Bài giảng điều khiển quá trình 11

Chia sẻ: Cindy Cindy | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:11

Thêm vào BST

Báo xấu

128
lượt xem 31
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hàm truyền của mạch vòng kín IMC ( IMC Closed Transfer Functions) Với phương pháp tổng hợp trực tiếp, bộ điều khiển điều chỉnh tương quan được tổng hợp dựa vào mạch vòng kín.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng điều khiển quá trình 11

5.3.2. Hàm truyền của mạch vòng kín IMC ( IMC Closed Transfer Functions) Với phương pháp tổng hợp trực tiếp, bộ điều khiển điều chỉnh tương quan được tổng hợp dựa vào mạch vòng kín. Để suy ra được hàm truyền đó, ta cân bằng cấu trúc IMC trong mô hình với sơ đồ cấu trúc trên hình 5.5, viết được: (5.16) Y(s)  U(s)G P (s)  D(s)G D (s) Y  (s)  U(s) G  (s) (5.17) P   U(s )  E(s) G  (s)  YSP (s)  Y(s )  Y  (s) G  (s) (5.18) C C Thế phương trình (5.16 ), (5.17) vào phương trình (5.18 ), ta có:   U(s)  YSP (s)  U(s)G p (s)  D(s)G D (s)  U(s)G  (s) G  (s) P C = YSP (s)G  (s)  U(s )G P (s)G  (s)  D(s)G D (s)G  (s)  U(s)G  (s)G  (s ) C C C P C Tiến hành giải phương trình đ ể tìm U(s): G  (s) G D (s)G  (s) C C U (s )  YSP (s)  D(s) (5.19)     1  G  (s) G P (s)  G  (s) 1  G  (s) G P (s)  G  (s) C P C P Thế phương trình (5.19 ) vào phương trình (5.16), để đạt được: G  (s)G P (s) G D (s)G  (s)G P (s) C C Y (s )  YSP (s )  D(s)  D(s)G D (s)     1  G  (s) G P (s)  G  (s) 1  G  (s) G P (s)  G  (s) C P C P Rút gọn để được hàm truyền của hệ kín:   G  (s)G P (s ) G (s ) 1  G  (s)G  (s) C YSP (s)  D  C P (5.20) Y (s )  D(s)     1  G  (s) G P (s)  G  (s) 1  G C (s ) G P (s)  G  (s) C P P Từ phương trình hàm truyền tổng (5.20), ta thấy rằng để đáp ứng bám tín hiệu đặt (giả thiết nhiễu là hằng số ) và hàm truyền theo nhiễu (giả thiết tín hiệu đặt là hằng số ) G  (s)G P (s) Y(s) C Bám theo điểm đặt: (5.21)    YSP (s) 1  G  (s) G P (s)  G  (s) C P   G (s) 1  G  (s)G  (s) Y (s )  D C P Loại trừ nhiễu : (5.22)   D(s) 1  G C (s) G P (s)  G  (s) P Từ phương trình (5.21) và phương trình (5.22) làm cơ sở cho phương pháp tổng hợp bộ điều khiển tương quan cho hệ thống có sơ đồ cấu trúc điều khiển theo mô hình nôi IMC. 5.3.3. Tổng hợp bộ điều khiển tương quan theo phương pháp IMC (Deriving Controller Tuning Correlations the IMC Method) Gồm 3 bước cơ b ản để tìm ra bộ điều khiển tương quan cho cấu trúc điều khiển theo mô hình nội. Hai bước đầu nêu chi tiết việc thành lập mô hình IMC. Bước thứ 3 liên hệ IMC với một hàm truyền điều khiển phản hồi truyền thống. * Bước1: Từ phương trình (5.21), ta thấy để loại trừ được nhiễu thì khi tính bộ điều khiển Gc*(s) ta phải http://www.ebook.edu.vn 108
