Khắc phục hiện tượng quá điều chỉnh áp suất hơi trong điều khiển ổn định độ ẩm của giấy sử dụng feedback kết hợp feedforward

Nguyễn Văn Chí và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 135(05): 213 - 218<br /> <br /> KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT HƠI<br /> TRONG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA GIẤY<br /> SỬ DỤNG FEEDBACK KẾT HỢP FEEDFORWARD<br /> Nguyễn Văn Chí, Bùi Mạnh Cường<br /> Trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Trong quá trình sản suất giấy, điều khiển ổn định độ ẩm đóng một vai trò quan trọng đối với chất<br /> lượng của giấy. Độ ẩm của giấy được điều khiển gián tiếp thông qua mạch vòng điều chỉnh áp suất<br /> của hơi mang nhiệt đi vào trong lô sấy bằng cách thay đổi độ mở của van. Mạch vòng điều khiển<br /> này được thực hiện bằng bộ điều khiển PID, trong thực tế cho thấy đáp ứng áp suất trong lô sấy<br /> luôn sảy ra hiện tượng quá điều chỉnh, do vậy dẫn đến hiện tượng độ ẩm của giấy không được ổn<br /> định. Bài báo này đưa ra một giải pháp khắc phục hiện tượng quá điều chỉnh áp suất mà vẫn giữ<br /> nguyên bộ điều khiển feedback PID đã có của hệ bằng cách bổ xung thêm vào hai khâu<br /> feedforward dựa trên việc biểu diễn lại mô hình áp suất trong lô sấy với đầu vào là độ mở van có<br /> dạng là một hệ gồm một khâu tích phân, một điểm không, một điểm cực và một khâu trễ. Cách<br /> biểu diễn này mô tả đúng hơn động học áp suất trong lô sấy trong đó sự ảnh hưởng của động học<br /> điểm không sẽ làm cho hệ kín có độ quá điều chỉnh. Hai khâu feedforward có vai trò biến hệ kín<br /> trở thành một hệ quán tính bậc nhất có trễ, do đó áp suất đầu ra sẽ không còn hiện tượng quá điều<br /> chỉnh, do vậy độ ẩm sẽ được điều khiển ổn định hơn.<br /> Từ khóa: Feedforward, PID, điều khiển ổn định độ ẩm, điều khiển áp suất<br /> <br /> ĐẶT VẤN ĐỀ*<br /> Trong công nghệ sản xuất giấy vấn đề ổn định<br /> độ ẩm đóng một vai trò rất quan trọng, độ ẩm<br /> quyết định đến chất lượng của giấy và mức độ<br /> tiêu hao năng lượng trong công nghệ sản xuất<br /> giấy. Khi độ ẩm được điều chỉnh ổn định thì<br /> chất lượng của giấy (ổn định định lượng) sẽ<br /> được nâng cao và qua đó tiết kiệm được đáng<br /> kể năng lượng cho công đoạn sấy giấy. Công<br /> nghệ sản xuất giấy là công nghệ ít thay đổi<br /> trong nhiều thập niên qua, trong đó giấy được<br /> sấy nhờ việc điều chỉnh lưu lượng hơi mang<br /> nhiệt đi vào các lô sấy, thông qua việc điều<br /> chỉnh áp suất hơi trong lô sấy sẽ làm giấy bốc<br /> hơi nước và qua đó điều chỉnh độ ẩm của<br /> giấy. Như vậy độ ẩm được điều chỉnh gián<br /> tiếp thông qua mạch vòng trong đó là mạch<br /> vòng điều chỉnh áp suất hơi trong lô sấy, mức<br /> độ chính xác khi điều chỉnh áp suất quyết<br /> định đến mức độ ổn định độ ẩm của giấy 0.