Câu 5.1: Hai nguyên lí điều khiển /sách lược điều khiển cơ bản nhất trong h ệ
thống điều khiển quá trình là gì? Phân tích các ưu nhược điểm của chúng. Đưa ra
một ví d minh hụ ọa.
- Hai nguyên lí điều khiển /sách lược điều khiển cơ bản nh t trong h ấ ệthống điều khiển quá trình
+ Sách lược điều khi n truy n thể ề ẳng. + Sách lược điều khi n ph n hể ả ồi.
* Sách lược điều khi n truy n thể ề ẳng:
- Định nghĩa: đặc điểm cơ bản của điều khi n truy n th ng là mể ề ẳ ột số biến nhiễu
quá trình được đo và đưa tới bộđiều khi n. D a trên các giá tr ể ự ị đo được cùng với giá tr t, b ị đặ ộ điều khiển tính toán đưa ra giá trị cho biến điều khiển.
- Ưu điểm:
+ Đơn giản.
+ Khẳnăng loại bỏ nhiễu trước khi nó kịp ảnh hưởng xấu tới quá trình. - Nhược điểm:
+ Phải đặt thiết b ị đo nhiễu
+ Không lo i tr ạ ừ được ảnh hưởng c a nhiủ ễu không đo được
+ Nhạy c m vả ới sai lệch mô hình (mô hình quá trình và mô hình nhi u) ễ
+ Bộđiều khiển lý tưởng có thể không ổn định ho c không th c hiặ ự ện được => phương pháp xấp xỉ.
* Sách lược điều khi n ph n h i: ể ả ồ
- Điều khi n ph n h i d a trên nguyên t c liên tể ả ồ ự ắ ục đo giá trị ến được điề bi u khiển và ph n h i thông tin v b ả ồ ề ộ điều khiển để tính toán l i giá c a biạ trị ủ ến điều khiển. - Ưu điểm:
+ Ổn định hệ thống( điều khi n ph n hể ả ồi giúp tính toán được giá trị K thích hợp để ờ r i toàn b ộ các điểm c c không ự ổn định c a G sang bên trái trủ ục
ảo => ổn định h kín). ệ
+ Loại b nhi u bỏ ễ ất định.
+ Bền vững với sai l ch mô hình. ệ
- Nhược điểm:
+ Một vòng điều khiển kín chứa một đối tượng ổn định cũng có thể trở nên mất ổn định.
+ Điều khi n ph n h i c n bể ả ồ ầ ổ sung các c m biả ến.
+ Nhiễu đo có thể ảnh hưởng lớn tới chất lượng điều khiển (để ý s h ng ố ạ
cuối cùng trong bi u th c 3.13 và 3.14) => cể ứ ần có phương pháp lọc nhiễu, x lý s ử ốliệu đo tốt.
+ Khó mà có m t b ộ ộ điều khi n ph n h i t t nể ả ồ ố ếu như không có một mô hình t t. ố
+ Với m t s ộ ố quá trình có đáp ứng ngược hoặc có tr ễ(hệ pha không cực tiểu), m t b ộ ộ điều khi n ph n hể ả ồi được thiết kế thiếu th n tr ng th m chí có ậ ọ ậ
thể làm xấu đi đặc tính đáp ứng.
+ B ộ điều khi n ph n hể ả ồi đáp ứng ch m v i nhi u tậ ớ ễ ải và thay đổi giá trị đặt.
Câu 5.2: Giải thích (minh h a b ng hình vọ ằ ẽ) và phân tích ưu nhược điểm của điều khiển đơn biến và điều khiển đa biến. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Sách lược c a h ủ ệthống điều khi n nhi u chiể ề ều: + Điều khiển đa biến/tập trung.
+ Điều khiển đơn biến/phi t p trung. ậ
+ Điều khiển đa biến/tập trung kết hợp điều khiển đơn biến/phi t p trung trong cậ ấu
trúc điều khiển phân c p. ấ
+ Ưu điểm lớn nhất của cấu trúc điều khi n tể ập trung là do đó sự tương tác giữa các biến quá trình đã được quan tâm trong phương phpas thiế ế. Điềt k u khiển đa biến
cũng giúp loại bỏ được một số biến trung gian mà bình thường được coi là nhiễu tải trong cấu trúc điều khi n phi t p trung. ể ậ Hơn nữa, điều khiển đa biến khai thác triệt để được ưu thế các phương pháp điều khiển tiên tiến cũng như năng lực tính toán c a các thi t bủ ế ị điều khi n hiể ện đại. Trong th c t , có r t nhiự ế ấ ều bài toán điều khiển mà chất lượng ch có th m b o n u áp d ng cỉ ể đả ả ế ụ ấu trúc điều khiển tập trung. + Nhược điểm:
• Độ tin cậy và chất lượng điều khiển c a hủ ệ thống không nh ng phữ ụ thu c ộ
vào m t bộ ộđiều khi n duy nh t, mà còn ph thu c vào tính s n sàng cể ấ ụ ộ ẵ ủa tất cả các tín hiệu đo và tín hiệu điều khi n. N u bể ế ộ điều khi n t p trung có lể ậ ỗi hoặc b t c mấ ứ ột đường tín hi u nào bệ ị gián đoạn, tính toàn v n c a c u trúc ẹ ủ ấ
tập trung b phá vị ỡ, độ tin cậy cũng như chất lượng điều khi n c a toàn h ể ủ ệ
thống không còn được đảm bảo.
