pcs chuong 3

Màu nền
Font chữ
Font size
Chiều cao dòng

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>Nội dung chương 3</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>3.1</P>

<P>Khái niệm</P>

<P> </P>

<P>3.2</P>

<P>Điều khiển truyền</P>

<P>thẳng</P>

<P> </P>

<P>3.3              Điều khiển phản hồi</P>

<P> </P>

<P>3.4              Điều khiển cascade</P>

<P> </P>

<P>3.5              Điều khiển tỉ lệ</P>

<P> </P>

<P>3.6              Điều khiển suy diễn</P>

<P> </P>

<P>3.7              Điều khiển lựa chọn</P>

<P> </P>

<P>3.8              Điều khiển phân vùng</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>3.1 Khai niem</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>ƒ     Bài toán điều khiển quá trình: duy trì y » r trong khi</P>

<P> </P>

<P>-    thay đổi giá trị đặt r</P>

<P> </P>

<P>-    có tác động của nhiễu d</P>

<P> </P>

<P>-    tồn tại nhiễu đo n</P>

<P> </P>

<P>-    mô hình quá trình không chính xác</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Các mục tiêu cụ thể của điều khiển</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Ổn định hệ thống</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Tốc độ đáp ứng nhanh và chất lượng đáp ứng tốt:</P>

<P> </P>

<P>-    Đáp ứng với thay đổi giá trị đặt</P>

<P> </P>

<P>-    Đáp ứng với nhiễu quá trình</P>

<P> </P>

<P>-    Ít nhạy cảm với nhiễu đo</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Giá trị biến điều khiển thay đổi chậm hoặc thay đổi ít</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Bền vững:</P>

<P> </P>

<P>-    Ổn định bền vững</P>

<P> </P>

<P>-    Chất lượng bền vững</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Các vấn đề phức tạp</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Nhiều quá trình phức tạp, khó điều khiển (tương</P>

<P>tác nhiều chiều, hệ pha không cực tiểu, giới hạn</P>

<P>về giá trị và tốc độ thay đổi của biến điều khiển, giới hạn về phạm vi thay đổi cho phép của biến được điều khiển,...)</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Mô hình khó xây dựng chính xác</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Nhiễu khó đo, khó biết trước</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Khả năng thực thi, cài đặt luật điều khiển có giới hạn</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Trình độ hiểu biết của kỹ sư vận hành về lý thuyết điều khiển hạn chế</P>

<P> </P>

<P>ƒ     ...</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Chương 3: Các sách lược điều khiển                                                                                       © 2005 - HMS                                                                                                                                                           5</P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Sách lược điều khiển</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>ƒ     Sách lược/cấu trúc điều khiển (control strategy/structure):</P>

<P><I>nguyên</I><I> tắ</I><I>c về</I><I> mặ</I><I>t cấ</I><I>u</I><I> trúc trong sử</I><I> dụ</I><I>ng</I><I> thông tin về</I><I> các biế</I><I>n</I><I> quá trình để</I><I> đư</I><I>a</I><I> ra tác độ</I><I>n</I><I>g</I><I> điề</I><I>u</I><I> khiể</I><I>n</I>.</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Sách lược điều khiển</P>

<P> </P>

<P>-    Điều khiển đơn biến hay đa biến?</P>

<P> </P>

<P>-    Phối hợp sử dụng các biến vào nào và như thế nào để điều khiển những biến ra nào?</P>

<P> </P>

<P>Các sách lược điều khiển cơ bản</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Hệ SISO:</P>

<P> </P>

<P>-     Điều khiển truyền thẳng (<I>feedforward control</I>)</P>

<P> </P>

<P>-     Điều khiển phản hồi (<I>feedback control</I>)</P>

<P> </P>

<P>-     Điều khiển tầng (<I>cascade control</I>)</P>

<P> </P>

<P>-     Điều khiển tỉ lệ (<I>ratio control</I>)</P>

<P> </P>

<P>-</P>

<P>Điều khiển suy diễn</P>

<P> </P>

<P>-</P>

<P>Điều khiển lựa chọn (<I>selective</I></P>

<P><I>control</I>)</P>

<P>-     Điều khiển phân vùng (<I>split-range control</I>)</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Hệ MIMO (chương 7):</P>