<br /> Áp suất hơi được điều chỉnh thông qua độ mở<br /> van cấp hơi đưa vào lô sấy (độ mở van<br /> thường được tính bằng %). Một vấn đề trong<br /> *<br /> <br /> Tel: 0944 122388, Email: ngchi@tnut.edu.vn<br /> <br /> thực tế là hiện tượng áp suất hơi trong lô sấy<br /> thường bị quá điều chỉnh khi thay đổi lượng<br /> đặt áp suất từ hệ thống. Vấn đề này có nguyên<br /> nhân từ quá trình động học của hệ từ độ mở<br /> van đến áp suất trong lô sấy<br /> G (s ) = P (s ) / V (s ) , với P (s ),V (s ) lần lượt là<br /> áp suất trong lô sấy và độ mở van điều khiển<br /> lưu lượng hơi đưa vào lô sấy. Quá trình động<br /> học này phụ thuộc vào cấu trúc của lô sấy<br /> (kích thước, thể tích hơi và nước trong lô sấy,<br /> tỷ trọng của hơi quá nhiệt, kim loại chế tạo lô<br /> sấy) và động học của dòng hơi đưa vào lô sấy.<br /> Đây là một quá trình phức tạp phụ thuộc<br /> nhiều biến số. Để thiết kế điều khiển áp suất<br /> từ trước đến nay người ta thường dùng là bộ<br /> điều khiển PID. Khi thay đổi áp suất đặt trong<br /> lô sấy, hệ thống sẽ tính toán vị trí mở van như<br /> hình vẽ 1, áp suất sẽ được điều chỉnh đến giá<br /> trị mong muốn, nhưng khi điều chỉnh đến giá<br /> trị mong muốn, trong thực tế cho thấy luôn<br /> sảy ra hiện tượng quá điều chỉnh áp suất.<br /> Hiện tượng quá điều chỉnh này trong mạch<br /> vòng áp suất sẽ ảnh hưởng đến độ ẩm của<br /> giấy, có thể dẫn tới quá nhiệt và ảnh hưởng<br /> rất lớn đến chất lượng của giấy.<br /> 213<br /> <br /> Nitro PDF Software<br /> 100 Portable Document Lane<br /> Wonderland<br /> <br /> Nguyễn Văn Chí và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 135(05): 213 - 218<br /> <br /> æ<br /> ö<br /> ÷<br /> çç<br /> ÷<br /> T ds ÷<br /> çç<br /> 1<br /> ÷<br /> ÷<br /> C 1(s ) = kc ç1 +<br /> +<br /> çç T s<br /> ÷<br /> Td ÷<br /> i<br /> ÷<br /> çç<br /> 1+<br /> s÷<br /> è<br /> ø<br /> N ÷<br /> æ<br /> ö<br /> ÷<br /> çç<br /> ÷<br /> T ds ÷<br /> çç<br /> 1<br /> ÷<br /> ÷<br /> C 2 (s ) = kc çb +<br /> +<br /> çç<br /> ÷<br /> T ÷<br /> T is<br /> ÷<br /> çç<br /> 1+ d s÷<br /> è<br /> ø<br /> N ÷<br /> <br /> (27)<br /> các tham số được thêm vào là b , 0 < b £ 1 ,<br /> N được chọn từ 2 đến 20. Với cấu trúc như<br /> vậy việc điều khiển kháng nhiễu tải sẽ tách<br /> biệt với việc điều chỉnh bám theo đại lượng<br /> đặt. Qua đó các tham số của bộ điều khiển<br /> PID có thể được chọn lựa sao cho có khả<br /> năng kháng nhiễu tải tốt, sau đó chất lượng<br /> bám theo tín hiệu đặt được điều chỉnh bằng<br /> cách lựa chọn tham số b cho phù hợp 0. Vì<br /> <br /> Hình 1. Hiện tượng quá điều chỉnh<br /> trong mạch vòng điều khiển áp suất<br /> thông qua điều khiển vị trí mở van<br /> <br /> Ta sẽ đi xem xét nguyên nhân của hiện tượng<br /> này, trước hết ta thấy rằng động học của hệ<br /> đương nhiên sẽ có một khâu tích phân và<br /> thành phần trễ giả thiết như sau 0:<br /> G (s ) = P (s ) / V (s ) =<br /> <br /> G p (s ) ¹ 0,<br /> <br /> 1<br /> G (s )e - Ls<br /> s p<br /> <br /> (nhiễu ảnh hưởng tới áp suất trong lô sấy), ở<br /> đây có sự cân nhắc là ta có thể kháng nhiễu<br /> tải bằng bộ điều khiển có hệ số khuếch đại<br /> lớn, tuy nhiên lại sinh ra dao động đối với đáp<br /> ứng bước nhảy của tín hiệu đặt. Để giải quyết<br /> vấn đề này trong thực tế ta sử dụng bộ điều<br /> khiển PID hai bậc tự do, cấu trúc điều khiển<br /> mạch vòng áp suất trong lô sấy như hình vẽ 2,<br /> với Pr là áp suất đặt, P là áp suất thực trong lô<br /> sấy, uc là tín hiệu điều khiển, n là nhiễu tải.<br /> <br /> C2(s)<br /> C1(s)<br /> <br /> s® 0<br /> <br /> G P rE (s ) = 1 - G P rP (s )<br /> æ<br /> ö1<br /> 1<br /> ÷<br /> kc çççb +<br /> + Tds ÷<br /> G p (s )<br /> ÷<br /> ÷<br /> çè<br /> T is<br /> øs<br /> = 1æ<br /> ö1<br /> 1<br /> ÷<br /> 1 + kc ççç1 +<br /> + Tds ÷<br /> G p (s )<br /> ÷<br /> ÷<br /> çè T i s<br /> øs<br /> <br /> (<br /> )<br /> T s + k (T s + 1 + T T s )G<br /> k (bT s + 1 + T T s )G (s )<br /> T s + k (T s + 1 + T T s )G (s )<br /> =<br /> <br /> PID<br /> Pr<br /> <br /> lim sG p (s ) = 0<br /> <br /> (26) với G (s ) là một khâu động học trong hệ, L là thành phần trễ.<br /> (28)<br /> do đó hàm truyền của hệ từ áp suất đặt đến sai<br /> lệch áp suất trong trường hợp lý tưởng (N rất<br /> lớn).<br /> <br /> T i s 2 + kc T i s + 1 + T iT d s 2 G p (s )<br /> 2<br /> <br /> 2<br /> <br /> i<br /> <br /> c<br /> <br /> i<br /> <br /> i<br /> <br /> d<br /> <br /> p<br /> <br /> (s )<br /> <br /> 2<br /> <br /> u1<br /> <br /> n<br /> uc<br /> <br /> u2<br /> <br /> G(s)<br /> <br /> -1<br /> Hình 2. Mạch vòng điều khiển áp suất trong lô<br /> sấy sử dụng bộ điều khiển PID<br /> <br /> Bộ điều khiển PID thực hai bậc tự do gồm hai<br /> thành phần C 1(s ) và C 2 (s ) 0, với<br /> <br /> P<br /> <br /> c<br /> <br /> i<br /> <br /> i<br /> <br /> d<br /> <br /> p<br /> <br /> 2<br /> <br /> 2<br /> <br /> i<br /> <br /> c<br /> <br /> i<br /> <br /> i<br /> <br /> d<br /> <br /> p<br /> <br /> (29)<br /> trong đó G P r P (s ) là hàm truyền từ giá trị áp<br /> suất đặt tới áp suất trong lô sấy. Do đó, thành<br /> phần tích phân của sai lệch điều khiển của hệ<br /> khi t tiến đến vô cùng là:<br /> ¥<br /> <br /> 1<br /> <br /> ò e(t )dt = lim s s<br /> s® 0<br /> <br /> 2<br /> <br /> G P r E (s )<br /> <br /> 0<br /> <br /> = lim<br /> s® 0<br /> <br /> T i s + (1 - b )G g (s )kcT i<br /> 2<br /> <br /> (<br /> <br /> )<br /> <br /> T i s + kc T i s + 1 + T iT d s 2 G g (s )<br /> <br /> (30)<br /> <br /> = (1 - b )T i<br /> <br /> (31)<br /> Khi b = 1 , thành phần tích phân của sai lệch<br /> điều khiển bằng 0, như vậy đương nhiên là hệ<br /> 214<br /> <br /> Nitro PDF Software<br /> 100 Portable Document Lane<br /> Wonderland<br /> <br /> Nguyễn Văn Chí và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 135(05): 213 - 218<br /> <br /> thống có quá điều chỉnh. Khi 0 < b < 1 thì<br /> (1 - b )T i > 0 , hệ thống có quá điều chỉnh khi<br /> <br /> thì các tham số của mô