<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>Điều khiển quá trình</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>Chương 7: Thiết kế cấu trúc điều khiển quá trình đa biến</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P><B>15/11/2006</B></P>
<P><BR clear=all></P>
<P>7.1 Vấn đề thiết kế cấu trúc điều khiển</P>
<P> </P>
<P> Chọn biến được điều</P>
<P>khiển?</P>
<P> </P>
<P> Cặp đôi các biến vào-ra?</P>
<P> </P>
<P> Kết hợp các sách lược điều khiển (bù nhiễu, tầng,..)?</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>2</P>
<P><BR clear=all></P>
<P> </P>
<P><BR clear=all></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>
<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>
<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> 5</P>Các bước thiết kế</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>
<P> </P> Lựa chọn các biến điều khiển và các biến được đo cho một mục đích điều khiển cụ thể</P>
<P> </P>
<P> Phân tích và ra quyết định sử dụng phương án điều khiển tập trung, phi tập trung hoặc phối hợp.</P>
<P> </P>
<P> Đối với cấu trúc phi tập trung: lựa chọn một cấu hình</P>
<P>điều khiển dựa trên cặp đôi các biến điều khiển - biến</P>
<P>được điều khiển và các phần tử cấu hình cơ bản.</P>
<P> </P>
<P> Phối hợp sử dụng các sách lược điều khiển cơ bản</P>
<P>(điều khiển phản hồi, điều khiển truyền thẳng, điều</P>
<P>khiển tầng điều khiển tỉ lệ,...) và thể hiện cấu trúc điều khiển trên bản vẽ.</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>Các yêu cầu thiết kế</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>
<P> </P><B>1</B><B>. </B><B>Chất lượng</B>: Đảm bảo khả năng thiết kế các bộ điều khiển để đáp ứng tốt nhất các yêu cầu về chất lượng</P>
<P>điều khiển như tính ổn định, tính bền vững, tốc độ đáp</P>
<P>ứng và chất lượng đáp ứng.</P>
<P> </P>
<P><B>2</B><B>. </B><B>Đ</B><B>ơn giản và kinh tế</B>: Đảm bảo khả năng thực thi,</P>
<P align=right>chỉnh định và đưa hệ thống điều khiển vào vận hành một cách đơn giản và kinh tế trên các giải pháp phần</P>
<P>cứng và phần mềm thông dụng, dựa trên những cơ sở</P>
<P>lý thuyết dễ tiếp cận trong thực tế.</P>
<P> </P>
<P><B>3</B><B>. </B><B>Ti</B><B>n cậy/bền vững</B>: Hệ thống phải làm việc tin cậy và hiệu quả ngay cả trong điều kiện không có thông tin</P>
<P>đầy đủ và chính xác về quá trình.</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P><BR clear=all></P>
<P>7.2 Lựa chọn các biến quá trình</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P><B>Vấn đề:</B></P>
<P> </P>
<P> Số lượng biến điều khiển có thể ít hơn số biến cần điều khiển</P>
<P> </P>
<P> Không phải biến cần điều khiển nào cũng có thể đo</P>
<P>được một cách kinh tế, đủ chính xác và đủ nhanh cho mục đích điều khiển</P>
<P> </P>
<P> Một số biến cần điều khiển có độ nhạy rất kém với các biến điều khiển, phạm vi điều khiển được không lớn</P>
<P>hơn nhiều so với ảnh hưởng của nhiễu đo.</P>
<P> </P>
<P> Động học của một số vòng điều khiển có thể rất chậm,</P>
<P>rất nhạy cảm với nhiễu, rất phi tuyến hoặc tương tác mạnh với các vòng điều chỉnh khác.</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>Lựa chọn các biến được điều khiển</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>
<P> </P>1. Tất cả các biến không có tính tự cân bằng phải được</P>
<P>điều khiển</P>
<P> </P>
<P>2. Chọn các biến ra cần phải duy trì trong giới hạn ràng buộc của thiết bị hoặc của chế độ vận hành</P>
<P> </P>
<P>3. Chọn các biến ra đại diện trực tiếp cho chất lượng sản phẩm (ví dụ nồng độ, thành phần) hoặc các đại lượng</P>
<P>ảnh hưởng lớn tới chất lượng (ví dụ nhiệt độ hoặc áp suất)</P>
<P> </P>
<P>4. Chọn các biến ra có tương tác mạnh tới các biến cần</P>
<P>điều khiển khác</P>
<P> </P>
<P>5. Chọn các biến ra có đặc tính động học và đặc tính tĩnh tiêu biểu, dễ điều khiển</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>
<P> </P>1. Chọn những biến vào có ảnh hưởng lớn tới biến được</P>
<P>điều khiển tương ứng</P>
<P> </P>
<P>2. Chọn những biến vào có tác động nhanh tới biến được</P>
<P>điều khiển tương ứng</P>
<P> </P>
<P>3. Chọn những biến vào có tác động trực tiếp thay vì gián tiếp tới biến được điều khiển tương ứng</P>
<P> </P>
<P>4. Cố gắng tránh hiện tượng nhiễu lan truyền ngược</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>7.4 Thiết kế cấu trúc ĐK phi tập trung</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>