<P> </P>

<P>-     Điều khiển tập trung (<I>centralized control</I>)</P>

<P> </P>

<P>z   Điều khiển tách kênh</P>

<P> </P>

<P>z   Điều khiển nhiều chiều</P>

<P> </P>

<P>-     Điều khiển phi tập trung (<I>decentralized control</I>)</P>

<P> </P>

<P>-     Điều khiển phân cấp (<I>hierarchical control</I>)</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>3.2                         Điều khiển truyền thẳng</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Ví dụ điều khiển quá trình trao đổi nhiệt:</P>

<P>-    Điều chỉnh lưu lượng hơi nóng vào Fs  để duy trì nhiệt độ dầu</P>

<P>ra T2  tại giá trị đặt mong muốn</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Cấu trúc cơ bản</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>ƒ      Nguyên lý:</P>

<P>-     Giả thiết: Mô hình chính xác, nhiễu đo được</P>

<P>-     Đo nhiễu quá trình <I>d</I>, tính toán <I>u </I>sao cho <I>y </I>» <I>r </I>:</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P><I>u  </I>= <I>K r </I>(<I>s </I>)(<I>r</I></P><BR clear=all>

<P>- <I>Gd </I>(<I>s </I>)<I>d </I>)</P><BR clear=all>

<P> </P>

<P>(3.1)</P>

<P><BR clear=all></P>

<P><I>Kr </I>(<I>s </I>)</P><BR clear=all>

<P>» <I>G</I>(<I>s </I>)-1</P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P>-     Không thực hiện đo <I>y</I></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Tóm lược về điều khiển truyền thẳng</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Ưu điểm:</P>

<P>-    Đơn giản</P>

<P>-    Tác động nhanh (bù nhiễu kịp thời trước khi ảnh hưởng tới đầu</P>

<P>ra)</P>

<P>ƒ      Hạn chế:</P>

<P>-    Phải đặt thiết bị đo nhiễu</P>

<P>-    Không loại trừ được ảnh hưởng của nhiễu không đo được</P>

<P>-    Nhạy cảm với sai lệch mô hình (mô hình quá trình và mô hình nhiễu)</P>

<P>-    Bộ điều khiển lý tưởng có thể không ổn định hoặc không thực</P>

<P>hiện được => phương pháp xấp xỉ</P>

<P>-    Không có khả năng ổn định một quá trình không ổn định</P>

<P>ƒ      Ứng dụng chủ yếu:</P>

<P>-    Các bài toán đơn giản, quá trình pha cực tiểu, yêu cầu chất lượng không cao</P>

<P>-    Kết hợp với ĐK phản hồi nhằm cải thiện tốc độ đáp ứng của hệ</P>

<P>kín: Bù nhiễu đo được (chủ yếu là bù tĩnh), lọc trước (tiền xử lý)</P>

<P>tín hiệu chủ đạo</P>

<P>-    Điều khiển tỉ lệ (mục 3.5)</P>

<P> </P>

<P>15</P>

<P>Các bước thiết kế khâu bù tĩnh</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>1.    Xác định biến cần điều khiển, chọn biến điều khiển và các biến nhiễu đo được.</P>

<P> </P>

<P>2.    Xây dựng mô hình đối tượng, viết các phương trình cân bằng vật chất hoặc/và phương trình cân bằng năng lượng ở trạng thái xác lập.</P>

<P> </P>

<P>3.    Thay thế biến được điều khiển bằng giá trị đặt, giải phương trình cân bằng cho biến điều khiển theo giá trị đặt và các biến nhiễu.</P>

<P> </P>

<P>4.    Phân tích và đánh giá ảnh hưởng của sai lệch mô hình tới chất lượng điều khiển.</P>

<P> </P>

<P>5.    Loại bỏ các nguồn nhiễu có ảnh hưởng không đáng kể để tiết kiệm</P>

<P>chi phí đặt cảm biến.</P>

<P> </P>

<P>6.    Chỉnh định lại các tham số của khâu truyền thẳng cho điểm làm việc quan tâm để bù lại sai lệch mô hình và các nguồn nhiễu đã</P>

<P>loại bỏ.</P>

<P> </P>

<P>7.    Bổ sung các bộ điều khiển phản hồi để triệt tiêu sai lệch tĩnh, giảm</P>

<P>tác động của sai lệch mô hình và của nhiễu không đo được.</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>3.3                         Điều khiển phản hồi</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Ví dụ: Điều khiển quá trình trao đổi nhiệt</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>‰   Nguyên lý điều khiển: Điều chỉnh lưu lượng hơi nóng (biến điều khiển) dựa trên sai lệch giữa nhiệt độ dầu ra (biến được điều khiển) và giá trị đặt (SP)</P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Chiều tác động của bộ điều khiển phản hồi</P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Tác động thuận (<I>direct acting, </I>DA): Đầu ra của bộ điều khiển tăng khi biến được điều khiển tăng và ngược lại</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Tác động nghịch (<I>reverse acting, </I>RA): Đầu ra của bộ điều khiển giảm khi biến được điều khiển tăng và ngược lại</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Sự lựa chọn chiều tác động phụ thuộc:</P>