hình (32) đối với mô<br /> hình lô sấy là:<br /> <br /> đa thức tử số có hằng số thời gian lớn hơn<br /> hằng số đa thức tương ứng của mẫu số 0. Do<br /> đó xảy ra độ quá điều chỉnh chính là do thành<br /> phần G p (s ) của hệ có ít nhất một điểm cực và<br /> <br /> Kp =<br /> <br /> ít nhất một điểm không, tiếp theo căn cứ vào<br /> đặc tính quá độ ta có thể biểu diễn bằng một<br /> hệ có một khâu tích phân, một điểm cực, một<br /> điểm không và một khâu trễ, trong đó hằng số<br /> thời gian của điểm không lớn hơn hằng số<br /> thời gian của điểm cực. Một cách tổng quát ta<br /> có thể biểu diễn mô hình này như Hình 3 với<br /> Kp đặc trưng cho hệ số khuếch đại quá trình<br /> từ độ mở van đến áp suất trong lô sấy, lưu<br /> lượng hơi được tích lũy trong lô sấy thông<br /> qua khâu tích lũy, động học của dòng hơi<br /> trong lô sấy phản ánh qua một khâu có một<br /> điểm không và một điểm cực và cuối cùng là<br /> một khâu trễ quá trình.<br /> G (s ) = K p<br /> <br /> 1 (1 + t 1s ) - Ls<br /> e , t1 > t2<br /> s (1 + t 2s )<br /> <br /> hs<br /> mC p,m<br /> <br /> t1 =<br /> <br /> mC p,m<br /> a sc Alosay<br /> <br /> dT s<br /> dp<br /> <br /> + V hs<br /> <br /> drs<br /> <br /> (Pa / kg),<br /> <br /> dp<br /> <br /> (s )<br /> mC p,m hsV<br /> <br /> drs<br /> <br /> dp<br /> (s )<br /> æ<br /> dT<br /> drs ö<br /> ÷<br /> ç<br /> s<br /> ÷<br /> a sc Alosay ççmC p,m<br /> + V hs<br /> ÷<br /> çè<br /> dp<br /> dp ÷<br /> ø<br /> <br /> t2 =<br /> <br /> (33)<br /> Trong trường hợp các tham số vật lý không<br /> đo được hoặc chưa biết ta có thể xác định mô<br /> hình (32)bằng xử lý thực nghiệm thông qua<br /> nhận dạng. Để nhận dạng các tham số t 1, t 2 ,<br /> và L của mô hình (32) ta dùng phương<br /> <br /> Kp<br /> <br /> pháp nhận dạng quá trình sử dụng đáp ứng<br /> bước nhảy. Hình vẽ sau mô tả đáp ứng bước<br /> nhảy để xác định các tham số.<br /> 4<br /> <br /> (32)<br /> <br /> K<br /> Hệ<br /> p số<br /> khuếch<br /> đại quá<br /> trình<br /> <br /> (1 + t s )<br /> (1 + t s )<br /> <br /> 1<br /> s<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> Động học<br /> dòng hơi<br /> trong lô sấy<br /> <br /> Tích lũy<br /> <br /> e - Ls<br /> Trễ<br /> quá<br /> trình<br /> <br /> Hình 3. Minh họa động học quá trình áp suất<br /> trong lô sấy<br /> <br /> MÔ HÌNH QUÁ TRÌNH ÁP SUẤT CỦA<br /> LÔ SẤY<br /> Trong trường hợp các các tham số vật lý của<br /> mô hình lô sấy đã biết là:<br />  Thể tích của lô sấy: V (m3)<br />  Khối lượng của lô sấy: m (kg)<br />  Nhiệt dung riêng của kim loại vỏ lô<br /> sấy: C p,m<br /> <br /> <br /> Diện tích bền mặt lô sấy: Alosay (m2)<br /> <br /> <br /> <br /> Các đặc tính của hơi đưa vào lô sấy:<br /> <br /> 3<br /> Ap suat (kPa)<br /> <br /> %<br /> độ<br /> mở<br /> van<br /> <br /> Áp<br /> suất<br /> tron<br /> g lô<br /> sấy<br /> <br /> q2(t)<br /> <br /> (t0,y0)<br /> 2<br /> q1(t)<br /> 