nghịch đảo Gp*(s). Nếu tử số của mô hình quá trình có chứa nghiệm có phần thực d ương thì bộ điều khiển sẽ không ổn định. Để tránh tạo ra bộ điều khiển không ổn định ta chia mô hình quá trình ra thành tích của 2 thành phần Gp*(s)= Gp+*(s). Gp-*(s) trong đó Gp+*(s) là phần không thể nghịch đảo được (tức là nghiệm của tử số có phần thực d ương). Mô hình quá trình được chia thành: G  (s) = G   (s) G   (s) (5.23) P P P * Bước 2 : Đặt hàm truyền của bộ điều khiển 1 G  (s )  (5.24) F(s) C  G (s) P Trong đó F(s) là một bộ lọc thông cao (Low-pass filter) có hệ số khuyếch đại tương đương b ằng 1 . Để thiết lập bộ điều chỉnh tương quan, bộ lọc F(s) có dạng như (5.25): 1 (5.25) F(s)  (Cs  1) Như đã nói trong phần 5.2.1 , hằng số thời gian mạch vòng kín C cho biết tốc độ phản hồi của một quá trình khi giá trị điểm đặt thay đổi. Một phép thử thông dụng để đạt được độ quá điều chỉnh của đáp ứng từ 10% đ ến 15 % khi hằng số thời gian C > 0,1 hoặc >0,8θP Đáp ứng không có quá điều chỉnh khi hằng số thời gian C > 0,5 P ho ặc > 4 θP. * Bước 3 : So sánh mô hình hàm truyền IMC với hàm truyền của hệ thống kín kinh điển. Ta coi hàm truyền có phản hồi tạo thành hệ kín kinh điển là: G P (s )G C (s ) G D (s) Y (s )  YSP  D( s ) 1  G P (s )G C (s ) 1  G P (s)G C (s) Chúng ta đ ặt dạng hàm truyền “Set Pointing Traking” như sau: G P (s)G  (s) Y(s) Y (s ) G P (s)G C (s) C  Dạng kinh điển:  IMC:   YSP (s) 1  G  (s) G P (s)  G  (s) YSP 1  G P (s)G C (s) C P Cân b ằng hai phương trình:    G P (s)G  (s)1  G P (s)G C (s)  G P (s)G C (s) 1  G P (s)  G  (s) G  (s) C P C G  (s)  G  (s)G P (s)G C (s)  G C (s)  G  (s)G p (s)G C (s)  G  (s)G  (s)G C (s) C C C C P Rút gọn ta được: G  (s ) C (5.26) G C (s)  1  G C (s)G  (s)  P Ta có thể dùng phương trình (5.26 ) để thiết lập bộ điều khiển phản hồi kinh điển suy luận từ cấu trúc IMC. Điều này cho phép chúng ta xác định giới hạn điều chỉnh của các thông số KP; I và D. http://www.ebook.edu.vn 109
5.3.4. Một số ví dụ Ví dụ: Thành lập bộ điều khiển PI điều khiển tương quan sử dụng phương pháp IMC (Derive the PI Controller Tuning Correlations using the IMC method) Giả sử mô hình qúa trình với dạng FOPDT như sau: K P e   PS G  (s)  P  Ps  1 Thay e  PS  1   Ps vào phương trình mô hình quá trình ta có : K P (1   P s) G  (5.27) P  Ps  1 Phân chia G (s) thành những thành phần chuyển đổi được và thành phần không chuyển đổi đ ược: P G   G   (s)G   (s) P P P trong đó : G   (s)  (1   P s) P KP G   (s)  (5.28) P  Ps  1 Ta có thể diễn giải, G  (s ) mô hình của bộ điều khiển IMC bằng mô hình chuyển đổi cộng thêm bộ lọc C F(s): 1 G  (s )  (5.29) F(s) C  G (s) P Trong đó bộ lọc IMC có dạng: 1 (5.30) F(s)   Cs  1 Thế phương trình (5.28 ) và (5.30) vào phương trình (5.29) có được bộ điều khiển:   s  1  1   Ps  1 G  (s )   P  K   s  1   K (  s  1) (5.31)   C   C  P P C Chúng ta suy lu ận từ mô hình bộ điều khiển IMC với mô hình bộ điều khiển trong hệ kín kinh điển theo (5.26 ): G  (s) C G C (s )  1  G  (s)G  (s) C P Thế phương trình (5.28 ) và (5.31) vào phưong trình (5.26) và tiến hành đơn giản hoá: P s  1 K P ( Ps  1) G C (s )   K (1  P s)  P s  1  1  P   s  1  K ( s  1      P C  P http://www.ebook.edu.vn 110
