CHƯƠNG 2. ĐIỀU KHIỂN LÒ PHẢN ỨNG KHUẤY TRỘN LIÊN TỤC CSTR
3.2 Thiết lập mô hình mô phỏng ứng dụng MPC điều khiển cho lò phản ứng khuấy trộn liên tục
3.2.2 Kết quả mô phỏng
Chạy chương trình mfile (tại Phụ lục 2)
Trường hợp thiết lập điểm đặt an đầu là một hàm step
Hình 3.6. Sai lệch đầu ra CA ám điểm đạt đầu vào
Từ kết quả trên cho thấy, sai lệch đầu ra CA luôn bám theo điều kiện đặt đầu vào.
Tuy nhiên, tại thời điểm điểm đặt (Setpoint) tăng thì vẫn có sự vọt lố (quá điều chỉnh) một vài chu kỳ và sau đó trở về trạng thái ổn định theo tín hiệu đặt. Hệ điều khiển MPC này đảm bảo ổn định trong suốt chu kỳ hoạt động
Trường hợp có nhiễu tác động lưu lượng đầu vào FA0 = - 10 %
Hình 3.7. Sai lệch nhiễu lưu lượng đầu vào FA0
Hình 3.8. Sai lệch đầu ra CA khi tác động nhiễu lưu lượng đầu vào FA0
Trường hợp có nhiễu tác động nồng độ mol đầu vào CA0 = - 10 %
Hình 3.9. Sai lệch đầu ra CA khi giảm nồng độ mol CA0
Trường hợp có nhiễu tác động đồng thời:CA0 = - 10 % và TA = -10%
Hình 3.10. Sai lệch nhiễu nhiệt độ Jacket Tj0
Hình 3.11. Sai lệch nhiễu nhiệt độ phản ứng TA
Hình 3.12. Sai lệch đầu ra CA khi tác động nhiễu đồng thời
*Nhận xét kết quả:
Từ đồ thị ta thấy khi tác động các giá trị nhiễu vào lò phản ứng bằng cách độc lập từng loại nhiễu hoặc đồng thời tất cả các nhiễu FA0, CA0, và Tj0 thì bộ điều khiển đều đưa ra sự thay đổi về nồng độ mol đầu ra tương đối giống nhau, các giá trị tương đối nhỏ khoảng 0,4.10-3 đơn vị đồng thời xác lập tại giá trị đó và ta xem nhƣ không đáng kể. Như vậy, với phương pháp đã đề xuất thì hệ thống vẫn đưa giá trị đầu ra luôn ổn định trong suốt quá trình phản ứng.
Với kết quả mô phỏng ở trên, ta có thể ứng dụng MPC điều khiển lò phản ứng khuấy trộn liên tục bằng phương pháp MPC đã đề xuất tỏ ra hoạt động hiệu quả trong việc làm tăng độ ổn định về nhiệt trong Jacket, và nồng độ mol chất hóa học ở đầu ra mặc dù có sự tác động của nhiễu đầu vào.
* So sánh kết quả có được từ 2 phương pháp dùng PID điều khiển và dùng MPC điều khiển:
- Thời gian đáp ứng: Đối tƣợng lò khuấy trộn liên tục khi xử lý quá trình phản ứng dùng điều khiển PID phải mất rất nhiều thời gian để có đƣợc đầu đáp ứng ra rất lớn nhƣ đã mô tả ở mục 2.4. Đó là: Ta phải đợi khoảng thời gian ổn đinh phải mất khoảng 1000s. Trong khi sử dụng MPC điều khiển thì chỉ cần thay đổi nhiễu đầu vào thì ngay lập tức sẽ có đáp ứng đầu ra.