1<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 20<br /> <br /> 40<br /> <br /> 60<br /> 80<br /> time (s)<br /> <br /> 100<br /> <br /> 120<br /> <br /> 140<br /> <br /> Hình 4. Đáp ứng bước nhảy của mô hình (32)<br /> với k = 0.01, t = 220, t = 20, L = 20<br /> p<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> <br /> Trước hết ta kẻ hai đường tiếp tuyến tại t = 0,<br /> đường q1(t ) và đường tiếp tuyến tại t = ,<br /> đường q2 (t ) . Giả thiết rằng bước nhảy đầu<br /> vào có giá trị là u 0 , độ dốc của q1(t ) là k1 và<br /> của q2 (t ) là k2 . Hai đường q1(t ) và k1 gặp<br /> nhau tại điểm (t 0 , y 0 ) , ta có<br /> Kp =<br /> <br /> k2<br /> u0<br /> <br /> ,t1 =<br /> <br /> y0<br /> k2<br /> <br /> , t 2 = t0<br /> <br /> (34)<br /> <br /> hs , d r s / dp, dT s / dp<br /> <br /> <br /> <br /> Hệ số truyền nhiệt: a sc<br /> 215<br /> <br /> Nitro PDF Software<br /> 100 Portable Document Lane<br /> Wonderland<br /> <br /> Nguyễn Văn Chí và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Thời gian trễ L được xác định giống như các<br /> phương pháp xác định mô hình từ đáp ứng<br /> bước nhảy của khâu quán tính bậc nhất có trễ.<br /> <br /> Chọn F (s ) =<br /> <br /> T (s ) = G (s )- 1 F (s )<br /> =<br /> <br /> Để khắc phục hiện tượng quá điều chỉnh áp<br /> suất trong điều khiển ổn định độ ẩm của giấy,<br /> với mục đích giữ lại bộ điều khiển PID đã có<br /> của hệ thống, ta sử dụng thêm hai khâu<br /> Feedforward F(s) và T(s) theo cấu trúc như<br /> hình vẽ sau (kết hợp feedback và<br /> feedforward)Error! Reference source not<br /> found.:<br /> <br /> F<br /> <br /> Pr<br /> <br /> -<br /> <br /> uc1<br /> <br /> G(s)<br /> <br /> Hình 5. Cấu trúc điều khiển khiển kết hợp<br /> feedback và feedforward cho mạch vòng điều<br /> khiển áp suất<br /> <br /> Khi kết hợp thêm hai khâu feedforward, hàm<br /> truyền của hệ kín sẽ trở thành một khâu quán<br /> tính bậc nhất có trễ, do vậy sẽ không tồn tại<br /> độ quá điều chỉnh ở áp suất đầu ra.<br /> Đầu ra áp suất trong lô sấy của mô hình (32)<br /> với giả thiết bộ điều khiển PID có hàm truyền<br /> là C(s) là:<br /> P (s ) = G (s )U c (s ) = G (s ) (U c 1 (s ) + U c 2 (s )) (35)<br /> trong đó Uc1(s ),Uc 2 (s ) lần lượt là đầu ra của<br /> bộ điều khiển PID và khâu Feedforward T(s).<br /> Biến đổi (35) tiếp ta được:<br /> P (s ) = G (s ) (C (s )Pr (s )F (s ) - C (s )P (s ) + T (s )Pr (s )) (36)<br /> <br /> s(1 + s t 2 )<br /> <br /> (40)<br /> <br /> K p (1 + s t 1 )(1 + s t s )<br /> <br /> với t s là tham số lựa chọn.