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

Bài báo này đưa ra một giải pháp khắc phục hiện tượng quá điều chỉnh áp suất mà vẫn giữ nguyên bộ điều khiển feedback PID đã có của hệ bằng cách bổ xung thêm vào hai khâu feedforward dựa trên việc biểu diễn lại mô hình áp suất trong lô sấy với đầu vào là độ mở van có dạng là một hệ gồm một khâu tích phân, một điểm không, một điểm cực và một khâu trễ. Cách biểu diễn này mô tả đúng hơn động học áp suất trong lô sấy trong đó sự ảnh hưởng của động học điểm không sẽ làm cho hệ kín có độ quá điều chỉnh.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Khắc phục hiện tượng quá điều chỉnh áp suất hơi trong điều khiển ổn định độ ẩm của giấy sử dụng feedback kết hợp feedforwardNguyễn Văn Chí và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ135(05): 213 - 218KHẮC PHỤC HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT HƠITRONG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐỘ ẨM CỦA GIẤYSỬ DỤNG FEEDBACK KẾT HỢP FEEDFORWARDNguyễn Văn Chí, Bùi Mạnh CườngTrường Đại học kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái NguyênTÓM TẮTTrong quá trình sản suất giấy, điều khiển ổn định độ ẩm đóng một vai trò quan trọng đối với chấtlượng của giấy. Độ ẩm của giấy được điều khiển gián tiếp thông qua mạch vòng điều chỉnh áp suấtcủa hơi mang nhiệt đi vào trong lô sấy bằng cách thay đổi độ mở của van. Mạch vòng điều khiểnnày được thực hiện bằng bộ điều khiển PID, trong thực tế cho thấy đáp ứng áp suất trong lô sấyluôn sảy ra hiện tượng quá điều chỉnh, do vậy dẫn đến hiện tượng độ ẩm của giấy không được ổnđịnh. Bài báo này đưa ra một giải pháp khắc phục hiện tượng quá điều chỉnh áp suất mà vẫn giữnguyên bộ điều khiển feedback PID đã có của hệ bằng cách bổ xung thêm vào hai khâufeedforward dựa trên việc biểu diễn lại mô hình áp suất trong lô sấy với đầu vào là độ mở van códạng là một hệ gồm một khâu tích phân, một điểm không, một điểm cực và một khâu trễ. Cáchbiểu diễn này mô tả đúng hơn động học áp suất trong lô sấy trong đó sự ảnh hưởng của động họcđiểm không sẽ làm cho hệ kín có độ quá điều chỉnh. Hai khâu feedforward có vai trò biến hệ kíntrở thành một hệ quán tính bậc nhất có trễ, do đó áp suất đầu ra sẽ không còn hiện tượng quá điềuchỉnh, do vậy độ ẩm sẽ được điều khiển ổn định hơn.Từ khóa: Feedforward, PID, điều khiển ổn định độ ẩm, điều khiển áp suấtĐẶT VẤN ĐỀ*Trong công nghệ sản xuất giấy vấn đề ổn địnhđộ ẩm đóng một vai trò rất quan trọng, độ ẩmquyết định đến chất lượng của giấy và mức độtiêu hao năng lượng trong công nghệ sản xuấtgiấy. Khi độ ẩm được điều chỉnh ổn định thìchất lượng của giấy (ổn định định lượng) sẽđược nâng cao và qua đó tiết kiệm được đángkể năng lượng cho công đoạn sấy giấy. Côngnghệ sản xuất giấy là công nghệ ít thay đổitrong nhiều thập niên qua, trong đó giấy đượcsấy nhờ việc điều chỉnh lưu lượng hơi mangnhiệt đi vào các lô sấy, thông qua việc điềuchỉnh áp suất hơi trong lô sấy sẽ làm giấy bốchơi nước và qua đó điều chỉnh độ ẩm củagiấy. Như vậy độ ẩm được điều chỉnh giántiếp thông qua mạch vòng trong đó là mạchvòng điều chỉnh áp suất hơi trong lô sấy, mứcđộ chính xác khi điều chỉnh áp suất quyếtđịnh đến mức độ ổn định độ ẩm của giấy 0.