• Công vi c xây dệ ựng mô hình thường là r t ph c t p và t n kém.ấ ứ ạ ố
• Điều khiển đa biến khó có th t n d ng triể ậ ụ ệt để các y u tế ố đặc thù c a quá ủ
trình công ngh . Mệ ỗi vòng điều khiển cũng có những đặc điểm và yêu cầu riêng và chất lượng mà không d ễ đưa vào một bài toán chung.
• Việc hi u ch nh các tham s c a m t bệ ỉ ố ủ ộ ộ điều khiển đa biến trong thự ấc r t khó khan.
+ Ưu điểm:
• Cho phép s d ng tử ụ ối đa các hiểu bi t v quá trình công ngh ế ề ệ và qua đó có
thểđưa ra các sách lược điều khi n h p lý. ể ợ
• Điều khiển đơn biến khá đơn giản và đã được kiểm ch ng trong nhiứ ều ứng dụng th c t . ự ế
• Đặc biệt, điều khi n phi t p trung là mể ậ ột c u hình thích h p cho ấ ợ kiến trúc
điều khi n phân tán triể ệt đểxuống cấp trường đang rất quan tâm hi n nay. ệ
+ Nhược điểm:
• Các vòng điều khi n trong c u trúc tách kênh thể ấ ực ra không hoàn toàn độc lập v i nhau. ớ
Câu 5.3: Minh họa điều khiển một bậc tự do và hai b c t do, so sánh phân tích ậ ự các ưu nhược điểm. Ý nghĩa của “một bậc tựdo” hoặc “hai bậc tựdo” ở đây là gì
có gi ng v i b c t do c a mô hình quá trình không? ố ớ ậ ự ủ
* B ộ điều khi n hai b c t : ể ậ ựdo
- Ưu điểm:
+ B ộ điều khiển hai b c t ậ ự do có thêm khâu P(s) đóng vai trò như một khâu lọc
trước giúp làm mềm hóa đáp ứng quá độ với giá tr ị đặt. + Ổn định h ệthống và đáp ứng v i nhi u. ớ ễ
+ C i thi n chả ệ ất lượng đáp ứng với giá tr t. ị đặ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Nhược điểm: Cần thêm m t b ộ ộ điều khiển P(s).
Ý nghĩa của một bậc t do ho c hai b c t ự ặ ậ ựdo ở đây khác với bậc tự do của mô hình quá trình. B c t do trong mô hình quá trình b ng v i s ậ ự ằ ớ ố phương trình quá
trình. Còn b c t do ậ ự ở đây có thêm bộđiều khiển P(s) đóng vai trò như một khâu lọc trước giúp làm mềm hóa đáp ứng quá độ với giá tr ị đặt.
Câu 5.4: Các ví dụ: * Điều khi n tể ầng:
- Cấu trúc điều khi n gể ồm 2 vòng điều khiển:
+ Bộ điều khi n th cể ứ ấp: Đo hơi nước chuy n dể ữ liệ ớ ộu t i b điều khiển FC và điều khiển van.
+ Bộ điều khiển sơ cấp: Đầu ra t bừ ộ 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 l p, ậ
tín hi u ra t bệ ừ ộđiều khi n nhiể ệt độ không đổi và bộ điều khiển lưu lượng FC có trách nhiệm duy trì lưu lượng hơi nước cốđịnh, m c cho áp suặ ất dòng hơi hoặc độ
mở van như thế nào.Khi giá trị đặt nhiệt độthay đổi ho c nhiặ ệt độra đo được thay
đổi, bộ điều khi n nhiể ệt độ TC sẽ t o ra mạ ột giá tr t mị đặ ới cho bộ điều khiển lưu lượng FC.