P s  1 K P (C s  1) =  K (1  P s)  1  P  K ( s  1)  PC   Ps  1 K P (Cs  1) =  Cs  1  1   P s C s  1  Ps  1 = K Ps(  C   P ) Ps 1  = K Ps(  C   P ) K P s(  C   P )  1 P G C (s )  1  (5.32)  K P ( C   P )   P s  So sánh phương trình (5.31) với mô hình phản hồi cho bộ điều khiển PI:  1 (5.33) G C (s) PI  K C 1    I s  Chúng ta xác đ ịnh đ ược thông số của bộ điều khiển: P I = P KC  và (5.34) K P (C  P ) 5.4. Điều khiển nối tầng (CASCADE CONTROL) 5.4.1. Khả năng loại bỏ nhiễu của cấu trúc Cascade (Architectures Improved Disturbance Rejection) Trong công nghiệp , k ỹ thuật điều khiển quá trình được ứng dụng để điều khiển các công đ oạn của quá trình tạo thành sản phẩm công nghiệp. Các sản sản phẩm được tạo ra hầu hết dựa trên các phản ứng hoá học trong môi trường hợp chất d ưới dạng lỏng. Các công đoạn cần thiết phải điều chỉnh đồng thời các tham số như áp su ất, nhiệt độ, nồng độ... Trong từng giai đoạn tạo thành sản phẩm thường chọn biến quá trình chính quyết định tới chất lượng sản phẩm để điều chỉnh. Biến quá trình chính thường bị ảnh hưởng bởi các biến quá trình phụ. Trong các biến quá trình phụ có thể được coi là nhiễu. Để phân đoạn các cho quá trình sản xuất thường dùng cấu trúc điều khiển Cascade nhằm loại trừ các nhiễu ảnh hưởng lên quá trình chính. Cấu trúc này là d ạng hệ thống điều khiển có khả năng loại bỏ nhiễu 5.4.2. Cấu trúc điều khiển nối tầng (The Cascade Architecture) Sơ đồ cấu trúc tổng quát điều khiển quá trình cho hệ thống theo nguyên tắc Cascade được biểu diễn trên hình 5.6. http://www.ebook.edu.vn 111
Hình 5.6. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển Cascade Mục đích của cấu trúc điều khiển này là loại trừ tác động của nhiễu lên quá trình. Trong sơ đ ồ cấu trúc ta thấy có 2 nhiễu là Distubance variable I (DVI) và Distubance variable II (DVII). Trong đó nhiễu thứ nhất DVI ảnh hưởng đến biến quá trình chính (Primary process), nhiễu thứ hai DVII ta không xét đến vì cấu trúc này không lo ại trừ đ ược ảnh hưởng của nhiễu này. Vì loại nhiễu này thường xuất hiện trong công đoạn cuối cùng của quá trình. Cấu trúc phân tầng yêu cầu phải biết biến quá trình phụ (secondary process variable). Biến quá trình phụ này phải thoả mãn các yêu cầu sau :  Nó có thể đo được bằng sensor  Phần tử điều khiển cuối cùng (Final control element – ví dụ : Valve...) được sử dụng để điều khiển quá trình chính (Primary variable) cũng phải điều khiển biến quá trình phụ.  Nhiễu ảnh hưởng đến biến quá trình chính cũng phải ảnh hưởng đến biến quá trình phụ.  Biến quá trình phụ phải nằm trong biến quá trình cơ sở trong cấu trúc điều khiển. Vòng phụ là 1 cấu trúc phản hồi truyền thống. Cấu trúc phân tầng có thể giải quyết nhiều nhiễu miễn là mỗi nhiễu tác động đến biến quá trình phụ trước khi ảnh hưởng đến biến quá trình chính. 