1
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT – HUNG
Đ CƯƠNG BÀI GIẢNG
(ĐIU KHIỂN QUÁ TRÌNH)
H đo to: Đi học, cao đẳng
Ngnh: Công ngh KT đin, đin tử
Chuyên ngnh: Tự động hóa
Ging viên biên son: Ths.Nguyễn Thị Bình
Hà Nội, năm 2018
2
I. THÔNG TIN V HỌC PHN- GIẢNG VIÊN
1. Thông tin học phn
- M hc phn:
- Tên hc phn: Điều khiển quá trình
- S tn ch: 2
- Tổng s giờ tự hc: 60
- Hc phn tiên quyt: Đã học môn: Lý thuyết điều khiển tự động 1,2
- Mc tiêu hc phn:
+ Về kiến thức: Cung cấp cho sinh viên những khái niệm và kin thức cơ sở
phc v việc tìm hiểu, phân tích yêu cu điều khiển của các quá trình công nghệ;
Đặt bài toán điều khiển cho từng yêu cu c thể; Thit k sách lược điều khiển phù
hợp với yêu cu và với mô hình quá trình; Chn lựa giải pháp thit bị đo, thit bị
chấp hành và thit bị điều khiển. Tạo cơ sở và động lực cho các môn hc: Điều
khiển logic, PLC.
+ Về kỹ năng: Sau khi hc xong môn hc này sinh viên có thể phân tch được
yêu cu điều khiển của các quá trình công nghệ; Đặt được bài toán điều khiển cho
từng yêu cu c thể; Thit k được sách lược điều khiển phù hợp với yêu cu và với
mô hình quá trình; Lựa chn được giải pháp thit bị đo, thit bị chấp hành và thit
bị điều khiển.
+ Về thái độ: Kiên trì, cẩn thận, nghiêm túc trong hc tập.
2. Thông tin ging viên:
H tên: Nguyễn Thị Bình
Đơn vị: Khoa Điện, Điện tử
Hc vị: Thạc sỹ
S ĐT: 0982820418
Email: nguyenthibinh@hotmail.com
3
MỤC LỤC
CHƯƠNG I : MỞ ĐU ........................................................................................... 6
1.1. Các khái niệm cơ bản ....................................................................................... 6
1.1.1. Quá trình và các bin quá trình .................................................................. 6
1.1.2. Phân loại quá trình ..................................................................................... 9
1.1.3. Các bài toán trong điều khiển quá trình ................................................... 10
1.1.4. Các vấn đề đặc thù của điều khiển quá trình ........................................... 11
1.2. Mc đch điều khiển ....................................................................................... 12
1.3. Chức năng điều khiển ..................................................................................... 13
1.4. Cấu trúc cơ bản của một HTĐKQT ............................................................... 15
CHƯƠNG II: MÔ TẢ HỆ THỐNG ..................................................................... 18
2.1. Mô tả chức năng: Lưu đồ P & ID .................................................................. 18
2.1.1. Các tài liệu mô tả quá trình ...................................................................... 18
2.1.2. Lưu đồ P & ID ......................................................................................... 19
2.2. Mô hình quá trình ........................................................................................... 22
2.2.1. Giới thiệu chung....................................................................................... 22
2.2.2. Mô hình hóa lý thuyt .............................................................................. 34
2.2.3. Nhận dạng quá trình ................................................................................. 50
CHƯƠNG III: CÁC SÁCH LƯỢC ĐIU KHIỂN............................................. 57
3.1. Khái niệm ....................................................................................................... 57
3.2. Sách lược điều khiển truyền thẳng ................................................................. 57
3.2.1. Ví d điều khiển thit bị gia nhiệt hơi nước ............................................ 57
3.1.2. Cấu trúc cơ bản và bộ điều khiển lý tưởng .............................................. 59
3.1.3. Các tính chất của điều khiển truyền thẳng ............................................... 61
3.1.4. Ứng dng của điều khiển truyền thẳng .................................................... 66
3.2. Sách lược phản hồi ......................................................................................... 67
3.2.1. Ví d thit bị điều khiển thit bị gia nhiệt hơi nước ................................ 67
3.2.2. Cấu trúc cơ bản ........................................................................................ 68
3.2.3.Vai trò của điều khiển phản hồi ................................................................ 70
3.2.4. Các vấn đề của điều khiển phản hồi ........................................................ 73
3.2.5. Điều khiển phản hồi kt hợp truyền thẳng ............................................... 74
3.4. Sách lược điều khiển t lệ ............................................................................... 75
4
3.4.1. Ví d điều khiển thit bị khuấy trộn liên tc ........................................... 75
3.4.2. Ví d điều khiển thit bị gia nhiệt hơi nước ............................................ 76
3.4.3. Hai cấu hình điều khiển t lệ .................................................................... 77
3.4.4. Điều khiển t lệ kt hợp với điều khiển phản hồi ..................................... 79
3.5. Điều khiển tng .............................................................................................. 80
