CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG THỰC
6.1. Kết quả mô phỏng điều khiển mô hình
6.1.3. Điều khiển dự báo dùng mô nhận dạng trực tuyến
Sử dụng mô hình đã nhận dạng trực tuyến trình bày ở phần 3.3 làm mô hình cho NEPSAC. Tác giả thực hiện các mô phỏng để kiểm tra bộ điều khiển.
i) Kiểm tra đáp ứng, kết quả điều khiển mô hình pH với Nu=1, N2 = 4 được trình bày ở hình 6.12 và 6.13, sai số điều khiển được trình bày ở hình 6.14.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0 2 4 6 8 10 12
Thoi gian (giay)
pH
Dap ung cua bo dieu khien khi mo hinh thay doi
0.0001 0.00011
0.00009 0.00011
Reference Dap ung CHCl (M)
80
Hình 6.12: Đáp ứng điều khiển pH với mô hình nhận dạng trực tuyến
Hình 6.13: Tín hiệu điều khiển pH với mô hình nhận dạng trực tuyến
Hình 6.14: Sai số điều khiển pH với mô hình nhận dạng trực tuyến
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
2 4 6 8 10
Thoi gian (giay)
pH
Ket qua dieu khien mo hinh nhan dang truc tuyen, khong nhieu (N2 =4)
Reference Dap ung
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
0 0.02 0.04 0.06
Thoi gian (giay) F NaOH(l/giay)
Tin hieu dieu khien mo hinh nhan dang truc tuyen
FNaOH
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
-1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5
Thoi gian (giay)
Sai so
Sai so dieu khien
Sai so
81
Nhận xét: Khi sử dụng mô hình được nhận dạng trực tuyến cho kết quả điều khiển rất tốt: không bị vọt lố và đáp ứng nhanh, sai số xác lập nhỏ, tín hiệu điều khiển thay đổi ở tần số thấp nên có thể áp dụng cho các đối tượng chấp hành thật.
ii) Đáp ứng ngõ ra khi có nhiễu: trung bình bằng 0, variance = 0.001.
Hình 6.15: Đáp ứng điều khiển pH với mô hình nhận dạng trực tuyến có nhiễu
Hình 6.16: Tín hiệu điều khiển pH với mô hình nhận dạng trực tuyến có nhiễu Nhận xét: Kết quả ở hình 6.15 cho thấy chất lượng điều khiển bị ảnh hưởng khi có nhiễu nhưng không đáng kể.
iii) Thay đổi phạm vi dự báo (N2) để xem ảnh hưởng của phạm vi dự báo đến kết quả điểu khiển. Thí nghiệm lần lượt với N2 = 2,4 và 6. Để quan sát rõ ảnh hưởng của phạm vi dự báo lên đáp ứng của bộ điều khiển, tác giả thay đổi thông số mô hình như sau:
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
2 4 6 8 10
Thoi gian (giay)
pH
Ket qua dieu khien mo hinh nhan dang truc tuyen, co nhieu (N2 =4)
Reference Dap ung
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
0 0.02 0.04 0.06
Thoi gian (giay) F NaOH(l/giay)
Tin hieu dieu khien mo hinh nhan dang truc tuyen, (co nhieu)
FNaOH
82 Thông số mô hình dùng để điều khiển:
- F1: lưu lượng dòng axít: 2 l/phút - F2: lưu lượng dòng axít: 4 l/phút - C1: nồng độ dòng axít: 0.04 mol/l - C2: nồng độ dòng bazơ: 0.05 mol/l - V: thể tích bình chứa: 5 l
Kết quả được trình bày ở hình 6.17 và 6.18.
Hình 6.17: So sánh đáp ứng với phạm vi dự báo khác nhau (N2 = 2,4)
Hình 6.18: So sánh đáp ứng với phạm vi dự báo khác nhau (N2 = 2,6)
Nhận xét: Khi thay đổi phạm vi dự báo, đáp ứng ngõ ra không thay đổi nhiều và đáp ứng tốt hơn khi phạm vi dự báo lớn hơn.
Khi mô hình thay đổi: để biết đáp ứng của bộ điều khiển khi thông số mô hình thay đổi, tác giả thực hiện hai thí nghiệm, một với mô hình pH có nồng độ axít HCl tăng
0 500 1000 1500 2000 2500
2 4 6 8 10 12
Thoi gian (giay)
pH
Dap ung khi thay doi pham vi du bao N
2
Reference N2 = 2 N2 = 4
0 500 1000 1500 2000 2500
2 4 6 8 10 12
Thoi gian (giay)
pH
Dap ung khi thay doi pham vi du bao N
2
Reference N2 = 2 N2 = 6
83
giảm trong khoảng 25%, một với lưu lượng dòng HCl tăng giảm trong khoảng 40%. Kết quả được trình bày ở hình 6.19 đến 6.24.