5.4.3. Ví dụ minh hoạ (An Illustrative Example) 1. Điều khiển quá trình trong bồn chứa bằng van cấp nhanh (The Flash Drum Process) Để hiểu rõ hơn về phương pháp thiết kế và sử dụng điều khiển nối tầng trong điều khiển q uá trình (Cascade control), chúng ta khảo sát quá trình xẩy ra trong bồn chứa được cấp lỏng bằng van cấp nhanh (Flash Drum Process), với sơ đồ công nghệ mô tả trong hình 5.7. Quá trình này có nhiều tình huống tại trạm điều khiển, thể hiện của nó khá trực q uan và hữu ích cho việc khảo sát định tính về những khái niệm quan trọng trong kỹ thuật điều khiển Cascade. http://www.ebook.edu.vn 112
Trong sơ đồ cấu trúc hệ thống hình 5.7, dòng chảy vào van flash là chất lỏng nóng có áp suất và nhiệt độ cao. Van flash tạo ra sự suy giảm lớn và đột ngột về áp suất khi chất lỏ ng này chảy về hướng flash drum, khi đó số lượng nước nóng bốc hơi là đáng kể. Dẫn đến kết quả là có hơi chất lỏng ở nữa phía trên của bồn chứa. Trên hình 3.16 chỉ ra luồng hơi ở phía trên flash drum, trong khi dòng chất lỏng ở phía dưới. Điều kiện cần thiết mà hệ thống điều khiển phải đảm bảo là mức chất lỏng không tụt quá sâu đến nỗi hơi b ị đẩy vào ống nước hay lên quá cao đ ể nước đẩy vào ố ng hơi. Trên hình vẽ chúng ta thấy đ ược ống nước (Liquid Drain) ở p hía d ưới và ố ng hơi (pressure down stream) ở p hía trên của bồn chứa. Hình 5.7. Điều khiển mức cho bồn chứa bằng vòng lặp đơn. Với loại hệ thống này, mục đích thiết kế điều khiển để kiểm tra mức chất lỏng trong bồn chứa. Tốc độ chảy của chất lỏng của ống thoát phía đáy bồn được chọn là biến điều chỉnh. Nếu mức chất lỏng quá cao bộ điều chỉnh sẽ tăng tốc độ dòng chảy. Nếu quá thấp thì giảm tốc độ dòng chảy. Nhiễu trong ví dụ này là áp lực trong không gian thoáng của bồn (trong Vapor Phase), như được chỉ ra trong hình 5.7, áp lực phía trên thay đ ổi do hoạt động của một vài dòng chảy xuống không xác định được là nhiễu của quá trình. 2. Một số vấn đề đối với vòng lặp đơn trong điều khiển Cascade (Problems with Single Loop Control) Bộ điều khiển LC (liquit controler) cho hình 5 .7 nhằm đạt được mục tiêu thiết kế bằng điều chỉnh vị trí van trong ống chất lỏng. Nếu mức chất lỏng đo được cao hơn điểm đặt, thì bộ điều khiển cho tín hiệu để van mở với lượng % t hích hợp với kỳ vọng sẽ làm tăng vận tốc chảy tương ứng. Như vậy, tốc độ chảy là hàm số của nhiều biến số, bao gồm: - Vị trí van Độ cao chất lỏng - Áp su ất hơi đ ẩy nước xuống (Là một loại nhiễu ) - Giả sử tại một thời điểm áp suất của Vapor phase là không đ ổi theo thời gian (tốc độ của dòng chảy chất lỏng và và các biến khác không đổi) khi van mở và đóng, vận tốc dòng chảy tăng và giảm theo xu hướng dự đoán đ ược. Vì thế cấu trúc của vòng lặp đơn trong hình 5 .7, được thiết lập để kiểm soát mực http://www.ebook.edu.vn 113
