So sánh bộ điều khiển PID với bộ điều khiển IMPC điều khiển một kênh

5. Bố cục của luận án

3.7.1.So sánh bộ điều khiển PID với bộ điều khiển IMPC điều khiển một kênh

Cb với một tín hiệu điều khiển

Để khẳng định đƣợc sự khác biệt và tính ƣu việt của phần nhận dạng và bù nhiễu đã đƣợc đề xuất, ta xét hai trƣờng hợp:

- Trường hợp thứ nhất: So sánh bộ điều khiển PID khi chưa có nhận dạng và bù nhiễu với bộ điều khiển IMPC đã đề xuất. Khi điều khiển một kênh nồng độ dung dịch Cb (coi mức dung dịch h là thành phần gây nhiễu và ta loại bỏ sự ảnh hƣởng của h lên Cb nhƣ mục 3.6.1). Lúc này đối tƣợng CSTR cần điều khiển có phƣơng trình động học dạng:

22 ( ) 21 1( ) 2( , , )1

b b b

Sơ đồ cấu trúc so sánh bộ điều khiển dự báo theo IMPC và PID chƣa có nhận dạng và bù nhiễu điều khiển một kênh nồng độ dung dịch Cb thể hiện trên

Hình 3.23. Trong đó các thông số của bộ điều khiển IMPC giữ nguyên nhƣ mục 3.6.1 còn các thông số của bộ điều khiển PID có giá trị nhƣ sau:

0,17; 0,12; 0, 4.

p I D

K  K  K 

Hình 3.23. Sơ đồ cấu trúc so sánh bộ điều khiển PID chưa có nhận dạng và bù nhiễu với bộ điều khiển dự báo theo IMPC điều khiển một kênh nồng độ dung dịch Cb

Hình 3.24. Đáp ứng nồng độ dung dịch Cb của bộ điều khiển PID chưa có nhận dạng, bù nhiễu và của bộ điều khiển IMPC sử dụng một tín hiệu điều khiển cho đối tượng khi không

Hình 3.25. Đáp ứng nồng độ dung dịch Cb của bộ điều khiển PID chưa có nhận dạng, bù nhiễu và của bộ điều khiển IMPC sử dụng một tín hiệu điều khiển cho đối tượng khi có trễ

5s

 

Trên Hình 3.24 và Hình 3.25 là đáp ứng nồng độ dung dịch với thời gian trễ 0s

  và  5s khi đầu vào là hàm bƣớc nhảy với Cb = 0,5 (mol/l). Kết quả mô phỏng cho thấy:

1. Bộ điều khiển PID không đảm bảo đƣợc chất lƣợng điều khiển, cụ thể là hệ thống mất ổn định,trong hệ thống tồn tại dao động, kể cả khi  0s. Sở dĩ có đáp ứng đầu ra của bộ PID nhƣ vậy vì đối tƣợng CSTR có tính phi tuyến mạnh.

2. Bộ điều khiển IMPC có tích hợp nhận dạng và bù nhiễu đảm bảo tốt chất lƣợng điều khiển: không có quá điều chỉnh, sai số xác lập bằng không kể cả khi không trễ và có trễ.

- Trường hợp thứ hai: So sánh bộ điều khiển PID với bộ điều khiển IMPC khi cả hai đều có tích hợp công cụ nhận dạng và bù nhiễu đã đề xuất. Sau khi đã bù nhiễu, đối tƣợng CSTR lúc này xem nhƣ là tuyến tính có phƣơng trình động học dạng (3.52). Trong đó các thông số của bộ điều khiển IMPC giữ nguyên nhƣ mục 3.6.1. và các thông số của bộ điều khiển PID giữ nguyên nhƣ trƣờng hợp thứ nhất vừa xét khi điều khiển một kênh nhƣng chƣa có nhận dạng và bù nhiễu.

Sơ đồ cấu trúc so sánh bộ điều khiển dự báo theo IMPC và PID có tích hợp nhận dạng và bù nhiễu điều khiển một kênh nồng độ dung dịch Cb đƣợc thể hiện nhƣ trên Hình 3.26.

Hình 3.26. Sơ đồ cấu trúc so sánh bộ điều khiển IMPC và PID có tích hợp nhận dạng và bù nhiễu điều khiển một kênh nồng độ dung dịch Cb

Hình 3.27. Đáp ứng nồng độ dung dịch Cb của bộ điều khiển IMPC và PID có tích hợp nhận dạng và bù nhiễu sử dụng một tín hiệu điều khiển cho đối tượng khi không trễ  0s

Hình 3.28. Đáp ứng nồng độ dung dịch Cb của bộ điều khiển IMPC và PID có tích hợp nhận dạng và bù nhiễu sử dụng một tín hiệu điều khiển cho đối tượng có trễ  5s

Nhận xét:

Hình 3.27., Hình 3.28. thể hiện đáp ứng nồng độ dung dịch đầu ra khi đầu vào là hàm bƣớc nhảy với Cb = 0,5 (mol/l) cho các trƣờng hợp  0s và  5s. Kết quả mô phỏng đã cho thấy rằng:

- Khi không có trễ  0s, trong trƣờng hợp này cả hai bộ điều khiển PID và IMPC khi đã đƣợc tích hợp nhận dạng và bù nhiễu thì đều cho chất lƣợng tốt, cụ thể là không có quá điều chỉnh và sai số xác lập bằng không.

- Khi có trễ  5s, trong trƣờng hợp cả hai bộ điều khiển PID và IMPC đều đƣợc tích hợp nhận dạng và bù nhiễu thì chất lƣợng điều khiển khác nhau rõ rệt: chất lƣợng điều khiển của hệ thống sử dụng PID không tốt, đã xảy ra quá điều chỉnh; trong khi hệ thống IMPC thì vẫn đảm bảo tốt chất lƣợng điều khiển: không xảy ra quá điều chỉnh và sai số xác lập bằng không. Điều đó đã làm nổi bật tính ƣu việt của hệ thống IMPC cho các trƣờng hợp có trễ.

- So sánh đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển CSTR không chứa trễ sử

dụng PID khi không nhận dạng và bù nhiễu (Hình 3.24) và khi có nhận dạng và bù nhiễu (Hình 3.27) ta thấy rất rõ hiệu quả của việc áp dụng thuật toán nhận dạng và bù nhiễu phụ thuộc trạng thái đã đƣợc đề xuất trong Chƣơng 2.