B ộ điều khiển RC là m t khâu nhân, tính toán giá tr ộ ị đặt lưu lượng cho bộ điều khi n FC bể ằng cách nhân lưu lượng đo được với t l t mong mu n. Hai b ỉ ệ đặ ố ộ điều khi n ể RC và FC đôi khi được ghép chung thành FFC.
Khi hoạt động bình thường, áp suất được điều khi n b i nó liên quan h ể ở ệ
trọng đến năng suấ ủa quá trình. Nhưng khi giá trịt c mức xuống thấp dưới một
ngưỡng an toàn, tín hi u ra t bệ ừ ộđiều khi n m c LC s l n át bể ứ ẽ ấ ộđiều khiển áp su t ấ
PC b i khâu l a ch n tín hi u nh ở ự ọ ệ ỏ hơn, giúp đóng van ra va qua đó làm mức trong nồi tăng lại. Khi giá tr m c tr lị ứ ở ại bình thường, khâu l a ch n tín hi u l i có tác ự ọ ệ ạ
dụng làm cho bộđiều khi n áp su t PC tr thành lể ấ ở ấn át và đưa hệ thống v ềchế độ
bình thường.
* Điều khi n gi i h n: ể ớ ạ
Biến điều khiển duy nhất ở đây là lưu lượng nước làm l nh. Nhiạ ệt độ trong
lò được đo tại nhi u v trí khác nhau và giá tr nhiề ị ị ệt độ cao nhất đượ ực l a chọn đưa
tới b ộ điều khi n. Nh v y, nhiể ờ ậ ệt độ tại bất cứ vị trí nào cũng được gi i h n mà ớ ạ
không làm mất đi chức năng điều khi n thể ông thường. * Điều khi n phân vùng: ể
Bình thường nhiệt độ phản ứng có th ể được kiểm soát b i mở ột dòng nước lạnh. Để tăng tốc độ đáp ứng, bộđiều khiển thường được chỉnh định để đặ c tính
quá độ của hệ thống có một độ quá điều chỉnh nhất định. Điều này dẫn đến nhiệt
độ phản ng có lúc có th ứ ểxuống thấp hơn giá trị đặt => cần một đường hơi nước có th ể nhanh chóng đưa nhiệt độ phản ứng tr l i giá tr mong muở ạ ị ốn.
Câu 5.5: Thay đổi sách lược điều khiển để sử dụng với các ví dụở câu 5.4: * Điều khiển truyền thẳng (bù nhiễu):
* Điều khi n ph n h i k t h p bù nhi u: ể ả ồ ế ợ ễ
T ừ điều khi n t l 5.4.2 ể ỉ ệ
* Điều khi n tể ầng:
Câu 5.6: Khi nào ta nên s dử ụng sách lược điều khiển tầng và khi nào thì không nên? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
* Định nghĩa: Điều khi n t ng là m t c u trúc m rể ầ ộ ấ ở ộng của điều khiển ph n hả ồi vòng đơn. Tư tưởng chính của điều khi n t ng là phân cể ầ ấp điều khiển nhằm loại b ỏ ảnh hưởng của nhiễu ngay tại nơi nó phát sinh.
+ Chúng ta nên s dử ụng điều khi n t ng khi h ể ầ ệthống điều khiển cần được đáp ứng nhanh, lo i b nhi u, và nâng cao tính ạ ỏ ễ ổn định và bền v ng c a h ữ ủ ệthống kín. + Chúng ta không nên s dử ụng điều khiển t ng khi h ầ ệthống điều khiển đã được đáp ứng nhu cầu s d ng bử ụ ởi các sách lược điều khiển cơ bản mà không c n thêm ầ vòng điều khiển nào khác nh m lo i b ằ ạ ỏnhiễu hay nâng cao độ ổn định, đáp ứng nhanh …
Câu 5.7: Mục đích của điều khiển t l ? Khi nào thì nên s dỉ ệ ử ụng sách lược điều khiển t lỉ ệ?
- Điều khi n t l là duy trì t l ể ỉ ệ ỉ ệgiữa 2 bi n t i m t giá tr t nhế ạ ộ ị đặ ằm gián tiêp điều khiển m t bi n th 3. ộ ế ứ
- Mục đích của điều khi n: ể
+ Giải quy t hi u qu m t l p các bài toán phi tuy n, thay vì ph i tuy n tính hóa ế ệ ả ộ ớ ế ả ế xấp x mô hình ho c s dỉ ặ ử ụng phương pháp thiết kế bộđiều khi n phi tuy n phể ế ức tạp. Th c ch t mự ấ ỗi bộđiều khi n t l là m t b ể ỷ ệ ộ ộ điều khi n phi tuyể ến đơn giản. + Giúp cho vi c thi t k cệ ế ế ấu 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 gi m thi u. ả ể - Khi nào thì nên s dử ụng sách lược điều khi n t l : ể ỉ ệ
+ Khi nhiễu đầu vào ít thay đổi.
