MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đối tượng (quá trình) nhiệt tồn phổ biến hệ thống điều khiển công nghiệp Đặc điểm lớp đối tượng thường có quán tính lớn, có trễ vận tải thường xuyên thay đổi bất thường theo phụ tải Ngoài trình điều khiển thường xuất loại nhiễu ảnh hưởng mạnh đến thông số công nghệ đầu Lò nhà máy nhiệt điện loại đối tượng nhiệt điển hình có nhiều hệ thống điều khiển điều khiển nhiệt độ, điều khiển mức nước, điều khiển áp suất Các trình nhiệt lò trình phức tạp, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố khác Ví dụ thay đổi công suất lò cách thay đổi lưu lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt, đồng thời kéo theo thay đổi nhiệt độ áp suất buồng đốt Tác động điều khiển lưu lượng không khí cấp vào buồng đốt làm thay đổi trực tiếp áp suất buồng đốt Một số hệ thống điều khiển lò hệ thống điều khiển mức nước bao hơi, hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt, hệ thống điều khiển độ kinh tế trình cháy Với hệ thống cần phải có cấu chấp hành van điều khiển Trong trình hoạt động, có nhiều nguồn nhiễu ảnh hưởng đến van đặc tính thân van phi tuyến bất định Do giải pháp sử dụng cấu trúc điều khiển tầng phù hợp hệ thống điều khiển ưu điểm bật điều khiển tầng cải thiện khả loại bỏ nhiễu cục khử tính phi tuyến bất định đối tượng vòng Các phương pháp chỉnh định biết trước áp dụng cho hệ thống điều khiển trình nhà máy nhiệt điện khó khăn và/hoặc chưa đạt hiệu cao Ví dụ phương pháp chỉnh định Zigler – Nichols [65] dễ áp dụng dẫn đến hệ thống có độ dao động lớn Phương pháp mô hình nội (IMC) [41] cho chất lượng đáp ứng giá trị đặt tốt khử nhiễu trình lại Phương pháp ổn định bền vững [69] cho chất lượng hệ thống tốt với giá trị đặt nhiễu điều khiển có cấu trúc phức tạp, khó thực thi Vì nhà máy nhiệt điện người ta thường chỉnh định hệ thống phần lớn dựa vào kiến thức chuyên gia kinh nghiệm Trên giới có nhiều công trình nghiên cứu hệ điều khiển nhiều tầng (hệ tầng), hầu hết tập trung vào việc giải toán tổng hợp điều chỉnh theo mục đích bám giá trị đặt có lưu ý đến khử nhiễu Bên cạnh đó, toán khảo sát tính ổn định dự trữ ổn định hệ tầng quan tâm nghiên cứu Các khái niệm “chỉ số dao động mềm”, “đặc tính mềm”, “đường biên mềm” [67] áp dụng hiệu để khảo sát tính ổn định hệ thống điều khiển vòng cho đối tượng có trễ vận tải Thêm vào đó, việc kết hợp với quan điểm“điều khiển bền vững chất lượng cao” [69] đơn giản hóa toán chỉnh định hệ vòng Tuy việc áp dụng khái niệm quan điểm chưa xét đến cho hệ tầng kể vấn đề đánh giá động học mà cụ thể đánh giá độ dự trữ ổn định hệ nhiều tầng toán tổng hợp chỉnh định điều khiển hệ tầng Thực tiễn nêu định hướng tác giả lựa chọn nội dung nghiên cứu luận án: “Nghiên cứu phát triển lý thuyết hệ điều khiển nhiều tầng điều khiển trình nhiệt sở số dao động mềm” Mục đích, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Mục đích luận án phát triển lý thuyết hệ điều khiển nhiều tầng vấn đề đánh giá động học chỉnh định điều khiển hệ tầng Đối tượng mà luận án áp dụng để nghiên cứu đối tượng nhiệt với đặc điểm có quán tính có trễ Phạm vi nghiên cứu luận án: Luận án nghiên cứu phát triển lý thuyết cho hệ điều khiển tầng tổng quát (hệ nhiều tầng nói chung), sau áp dụng để điều khiển đối tượng nhiệt Ý nghĩa khoa học luận án Luận