- Ổn định hệ thống: Với việc dùng điều khiển PID cho kết quả sai lệch đầu ra khi nhiễu đồng thời trên hình 2.18 ở mục 2 thì đáp ứng đầu ra chƣa thực sự ổn định đồng thời sai số rất lớn vào khoảng 10%. Trong khi dùng điều khiển bằng MPC thì khi thay đổi các nhiễu tác động đầu vào đồng thời nhƣ vậy: nồng độ dung dịch phản ứng đầu vào CA0, lưu lượng dung dịch phản ứng đầu vào FA, nhiệt độ dung dịch làm mát Jacket Tj0, luôn cho kết quả đáp ứng đầu ra ổn định, sai lệch rất nhỏ (khoảng 0,01%) so với dùng điều khiển PID thì đáp ứng đầu ra CA chƣa đƣợc ổn định, sai lệch khoảng 0,08%.
Ngoài ra, với việc dùng điều khiển MPC ta thấy đơn giản, dễ thực hiện. Nghĩa là, có thể thực hiện việc kiểm soát đáp ứng đầu ra theo lƣợng đặt đầu vào nhƣ hình 3.6 rất có lợi cho người dùng khi muốn thay đổi tham số đầu vào mà vẫn có thể kiểm soát đƣợc đáp ứng đầu ra.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Các đóng góp mới của luận văn
Luận văn đã triển khai việc ứng dụng MPC điều khiển cho lò phản ứng khuấy trộn liên tục CSTR. cụ thể nhƣ sau:
- Tìm hiểu về lý thuyết điều khiển theo mô hình dự báo MPC
- Ứng dụng điều khiển PID cho lò phản ứng khuấy trộn liên tục 2 đầu vào – 1 đầu ra và tiến hành mô phỏng kiểm chứng các nhiễu ảnh hưởng đến lò phản ứng hóa học nhƣ, nồng độ dung dịch phản ứng CA0, nhiệt độ lò phản ứng TA, nhiệt độ Jacket Tj0.
- Ứng dụng MPC vào điều khiển cho lò phản ứng khuấy trộn liên tục, từ việc các giá trị tham số cần điều khiển và các tham số nhiễu để từ đó xác định, lựa chọn thuật toán điều khiển cho lò phản ứng. Luận văn đã cho thấy các kết quả đạt đƣợc của sai lệch tín hiệu nồng độ dung dịch phản ứng đầu ra luôn ổn định khi có các nhiễu tác động đầu vào (mặc dù có sự sai khác rất nhỏ có thể bỏ qua). Từ đó có thể xác định phương pháp ứng dụng MPC để cụ thể hóa việc điều khiển cho lò là hệ phi tuyến phức tạp với 2 ngõ vào và 1 ngõ ra là hiệu quả.
- Thông qua kiểm chứng kết quả bằng phần mềm Matlab-simulink để thiết kế đƣợc mô hình điều khiển cho hệ thống lò phản ứng dựa trên nền móng của mô hình điều khiển dự báo MPC. Từ kết quả có đƣợc, một lần nữa khẳng định điều khiển theo mô hình dự báo có ứng dụng hiệu quả vào thực tiễn để điều khiển lò phản ứng khuấy trộn liên tục.
2. Hướng phát triển của đề tài.
Do hạn chế về điều kiện thực nghiệm nên kết quả mô phỏng bằng phần mềm cũng còn hạn chế phần nào. Thời gian thực hiện đề tài cũng không nhiều nên không tránh khỏi sai sót. Để đề tài đƣợc ứng dụng hiệu quả cần phải tiến hành thực nghiệm nhiều lần để có thể điều chỉnh hợp lý các tham số ảnh hưởng đến quá trình phản ứng như: Điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, độ thông thoáng…), nồng độ mol dung dịch phản ứng, khả năng cung cấp nhiệt (sử dụng phương pháp cấp nhiệt phù hợp),…
nhằm kiểm chứng về độ chính xác, độ an toàn cũng nhƣ độ ổn định của hệ thống.
Từ kết quả đã tiến hành thực nghiệm trên, cho phép chúng ta áp dụng vào thực tiễn công nghiệp hiệu quả hơn.