nước có hiệu quả. Tuy nhiên như hình 5.7 chỉ ra, áp su ất của Vapor phase đ ược kiểm soát bởi một bộ phận ở phía dưới là đường ống của bể chứa thay vì không đổi, áp lực của Vapor phase thay đổi theo thời gian và đây lại là một nhiễu nữa của quá trình điều chỉnh mức nước. Giả sử áp suất của Vapor phase bắt đầu giảm. Nhiễu này làm áp suất trên mặt chất lỏng giảm. Nếu vị trí van không đổi, thì tốc độ chảy trong ống tương ứng sẽ giảm. Nếu sự giảm áp suất đủ nhanh, bộ điều khiển trong thực tế có thể mở van nhưng tốc độ chảy vẫn tiếp tục giảm. Ngược lại, Nếu áp suất bắt đầu tăng bộ điều khiển sẽ đóng van nhưng vận tốc chảy vẫn tăng. Nhiễu áp suất thay đổi đ ưa đến kết quả mâu thuẫn mà có thể phá hỏng chiến lược điều khiển và dẫn đến kiểm soát điều khiển kém. Những vấn đề b àn lu ận đ ã chỉ ra, không phải là vị trí van mà là tốc độ chảy trong ống phải đ ược điều chỉnh. 3. Giải pháp Cascade Control Bước đầu trong thiết kế Cascade là đ ể đảm bảo rằng mục đích kiểm soát của hệ điều khiển là loại bỏ nhiễu. Sơ đồ cho thấy bộ điều khiển không cần điểm đặt. Trên thực tế, đ iểm đặt sẽ cố định ở mức giữa của bể chứa trong quá trình vận hành bình thường. Mục đích là đ ể duy trì mức chất lỏng tại điểm đặt trong khi lo ại bỏ nhiễu áp suất thay đổi ở phía trên b ể chứa. Hình 5.8. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển Cascade điều khiển mức bằng cách điều khiển d òng chảy. Để hoàn chỉnh cho hệ thống điều khiển Cascade, phải tiến hành xác đ ịnh biến phụ. Mức chất lỏng là biến số chính và kiểm soát nó là mục tiêu thiết kế trung tâm trong chiến lược điều khiển. Để có biến phụ, ta giả định là tốc độ dòng chảy trong ống. Để phù hợp với những tiêu chu ẩn cho thiết kế điều khiển Cascade điều kiện đ ược chọn là: Tốc độ chảy trong ống được đ iều khiển bằng một cảm biến. - Cùng một van đ ược dùng đ ể đo mức chất lỏng (biến chính) và tốc độ chảy. - Sự thay đổi áp suất b ên trong làm ảnh hưởng đến việc kiểm soát mức chất lỏng cũng sẽ - http://www.ebook.edu.vn 114
ảnh hưởng đến tốc độ chảy. Tốc độ chảy được bao hàm trong mức chất lỏng mà nó sẽ phản hồi trước khi mức chất - lỏng thay đổi hay van thay đổi vị trí hoặc áp suất thay đổi. Trên sơ đồ hình 5.7, chỉ đề xuất một cấu trúc điều khiển Cascade với hai bộ điều khiển (kiểm soát mức chất lỏng và tốc độ chảy), 2 cảm biến (đo mức chất lỏng và tốc độ chảy) và một biến phụ kiểm soát cuối (1 van trong ố ng). Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển Cascade trên hình 5.8 chỉ ra hệ thống điều khiển Cascad e phù hợp với hệ thống công nghệ trên hình 5.7 . Kiểm soát mức chất lỏng là mục tiêu chính được thực hiện bằng vòng lặp chính hay vòng lặp ngoài. Đầu ra của bộ điều khiển chính là điểm đặt của bộ điều khiển phụ để kiểm soát tốc độ chảy bằng cách điều chỉnh vị trí van. Việc kiểm soát động lực học của dòng chảy nhanh hơn nhiều kiểm soát mực nước. Vì vậy cấu hình này phù hợp với tiêu chu ẩn thiết kế đã nêu trên, trong đó thời gian vòng lặp phụ nhanh hơn thời gian vòng lặp chính. Với cấu trúc Cascade này, nếu mức chất lỏng quá cao , bộ điều khiển làm tốc độ chảy nhanh hơn tức là mở van rộng hơn như trong tổng hợp vòng lặp đơn. Bộ điều khiển dòng chảy đó sẽ quyết định sẽ mở hay đóng van và mở/đóng bao nhiêu. Vì vậy áp suất trong Vapor phase được bộ điều khiển định vị nhanh chóng và điều này cải thiện đáng kể hoạt động lo ại nhiễu của vòng lặp kiểm soát chính. 