+ S n ph m ra cả ẩ ủa quá trình điều khi n ph thu c vào t l 2 hay nhi u bi n vào. ể ụ ộ ỷ ệ ề ế
Câu 5.8: Thiết k ế các sách lược điều khiển cho ví d ụ điều khi n nhiể ệt độ như hình vẽ:
* Phản h i thu n túy: ồ ầ
- Ưu điểm:
+ Ổn định hệ thống( điều khiển phản hồi giúp tính toán được giá trị K thích hợp để rời toàn b ộ các điểm cực không ổn định của G sang bên trái trục ảo=> ổn định h ệ kín).
+ Loại b nhi u bỏ ễ ất định.
+ Bền vững với sai l ch mô hình. ệ - Nhược điểm:
+ Một vòng điều khiển kín chứa một đối tượng ổn định cũng có thể trở nên mất ổn định.
+ Điều khi n ph n h i c n bể ả ồ ầ ổ sung các cảm bi n. ế
+ Khó mà có m t bộ ộđiều khi n ph n h i tể ả ồ ốt nếu như không có một mô hình tốt. + Với m t s ộ ố quá trình có đáp ứng ngược hoặc có tr ễ(hệ pha không c c ti u), mự ể ột bộđiều khi n ph n hể ả ồi được thiết kế thiếu th n tr ng th m chí có th làm xậ ọ ậ ể ấu đi đặc tính đáp ứng.
* Truy n th ng thu n túy: ề ẳ ầ
- Ưu điểm: + Đơn giản.
+ Khẳnăng loại bỏ nhiễu trước khi nó kịp ảnh hưởng xấu tới quá trình. - Nhược điểm:
+ Phải đặt thiết b ị đo nhiễu.
+ Không lo i tr ạ ừ được ảnh hưởng c a nhiủ ễu không đo được.
+ Nhạy c m vả ới sai lệch mô hình (mô hình quá trình và mô hình nhiễu).
+ B ộ điều khiển lý tưởng có thể không ổn định ho c không th c hiặ ự ện được => phương pháp xấp xỉ.
+ Không có kh ả năng ổn định m t quá trình không ộ ổn định. * Phản h i k t h p truy n th ng : ồ ế ợ ề ẳ
- Ưu điểm: Đáp ứng tốt nhu cầu điều khi n ể + Bù nhi u. ễ
+ Đáp ứng nhanh.
- Nhược điểm: Chi phí cao * Điều khi n t l : ể ỉ ệ
- Ưu điểm:
+ Giải quy t hi u qu m t l p các bài toán phi tuy n, thay vì ph i tuy n tính hóa ế ệ ả ộ ớ ế ả ế xấp x mô hình ho c s dỉ ặ ử ụng phương pháp thiết kế bộđiều khi n phi tuy n phể ế ức tạp. Th c ch t mự ấ ỗi bộđiều khi n t l là m t b ể ỷ ệ ộ ộ điều khi n phi tuyể ến đơn giản. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Giúp cho vi c thi t k cệ ế ế ấu 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 gi m thi u. ả ể + Giá tr t lị đặ (tỉ ệ) ít thay đổi.
- Nhược điểm:
+ Sử dụng nhiều thi t b . ế ị đo
Câu 5.9:
a) Mô hình tr ng thái xác l p c a quá trình: ạ ậ ủ WA+WB =W
W .A xA1+W .B xB = W.xA2
- Các bi n quá trình: ế
+ Biến điều khiển: W , W .A B
+ Nhiễu: xA1, .xB
+ Biến được điều khiển: W, xA2.
b) Cặp đôi các biến vào/ra: xA2 và WA, WB
B
W và WA, W
c) Có th l a chể ự ọn biến điều khi n khác nh m lo i b ể ằ ạ ỏ tương tác giữa 2 vòng điều khiển băng cách thêm một van điều khiển được ở dòng ra x : 2
- Vòng điều khiển th ứnhất: Sách lược điều khiển tỉ lệđo dòng WA, WB gửi tới b ộ điều khi n t l , cùng v i giá tr ể ỷ ệ ớ ị đặt điều khiển hai van dòng vào. - Vòng điều khiển th ứ 2: Sách lược điều khi n ph n hể ả ồi đo liên tục lưu lượng