Bài giảng điều khiển quá trình 12

Cấu trúc Cascade Như trong phần nghiên cứu vòng lặp đơn, mục tiêu điều khiển là loại bỏ nhiễu vì vậy phải xem xét cấu trúc Cascade như thế nào cho hợp lý. Biến số chính vẫn là giữ nhiệt độ cho ống thoát ra của lò phản ứng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng điều khiển quá trình 12a. Cấu trúc Cascade Như trong phần nghiên cứu vòng lặp đơn, mục tiêu điều khiển là loại bỏ nhiễu vì vậy phải xem xétcấu trúc Cascade như thế nào cho hợp lý. Biến số chính vẫn là giữ nhiệt độ cho ống thoát ra của lò phảnứng. Hình 5 .13. Sơ đồ cấu trúc điều khiển Cascade lò phản ứng Để thiết kế Cascade, ta cần xác định một biến phụ. Như hình 5.12, trạm điều khiển d ùng nhiệt độra làm lạnh jacket. Các yêu cầu thiết kế Cascade: Nhiệt độ làm lạnh đo được bằng một cảm biến. - Cùng một van đ ể đo nhiệt độ ống thoát ra của lò phản ứng (biến chính) và nhiệt độ ra - làm lạnh jacket. Sự thay đổi nhiệt độ vào làm lạnh jacket làm nhiễu loạn nhiệt độ ống thoát của lò phản - ứng sẽ tác động nhiệt độ ra làm lạnh jacket. Nhiệt độ ra làm lạnh jacket nằm ngo ài nhiệt độ ống thoát của lò phản ứng trong đó nó sẽ - có phản ứng đầu tiên với những thay đổi về vị trí van và thay đ ổi nhiệt độ làm lạn h jacket. Sơ đồ thực hiện điều khiển Cascade cho lò phản ứng với mô hình trên hình 5.12, có cấu trúc biểudiễn trên hình 5 .13, nó cũng giống như mọi Cascade gồm 2 hệ đo, hai b ộ điều khiển, và một phần tử kiểmsoát cuối cùng như trong thực hiện vòng lặp đơn. Quá trình chính là phản ứng và biến chính là nhiệt độ của ống thoát của lò phản ứng. Đầu ra củabộ điều khiển chính là điểm đặt của bộ điều khiển phụ. Quá trình phụ là làm lạnh jacket. Biến của vònglặp phụ là tốc độ chảy làm lạnh jacket và biến phụ là nhiệt độ ra làm lạnh jacket.b. Bộ điều khiển phụ P-Only (Secondary P-Only Controller) Để thực hiện một hệ thống điều khiển Cascade, bộ điều khiển phụ được điều chỉnh, trong khi b ộđiều khiển chính được điều khiển bằng tay. Điều kiện vận hành thiết kế giống như điều kiện cho vòng lặp http://www.ebook.edu.vn 119đơn với bộ điều khiển PI. Đó là với nhiệt độ vào làm lạnh jacket là 460C và đ ầu ra bộ điều khiển có giá trị50 %, nhiệt độ chất lỏng ra ở ống thoát ổn định bằng 86 0C. Chúng ta lưu ý điều kiện thiết kế là nhiệt độ ralàm lạnh jacket, b iến phụ , ổ n định ở 690C. Vì vậy đối với bộ điều khiển phụ : y set Point = 690C Xu thế là giá trị đầu ra của bộ điều khiển trong vòng lặp hở làm biến số ổn định ở điều kiện thiếtkế khi nhiễu đạt đến điều kiện thiết kế. Vì thế đối với bộ điều khiển phụ P-Only: u bias = 50% Ban đ ầu ở trạng thái ổn định theo thiết kế, hai đầu đo được dùng để ghi kại đầu ra bộ điều khiển,dữ liệu của biến số trình bày trên hình 5.14: Hình 5.14. Mô hình quá trình dạng FOPDT khi cho đầu ra của bộ điều khiển phụ thay đổi và phản ứng của biến quá trình phụ Đầu ra bộ điều khiển giảm từ giá trị thiết kế 50% tăng lên 55%, sau đó xuống 45 % rồi trở về 50%.Sự hoạt động của biến phụ đ ược kiểm soát. Mô hình đ ộng FOPDT khớp với dữ liệu được chỉ ra tronghình 3.23, với giới hạn mô hình kiểm soát vòng lặp phụ: KP = - 0.370C/% Hệ số khuyếch đại quá trình Hằng số thời gian P = 1.9 min Thời gian chết P = 0.25 min Mặc dù loại nhiễu là một mục tiêu tổng quát, mục đích vòng lặp phụ là bám sát sự thay đổi điểmđặt mà bộ điều khiển chính tính toán. Sử dụng những giới hạn mô hình FOPDT này trong ITAE đ ể điềukhiển tương quan lượng điều chỉnh (set point tracking correlation). Giả định rằng tương quan IMC khôngdùng cho bộ điều khiển P-Only cho giới hạn điều chỉnh sau : Hệ số khuyếch đại của bộ điều khiển KC = - 6.4%/0CSự hoạt động bám sát điểm đặt của P – Only thể hiện trong hình 5 .15. Vòng lặp chính vẫn ở chế độ điều http://www.ebook.edu.vn 120khiển bằng tay tại điểm đặt. Kỳ vọng cho mộ t bộ điều khiển P-Only tồn tại khi điểm đặt không đạt giá trịthiết kế. Biến phụ phản hồi nhanh và ổn định khi có sự thay đổi điểm đặt vì thế ta coi thiết kế vòng lặpphụ đ ã hoàn thành. Vòng lặp phụ ở chế độ tự động và trở thành một phần vòng lặp chính. Bâ y giờ tiếnhành điều chỉnh bộ điều khiển chính. Hình 5.15a. Khả năng điều chỉnh của bộ điều khiển P – Only với khả năng bám điểm đặt của biến quá trình phụ và biến quá trình chínhc. Kiểm soát vòng lặp chính (Primary Loop Control) Trên hình 5 .14, chúng ta thấy rằng khi tín hiệu đặt cho bộ điều khiển biến phụ có giá trị nhảy bậcthì đầu ra của bộ điều khiển là tín hiệu đặt cho bộ điều khiển biến chính. Trong thiết kế bộ điều khiển cầnthiết phải tạo tín hiệu điều khiển nhảy bậc để tổng hợp bộ điều khiển cho biến chính. Kết quả thử nghiệm bộ điều khiển biến chính thể hiện trên hình 5 .15, bộ điều khiển P–Only tínhiệu đặt thay đổi nhảy bậc với giá trị thiết kế là 690C, nhảy lên 720C sau đó xuống 660C rồi trở về giá trị69 0C. Từ kết quả trên hình 5.15a chúng ta thấy rằng biến quá trính chính bám giá trị đặt chứng tỏ khảnăng lo ại bỏ nhiễu của bộ điều khiển. Thông qua thử nghiệm mô hình bằng mô phỏng dữ liệu thiết kế hệthống đ ược xác định như sau: Hệ số khuyếch đại quá trình: KP = 0 ,70 (0C của hơi đầu ra/0C đầu ra nước làm mát) Hằng số thời gian: P = 0,55 p hút Thời gian chết: http://www.ebook.edu.vn 121 P = 0,71 phút Hình 5.15b. Kết quả thiết kế bộ điều khiển biến quá trình chính với bộ điều khiển P–Only. Các đ ặc tính thu đ ược trên hình 5 ...