4. Điều chỉnh thiết bị Cascade (Tuning a Cascade Implementation) Điều khiển vòng lặp Cascade đòi hỏi các kỹ năng sau : 1. Bắt đầu cả hai bộ điều khiển sơ cấp và bộ điều khiển thứ cấp điều khiển bằng tay. 2. Chọn bộ điều khiển P cho vòng lặp trong 3. Điều chỉnh bộ điều khiển P thứ cấp sử dụng giá trị điểm đặt chuẩn (nhiệm vụ chính của nó là p hản hồi lại lệnh đ iểm đặt từ bộ điều khiển sơ cấp). Kiểm tra nó đ ể chắc chắn thực hiện từ đ iểm đặt. 4. Để bộ điều khiển thứ cấp tự động, nó trở thành một phần của quá trình chính. Chọn một bộ đ iều khiển với hoạt động kết hợp cho mạch vòng sơ cấp (PI ho ặc PID). Sử dụng tiêu chuẩn thiết kế lọc bỏ nhiễu như là một công việc chính của bộ điều khiển sơ cấp. 5. Điều chỉnh bộ điều khiển sơ cấp sử dụng phương pháp sẽ được lựa chọn ở phần sau và kiểm tra phương pháp đó sao cho phù hợp và có kết quả chấp nhận đ ược. 6. Với cả hai bộ điều chỉnh hoạt động tự động, việc điều chỉnh Cascade đã hoàn thành. 5.4.4. Khảo sát quá trình phản ứng nhiệt trong lò có vỏ bọc (Exploring The Jacketed Reactor Process) 1. Quá trình phản ứng trong lò có vỏ bọc Mô hình lò phản ứ ng jacketed trên hình 5.9, đ iều khiển cascade vòng lặp phản hồi đơn, lò phản ứng là b ồn (két) chất lỏng chuyển động nhẹ đ ược khuấy trộn có quá trình toả nhiệt. Trong thời gian tạo http://www.ebook.edu.vn 115
phản ứng cần giữ nhiệt độ không đổi vì thế sự chuyển đổi thành phần của hỗn hợp đ ược cấp (reactant feed) đối với sản phẩm mong muốn có thể bị ảnh hưởng do nhiệt độ của ống tho át ra từ lò phản ứng. Để kiểm soát nhiệt độ thoát ra trong ống thoát (biến số chính), bồn chứa đ ược b ao bọc một jacket mà chất lỏng làm mát chảy qua. Bộ điều khiển điều chỉnh một van để thay đổi tốc độ chảy của chất lỏng làm lạnh. Nếu nhiệt độ trong ống quá cao, bộ điều khiển mở van. Điều này làm tăng tốc độ chảy nước làm lạnh, để làm nguội lò phản ứng và giảm quá trình to ả nhiệt. Cuối cùng, nhiệt độ đo được của dòng chảy thoát ra từ lò phản ứng hoạt động sẽ gián tiếp kiểm tra được nhiệt độ trong lò phản ứng. Như trên hình 5.9, biến nhiễu của quá trình là chất làm lạnh chảy vào jacket. Vấn đề cần nghiên cứu ở đây với mục đích kiểm soát là duy trì nhiệt độ ống thoát của lò phản ứng tại điểm đặt bằng cách loại bỏ nhiễu gây ra do thay đổi nhiệt độ đầu vào jacket. Quá trình loại nhiễu của vòng lặp đơn với bộ điều khiển PI sẽ được so sánh với cấu trúc điều khiển Cascade P-Only d ạng PI. Hình 5 .9. Sơ đồ mô tả công nghệ thiết kế điều khiển lò phản ứng Đối với tất cả vòng lặp đ ơn cho kiểm soát Cascade, mức độ ho ạt động thiết kế là nhiệt độ lò phản ứng đo ở ống xả lò phản ứng ở nhiệt độ 860C (gần bằng 860C), 46 0C thường là nhiệt độ thiết kế đầu vào jacket của chất lỏng làm ngu ội, nhưng đôi lúc nó có thể tụt xuống 40 0C. Trong nghiên cứu về vòng lặp hở chỉ ra 50% ở đ ầu ra bộ điều chỉnh làm cho lò phản ứng ổn định ở nhiệt độ 86 0C khi nhiệt độ đầu vào của jackét theo thiết kế hay là 46 0C. Vì thế điều khiển lò phản ứng nhất thiết phải được xây dựng là hệ thống kín. http://www.ebook.edu.vn 116