<br /> Tham số t s được chọn t s ³ t 2 , khi t s càng<br /> lớn so với t 2 thì biên độ của tín hiệu điều<br /> khiển tại thời điểm thay đổi giá trị đặt càng<br /> nhỏ theo công thức sau<br /> t2<br /> (41)<br /> uc (0) =<br /> K pt st 1<br /> <br /> uc2<br /> PID<br /> <br /> 1<br /> e - Ls là khâu quán tính<br /> 1 + st s<br /> <br /> bậc nhất có trễ, vậy để Gk (s ) = F (s ) thì<br /> G (s )T (s ) - F (s ) = 0 (39) hay ta có<br /> <br /> KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỀU<br /> CHỈNH ÁP SUẤT TRONG ĐIỀU KHIỂN<br /> ỔN ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA GIẤY<br /> <br /> T<br /> <br /> 135(05): 213 - 218<br /> <br /> P<br /> <br /> và thời gian quá độ càng dài. Thời gian quá<br /> độ ngắn nhất khi t s = t 2 , biên độ tín hiệu<br /> điều khiển có giá trị lớn nhất là<br /> uc (0) = 1 / (K p t 1 ) .<br /> Với cách dùng hai khâu feedforward như trên,<br /> hệ kín trở thành khâu quán tính bậc nhất như<br /> đã lựa chọn<br /> G k (s ) =<br /> <br /> P (s )<br /> 1<br /> = F (s ) =<br /> e- t s<br /> V (s )<br /> 1 + sT s<br /> <br /> (42)<br /> <br /> và do vậy đáp ứng đầu ra là áp suất không có<br /> độ quá điều chỉnh. Vì áp suất không có độ<br /> quá điều chỉnh cho nên mạch vòng điều chỉnh<br /> độ ẩm bên ngoài sẽ có chất lượng điều khiển<br /> tốt hơn, độ ẩm sẽ ổn định hơn và qua đó nâng<br /> cao chất lượng của giấy.<br /> Để minh chứng cho giải pháp thực hiện trên,<br /> tác giả tiến hành mô phỏng số cho một nhóm<br /> lô sấy có đường đặc tính thực nghiệm như<br /> Hình 6:<br /> <br /> hay<br /> P (s ) (1 + C (s )G (s )) = (G (s )C (s )F (s ) + G (s )T (s ))Pr (s ) (12)<br /> <br /> (37)<br /> <br /> vậy hàm truyền kín của hệ là<br /> P (s ) G (s ) (C (s )F (s ) + T (s ))<br /> =<br /> Pr (s )<br /> 1 + G (s )C (s )<br /> G (s )T (s ) - F (s )<br /> = F (s ) +<br /> 1 + G (s )C (s )<br /> <br /> G k (s ) =<br /> <br /> (38)<br /> <br /> Hình 6. Kết quả nhận dạng mô hình (7) đối với<br /> một nhóm lô sấy<br /> <br /> 216<br /> <br /> Nitro PDF Software<br /> 100 Portable Document Lane<br /> Wonderland<br /> <br /> Nguyễn Văn Chí và Đtg<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Từ đường đặc tính này ta nhận dạng được mô<br /> hình dạng (32) như sau:<br /> G (s ) = 0.00178<br /> <br /> 1 (1 + 97.37s ) - 1.0s<br /> e<br /> s (1 + 7.97s )<br /> <br /> (43)<br /> <br /> Với bộ điều khiển PID (27) có các tham số<br /> kc = 9.15, T i = 8.7145, T d = 0.02513, N = 20, b = 1<br /> Đáp ứng áp suất trong lô sấy với áp suất đặt là<br /> 700 (kPa) như sau:<br /> <br /> và dài hơn trong các trường hợp t s > t 2 các<br /> kết quả thể hiện như trên hình 8.<br /> + Độ mở van (%)<br /> 50<br /> <br /> Do mo van (%)<br /> <br /> Ap suat (kpa)<br /> <br /> 600<br /> <br /> Ap suat dat<br /> Ap suat thuc<br /> <br /> Ts=35.7<br /> Ts=10.2<br /> Ts=T2=7.97<br /> <br /> 30<br /> 20<br /> 10<br /> <br /> 400<br /> <br /> 0<br /> <br /> 200<br /> <br /> 0<br /> <br /> 50<br /> <br /> 100<br /> <br /> 150<br /> time (s)<br /> <br /> 200<br /> <br /> 250<br /> <br /> 300<br /> <br /> Hình 7. Đáp ứng áp suất đầu ra của mô hình (18)<br /> khi sử dụng bộ điều khiển PID với các tham số<br /> kc = 9.15,T i = 8.7145,<br /> <br /> T d = 0.02513, N = 20, b = 1<br /> <br /> Với cấu trúc điều khiển như Hình 5, hai khâu<br /> Feedforward F(s) và T(s) được thiết kế là:<br /> 1<br /> e - 1.0s<br /> 1 + st s<br /> <br /> 0<br /> <br /> 50<br /> <br /> 100<br /> <br /> 150<br /> Time (s)<br /> <br /> 200<br /> <br /> 250<br /> <br /> 300<br /> <br /> Hình 9. Tín hiệu điều khiển là độ mở van trong 3<br /> trường hợp của t s : t s = t 2 = 7.97 đường nét<br /> liền, t s = 10.2 đường chấm, t s = 35.7 đường<br /> gạch chấm.