3.5.1. Ví d điều khiển thit bị gia nhiệt hơi nước ............................................ 81
3.5.2. Hai cấu trúc điều khiển tng .................................................................... 82
3.5.3. Ứng dng của điều khiển tng ................................................................. 83
3.6. Điều khiển lựa chn ....................................................................................... 85
3.6.1. Điều khiển lấn át ...................................................................................... 85
3.6.2. Điều khiển giới hạn .................................................................................. 87
3.7. Điều khiển phân vùng .................................................................................... 88
CHƯƠNG IV: ĐẶC TÍNH CÁC THÀNH PHN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG
.................................................................................................................................. 90
4.1. Thit bị đo quá trình ....................................................................................... 90
4.1.1. Cấu trúc cơ bản ........................................................................................ 90
4.1.2. Đặc tính vận hành .................................................................................... 91
4.1.3. Đặc tnh tĩnh ............................................................................................. 93
4.1.4. Đặc tnh động hc .................................................................................... 97
4.1.5. Các loại cảm bin quá trình tiêu biểu .................................................... 100
4.2. Thit bị chấp hành và van điều khiển .......................................................... 104
4.2.1. Cấu trúc cơ bản của van điều khiển ....................................................... 104
4.2.2. Kiểu tác động của Van ........................................................................... 105
4.2.3. Đặc tính dòng chảy ................................................................................ 107
4.2.4. Đặc tnh động hc .................................................................................. 110
4.2.5. Bộ định vị van ........................................................................................ 111
4.3. Thit bị điều khiển ....................................................................................... 112
4.3.1.Điều khiển hai vị trí ................................................................................ 112
4.3.2. Bộ điều khiển PID lý tưởng ................................................................... 113
CHƯƠNG V: PHÂN TÍCH HỆ ĐIU KHIỂN PHẢN HỒI ........................... 116
5.1. Cấu hình chuẩn của hệ điều khiển phản hồi ................................................ 116
5.2. Chuẩn hóa mô hình ...................................................................................... 118
5
5.3. Phát biểu bài toán chuẩn .............................................................................. 121
5.4. Đánh giá chất lượng trên miền thời gian...................................................... 124
5.5. Đánh giá chất lượng trên miền tn s .......................................................... 127
CHƯƠNG VI: CHỈNH ĐỊNH BỘ ĐIU KHIỂN PID ..................................... 136
6.1. Những vấn đề cơ bản ................................................................................... 136
6.1.1. Các phương pháp tip cận ...................................................................... 136
6.1.2. Các mô hình quá trình thông dng ........................................................ 137
6.1.3. Các cấu hình điều khiển và bộ điều khiển ............................................. 138
6.1.4. Đặc tnh vòng điều khiển sử dng bộ PID ............................................. 140
6.1.5. Lựa chn luật điều khiển........................................................................ 145
6.2. Các phương pháp dựa trên đặc tnh đáp ứng ............................................... 148
6.2.1. Phương pháp dựa trên đáp ứng bậc thang.............................................. 148
6.2.2. Phương pháp dựa trên đặc tnh dao động tới hạn .................................. 150
6.3. Các phương pháp mô hình mẫu ................................................................... 151
6.3.1. Phương pháp Haalman ........................................................................... 151
6.3.2. Phương pháp tổng hợp trực tip ............................................................ 152
6.3.3. Phương pháp IMC .................................................................................. 154
CHƯƠNG VII: THIẾT KẾ CẤU TRÚC ĐIU KHIỂN QUÁ TRÌNH ......... 161
ĐA BIẾN ................................................................................................................ 161
7.1. Vấn đề thit k cấu trúc điều khiển quá trình đa bin .................................. 161
7.2. Lựa chn các bin quá trình ......................................................................... 165
7.3. Sách lược điều khiển cho hệ đa bin ............................................................ 169