ giữa 2 biến tại một giá trị đặt nhằm gián tiêp điều khiển một biến thứ 3.
- Mục đích của điều khiển:
+ Giải quyết hiệu quả một lớp các bài toán phi tuyến, thay vì phải tuyến tính hóa xấp xỉ mô hình hoặc sử dụng phương pháp thiết kế bộ điều khiển phi tuyến phức tạp. Thực chất mỗi bộ điều khiển tỷ lệ là một bộ điều khiển phi tuyến đơn giản.
+ Giúp cho việc thiết kế cấu trúc điều khiển đơn biến cho một quá trình được đơn giản hơn, trong đó sự tương tác chéo giữa các vòng điều khiển được giảm thiểu.
- Khi nào thì nên sử dụng sách lược điều khiển tỉ lệ: + Khi nhiễu đầu vào ít thay đổi.
+ Sản phẩm ra của quá trình điều khiển phụ thuộc vào tỷ lệ 2 hay nhiều biến vào.
Câu 5.8: Thiết kế các sách lược điều khiển cho ví dụ điều khiển nhiệt độ như hình vẽ:
* Phản hồi thuần túy * Truyền thẳng thuần túy
* Phản hồi kết hợp truyền thẳng * Điều khiển tỉ lệ
Câu 5.9: Trên hình vẽ dưới đây là lưu đồ pha chế trực dòng, yêu cầu điều khiển là lưu lượng khối(w) và thành phần chất là A(xA2) trong sản phẩm.
a. Xây dựng mô hình trạng thái xác lập cho quá trình. Nhận biết các biến quá trình. b. Cặp dôi các biến vào/ ra.
c. Có thể lựa chọn các biến điều khiển khác nhằm loại bỏ tương tác giữa hai vòng điều khiển hay không? Nếu có thì cần phải thay đổi lưu đồ công nghệ và sách lược điều khiển ra sao?
Gợi ý: Chọn các biến dẫn xuất khác, ví dụ tỉ lệ, tổng, hiệu của các đại lượng có sẵn.
a. Mô hình trạng thái xác lập của quá trình: WA+ WB =W
WA.xA1+ WB. xB =W. xA2
- Các biến quá trình:
+ Biến điều khiển: WA, WB
+ Nhiễu: xA1, xB
+ Biến được điều khiển: W, xA2
b. Cặp đôi các biến vào/ra: xA2 và WA, WB
W và WA, WB
c. Có thể lựa chọn biến điều khiển khác nhằm loại bỏ tương tác giữa hai vòng điều khiển băng cách thêm một van điều khiển được ở dòng ra xA2:
- Vòng điều khiển thứ nhất: Sách lược điều khiển tỉ lệ đo dòng WA, WB, sau đó gửi tới bộ điều khiển tỷ lệ cùng với giá trị đặt điều khiển hai van dòng vào.
- Vòng điều khiển thứ 2: Sách lược điều khiển phản hồi đo lưu lượng ra kết hợp giá trị đặt và điều khiển van ra.
Câu 5.10: Lưu đồ trên hình vẽ dưới đây mô tả một hệ thống pha chế với hai dòng là chất pha loãng và chất đậm đặc có lưu lượng thể tích và nồng độ lần lượt là (F1, x1) và (F2, x2)
trong đó x2 > x1. Ba đại lượng cần thiết được điều khiển là mức, lưu lượng và nồng độ sản phẩm ra. Giả sử hệ thống khuấy hoạt động hoàn hảo. Các lưu lượng vào và lưu lượng ra có thể can thiệp thông qua ba van điều khiển:
1. Xây dựng mô hình động học của hệ thống, phân tích bậc tự do của mô hình, xác định các biến điều khiển và biến nhiễu
2. Với các giá trị thiết kế cho trạng thái xác lập: Sản phẩm có lưu lượng F=600 lít/phút và nồng độ c=0.2 kg/lít dòng loãng có nồng độ trung bình c1=0.1 kg/lít và dòng đậm đặc có nồng độ trung bình c2=0.25 kg/lít. Hãy tính toán các lưu lượng vào (F1 và F2) ở trạng thái xác lập. Dựa vào các số liệu đó, hãy cặp đôi các biến vào / ra dựa trên:
• Nhận xét chủ quan
• Phân tích ảnh hưởng của từng đầu vào tới từng đầu ra (thông qua hệ số khuếch đại của từng cặp vào/ ra ở trạng thái xác lập)
3. Thiết kế sách lược điều khiển điều chỉnh đơn biến phù hợp cho hệ thống và lý giải phương án lựa chọn. Cụ thể hóa chiều tác động cho các van và bộ điều khiển. 4. Nếu bài toán đặt ra là chất đậm đặc đi từ một quá trình trước, không thể can thiệp
(hoặc đường tín hiệu đưa giá trị đặt xuống bộ điều khiển lưu lượng xuống chất đậm đặc bị mất, phải đưa giá trị đặt bằng tay), thì bậc tự do của mô hình có đủ cho điều khiển chỉnh tự động hoàn toàn không? Trong trường hợp này thì ta sẽ lựa chọn sách lược điều khiển như thế nào và chấp nhận mất mát gì?
1. Mô hình động học của hệ thống: 𝑑(𝑐𝑉)
𝑑𝑡 = c1F1 + c2F2-cF
=> 𝐴𝑑(𝑐ℎ)
𝑑𝑡 = 𝑐1𝐹1 + 𝑐2𝐹2 − 𝑐𝐹
- Biến điều khiển: F1, F2, F - Nhiễu: C1, C2 - Biến quá trình: F1, F2, F, C1, C2, h, C. - Bậc tự do: 5 2. Mô hình ở trạng thái xác lập. { 𝐹1 + 𝐹2 − 𝐹 = 0 𝑐1𝐹1 + 𝑐2𝐹2 − 𝑐𝐹 = 0 { 𝐹1 + 𝐹2 − 600 = 0 0.1𝐹1 + 0.25𝐹2 − 0.2.600 = 0 {𝐹1 = 200 𝐹2 = 400