án nêu phương pháp đánh giá dự trữ ổn định hệ thống điều khiển tầng, đóng góp thêm phần lý thuyết tổng hợp điều khiển hệ tầng chỉnh định (hay lựa chọn) tham số cho chúng Độ tin cậy kết nghiên cứu đánh giá thông qua so sánh chất lượng điều khiển hệ thống sử dụng kết nghiên cứu với sử dụng phương pháp nghiên khác (thể mục 3.7 chương luận án) chứng minh thực nghiệm Mặt khác, lựa chọn tham số điều khiển, tham số lựa chọn có phụ thuộc vào tham số trễ đối tượng (thể công thức (3.63)) nên kết luận án có ý nghĩa lớn việc nghiên cứu điều khiển tầng cho đối tượng có trễ, đặc biệt đối tượng nhiệt Các kết luận án làm sở cho nghiên cứu sau để phát triển hoàn thiện lý thuyết hệ điều khiển tầng vấn đề chỉnh định hệ thống Nội dung luận án Chương giới thiệu khái niệm, ý nghĩa hệ thống điều khiển tầng, trình bày số ứng dụng điển hình lĩnh vực công nghệ nhiệt, đặc điểm mô hình đối tượng trình nhiệt Tiếp theo, tổng quan phân tích phương pháp đánh giá dự trữ ổn định tổng hợp hệ thống điều khiển tầng giới Chương trình bày phương pháp nghiên cứu động học hệ tầng Trên sở khái niệm “chỉ số dao động mềm”, “đặc tính mềm”, “đường biên mềm” hệ thống tiêu chuẩn dự trữ ổn định mềm, tiêu chuẩn Parabol, luận án phân tích, đánh giá nêu phương pháp đánh giá dự trữ ổn định hệ nhiều tầng công nghiệp nói chung trình nhiệt nói riêng Chương trình bày phương pháp xác định nghiệm đặc tính hệ tầng dựa đặc tính mềm phương pháp đồ thị Chương xây dựng phương pháp chỉnh định hệ điều khiển trình nhiệt nhiều tầng dựa “chỉ số dao động mềm” “cấu trúc bền vững chất lượng cao hệ thống” Dựa tảng lý thuyết, chương trình bày phương pháp tổng hợp điều khiển hệ tầng để đưa công thức điều khiển bền vững, sau thực thi chúng Trong chương này, luận án rút phương pháp quy trình chỉnh định điều khiển hệ thống tầng nói chung hệ hai tầng nói riêng Đánh giá so sánh chất lượng hệ thống trình nhiệt chỉnh định theo phương pháp đề xuất với số phương pháp chỉnh định khác Chương trình bày hệ thống thử nghiệm kiểm chứng kết nghiên cứu lý thuyết thu Hệ thực nghiệm xây dựng theo cấu trúc hai vòng điều khiển mức nước thùng chứa có dòng chảy liên tục, bao gồm hai điều khiển PID chỉnh định theo phương pháp đề xuất luận án Những kết khoa học chủ yếu luận án - Dựa khái niệm số dao động mềm, đặc tính mềm, luận án rút công thức đặc tính mềm hệ điều khiển nhiều tầng có trễ vận tải công nghệ nhiệt Chứng minh đặc tính mềm hội tụ Điều cho phép áp dụng tiêu chuẩn dự trữ ổn định mềm tiêu chuẩn Parabol để đánh giá dự trữ ổn định hệ tầng - Dựa khái niệm số dao động mềm quan điểm điều khiển bền vững chất lượng cao, luận án rút cấu trúc điều khiển hệ tầng - Luận án đề xuất phương pháp lựa chọn tham số điều khiển hệ nhiều tầng dựa vào số dao động mềm tần số cắt thời gian trễ đối tượng TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm ý nghĩa hệ thống điều khiển tầng Trên thực tế có nhiều công trình nghiên cứu hệ điều khiển nhiều tầng (hay hệ tầng) [12, 15, 27, 31, 60], nhiên công trình đưa cấu trúc hai tầng Theo tác giả Nguyễn Văn Mạnh [69], hệ thống điều khiển tầng hệ thống gồm nhiều vòng điều chỉnh lồng nhau, nhiệm vụ chủ yếu điều khiển điều khiển đối tượng thuộc vòng Sơ đồ cấu trúc hệ tầng hình 1.3 Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ điều khiển tầng theo Nguyễn