<P> </P> Vấn đề cặp đôi các biến vào/ra</P>
<P> </P>
<P> Tính ổn định của cấu trúc phi tập trung</P>
<P> </P>
<P> Chất lượng điều khiển của cấu trúc phi tập trung</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> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P><BR clear=all></P>
<P>Ma trận khuếch đại tương đối (RGA)</P>
<P> </P>
<P> 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 tương</P>
<P>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</P>
<P>điều khiển phi tập trung</P>
<P> </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> RGA của một ma trận số phức vuông <I>m </I>x <I>m </I>không suy biến là một</P>
<P>ma trận số phức vuông <I>m </I>x <I>m</I>:</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P><BR clear=all></P>
<P>RG A(<I>G </I>)≡ Λ(<I>G </I>)</P><BR clear=all>
<P><I>G </I>× (<I>G </I>−1)<I>T</I></P><BR clear=all>
<P>(3.17)</P>
<P><BR clear=all></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> </P>
<P> </P>
<P><BR clear=all></P>
<P>
<P> </P>Đối với quá trình ổn định, tại trạng thái xác lập ta có:</P>
<P> </P>
<P><BR clear=all></P>
<P>Diễn giải ý nghĩa</P>
<P>
<P> </P> λ11 = 1: Hệ số khuếch đại tĩnh từ u1 tới y1 khi hở mạch cũng</P>
<P>như khi khép mạch là hoàn toàn như nhau => hai kênh không</P>
<P>có tương tác, cặp đôi dễ dàng: (u1, y1) và (u2, y2).</P>
<P> λ11 = 0: Hệ số khuếch đại tĩnh từ u1 tới y1 phải bằng 0, u1</P>
<P>hoàn toàn không có ảnh hưởng tới y1 => cặp đôi (u1, y2) và</P>
<P>(u2, y1): hai kênh điều khiển không có tương tác</P>
<P> 0 < λ11 < 1: Hệ số khuếch đại tĩnh từ u1 tới y1 khi hở mạch</P>
<P>nhỏ hơn khi khép mạch. Tương tác giữa hai kênh điều khiển</P>
<P>là mạnh nhất khi λ11 = 0.5, lựa chọn cặp đôi không dễ dàng.</P>
<P> λ11 > 1: Khi khép mạch thì hệ số khuếch đại tĩnh từ u1 tới y1</P>
<P>bị giảm đi. Hai vòng điều khiển tương tác chống lại nhau. Giá</P>
<P>trị λ11 càng lớn thì mức độ tương tác càng mạnh, tuy nhiên</P>
<P>phương án cặp đôi ở đây vẫn không thể khác: (u1, y1) và (u2,</P>
<P>y2).</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>Một số tính chất của ma trận RGA</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P>
<P> </P> Tổng các phần tử của một hàng hoặc một cột = 1</P>
<P> </P>
<P><BR clear=all></P>
<P>å l<I>ij</I></P><BR clear=all>
<P>= å l<I>ij</I></P><BR clear=all>
<P>= 1 .0</P>
<P><BR clear=all></P>
<P><I>i j</I></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>L(<I>G</I>)</P><BR clear=all>
<P>= L(<I>D</I>1 <I>G</I><I> </I><I>D</I>2 ),</P><BR clear=all>
<P>"<I>D</I>1</P><BR clear=all>
<P>= d ia g(<I>d</I>1 <I>i</I><I> </I>), <I>D</I>2</P><BR clear=all>
<P>= d ia g(<I>d</I><I> </I>2 <I>i</I><I> </I>)</P>
<P><BR clear=all></P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> Hoán đổi hai hàng (hai cột) của <I>G</I><I> </I>dẫn tới hoán đổi hai hàng (hai</P>
<P>cột) của L(<I>G</I>)</P>
<P> </P>
<P> L(<I>G</I>) là một ma trận đơn vị nếu <I>G</I><I> </I>là ma trận tam giác trên hoặc dưới (tương tác một chiều)</P>
<P> 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> <I>Số 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>g</I><I>ij</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>Phương pháp cặp đôi vào/ra dựa trên RGA</P>
<P> </P>
<P>
<P> </P> Luật 1: Cặp đôi vào/ra (<I>j,i</I>) tương ứng với phần tử l<I>ij </I>có</P>
<P>giá trị gần 1 xung quanh tần số cắt mong muốn của hệ</P>
<P>kín, ưu tiên 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</P>
<P>xác lập (<I>s=</I>0)</P>
<P> Luật 2: Tránh chọn l<I>i</I><I>j </I><< 1 hoặc l<I>ij </I>< 0 cho hệ ở trạng</P>
<P>thái xác lập</P>
<P> </P>
<P> </P>
<P> </P>
<P><BR clear=all></P>
<P><BR clear=all></P>
<P>Tính ổn định của hệ điều khiển phi tập trung</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</P>
<P>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 ổn</P>
<P>định khi các vòng khác hở mạch, và chỉ số Niederlinski</P>
<P> </P>
<P><BR clear=all></P>
<P> </P>
<P><I>N</I><I>I</I><I> </I>=</P><BR clear=all>
<P>d et <I>G</I>(0 ) < 0</P>
<P>
<P><I>n</I></P>∏ <I>g</I><I>i</I><I>i</I><I> </I>(0 )</P>
<P><I>i</I>=1</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>
Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro