Cấu trúc điều khiển hay còn gọi là sách học điều khiển thể hiện quan hệ về mặt cấu trúc giữa các biến chủ đạo ( giá trị đặt ), biến đo và biến điều khiển thông qua các bộ điều khiển và các phần từ cấu hình hệ thống khác ( ví dụ, các khâu tính toán, lựa chọn, bù trễ ...) kết quả là đ a ra đ ợc sơ đồ khối mô tả chi tiết cấu trúc của hệ thống điều khiển. Trên cơ sở đó sẽ thực hiện b ớc tiếp theo là lựa chọn cấu trúc và các tham sốcủa bộ điều khiển.
Trong thực tế, hầu hết các hệ thống điều khiển quá trình đều có cấu trúc điều khiển dựa trên sự kết hợp hoặc mở rộng của hai nguyên lý điều khiển cơ bản, đó là điều khiển phân hồi và điều khiển thẳng.
- Cấu trúc tổng quát của điều khiển truyền thẳng đ ợc mô tả trên hình (2.3) đặc điểm cơ bản của điều khiển truyền thẳng là yêu cầu phải biết rõ thông tin về quá trình và ảnh h ởng của nhiễu ( phải đo đ ợc nhiễu) đây là nh ợc điểm lớn nhất của điều khiển truyền thẳng. Nếu đáp ứng đ ợc yêu cầu trên thì
điều khiển truyền thẳng có u điểm quan trọng là khả năng loại bỏ nhiễu tr ớc khi nó kịp ảnh h ởng xấu tới quá trình.
Giá trị chủ đạo (giá trị đặt ) Vật chất thông tin Nhiễu qúa trình Biến cần điều khiển Bộ điều khiển truyền thẳng Quá trình
Hình 2.3 Cấu trúc tổng quát của điều khiển truyền thẳng
- Với bài t án điều khiển là thiết lập và duy trì một đại l ợng cần điều o
khiển tại một giá trí đặt cho tr ớc trong khi có tác động của nhiễu ( có thể không đo đ ợc ) ta nên chọn cấu trúc điều khiển phân hồi.
Điều khiển ph n hồi ( F eedback control ) hay còn gọi là điều khiển ả vòng kín ( elosed loop control ) dựa trên nguyên tắc liên tục đo ( hoặc quan -
sát ) giá trị biến đ ợc điều khiển và phản hồi thông tin về bộ điều khiển để tính toán lại giá trị của biến điều khiển. Trong các sách l ợc điều khiển, điều khiển phản hồi đóng vai trò quan trọng hàng đầu. Điều khiển phản hồi đ ợc sử dụng gần nh trong tất cả các hệ thống điều khiển tự động.
Có thể nói " điều khiển phản hồi là cách duy nhất để ổn định một quá trình không ổn định " {1}.
Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điều khiển phản hồi đ ợc minh hoạ trên hình (2.4).
Hình 2.4 : Cấu trúc tổng quát của bộ điều khiển phản hồi.
G C Z Y U W
kí hiệu
G :mô hình qúa trình tổng quát C : bộ điều khiển tổng quát
W :các đầu vào quá trình ( bao gồm cả nhiễu đo) Z : các đầu ra cần kiểm soát
Y : các đầu vào của bộ điều khiển
U : tín hiệu điều khiển
Điều khiển phản hồi có hai cấu hình hay dùng là :
* Cấu hình điều khiển một bậc tự do : bộ điều khiển thực hiện luật điều khiển dựa trên sai lệch giữa giá trị quan sát d ợc của biến đ ợc điều khiển với
giá trị đặt. Ví dụ, luật tỷ lệ, tích phân, vi phân trong bộ điều khiển PID. Bộ điều khiển chỉ tính toán đầu ra của nó dựa theo sai lệch, không phân biệt sai lệch đó là do nhiễu quá trình hay do thay đổi giá trị đặt gây ra. Nói cách khác, trong hầu hết tr ờng hợp ta sẽ gặp khó khăn trong việc chỉnh định bộ điều khiển để thoả mãn yêu cầu đáp ứng bám giá trị đặt và đáp ứng loại bỏ nhiễu.
* Một cấu hình điều khiển khác, bộ điều khiển chứa hai khâu trong ứng
với hai đầu vào, có thể chỉnh định một cách độc lập để đ a ra đáp ứng các yêu cầu riêng về bám giá trị đặt cũng nh loại bỏ nhiễu - gọi là bộ điều khiển phân hồi có cấu hình điều khiển hai bậc tự do. Về bản chất, cấu hình điều khiển hai bậc tự do là sự kết hợp của điều khiển phản hồi và điều khiển thẳng, nó cũng chiếm u thế khi lựa chọn ứng dụng trong công nghiệp.