<P> </P>

<P>-    Đặc điểm của quá trình: quan hệ giữa biến điều khiển và biến</P>

<P>được điều khiển</P>

<P>

<P> </P>-    Kiểu tác động của van điều khiển (chú ý chiều mũi tên trên ký hiệu van điều khiển):</P>

<P>z   Đóng an toàn (<I>fail close, air-to-open</I>)                          </P>

<P>z   Mở an toàn (<I>fail open, air-to-close</I>)</P>

<P> </P>

<P>) Coi đối tượng điều khiển = quá trình + van điều khiển => chiều</P>

<P>tác động phụ thuộc vào dấu của hệ số khuếch đại tĩnh của đối tượng</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Trong ví dụ: tác động nghịch</P>

<P> </P>

<P>-    Quá trình: Hơi nóng nhiều -> nhiệt độ tăng</P>

<P> </P>

<P>-    Van điều khiển: Đóng an toàn</P>

<P> </P>

<P>Chương 3: Các sách lược điều khiển                                                                                       © 2005 - HMS                                                                                                                                                           20</P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Cấu hình bộ điều khiển phản hồi</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Đáp ứng với giá trị đặt và đáp</P>

<P>ứng với nhiễu có ràng buộc với nhau => không thể thiết</P>

<P>kế để điều khiển độc lập hoàn toàn theo ý muốn</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Thêm khả năng thiết kế bộ điều khiển <I>K</I>r(<I>s</I>) để cải thiện đáp ứng với thay đổi giá trị</P>

<P align=center>đặt</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Tại sao phải điều khiển phản hồi?</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Xét cấu hình bộ điều khiển một bậc tự do:</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Vai trò của điều khiển phản hồi</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>1. Một quá trình không ổn định chỉ có thể ổn định (hóa) bằng</P>

<P align=right>cách sử dụng mạch phản hồi nhằm dịch các điểm cực sang bên trái trục ảo của mặt phẳng phức (quan sát đa thức mẫu</P>

<P>số 1 + <I>GK </I>trong 3.13 và 3.14)</P>

<P> </P>

<P>2. Khi nhiễu không đo được hoặc mô hình đáp ứng nhiễu bất</P>

<P>

<P>g của nó chỉ có thể</P>

<P>hồi:</P>định thì tác độn                                                                        triệt tiêu thông qua</P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P>nguyên lý phản  <I>GK                              </I></P><BR clear=all>

<P>1  Þ            <I>Gd           </I>» 0</P>

<P>1 + <I>GK        </I></P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>3. Mô hình đối tượng không chính xác, do vậy việc triệt tiêu sai</P>

<P>lệch tĩnh chỉ có thể thông qua quan sát diễn biến đầu ra:</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P><I>n  </I>» 0, <I>G K</I></P><BR clear=all>

<P>1  Þ <I>e  </I>» 0</P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Chương 3: Các sách lược điều khiển                                                                                       © 2005 - HMS                                                                                                                                                           23</P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Các vấn đề của điều khiển phản hồi</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Một vòng điều khiển kín chứa một đối tượng ổn định cũng</P>

<P>có thể trở nên mất ổn định</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Điều khiển phản hồi cần bổ sung các cảm biến</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Nhiễu đo có thể ảnh hưởng lớn tới chất lượng điều khiển (để</P>

<P>ý số hạng cuối cùng trong biểu thức 3.13 và 3.14) => cần có phương pháp lọc nhiễu, xử lý số liệu đo tốt</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Khó mà có một bộ điều khiển phản hồi tốt nếu như không</P>

<P>có một mô hình tốt</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Với một số quá trình có đáp ứng ngược hoặc có trễ (hệ pha không cực tiểu), một bộ điều khiển phản hồi được thiết kế thiếu thận trọng thậm chí có thể làm xấu đi đặc tính đáp</P>

<P>ứng</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Bộ điều khiển phản hồi đáp ứng chậm với nhiễu tải và thay</P>

<P>đổi giá trị đặt</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Kết hợp với sách lược truyền thẳng</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Ví dụ điều khiển mức:</P>