Áp suất hơi được điều chỉnh thông qua độ mởvan cấp hơi đưa vào lô sấy (độ mở vanthường được tính bằng %). Một vấn đề trong*Tel: 0944 122388, Email: ngchi@tnut.edu.vnthực tế là hiện tượng áp suất hơi trong lô sấythường bị quá điều chỉnh khi thay đổi lượngđặt áp suất từ hệ thống. Vấn đề này có nguyênnhân từ quá trình động học của hệ từ độ mởvan đến áp suất trong lô sấyG (s ) = P (s ) / V (s ) , với P (s ),V (s ) lần lượt làáp suất trong lô sấy và độ mở van điều khiểnlưu lượng hơi đưa vào lô sấy. Quá trình độnghọc này phụ thuộc vào cấu trúc của lô sấy(kích thước, thể tích hơi và nước trong lô sấy,tỷ trọng của hơi quá nhiệt, kim loại chế tạo lôsấy) và động học của dòng hơi đưa vào lô sấy.Đây là một quá trình phức tạp phụ thuộcnhiều biến số. Để thiết kế điều khiển áp suấttừ trước đến nay người ta thường dùng là bộđiều khiển PID. Khi thay đổi áp suất đặt tronglô sấy, hệ thống sẽ tính toán vị trí mở van nhưhình vẽ 1, áp suất sẽ được điều chỉnh đến giátrị mong muốn, nhưng khi điều chỉnh đến giátrị mong muốn, trong thực tế cho thấy luônsảy ra hiện tượng quá điều chỉnh áp suất.Hiện tượng quá điều chỉnh này trong mạchvòng áp suất sẽ ảnh hưởng đến độ ẩm củagiấy, có thể dẫn tới quá nhiệt và ảnh hưởngrất lớn đến chất lượng của giấy.213Nitro PDF Software100 Portable Document LaneWonderlandNguyễn Văn Chí và ĐtgTạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ135(05): 213 - 218æö÷çç÷T ds ÷çç1÷÷C 1(s ) = kc ç1 ++çç T s÷Td ÷i÷çç1+s÷èøN ÷æö÷çç÷T ds ÷çç1÷÷C 2 (s ) = kc çb ++çç÷T ÷T is÷çç1+ d s÷èøN ÷(27)các tham số được thêm vào là b , 0 < b £ 1 ,N được chọn từ 2 đến 20. Với cấu trúc nhưvậy việc điều khiển kháng nhiễu tải sẽ táchbiệt với việc điều chỉnh bám theo đại lượngđặt. Qua đó các tham số của bộ điều khiểnPID có thể được chọn lựa sao cho có khảnăng kháng nhiễu tải tốt, sau đó chất lượngbám theo tín hiệu đặt được điều chỉnh bằngcách lựa chọn tham số b cho phù hợp 0. VìHình 1. Hiện tượng quá điều chỉnhtrong mạch vòng điều khiển áp suấtthông qua điều khiển vị trí mở vanTa sẽ đi xem xét nguyên nhân của hiện tượngnày, trước hết ta thấy rằng động học của hệđương nhiên sẽ có một khâu tích phân vàthành phần trễ giả thiết như sau 0:G (s ) = P (s ) / V (s ) =G p (s ) ¹ 0,1G (s )e - Lss p(nhiễu ảnh hưởng tới áp suất trong lô sấy), ởđây có sự cân nhắc là ta có thể kháng nhiễutải bằng bộ điều khiển có hệ số khuếch đạilớn, tuy nhiên lại sinh ra dao động đối với đápứng bước nhảy của tín hiệu đặt. Để giải quyếtvấn đề này trong thực tế ta sử dụng bộ điềukhiển PID hai bậc tự do, cấu trúc điều khiểnmạch vòng áp suất trong lô sấy như hình vẽ 2,với Pr là áp suất đặt, P là áp suất thực trong lôsấy, uc là tín hiệu điều khiển, n là nhiễu tải.C2(s)C1(s)s® 0G P rE (s ) = 1 - G P rP (s )æö11÷kc çççb ++ Tds ÷G p (s )÷÷çèT isøs= 1æö11÷1 + kc ççç1 ++ Tds ÷G p (s )÷÷çè T i søs()T s + k (T s + 1 + T T s )Gk (bT s + 1 + T T s )G (s )T s + k (T s + 1 + T T s )G (s )=PIDPrlim sG p (s ) = 0(26) với G (s ) là một khâu động học trong hệ, L là thành phần trễ.(28)do đó hàm truyền của hệ từ áp suất đặt đến sailệch áp suất trong trường hợp lý tưởng (N rấtlớn).T i s 2 + kc T i s + 1 + T iT d s 2 G p (s )22iciidp(s )2u1nucu2G(s)-1Hình 2. Mạch vòng điều khiển áp suất trong lôsấy sử dụng bộ điều khiển PIDBộ điều khiển PID thực hai bậc tự do gồm haithành ph ...