<br /> <br /> Hình 9 là tín hiệu điều khiển, độ mở van điều<br /> chỉnh luồng hơi mang nhiệt đi vào trong lô<br /> sấy. Biên độ lớn nhất tại thời điểm 0, theo<br /> (41) công thức là trong trường hợp tương ứng<br /> với thời gian quá độ ngắn nhất, t s = t 2 , trong<br /> <br /> 600<br /> <br /> các trường hợp khi t s > t 2 thì biên độ u c (0)<br /> sẽ càng nhỏ.<br /> Vậy bằng cách sử dụng bộ điều khiển ban đầu<br /> đã có của hệ thống, ta chỉ cần thêm vào hai<br /> khâu feedforward F (s ) và T (s) hiện tượng<br /> quá điều chỉnh trong mạch vòng điều chỉnh áp<br /> suất trong lô sấy đã được loại bỏ, do vậy<br /> mạch vòng điều chỉnh độ ẩm bên ngoài sẽ<br /> nâng cao hơn được mức độ ổn định, qua đó<br /> góp phần nâng cao được chất lượng trong quá<br /> trình sấy giấy.<br /> <br /> 400<br /> <br /> KẾT LUẬN<br /> <br /> F (s ) =<br /> T (s ) =<br /> <br /> s(1 + 7.97s )<br /> 0.00178 (1 + 97.37s )(1 + st s )<br /> <br /> Các kết quả mô phỏng với 01 trường hợp của<br /> t s là i) t s = t 2 = 7.97, ii) t s = 10.2 > t 2 và<br /> iii) t s = 35.7 > t 2<br /> + Đáp ứng áp suất trong lô sấy (kPa)<br /> 800<br /> <br /> Ap suat (kpa)<br /> <br /> điều chỉnh và có dạng là khâu quán tính bậc<br /> nhất có trễ như F (s ) . Với các giá trị t s khác<br /> nhau, ta có thời gian quá độ khác nhau, thời<br /> gian quá độ ngắn nhất tương ứng khi t s = t 2<br /> <br /> 40<br /> <br /> 800<br /> <br /> 0<br /> <br /> 135(05): 213 - 218<br /> <br /> 200<br /> <br /> 0<br /> <br /> 0<br /> <br /> 50<br /> <br /> 100<br /> <br /> 150<br /> time (s)<br /> <br /> 200<br /> <br /> 250<br /> <br /> 300<br /> <br /> Hình 8. Đáp ứng áp suất trong lô sấy với phương<br /> pháp kết hợp feedback và feedforward tương ứng<br /> với 03 trường hợp của t s :<br /> <br /> t s = t 2 = 7.97 đường nét liền, t s = 10.2 đường<br /> chấm, t s = 35.7 đường gạch chấm<br /> <br /> Đáp ứng của áp suất trong lô sấy với áp suất<br /> đặt là 700 kPa đã không còn hiện tượng quá<br /> <br /> Bài báo đã trình bày một phương pháp kết<br /> hợp thêm hai khâu feedforward trong mạch<br /> vòng điều khiển áp suất trong lô sấy sử dụng<br /> bộ điều khiển PID đã có trong hệ nhằm khắc<br /> phục hiện tượng quá điều chỉnh áp suất. Bằng<br /> cách xem xét lại mô hình quá trình áp suất<br /> trong lô sấy biểu diễn dưới dạng một hệ gồm<br /> một khâu tích phân, một điểm không, một<br /> điểm cực và một khâu trễ, cách biểu diễn này<br /> mô tả đúng hơn động học áp suất trong lô sấy,<br /> 217<br /> <br /> Nitro PDF Software<br /> 100 Portable Document Lane<br /> Wonderland<br /> <br />