Mụ hỡnh là một hỡnh thức mụ tả khoa họọ̣c và cụ đọọ̣ng cỏc khớa cạnh thiết yếu của một hệ thống thực, cú thể cú sẵn hoặc cần phải xõy dựng. Một mụ hỡnh phản ỏnh hệ thống thực từ một gúc nhỡn nào đú phục vụ hữu ớch cho mục đớch sử dụng. Mụ hỡnh khụng những giúỳ́p ta hiểu rừ hơn về thế giới thực, mà cũn cho phộp thực hiện được một số nhiệm vụ phỏt triển mà khụng cần sự cú mặt của quỏ trỡnh và hệ thống thiết bị thực. Mụ hỡnh giúỳ́p cho việc phõn tớch kiểm chứng tớnh đúỳ́ng đắn của một giải phỏp thiết kế được thuận tiện và ớt tốn kộm, trước khi đưa giải phỏp vào triển khai.
Cú thể phõn loại thành hai phạm trự là mụ hỡnh vật lý và mụ hỡnh trừu tượng. Mụ hỡnh vật lý là một sự thu nhỏ và đơn giản hoỏ của hệ thống thực ,được xõy dựng trờn
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 28
cơ sởở̉ vật lý-hoỏ họọ̣c giống như cỏc quỏ trỡnh và thiết bị thực.
- Mụ hỡnh vật lý là một phương tiện hữu ớch phục vụ đào tạo cơ bản và nghiờn cứu ứng dụng, nhưng ớt phự hợp cho cỏc cụng việc thiết kế và phỏt triển của người kỹ sư điều khiển quỏ trỡnh.
- Mụ hỡnh trừừ̀u tượng được xõy dựng trờn cơ sởở̉ một ngụn ngữ bậc cao, nhằm mụ tả một cỏch logic cỏc quan hệ về mặt chức năng giữa cỏc thành phần của hệ thống. Việc xõy dựng mụ hỡnh trừu tượng của một hệ thống được gọọ̣i là mụ hỡnh hoỏ. Mụ hỡnh hoỏ là một quỏ trỡnh trừu tượng hoỏ trong đú thế giới thực được mụ tả bằng một ngụn ngữ mụ hỡnh hoỏ và bỏ qua cỏc chi tiết khụng thiết yếu. Trong kỹ thuật điều khiển, ta quan tõm trước hết tới bốn dạng mụ hỡnh trừu tượng sau:
*Mụ hỡnh đồ hoạ:Với cỏc ngụn ngữ mụ hỡnh hoỏ đồ họọ̣a như lưu đồ cụng nghệ,lưu đồ P&ID,sơ đồ khối, mạng Petri, biểu đồ logic,...Mụ hỡnh đồ hoạ phự hợp cho việc biểu diễn trực quan một hệ thống về cṍỳ́u trúỳ́c liờn kết và tương tỏc giữa cỏc thành phần.
* Mụ hỡnh toáỏ́n học: Với ngụn ngữ của toỏn họọ̣c như phương trỡnh vi phõn (khả năng biểu diễn mạnh, với mụ hỡnh bậc cao thỡ khú sử dụng cho phõn tớch thiết kế hệ thống), phương trỡnh đại số, hàm truyền đạt, phương trỡnh trạng thỏi (ỏp dụng thống nhṍỳ́t cho phõn tớch, thiết kế hệ đơn biến và đa biến, khú tiến hành nhận dạng trực tiếp, nhạy cảm với sai lệch thụng số, ớt dựng cho điều khiển quỏ trỡnh). Mụ hỡnh toỏn họọ̣c thớch hợp cho mục đớch nghiờn cứu sõu sắc cỏc đặc tớnh của từng thành phần cũng như bản chṍỳ́t của cỏc mối liờn kết và tương tỏc.
* Mụ hỡnh suy luận: Là một hỡnh thức biểu diễn thụng tin và đặc tớnh về hệ thống thực dưới dạng cỏc luật suy diễn, sử dụng cỏc ngụn ngữ bậccao.
* Mụ hỡnh máỏ́y tớnh: Là cỏc chương trỡnh phần mềm mụ phỏng đặc tớnh của hệ thống theo những khớa cạnh quan tõm. Mụ hỡnh mỏy tớnh được xõy dựng với cỏc ngụn ngữ lập trỡnh, trờn cơ sởở̉ sử dụng cỏc mụ hỡnh toỏn họọ̣c hoặc mụ hỡnh suy luận.
Mụ hỡnh toỏn họọ̣c, mụ hỡnh suy luận và mụ hỡnh mỏy tớnh được xếp vào
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 29
phạm trự mụ hỡnh định lượng, trong khi mụ hỡnh đồ hoạ thuộc phạm trự mụ hỡnh định tớnh. Mụ hỡnh định tớnh thường quan tõm tới cṍỳ́u trúỳ́c và mối liờn quan giữa cỏc thành phần hệ thống về mặt định tớnh. Trong khi đú một mụ hỡnh định lượng cho phộp thực thi cỏc phộp tớnh để xỏc định rừ hơn quan hệ về mặt định lượng giữa cỏc đại lượng đặc trưng trong hệ thống cũng như quan hệ tương tỏc giữa hệ thống với mụi trường bờn ngoài.
Mặc dự cả bốn dạng mụ hỡnh núi trờn đều cú vai trũ quan trọọ̣ng nhṍỳ́t định trong lĩnh vực điều khiển quỏ trỡnh, cỏc mụ hỡnh toỏn họọ̣c đúng vai trũ then chốt trong hầu hiệnnhiệm vụ phỏt triển, mụ hỡnh toỏn họọ̣c giúỳ́p cỏc cỏn bộ cụng nghệ cũng như cỏn bộ điều khiển cho cỏc mục đớch sau đõy:
- Hiểu rừ hơn về quỏ trỡnh sẽ cần phải điều khiển và vậnhành. - Tối ưu hoỏ thiết kế cụng nghệ và điều kiện vận hành hệthống. - Thiết kế sỏch lược và cṍỳ́u trúỳ́c điềukhiển.
- Lựa chọọ̣n bộ điều khiển và xỏc định cỏc tham số cho bộ điềukhiển. - Phõn tớch và kiểm chứng cỏc kết quả thiếtkế.
- Mụ phỏng trờn mỏy tớnh phục vụ đào tạo vậnhành.
Xỏc định rừ mục đớch sử dụng của mụ hỡnh là một việc hết sức cần thiết, bởở̉i mục đớch sử dụng quyết định tới việc lựa chọọ̣n phương phỏp mụ hỡnh hoỏ cũng nhưmức độ chi tiết và chớnh xỏc mụ hỡnh này.
SVTH : Ngụ Quang Nghiệp Trang: 30
2.2.2.Cấu trỳc tổng quỏt một hệ điều khiển quỏ trỡnh
Cṍỳ́u trúỳ́c cơ bản của một hệ thống điều khiển quỏ trỡnh được minh họọ̣a như hỡnh 2.6:
Hỡnh 2.6: Sơ đồ khối một vũng của hệ thống điều khiển quáỏ́ trỡnh