<P> </P>

<P>-    Khâu truyền thẳng: bù nhiễu</P>

<P> </P>

<P>-    Khâu phản hồi: ổn định hệ thống và triệt tiêu sai lệch tĩnh</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>3.4                         Điều khiển tầng (cascade)</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Đặt vấn đề: Tác động của nhiễu với các quá trình chậm (nhiệt độ,</P>

<P>mức và nồng độ) hoặc có trễ lớn => các vòng điều chỉnh đơn khó mang lại tốc độ đáp ứng nhanh cũng như độ quá điều chỉnh nhỏ.</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Ví dụ tiêu biểu: Với cùng độ mở van, thay đổi áp suất dòng chảy/dòng hơi ảnh hưởng lớn tới lưu lượng</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Ví dụ điều khiển buồng trao đổi nhiệt</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Giải pháp: Triệt tiêu sớm ảnh hưởng của nhiễu bằng cách sử</P>

<P>dụng một vòng điều chỉnh trong, sử dụng thêm một đại lượng</P>

<P>đo</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Hai cấu trúc cơ bản</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Cấu trúc kinh điển (cấu trúc nối tiếp): thêm một biến đo</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>‰   Cấu trúc song song: thêm một biến điều khiển</P>

<P> </P>

<P>Phân tích chất lượng (cấu trúc kinh điển)</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Khi nào sử dụng sách lược cascade?</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Vòng điều khiển phản hồi đơn không đáp ứng được yêu cầu chất lượng</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Có thể dễ dàng đo được và điều khiển được một biến quá trình thứ hai (có liên quan tới biến thứ nhất)</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Biến được điều khiển thứ hai thể hiện rõ rệt ảnh hưởng của nhiễu khó đo được</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Có một quan hệ nhân quả giữa biến điều khiển và biến</P>

<P>được điều khiển thứ hai (có thể cùng là một biến)</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Đặc tính động học của biến thứ hai phải nhanh hơn đặc tính động học của biến thứ nhất</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>3.5                         Điều khiển tỉ lệ (ratio control)</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Điều khiển tỉ lệ là duy trì tỉ lệ giữa hai biến nhằm điều khiển gián tiếp</P>

<P>một biến thứ ba => thực chất là một dạng điều khiển truyền thẳng.</P>

<P>ƒ     Ví dụ: Điều khiển quá trình trao đổi nhiệt</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Hai cấu trúc thường dùng</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Ý nghĩa của điều khiển tỉ lệ</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>- Điều khiển tỉ lệ là một trường hợp đặc biệt của điều khiển truyền thẳng, trong đó các biến nhiễu được đo và bù theo nguyên tắc tỉ lệ. Quan hệ giữa biến được điều khiển và biến cần điều khiển thường là tuyến tính. Ý nghĩa:</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Giúp giải quyết hiệu quả một lớp các bài toán phi tuyến, thay vì phải tuyến tính hoá xấp xỉ mô hình hoặc sử dụng</P>

<P>các phương pháp điều khiển phi tuyến phức tạp. Thực chất mỗi bộ điều khiển tỉ lệ là một bộ điều khiển phi tuyến đơn giản.</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Giúp cho việc thiết kế cấu trúc điều khiển đơn biến cho một quá trình đa biến được đơn giản hơn, trong đó sự tương tác chéo giữa các vòng điều khiển được giảm thiểu.</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

Ví dụ điều khiển tỉ lệ quá trình trộn (kết hợp với phản hồi)</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Điều khiển tỉ lệ thuần tuý</P>

<P>khó có chất lượng cao nên kết hợp với điều khiển</P>

<P>phản hồi.</P>

<P>Trong thực tế tỉ lệ c1/c2 có thể thay đổi khi đó phải</P>

<P>điều chỉnh lại SP để đảm</P>

<P>bảo c ra được chính xác</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>3.6                         Điều khiển lựa chọn</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Là sách lược sử dụng khâu lựa chọn tín hiệu. Điều khiển</P>

<P>lựa chọn được ứng dụng chủ yếu với mục đích an toàn hệ</P>

<P>thống, ví dụ cảnh giới các trường hợp vi phạm điều kiện</P>

<P>ràng buộc trong vận hành hệ thống hoặc điều khiển an toàn</P>

<P>cho thiết bị, điều khiển tự động khởi động và dừng, bảo vệ</P>

<P>các lỗi thiết bị, dụng cụ và lựa chọn giá trị tối ưu. Có hai</P>

<P>dạng điều khiển lựa chọn</P>

<P>ƒ     Lựa chọn tín hiệu đo: Điều khiển giới hạn (<I>limit control</I>)</P>

<P>-     Hệ thống chỉ có một bộ điều khiển nhưng hai hoặc nhiều biến cần điều khiển. Khâu lựa chọn quyết định đầu vào</P>

