So sánh bộ điều khiển PID và bộ điều khiển IMPC điều khiển đồng thờ

5. Bố cục của luận án

3.7.2.So sánh bộ điều khiển PID và bộ điều khiển IMPC điều khiển đồng thờ

hai kênh Cb và h với hai tín hiệu điều khiển

Phƣơng trình động học của đối tƣơng CSTR với hai tín hiệu điều khiển u1,

u2 đƣợc thể hiện nhƣ (3.48). Luật điều khiển PID cho hệ thống có dạng:

1 P11 D11 I11 P12 b D12 b I12 b u  K h K h K h  K C K C K C        2 P21 D21 I21 P22 b D22 b I22 b u  K h K h K h  K C K C K C       

Sơ đồ cấu trúc điều khiển sử dụng bộ PID điều khiển đồng thời cả hai kênh h

Hình 3.29.Sơ đồ cấu trúc sử dụng bộ PID điều khiển đồng thời hai kênh h và Cb với hai tín hiệu điều khiển

Tƣơng tự nhƣ mục 3.7.1. để khẳng định đƣợc sự khác biệt và tính ƣu việt của phần nhận dạng và bù nhiễu đã đƣợc đề xuất trong Chƣơng 2, ta cũng xét hai trƣờng hợp:

- Trường hợp thứ nhất: So sánh bộ điều khiển PID chưa nhận dạng và bù nhiễu với bộ điều khiển dự báo theo cấu trúc IMPC đã đề xuất. Khi điều khiển đồng thời hai kênh cho đối tƣợng phi tuyến CSTR phƣơng trình động học có dạng (3.48). Sơ đồ cấu trúc so sánh bộ điều khiển dự báo theo IMPC và PID chƣa nhận dạng và bù nhiễu điều khiển hai kênh mức dung dịch h, nồng độ dung dịch Cb đƣợc thể hiện trên cấu trúc Hình 3.30. Trong đó các thông số của bộ điều khiển IMPC giữ nguyên nhƣ mục 3.6.2 còn các thông số của bộ điều khiển PID có giá trị nhƣ sau:

11 0,1; 11 0,6; 11 0, 25 P I D K  K  K  ; KP210,8; KI210,5; KD210, 25 12 0,17; 12 0,12; 12 0, 4 P I D K  K  K  ; KP220,05; KI22 0,15; KD220,5

Hình 3.30.Sơ đồ cấu trúc so sánh bộ PID chưa nhận dạng và bù nhiễu với bộ IMPC điều khiển hai kênh mức dung dịch h và nồng độ dung dịch Cb

Hình 3.31. Đáp ứng tín hiệu mức dung dịch h và nồng độ dung dịch Cb của bộ điều khiển PID chưa nhận dạng, bù nhiễu và của bộ IMPC sử dụng hai tín hiệu điều khiển cho đối

Hình 3.32. Đáp ứng tín hiệu mức dung dịch h và nồng độ dung dịch Cb của bộ điều khiển PID chưa nhận dạng, bù nhiễu và của bộ IMPC sử dụng hai tín hiệu điều khiển cho đối

tượng khi có trễ  5s

Hình 3.31, Hình 3.32 thể hiện đáp ứng mức dung dịch h và nồng độ dung dịch Cb trong các trƣờng hợp trễ  0s,  5s. Nhận thấy với đối tƣợng phi tuyến nhƣ bình trộn CSTR thì bộ điều khiển PID không đáp ứng đƣợc chất lƣợng điều khiển vì độ quá điều chỉnh và thời gian quá độ lớn, đặc biệt khi có trễ trên kênh điều khiển thì bộ điều khiển PID không thể thỏa mãn đƣợc bài toán công nghệ. Qua quan sát kết quả mô phỏng cũng cho thấy đáp ứng của bộ điều khiển IMPC đã đƣợc đề xuất có chất lƣợng điều khiển ƣu việt hơn, không có sự quá điều chỉnh, sai số xác lập bằng không và đáp ứng tốt khi đối tƣợng có trễ trên kênh điều khiển.

- 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 được đề xuất. Sau khi đã bù nhiễu, đối tƣợng CSTR lúc này xem nhƣ là tuyến tính có phƣơng trình động học dạng (3.53). Trong đó các thông số của bộ điều khiển IMPC giữ nguyên nhƣ mục 3.6.2 và các thông số của bộ điều khiển PID cũng đƣợc gữ nguyên nhƣ trƣờng hợp thứ nhất vừa xét khi điều khiển hai kênh nhƣng chƣa có nhận dạng và bù nhiễu. Sơ đồ cấu trúc so sánh bộ điều khiển dự báo theo IMPC và PID tích hợp nhận dạng

và bù nhiễu điều khiển hai kênh mức dung dịch h và nồng độ dung dịch Cbđƣợc thể hiện nhƣ Hình 3.33.

Hình 3.33.Sơ đồ cấu trúc so sánh bộ điều khiển IMPC và PID có tích hợp nhận dạng và bù nhiễu điều khiển hai kênh mức dung dịch h và nồng độ dung dịch Cb

Hình 3.34. Đáp ứng tín hiệu mức dung dịch h và nồng độ dung dịch Cb của bộ điều khiển IMPC và PID có tích hợp nhận dạng và bù nhiễu sử dụng hai tín hiệu điều khiển cho đối

Hình 3.35. Đáp ứng tín hiệu mức dung dịch h và nồng độ dung dịch Cb của bộ điều khiển IMPC và PID có tích hợp nhận dạng và bù nhiễu sử dụng hai tín hiệu điều khiển cho đối

tượng có trễ  5s

Hình 3.34., Hình 3.35. biểu diễn đặc tính đáp ứng đầu ra của mức dung dịch

h và nồng độ dung dịch Cb khi đối tƣợng có trễ trên kênh điều khiển  0s, 5s. Kết quả mô phỏng cho thấy trong trƣờng hợp không có trễ bộ điều khiển PID và IMPC đều cho đặc tính đáp ứng đầu ra rất tốt: không có lƣợng quá điều chỉnh và sai số xác lập bằng không. Tuy nhiên khi tín hiệu trên kênh điều khiển có trễ thì bộ điều khiển PID đã rất nhanh chóng bị mất ổn định còn bộ điều khiển IMPC vẫn đảm bảo tốt chất lƣợng điều khiển.

Nhận xét: Từ các kết quả mô phỏng Matlab/Simulink trên đây ta thấy rõ tính ưu việt và hiệu quả của hệ thống IMPC có tích hợp nhận dạng và bù nhiễu cho các đối tượng có trễ. Điều đó đã tạo ra sự khác biệt nổi trội: nhiễu phụ thuộc trạng thái được bù trừ, đáp ứng của hệ thống tốt hơn, rút ngắn thời gian của quá trình quá độ và hoàn toàn tránh được hiện tượng quá điều chỉnh.