2. Vòng lặp đơn loại bỏ nhiễu trong lò phản ứng jacket Điều khiển bằng vòng lặp đ ơn với bộ đ iều khiển PI như trong hình 5.9, tuân theo tuần tự thiết kế như thường lệ. Chúng ta cho nhảy bậc (perturb) đầu ra bộ điều khiển, ghi lại dữ liệu khi quá trình có phản hồi, khớp số liệu với mô hình qúa trình có d ạng FOPDT (first order p lus d ead time) và dùng giới hạn đo mô hình trong đ iều chỉnh tương quan đ ể xác định giá trị điều chỉnh ban đầu. Kết quả thu được trên hình 5.10, chúng ta dùng hai đầu ra của bộ điều khiển để đo dữ liệu của biến số cả trên và dưới mức độ hoạt động theo thiết kế. Vì thế việc kiểm tra quá trình động sẽ đưa ra một bảng dữ liệu hữu ích, ở đ ây đầu ra của bộ điều khiển theo thiết kế có giá trị 50 % tăng lên 53 % sau đó giảm xuống 47% và cuối cùng trở về giá trị 50%. Nhiệt độ ống thoát của lò phản ứng phản hồi chính xác sau mỗi giá trị đặt của bộ điều khiển. Hình 5 .10. Kết quả điều khiển bằng mô phỏng lò phản ứng với mạch vòng đơn cho mô hình quá trình có d ạng FOPDT Với FOPDT khớp với dữ liệu động học của quá trình được tính toán bởi phần mềm thiết kế bằng mô phỏng biểu diễn trên hình 5.10. Mô hình khá hợp lý dựa trên cơ sở quan sát bằng mắt, vì thế đ ưa ra những giá trị cho thiết kế: KP = - 0.360C% Hệ số khuyếch đại quá trình Hằng số thời gian P = 1.6 min Thời gian chết P = 0.88 min Để ứng dụng mối tương quan IMC, đầu tiên phải tính toán hằng số thời gian cho vòng lặp, ở đây ta chọn theo chu ẩn điều chỉnh: C > 0.1P ho ặc 0 .8 P. Như vậy C > 0,1.1,6 hoặc 0,8.0,88 = 0,70 min. Thay thế giá trị đó vào giới hạn đo của dạng mô hình quá trình FOPDT trên vào điều chỉnh tương quan ở hình 5.9 được giá trị: Hệ số khuyếch đại của bộ điều chỉnh KC = -2.8%0C Hằng số thời gian: I = 1 .6 min. Sau khi đã chọn được bộ điều khiển cho hệ thống điều khiển Cascade tiến hành kiểm tra khả năng http://www.ebook.edu.vn 117
lo ại bỏ nhiễu của hệ thống. Trong đặc tính ở hình 5.11, nhiệt độ ống thoát ra của lò phản ứng lúc đầu ổn định tại giá trị đặt 86 0C, nhiễu nhiệt đ ộ chất lỏng trong ống làm lạnh thay đổ từ nhiệt độ thiết kế 460C giảm xuống 40 0C sau đó trở lại nhiệt độ 46 0C, dùng để kiểm tra bộ điều khiển duy trì nhiệt độ ống thoát theo thiết kế 860C, với sai lệch khoảng 2.50C trong suốt quá trình thể hiện trên hình 3 .21. Hình 5.11. Kết quả loại bỏ nhiễu trong cấu trúc điều khiển Cascade cho lò phản ứng bộ điều khiển dạng PI. 3. Cascade loại bỏ nhiễu trong lò phản ứng jacket Mô tả quá trình động của mạch hở điều khiển Cascade của lò phản ứng jacket tương tự mạch kín vòng lặp đơn. Sơ đồ biểu diễn quá trình thể hiện trên hình 5.12. Hình 5.12. Cấu trúc điều khiển Cascade cho lò phản ứng loại bỏ nhiễu http://www.ebook.edu.vn 118