<P>cho bộ điều khiển phụ thuộc vào giá trị đo được ( VD</P>

<P>chọn giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất)</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Lựa chọn tín hiệu điều khiển: Điều khiển lấn át (<I>override control</I>) : Hệ thống có hai (nhiều) vòng điều chỉnh tương ứng</P>

<P>với       hai (nhiều) biến được điều khiển nhưng chỉ có một biến</P>

<P>điều khiển ( 1 TBCH). Hai hay nhiều bộ điều khiển cùng</P>

<P>hoạt động nhưng chỉ có một đầu ra được lựa chọn đưa tới</P>

<P>CCCH</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Ứng dụng của điều khiển lấn át</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>‰   Tránh tình trạng tràn trong một tháp chưng cất bằng cách hạn chế lưu lượng hơi cấp nhiệt hoặc lưu lượng cấp liệu.</P>

<P> </P>

<P>‰   Phòng ngừa tình trạng giá trị mức quá cao hoặc quá thấp</P>

<P>trong một bình chứa bằng cách giành quyền can thiệp mạnh vào các van điều chỉnh (van cấp hoặc van xả).</P>

<P> </P>

<P>‰   Phòng tránh áp suất hoặc nhiệt độ quá cao trong một lò phản ứng bằng cách giảm lượng nhiệt cấp.</P>

<P> </P>

<P>‰   Giảm lượng nhiên liệu cấp cho một buồng đốt nhằm tránh tình trạng hàm lượng ôxy quá thấp trong khí thải.</P>

<P> </P>

<P>‰   Tránh trường hợp áp suất quá cao trong một đường ống (hơi nước hoặc khí) bằng cách mở van trên đường tránh (by-</P>

<P>pass).</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> <BR clear=all></P>

<P>3.7                          Điều khiển phân vùng</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>3.8 Các cấu trúc điều khiển hệ MIMO</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ         Điều khiển tập trung (<I>centralized control</I>), điều khiển đa</P>

<P>biến (<I>multivariable control</I>):</P>

<P>-      Một bộ điều khiển nhiều chiều (nhiều vào/nhiều ra)</P>

<P>-      Thiết kế theo phương pháp tách kênh hoặc phương pháp thiết</P>

<P>kế đa biến</P>

<P> </P>

<P>ƒ         Điều khiển phi tập trung (<I>decentralized control</I>), điều khiển nhiều vòng (<I>multiloop control</I>):</P>

<P>-      Phân chia hệ thống thành các bài toán nhỏ dễ giải quyết hơn</P>

<P>(đơn biến hoặc đa biến)</P>

<P>-      Thực hiện bởi nhiều bộ điều khiển độc lập</P>

<P> </P>

<P>ƒ         Điều khiển phân cấp (<I>hierarchical control</I>):</P>

<P>-      Phân chia hệ thống thành các vòng điều chỉnh cơ bản (điều chỉnh từng phần, <I>partial control</I>) và các vòng điều chỉnh phối hợp (vòng điều khiển chủ, <I>master control</I>)</P>

<P>-      Sử dụng cả các bộ điều khiển phân tán và các bộ điều khiển tập trung</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Điều khiển tập trung</P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>SP</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Bộ điu khiển</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Quá trình</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>‰      Ví dụ: Điều khiển bình</P>

<P>trộn</P>

<P> </P>

<P>-      Biến được điều khiển:</P>

<P>mức và nồng độ ra (<I>c</I>)</P>

<P> </P>

<P>-      Biến điều khiển: lưu lượng vào <I>w</I>1  và <I>w</I>2</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Điều khiển tập trung</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>

<P> </P>‰      Ví dụ: Tháp chưng cất</P>

<P>hai sản phẩm</P>

<P> </P>

<P>-      Biến cần điều khiển: nồng độ sản phẩm đỉnh XD  và đáy XB</P>

<P>-      Biến được điều khiển: Nhiệt độ phần tinh</P>

<P>cất và phần chưng luyện của tháp</P>

<P>-      Biến điều khiển: lưu lượng hồi lưu và nhiệt lượng cấp</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Điều khiển phi tập trung</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Định nghĩa:</P>