Hình 6.19: Mô phỏng khả năng thích nghi của mô hình khi thay đổi nồng độ (1)
Hình 6.20: Mô phỏng khả năng thích nghi của mô hình khi thay đổi nồng độ (2)
Hình 6.21: Tín hiệu điều khiển khi thay đổi nồng độ
0 500 1000 1500 2000 2500
2 4 6 8 10 12
Thoi gian (giay)
pH
Kha nang thich nghi khi mo hinh thay doi (nong do)
0.04 0.05
0.035 0.04 0.045
Reference Dap ung CHCl (M)
0 500 1000 150 0 2000 2500
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Thoi gian (giay)
pH
Kha nang thich nghi khi mo hinh thay doi (nong do)
Reference Dap ung CHClx 60
550 6 00 650 700 750
5 6 7
0 500 1000 1500 2000 2500
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025
Thoi gian (giay) F NaOH(l/giay)
Tin hieu dieu khien
FNaOH
84
Hình 6.22: Mô phỏng khả năng thích nghi của mô hình khi thay đổi lưu lượng (1)
Hình 6.23: Mô phỏng khả năng thích nghi của mô hình khi thay đổi lưu lượng (2)
Hình 6.24 Tín hiệu điều khiển khi thay đổi nồng độ.
Nhận xét: Khi sử dụng mô hình được nhận dạng trực tuyến, khi mô hình thay đổi, khả năng thích nghi theo mô hình thay đổi là rất tốt. Tại mỗi thời điểm mô hình thay
0 500 1000 1500 2000 2500
0 2 4 6 8 10 12
Thoi gian (giay)
pH
Kha nang thich nghi khi mo hinh thay doi (lu luong)
0.005 0.006 0.004 0.007 0.006
Reference Dap ung FHCl (l/giay)
0 500 1000 150 0 2000 2500
0 2 4 6 8 10 12
Thoi gian (giay)
pH
Kha nang thich nghi khi mo hinh thay doi (lu luong)
Reference Dap ung CHCl (l/giay)
950 1 000 1050 1100 1 150 7
8 9
0 500 1000 1500 2000 2500
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025
Thoi gian (giay) F NaOH(l/giay)
Tin hieu dieu khien
FNaOH
85
đổi, đáp ứng ngõ ra có thay đổi nhưng ngay lập tức nó được điều chỉnh để bám theo tín hiệu đặt, đây là điểm khác biệt quan trọng nhất so với khi sử dụng mô hình nhận dạng ngoại tuyến hay mô hình toán.
iv) So sánh bộ điều khiển NEPSAC với PI
Để so sánh NEPSAC với bộ điều khiển khác, tác giả chọn bộ điều khiển PI có thông số bộ điều khiển được tìm bằng phương pháp ZN (Ziegler–Nichols) với Kp = 0.01, Ki = 0.01. Bộ điều khiển NEPSAC có Nu =1, N2 = 4. Kết quả so sánh được trình bày ở hình 6.25.
Hình 6.25: So sánh bộ điều khiển NEPSAC và PI
Nhận xét: Hình 6.25 cho thấy bộ điều khiển NEPSAC cho kết quả tốt hơn rất nhiều so với PI về sai số xác lập và thời gian đáp ứng. Bộ điều khiển PI chỉ cho kết quả tương đối tốt ở lân cận vùng pH bão hoà, ở vùng bước nhảy gần như bộ điều khiển PI không điều khiển được.
v) So sánh bộ điều khiển NEPSAC khi sử dụng mô hình toán, mô hình nhận dạng ngoại tuyến (offline) và mô hình nhận dạng trực tuyến (online) Tác giả tiến hành so sánh bộ điều khiển NEPSAC khi sử dụng các dạng mô hình khác nhau để điều khiển cùng một đối tượng. Kết quả trình bày ở hình 6.26.
0 500 1000 1500 2000 2500
2 4 6 8 10 12
Thoi gian (giay)
pH
Dap ung khi thay doi pham vi du bao N
2
Reference PI NEPSAC
86
Hình 6.26: So sánh bộ điều khiển NEPSAC khi sử dụng các dạng mô hình khác nhau
Nhận xét: Kết quả mô phỏng cho thấy NEPSAC khi sử dụng mô hình toán và mô hình nhận dạng trực tuyến cho kết quả điều khiển gần giống nhau và tốt hơn khi sử dụng mô hình nhận dạng ngoại tuyến.