Bài giảng điều khiển quá trình 13

Dạng mô hình của các khâu quán tính Một tình huống thứ hai mà một mô hình feed forward khó thực hiện hoặc khó nhận biết được gây ra là nối nhầm hằng số thời gian và các giai đoạn dẫn hướng (lead time terms) của mô hình quá trình và mô hình nhiễu. Như được đề cập ở phần trước, cả hai hằng số thời gian quá trình đều ở tử số cùng với lead time nhiễu và cả hai hằng số thời gian nhiễu đều ở mẫu số cung với lead time quá trình. Một mô hình...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng điều khiển quá trình 13trở thành hiện thực.3. Dạng mô hình của các khâu quán tính Một tình hu ống thứ hai mà một mô hình feed forward khó thực hiện hoặc khó nhận biết đ ược gâyra là nối nhầm hằng số thời gian và các giai đo ạn dẫn hướng (lead time terms) của mô hình quá trình vàmô hình nhiễu. Như được đề cập ở phần trước, cả hai hằng số thời gian quá trình đều ở tử số cùng vớilead time nhiễu và cả hai hằng số thời gian nhiễu đều ở mẫu số cung với lead time quá tr ình. Một mô hìnhmà nhận biết đ ược về mặt vật lí đòi hỏi rằng số lượng hằng số thời gian ở tử số phải nhỏ hơn ho ặc bằnglượng hằng số thời gian ở mẫu số. Trạm điều khiển có khả năng thực hiện nhưng còn phụ thuộc mô hìnhtoán mô tả các b ước. Có nhiều phương pháp đ ể tạo ra một phần tử feed forward nhận biết đ ược. Một vàiví dụ về những dạng phù hợp và không phù hợp được mô tả như sau : Khi mô hình quá trình có dạng FO hoặc FOPDT và mô hình nhiễu có dạng SO hoặc SOPDT thìU(s) ở đầu ra phần tử Feed Forwarrd như sau :  K    ( D P )S  (P1s  1) U Feedforward (s)   D    K  ( s  1)( s  1)  e D(s) (5.46)  P   D1   D2 Khi mô hình quá trình có d ạng FO hoặc FOPDT và mô hình nhiễu có dạng SOw/L hoặcSOPDTw/L thì U(s) ở đầu ra phần tử Feed Forwarrd như sau :  K   ( s  1)(DL s  1)  ( D P )S  U Feedforward (s)   D   P1 e D(s) (5.47)    K P   (D1s  1)( D 2s  1)   Khi mô hình quá trình có dạng SO hoặc SOPDT và mô hình nhiễu có dạng SO hoặc SOPDT thìU(s) ở đầu ra phần tử Feed Forwarrd như sau :  K   ( s  1)( P 2s  1)  ( D P )S  U Feedforward (s)   D   P1 e D(s) (5.48)    K P   (D1s  1)( D 2s  1)   Dạng không phù hợp: Khi mô hình quá trình có dạng SO ho ặc SOPDT và mô hình nhiễu có dạngSOw/L hoặc SOPDTw/L thì U(s) ở đầu ra phần tử Feed Forwarrd như sau:  K   ( s  1)( P 2s  1)( DLs  1)  (D P )S  U Feedforward (s)   D   P1 e D(s) (5.49)   (D1s  1)(D 2s  1)  K P    Dạng này không nhận biết đ ược bởi vì có nhiều hằng số thời gian ở tử số hơn ở mẫu số, do đó đòi hỏi lậptrình những hoạt động không khả thi về mặt vật lí.4. Yêu cầu đối với hằng số thời gian của quá trình Mô hình theo phương trình 5.45, được gọi là hàm truyền trong không gian Laplace, cũng có thểđược mô tả như một phương trình vi phân tuyến tính thuần nhất khá phức tạp với hệ số là hằng số trongkhông gian thực. Kết quả của phương trình vi phân này không ổn định nếu bất cứ hằng số thời gian nào ởmẫu số âm. http://www.ebook.edu.vn 130 Không còn nghi ngờ gì rằng D1 hoặc D2 ở mẫu sẽ có giá trị âm khi hằng số thời gian theo địnhnghĩa luôn d ương. Lead time của quá trình PL sẽ mang giá trị âm nếu biến quá trình đo được bị đảo phado nhảy bậc trong tín hiệu ra bộ điều khiển. Nhưng b ởi vì PL ở mẫu số nên nó không thể mang giá trị âmnếu không thì tính toán feed forward sẽ không ổn định. Nếu quá trình bị đảo pha và vì thế cho một PL âm sau khi mô hình được xác lập , hướng đi tốt nhấtlà dùng mô hình FOPDT và ước lượng phần đảo pha là thời gian chết dài. Điều lý thú là nhiễu có thể cóphần tử lead âm bởi vì lead term của nhiễu nằm ở tử số của phần tử feed forward.5.5.7. Điều khiển Feed Forward loại trừ nhiễu ở lò phản ứng Để hiểu rõ ràng hơn điều khiển Feed Forwarrd có khả năng loại bỏ nhiễu , chúng ta thông qua vídụ điều khiển nhiệt độ cho lò phản ứng jacket. Trong ví dụ này chúng ta tìm cách duy trì nhiệt độ dòngchảy ra ở lò phản ứng bằng giá trị đặt, nhưng phải loại trừ nhiễu gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ đầu vàojacket làm mát. M ức thiết kế của hệ thống là đo nhiệt độ dòng chảy ra từ lò phản ứng ở 86o C. Nhiệt độđầu vào jacket làm mát được thiết kế với giá trị đặt 46oC, p hải đ ược hạ thấp xuống 40oC. Những nghiêncứu hệ hở nhận thấy rằng 50 % đ ầu ra bộ điều khiển làm cho lò phản ứng ổn định ở nhiệt độ đầu ra thiếtkế đo được là 86 oC khi nhiệt độ đầu vào jacket làm mát thường có giá trị là 46oC. Như vậy việc điềuchỉnh nhiệt độ cho lò phản ứng cần phải được thiết kế điều khiển theo mạch vòng kín. Trước khi nghiêncứu điều khiển có khả năng loại bỏ nhiễu bằng hệ điều khiển Feed Forwarrd , ta nhắc lại kết quả điềukhiển nhiệt độ cho lò phản ứng theo hệ điều khiển Cascade mạch vòng kín đơn.1. Loại trừ nhiễu bằng mạch vòng đơn Hình 5.22. Dữ liệu điều khiển bằng vòng kín đơn mô hình quá trình d ạng FOPDT của lò phản ứng khi đ ầu ra bộ điều khiển nhảy bậc. Kết quả điều khiển nhiệt độ đầu ra cho lò p hản ứng thực hiện theo cấu trúc Cascade biểu diễn trênhình 5.22, đầu ra bộ điều khiển nhảy bậc từ giá trị thiết kế la 50% lên 53% rồi xuống 47% và cuối cùnglại trở về 50%. Tín hiệu ra của bộ điều khiển và đáp ứng của biến quá trình là nhiệt độ dòng chảy đ ầu ralò phản ứng để biểu diễn đáp ứng cụ thể sau khi ở đầu ra bộ điều khiển nhảy bậc đáp ứng quá tr ình đ o http://www.ebook.edu.vn 13 ...