<P><I>Hệ</I><I> thố</I><I>ng điề</I><I>u khiể</I><I>n bao gồ</I><I>m</I></P>

<P><I>nh</I><I>iề</I><I>u bộ</I><I> điề</I><I>u khiể</I><I>n phả</I><I>n hồ</I><I>i độ</I><I>c lậ</I><I>p, mỗ</I><I>i bộ</I><I> liên kế</I><I>t mộ</I><I>t tậ</I><I>p con (không chia sẻ</I><I>) các biế</I><I>n đầ</I><I>u ra (đo đượ</I><I>c) và giá trị</I><I> đặ</I><I>t vớ</I><I>i mộ</I><I>t tậ</I><I>p con các biế</I><I>n điề</I><I>u khiể</I><I>n.</I></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Điều khiển phi tập trung</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>

<P> </P>‰      Ví dụ: Tháp chưng cất</P>

<P>hai sản phẩm</P>

<P> </P>

<P>-      Biến cần điều khiển: nồng độ sản phẩm đỉnh XD  và đáy XB</P>

<P>-      Biến được điều khiển: Nhiệt độ phần tinh</P>

<P>cất và phần chưng luyện của tháp</P>

<P>-      Biến điều khiển: lưu lượng hồi lưu và nhiệt lượng cấp</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>So sánh</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Điều khiển tập trung:</P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>+    Chất lượng cao (nếu mô hình chính xác)</P>

<P> </P>

<P>+    Nhiều phương pháp và công cụ thiết kế hiện đại</P>

<P> </P>

<P>-    Xây dựng mô hình quá trình phức tạp</P>

<P> </P>

<P>-    Thực hiện giải pháp điều khiển số phức tạp (thiếu thư viện khối</P>

<P>có sẵn, chu kỳ trích mẫu khác nhau,...)</P>

<P> </P>

<P>-    Khó theo dõi đối với người sử dụng => khó chấp nhận</P>

<P> </P>

<P>-    Độ tin cậy không cao</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Điều khiển phi tập trung:</P>

<P> </P>

<P>+    Phương pháp truyền thống trong công nghiệp</P>

<P> </P>

<P>+    Dễ theo dõi</P>

<P> </P>

<P>+    Dễ chỉnh định các tham số điều khiển mà không cần mô hình quá trình chính xác</P>

<P>+    Độ tin cậy cao</P>

<P> </P>

<P>-    Thiết kế sách lược điều khiển phức tạp (ví dụ việc cặp đôi vào/ra)</P>

<P>-    Chất lượng thấp, không phải bao giờ cũng thực hiện được</P>

<P> </P>

<P>3.9 Thiết kế cấu trúc phi tập trung</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Các bước thiết kế:</P>

<P>-    Lựa chọn các biến điều khiển, các biến được điều khiển và các biến đo</P>

<P>-    Cặp đôi các biến điều khiển và các biến được điều khiển</P>

<P>-    Áp dụng các sách lược điều khiển cho hệ SISO</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Các vấn đề đặt ra:</P>

<P>-    Khi nào có thể điều khiển phi tập trung?</P>

<P>z   Đánh giá mức độ tương tác giữa các kênh điều khiển</P>

<P>z   Đánh giá chất lượng điều khiển <I>có th</I><I>ể</I><I> đạ</I><I>t đượ</I><I>c </I>(mức độ khó</P>

<P>dễ của bài toán)</P>

<P>-    Vấn đề lựa chọn cặp đôi biến vào/ra</P>

<P>z   Mỗi biến điều khiển ảnh hưởng khác nhau tới biến được điều khiển => chọn cặp vào/ra có sự liên kết mạnh nhất</P>

<P>z   Trường hợp đơn giản => có thể đưa ra kết luận thông qua phân tích quá trình vật lý</P>

<P>z   Số lượng vào/ra lớn => số khả năng cặp đôi rất lớn, cần một phương pháp có tính hệ thống</P>

<P>-    Vấn đề đánh giá chất lượng và tính ổn định toàn hệ thống</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>3.9.1 Ma trận hệ số tương tác (RGA)</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Khái niệm RGA (<I>Relative Gain Array</I>):</P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>-    Bristol đưa ra năm 1966 (AC-11) => chỉ số đánh giá mức độ</P>

<P>tương tác giữa các kênh vào/ra trong một hệ MIMO</P>

<P> </P>

<P>-    Phục vụ lựa chọn và cặp đôi các biến vào/ra trong xây dựng cấu hình điều khiển phi tập trung</P>

<P>-    Có nhiều tính chất rất hay khác trong đánh giá tính ổn định và chất lượng của hệ điều khiển phi tập trung</P>

