Bài giảng điều khiển quá trình 14

Để thực hiện bộ điều khiển phân ly ta cần 4 mô hình động với dạng FOPDT sau: Đối với vòng đỉnh bồn: GTT(s) mô hình quá trình, GTB(s) mô hình nhiễu. Đối với vòng đáy bồn: GBB(s) mô hình quá trình, GBT (s) mô hình nhiễu. Bộ điều khiển phân ly được tạo thành từ những mô hình trên bằng cách lập trình trong máy tính điều khiển.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng điều khiển quá trình 14 Utoptotal(s) = Utopfeedback (s)- Utopdecouple(s) (5.66) Tín hiệu ra của bộ điều khiển phân ly đáy bồn cũng đ ược tính tương tự theo công thức sau : Ubottomdecouple(s) = [GBT(s)/GBB(s)]. Utopfeedback (s) = Dtop(s).Utopfeedback (s) (5.67) Do đó đ ể thực hiện bộ điều khiển phân ly ta cần 4 mô hình động với dạng FOPDT sau: Đối vớivòng đ ỉnh bồn: GTT(s) mô hình quá trình, GTB(s) mô hình nhiễu . Đối với vòng đáy bồn: GBB(s) mô hìnhquá trình, GBT (s) mô hình nhiễu. Bộ điều khiển phân ly đ ược tạo thành từ những mô hình trên b ằng cáchlập trình trong máy tính điều khiển. Bộ điều khiển phân ly đỉnh bồn: Dtop(s)= GTB(s)/GTT(s) (5.68) Bộ điều khiển phân ly đáy bồn: Dbottom(s)= GBT(s)/GBB(s) (5.69)5.6.3. Nghiên cứu về chưng cất với các mạch vòng ảnh hưởng lẫn nhau Chúng ta tiến hành khảo sát về các bộ điều khiển phân ly thông qua hệ thống chưng cất trên hình5.29 . Ta đi sâu tìm hiểu sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các biến của các bộ điều khiển đỉnh và bộ điều khiểnđáy của bồn chưng cất khi chúng đ ược thiết kế và vận hành là các vòng lặp độc lập. Mục tiêu thiết kế là thiết kế và điều chỉnh bộ điều khiển PI có khả năng bám các giá trị đặt chomạch vòng đỉnh từ 92% đến 94% với điều kiện mạch vòng đáy không đ ổi ở mức 1.5%. Dung lượng thiếtkế của bồn chưng cất bao gồm tốc độ chảy vào bồn là 547kg/phút (lưu ý rằng đây không phải giá trị khởiđộng mặc định) và những điều kiện hoạt động ổn định là: Phía đỉnh: utop = 52% ytop = 92% Phía đáy: ubottom = 48% ybottom = 1.5% Trên hình 5.29 biểu diễn cột chưng cất theo các số liệu nêu trên với chế độ hoạt động tự đ ộng.Trước khi điều chỉnh các mạch vòng, nhất thiết phải kiểm tra trạng thái động của bồn chưng cất bằngcách thử nghiệm với các vòng lặp mở. Bộ điều khiển đỉnh có tín hiệu đặt nhảy bậc từ 52% lên 55%,xu ống 49% và trở lại 52%. Sau khi quá trình đ ó ổn định, thử nghiệm với bộ điều khiển đáy. Tín hiệu củabộ điều khiển đáy nhảy bậc từ 48%, lên 51% và sau đó xuống 45% và trở lại 48%. Những phản hồi củabiến quá trình đối với những thử nghiệm này được thể hiện trên hình 5.32. Hình 5 .32. Kết quả thử nghiệm hệ hở với tín hiệu đặt nhảy bậc cho bộ điều khiển đỉnh và bộ điều khiển http://www.ebook.edu.vn 141 đáy. Hai đường cong đầu tiên trong hình 5.32 cho thấy biến quá trình của phần đ ỉnh nửa phi tuyến. Cónghĩa là ytop(t) đáp ứng khác nhau khi thay đổi giá trị đặt u top(t) theo chiều tăng và giảm cùng một giá trị. Mặt khác, vòng lặp phần đáy hoàn toàn phi tuyến. Cụ thể ybottom(t) tăng lên từ giá trị thiết kế vậnhành lớn gấp 3 lần so với khi ybottom(t) giảm. Theo hình 5 .43, dù các phản hồi đang chịu tác động củautop(t) hay u bottom(t) thì điều này luôn đúng. Tính hoàn toàn phi tuyến này tạo ra nhiều thách thức vượt quá phạm vi vấn đề tương tác giữa cácvòng lặp trong qua trình điều khiển. Để giải quyết nó , cần thiết kế những thử nghiệm tính động rồi đi đếnmô hình hoá và hiệu chỉnh. Thay vì dùng các lưỡng cực thông thường, ta sẽ chỉ tác đ ộng mỗi biến theomột hướng. Nên chọn hướng mà cho tham số đưa đến mô hình điều khiển ổn định nhất. Giả sử hệ số khuyếch đại của bộ điều khiển KC tỷ lệ nghịch với hệ số khuyếch đại của quá trìnhKP. Trong thiết kế thông thường, để đạt giá trị KC nhỏ thì dùng giá trị KP lớn. Để có đ ược giá trị KP lớnnhất, giảm giá trị utop(t) hay ubottom(t) khi lập dữ liệu thử nghiệm. Trên hình 3.43, biểu diễn kết quả thử nghiệm với biên đ ộ xung lớn hơn đặt vào bộ điều khiểnđỉnh, trong khi bộ điều khiển đáy hoạt động ở chế độ điều khiển bằng tay. Hình 5 .33. Đáp ứng quá trình của bộ điều khiển đỉnh bồn chưng cất. Trong thử nghiệm giá trị utop(t) thay đổi từ 52 % lên 54 % và quay trở lại 52 %. Bộ điều khiển đáyho ạt động ở chế độ điều khiển bằng tay. Mô hình quá trình có d ạng FOPDT các dữ liệu quá trình thể hiệntrên hình 5 .33. Mô hình FOPDT tạo ra những ước lượng sát với số liệu của quá trình. Do đó hàm truyền GTT(s)có các thông số sau: Hệ số khuyếch đai quá trình: KP, TT = 1.1 Hằng số thời gian của toàn hệ thống: P, TT = 62 phút http://www.ebook.edu.vn 142 Thời gian chết cụ thể: P, TT = 24 phút Để có được khả năng dự báo sớm cho việc hiệu chỉnh của bộ điều khiển PI sử dụng các thông sốmô hình FOPDT. Giả sử trong cấu trúc điều khiển theo mô hình nội IMC, các hằng số thời gian của hệkín được chọn có giá trị lớn hơn 0,1 P hoặc 0,8P khi đó bộ điều khiển được t ...