<P> </P>

<P>ƒ      RGA của một ma trận số phức vuông <I>m </I>x <I>m </I>không suy biến</P>

<P>là một ma trận số phức vuông <I>m </I>x <I>m</I>:</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>với ký hiệu x là phép nhân từng phần tử (<I>tích Schur, tích</I></P>

<P><I>Hadamard</I>)</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Diễn giải ý nghĩa ma trận RGA qua ví dụ 2x2</P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Một số tính chất của ma trận RGA</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Tổng các phần tử của một hàng hoặc một cột = 1</P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Ma trận RGA không phụ thuộc vào việc chỉnh thang (chuẩn hóa</P>

<P>mô hình):</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>ƒ      Hoán đổi hai hàng (hai cột) của <I>G </I>dẫn tới hoán đổi hai hàng (hai</P>

<P>cột) của L(<I>G</I>)</P>

<P>ƒ      L(<I>G</I>) là một ma trận đơn vị nếu <I>G </I>là ma trận tam giác trên hoặc dưới (tương tác một chiều)</P>

<P>ƒ      G(s) là một ma trận hàm truyền thì L(<I>G(j</I>w)) được tính toán tương</P>

<P>ứng với từng tần sốw trong dải tần quan tâm</P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>ƒ     <I>Số</I><I> RGA</I></P><BR clear=all>

<P>Λ(<I>G</I>) − <I>I</I></P><BR clear=all>

<P> </P>

<P>su m</P><BR clear=all>

<P>= ∑</P>

<P><I>i</I>≠ <I>j</I></P><BR clear=all>

<P><I>gij</I></P><BR clear=all>

<P>là một chỉ số cho mức độ tương tác</P>

<P><BR clear=all></P>

<P>của quá trình (quan trọng nhất là xung quanh tần số cắt)</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Chương 3: Các sách lược điều khiển                                                                               </P>

<P>Phương pháp cặp đôi vào/ra dựa trên RGA</P>

<P>ƒ      Luật 1: Cặp đôi vào/ra (<I>j,i</I>) tương ứng với phần tử l<I>ij  </I>có giá trị</P>

<P>

<P> </P>gần 1 xung quanh tần số cắt mong muốn của hệ kín, ưu tiên</P>

<P>số lớn hơn 1</P>

<P>-    Dải tần mà l<I>ij  </I>» 1 càng rộng càng tốt</P>

<P>-    Trong trường hợp đơn giản có thể chọn hàm truyền ở trạng thái xác lập (<I>s=</I>0)</P>

<P>ƒ      Luật 2: Tránh chọn l<I>ij  </I><< 1 hoặc l<I>ij  </I>< 0 cho hệ ở trạng thái</P>

<P>xác lập</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>  </P>

<P>Chương 3: Các sách lược điều khiển                                                                                       © 2005 - HMS                                                                                                                                                           51</P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Tính ổn định của hệ điều khiển phi tập trung</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Với quá trình G(s) ổn định</P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>1.     Nếu mỗi vòng đơn ổn định khi các vòng khác hở mạch và ma trận L(<I>G</I>) = I "w thì toàn hệ cũng ổn định => Chọn cặp đôi sao cho L(<I>G</I>) » I xung quanh tần số cắt</P>

<P> </P>

<P>2.     Nếu các bộ điều khiển sử dụng tác động tích phân và cặp đôi tương ứng với phần tử của L(<I>G</I>(0)) có giá trị âm thì:</P>

<P> </P>

<P>z     Toàn hệ mất ổn định, hoặc</P>

<P> </P>

<P>z     Vòng đơn tương ứng mất ổn định, hoặc</P>

<P> </P>

<P>z     Toàn hệ mất ổn định khi vòng đơn tương ứng hở mạch</P>

<P> </P>

<P>3.     Nếu bộ điều khiển phản hồi <I>i </I>sử dụng tác động tích phân và</P>

<P>ổn định khi các vòng khác hở mạch, và chỉ số Niederlinski</P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>thì vòng điều khiển <I>i </I>đó sẽ mất ổn định. Với <I>n</I>=2 thì điều kiện trên là cần và đủ.</P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Xét tính ổn định: ví dụ tháp chưng cất</P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>3.9.2 Phép phân tích giá trị suy biến (SVD)</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Giá trị suy biến (<I>singular value</I>) và phép phân tích giá trị suy biến (<I>singular value decomposition</I>) có rất nhiều công dụng</P>

<P>trong phân tích chất lượng của hệ thống</P>

<P> </P>

<P>ƒ     Trong điều khiển quá trình, bên cạnh phân tích RGA, phép phân tích giá trị suy biến là một công cụ hữu hiệu phục vụ:</P>

<P>-    Lựa chọn các biến cần điều khiển, các biến được điều khiển và các biến điều khiển</P>

<P>-    Đánh giá tính bền vững của một sách lược/cấu trúc điều khiển</P>

<P> </P>

<P>-    Xác định cấu hình điều khiển phi tập trung tốt nhất</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>ác giá trị suy biến</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ     Các giá trị suy biến s của một ma trận số phức <I>A </I>(<I>m</I>x<I>n</I>) được định</P>

<P>nghĩa là các giá trị riêng của <I>AHA                              </I>=> thước đo khoảng cách gần hay xa với "sự suy biến" của <I>A</I></P>

<P> </P>

<P>Xét chuẩn bậc 2 của <I>A</I>:</P><BR clear=all>

<P>(3.26)</P>

<P><BR clear=all></P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P>-    Với vector đầu vào <I>x, </I>ma trận <I>A </I>ánh xạ sang <I>y = Ax </I>với hệ số khuếch</P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P>đại lớn nhất là</P><BR clear=all>

<P><I>σ  </I>và hệ số khuếch đại nhỏ nhất là                            <I>σ</I></P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P>-    Hệ số khuếch đại phụ thuộc vào <I>chi</I><I>ề</I><I>u củ</I><I>a vector x</I></P><BR clear=all>

<P> </P>

<P> </P>

<P><I>σ </I>/ <I>σ</I></P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P>

 </P>

<P> </P>

<P>ƒ      Nhìn từ lý thuyết hệ thống, nếu coi <I>G</I>(<I>j</I>w) là ma trận <I>A </I>và x</P>

<P>là vector tín hiệu vào ta sẽ có thể đưa ra một số diễn giải tương tự và đi sâu hơn:</P>

<P>-    Các vector đầu vào <I>x </I>có chiều trùng với cột đầu tiên của <I>V </I>sẽ được khuếch đại nhiều nhất => kết quả là vector <I>y </I>có chiều trùng với cột đầu của <I>U</I></P>

<P>-    Các vector đầu vào <I>x </I>có chiều trùng với cột cuối của <I>V </I>sẽ được khuếch đại ít nhất => kết quả là vector <I>y </I>có chiều trùng với cột cuối của <I>U</I></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>Chương 3: Các sách lược điều khiển                                                                                       © 2005 - HMS                                                                                                                                                           56</P>

<P><BR clear=all></P>

<P>Lựa chọn biến được điều khiển</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

<P> </P>ƒ      Ví dụ: chọn nhiệt độ khay nào trong tháp chưng cất làm biến</P>

<P>được điều khiển? (các biến điều khiển là lưu lượng hồi lưu L và</P>

<P>công suất nhiệt cấp Q)</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Theo chỉ dẫn từ chương 2: Lựa chọn biến đầu ra chịu ảnh hưởng mạnh nhất dưới tác động của biến điều khiển => tương ứng với phần tử có giá trị lớn nhất trong mỗi cột của U</P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>

 </P>

<P> </P>

<P> <BR clear=all></P>

<P>Số điều kiện (condition number)</P>

<P> </P>

<P>ƒ      Số điều kiện (<I>condition number</I>):</P>

<P> </P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P> </P>

<P> </P>

<P>ƒ      Trong đại số tuyến tính, cond(<I>A</I>) nói lên "sự nhạy cảm" của hệ với</P>

<P>sai số trong <I>A </I>hoặc trong <I>y</I>, tức khả năng tìm nghiệm <I>Ax = b </I>một cách chính xác, cond(A) càng lớn càng bất lợi.</P>

<P>Ví dụ:</P>

<P><BR clear=all></P>

<P> </P>

<P>Nếu <I>A</I>12  thay đổi từ 0 sang 0.1 sẽ dẫn tới <I>A </I>suy biến</P>

<P>ƒ      Trong lý thuyết hệ thống, cond(<I>G</I>(<I>j</I>w)) liên quan nhiều tới khả năng</P>

<P>điều khiển, giới hạn chất lượng điều khiển</P>

<P>-    Số điều kiện càng lớn thì hệ càng nhạy cảm với sai lệch tham số mô hình</P>

<P>-    Số điều kiện liên quan tới các chỉ tiêu chất lượng (miền tần số) có thể đạt được</P>

<P>-    Số điều kiện có phụ thuộc vào cách chỉnh thang/chuẩn hóa mô hình!</P>

<P> </P>

Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro

#gfgf