Văn Mạnh Trong đó: z tín hiệu giá trị đặt; u tín hiệu điều khiển điều khiển vòng cùng; d1, d2, , dn tín hiệu nhiễu tác động quy đầu đối tượng; Fi , Ri , Oi, Bi hàm truyền khâu Hệ thống điều khiển tầng ứng dụng rộng rãi nhờ ưu điểm [1, 10, 11, 12, 31, 40, 43, 45, 59] sau: - Tăng độ ổn định hệ thống nói chung so với hệ vòng - Cải thiện khả loại bỏ nhiễu cục - Giảm phi tuyến tính bất định đối tượng vòng đặc biệt cấu chấp hành (các van điều chỉnh) gây 1.2 Hệ thống điều khiển trình nhiệt nhiều tầng Hệ thống điều khiển tầng ứng dụng nhiều công nghiệp, đặc biệt hệ thống điều khiển trình nhiệt ví dụ lò nhà máy nhiệt điện có hệ thống điều khiển độ kinh tế trình cháy, hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt, hệ thống điều khiển mức nước bao 1.3 Đặc tính mô hình đối tƣợng trình nhiệt Điểm đặc trưng đối tượng nhiệt có trễ vận tải có quán tính lớn Do có quán tính lớn trễ vận tải nên hầu hết đối tượng nhiệt hệ thống điều khiển tương ứng lọc tần số thấp [2] Theo tính chất động học, tồn phổ biến hai lớp đối tượng điều chỉnh: lớp đối tượng tĩnh lớp đối tượng phi tĩnh Các đối tượng tĩnh có khả thiết lập trạng thái cân tương ứng với độ lớn xung đầu vào, nên có tên gọi đối tượng “có tự cân bằng” Các đối tượng điều chỉnh nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, v.v… có tự cân [2] Các đối tượng phi tĩnh khả tự thiết lập trạng thái cân nên có tên gọi đối tượng "không có tự cân bằng" Ví dụ, đối tượng điều chỉnh mức chất lỏng thường đối tượng tự cân [2] Mô hình đặc trưng đối tượng nhiệt [2] là: Ot (s)  K  e s q s (1  T1s)(1  T2 s) (1  Tn s ) (1.2) Mô hình (1.2) cho phép mô tả ba đặc điểm đối tượng nhiệt: trễ vận tải, tính chất quán tính tích phân 1.4 Tổng quan tình hình nghiên cứu hệ điều khiển tầng 1.4.1 Dự trữ ổn định hệ thống điều khiển tầng Một số tiêu chuẩn dự trữ ổn định sử dụng để đánh giá dự trữ ổn định hệ thống tầng là: Dự trữ ổn định Pha Biên độ theo đường cong Nyquist, dự trữ ổn định theo tiêu chuẩn Parabol, dự trữ ổn định theo số dao động mềm 1.4.2 Tổng hợp hệ thống điều khiển nhiều tầng Có thể chia thành hướng nghiên cứu chính: - Cách tiếp cận theo cách chọn cấu trúc điều khiển dạng PID sau chọn tham số - Cách tiếp cận dựa theo cấu trúc mô hình nội (IMC) - Cách tiếp cận dựa điều kiện ổn định bền vững cho tất vòng 1.5 Kết luận Các hệ thống điều khiển trình nhiệt có hệ thống lò nhà máy nhiệt điện sử dụng cấu trúc điều khiển tầng phổ biến Điểm đặc trưng đối tượng nhiệt có trễ, có quán tính có tính bất định Các đối tượng phân thành hai lớp với hai dạng hàm truyền đặc trưng là: khâu quán tính bậc cao có trễ khâu tích phân có quán tính có trễ Để tính toán chỉnh định hệ nhiều tầng nói chung lĩnh vực điều khiển trình nhiệt nói riêng áp dụng số phương pháp điển hình như: Phương pháp Zigler-Nichol, phương pháp mô hình nội IMC, phương pháp bền vững chất lượng cao Nhưng hiệu áp dụng phương pháp nhiều hạn chế vì: - Phương pháp Zigler – Nichol đơn giản cho độ điều chỉnh hệ thống kín lớn dao động nhiều - Phương pháp IMC cho chất lượng đáp ứng vòng kín theo kênh đặt tốt khả kháng nhiễu - Phương pháp bền vững chất lượng cao cho chất lượng hệ thống tốt với giá trị đặt nhiễu điều khiển có cấu trúc phức tạp, khó thực thi Phương pháp cần phải phát triển hoàn thiện áp dụng cho hệ nhiều tầng CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC HỆ TẦNG 2.1 Nền tảng lý thuyết 2.1.1 Chỉ số dao động dự trữ ổn định hệ thống Xét hệ tuyến tính có phương trình đặc tính sau: a0 s n  a1s n1   an  (2.15) (2.15) có p nghiệm thực sk = –k q cặp nghiệm phức si,i+1 = –i  j i mi = βi/ωi gọi số dao động cặp nghiệm phức thứ i Cặp nghiệm phức theo sô dao động là: (2.16) si  mii  ji Cặp nghiệm trội là: sc  mcc  jc (2.17)   Với mc  min{mi }   βi  i i  i  Cặp nghiệm trội làm ảnh hưởng tới trình độ hệ thống kéo dài tắt chậm định tính ổn định dự trữ ổn định hệ thống Vậy, số dao động hệ số tắt dần hệ thống xác định theo cặp nghiệm trội 2.1.2 Chỉ số dao động mềm, đường biên mềm đặc tính mềm Chỉ số dao động mềm [67] có công thức sau: m( )  m0 1 e    (2.18) Với α ≥ hệ số mềm hóa, m0 = const hệ số hay số dao động ứng với tần số ω =0 Khi  thay đổi từ  đến +, s = m||+j  biến thiên dọc theo đường cong MON đối xứng qua trục thực gọi đường biên mềm (hình 2.3) [67] Do tính đối xứng nên luận án xét với   Hình 2.3 Các đường giới hạn nghiệm khác Vì tính đối xứng nên luận án sử dụng s = m +j thay cho s = m||+j  để ngầm hiểu xét với  ≥ 0, lại  ≤ đối xứng qua trục thực Đường biên mềm áp dụng để xác định dự trữ ổn định hệ thống theo vị trí điểm cực Nếu tất điểm cực hệ thống nằm bên trái nằm đường biên mềm cho trước, hệ có dự trữ ổn định mềm [67] cho trước Nếu thay s = m +j  vào hàm truyền hệ hở được: H(-mω+jω) gọi đặc tính mềm hệ hở [67] Trường hợp riêng: α =0, m = m0 = const Nếu thay s = m0  +j  vào hàm truyền hệ hở được: H(-m0ω+jω) gọi đặc tính cứng hệ hở [67] 2.1.4 Tiêu chuẩn dự trữ ổn định mềm Giả sử hệ hở có số dao động mềm cho trước (m0 > α > 0) tức nghiệm đặc tính nằm bên trái đường biên mềm cho, tiêu chuẩn dự trữ ổn định mềm [67] sau: Điều kiện cần đủ để nghiệm đặc tính hệ kín hệ hở nằm bên trái đường biên mềm cho trước đặc tính mềm hệ hở không bao điểm (1,j0) 2.1.5 Ổn định dự trữ ổn định theo tiêu chuẩn Parabol 2.1.5.1 Tiêu chuẩn ổn định Parabol [68] Giả sử hệ hở có q nghiệm đặc tính nằm bên phải n-q nghiệm nằm bên trái đường biên mềm cho Tiêu chuẩn parabol : Điều kiện cần đủ để hệ kín ổn định đặc tính tần số hệ hở cắt nửa dương parabol (P = Q  1) (Q>0) với số điểm “cắt ra” nhiều số điểm “cắt vào” q/2, q số điểm cực phải hệ hở Tiêu chuẩn parabol 2: Nếu hệ hở ổn định, điều kiện cần đủ để hệ kín ổn định số điểm “cắt ra” số điểm “cắt vào” đặc tính tần số hệ hở nửa parabol dương, 2.1.5.2 Tiêu chuẩn dự trữ ổn định Parabol theo số dao động mềm [68] Giả sử hệ hở có q nghiệm đặc tính nằm bên phải n-q nghiệm nằm bên trái đường biên mềm cho Tiêu chuẩn Parabol mở rộng 1: Điều kiện cần đủ để hệ kín có độ dự trữ ổn định mềm cho trước đặc tính mềm hệ hở tương ứng cắt nửa dương parabol với số điểm “cắt ra” lớn số điểm “cắt vào” q/2 Tiêu chuẩn Parabol mở rộng 2: Điều kiện cần đủ để hệ kín bảo toàn độ dự trữ ổn định mềm hệ hở số điểm “cắt ra” số điểm “cắt vào” đặc tính mềm hệ hở nhánh parabol dương 2.1.5.3 Điều kiện đủ tiêu chuẩn Parabol [68] Điều kiện đủ hệ thống kín bảo toàn độ dự trữ ổn định hệ hở ban đầu sau nối kín liên hệ ngược từ hệ hở đó, là: Qmax  với Qmax tung độ điểm “cắt vào’’ cao đặc tính mềm với nửa dương parabol P = Q2  2.2 Áp dụng số dao động mềm để nghiên cứu hệ tầng 2.2.1 Cấu trúc vòng tương đương hệ tầng hàm truyền hở hệ thống [CT 1, 4] Theo sơ đồ cấu trúc hệ nhiều tầng hình 1.3 ta biến đổi sau: Chọn Rk làm khâu (bộ) điều khiển biến đổi tương đương để đến sơ đồ hệ vòng tương đương hình 2.12 Trong đó: WK hàm truyền hệ tầng trực thuộc tính từ đầu Rk đến đầu vào Ok, OTk hàm truyền tương đương phần mạch, tính từ đầu Ok đến đầu vào Rk OTk WK - Rk - Rk+1 Rn On Ok+1 Ok O1 Ok-2 Ok-1 y F1 z - R1 - - Rk-1 - Fn F2 Fk+1 Fk-1 Fk Hình 2.12 Sơ đồ hệ vòng tương đương hệ tầng, ứng với khâu điều chỉnh Rk Hàm truyền hệ hở ứng với điều chỉnh thứ k là: n k  R O Fq H k  RkWk Ok OTk  1 q 1 n i i i q n  F R O q q  k 1 (2.44) i i i q 2.2.2 Đặc tính mềm hệ tầng khả đánh giá dự trữ ổn định 2.2.2.1 Đặc tính mềm hệ tầng [CT 1, 4] Thay s = m +j  vào Hk công thức (2.44) ta Hk(m+j ) gọi đặc tính mềm hệ hở ứng với khâu điều chỉnh R k (hay gọi đặc tính mềm tầng thứ k) Đối tượng điều chỉnh tầng thứ i biểu diễn dạng sau [2]: Oi  s   b0  b1s  b2 s   bm s m e i s  q  OiPT  s  e i s n  a1s  a2 s   an s s (2.45) Trong đó: b0 hệ số truyền; a1, ,am, b1, ,bn hệ số; q bậc tích phân; m bậc tử thức; n bậc mẫu thức; m ≤ n; i độ trễ đối tượng thuộc vòng i; OiPT(s) phần phân thức túy Hàm truyền (2.45) dạng tổng quát đối tượng tuyến tính công nghiệp nói chung Biến đổi (2.44) thay s = m +j  , ta có công thức đặc tính mềm hệ hở tầng thứ k, sau k  e q m q 1 n H k (m  j )  1 H q, PT (m  j )e  j q (2.47) e  q m H q, PT (m  j )e  j q q  k 1 n  R (s)O Trong đó: H q, PT ( s)  Fq ( s) i iPT ( s) phần phân thức i q q  n  i tổng độ trễ vận tải khâu thuộc vòng từ iq thứ q đến n 2.2.2.2 Sự hội tụ đặc tính mềm khả đánh giá dự trữ ổn định hệ tầng Giới hạn môđun đặc tính mềm là: lim H k (m  j )  (2.51)   Với giả thiết đặc tính mềm không chứa điểm cực hệ hở điều kiện (2.51) chứng tỏ đặc tính mềm hệ hở nhiều tầng hội tụ gốc toạ độ Vậy áp dụng tiêu chuẩn dự trữ ổn định mềm tiêu chuẩn Parabol để đánh giá động học cho hệ thống điều khiển tầng trường hợp đặc tính mềm đặc tính mềm hệ tầng hở 2.2.3 Phương pháp xác định cặp nghiệm trội hệ tầng Để tìm nghiệm đặc tính hệ thống ta việc đưa đặc tính mềm qua điểm (1;j0) cách thay đổi số dao động mềm thông qua việc thay đổi giá trị m0 công thức (2.18) Giá trị cặp nghiệm trội xác định đặc tính mềm qua điểm (1;j0) ứng với giá trị tần số cắt c nhỏ m0 định [CT 1] 2.4 Kết luận - Rút công thức đặc tính mềm hệ tầng hở cho hệ thống điều khiển nhiều tầng có trễ vận tải công nghiệp có trình nhiệt - Chứng minh đặc tính mềm hệ tầng hở hội tụ gốc tọa độ, cho phép áp dụng tiêu chuẩn dự trữ ổn định mềm tiêu chuẩn Parabol để đánh giá dự trữ ổn định hệ điều khiển nhiều tầng Như dùng đặc tính mềm để đánh giá tính ổn định chất lượng đáp ứng hệ thống điều khiển tầng - Trên sở áp dụng đặc tính mềm xác định nghiệm đặc tính có nghiệm trội hệ tầng Từ đánh giá dự trữ ổn định hệ thống cách đánh giá vị trí cặp nghiệm trội hệ thống so với đường biên mềm cho trước mặt phẳng nghiệm đa thức đặc tính CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP CHỈNH ĐỊNH HỆ TẦNG DỰA TRÊN CHỈ SỐ DAO ĐỘNG MỀM 3.1 Nền tảng lý thuyết 3.1.2 Hệ thống bền vững Hàm truyền hệ thống bền vững [4, 69] là: K (3.1) W ( s)  ,  0  θs K hệ số truyền;  số quán tính lớn không Hàm truyền hệ hở tương ứng [4, 69] : H ( s)  K  K  θs Theo [4, 69], chọn K  3.1.3 Hệ thống bền vững chất lượng cao Hàm truyền hệ điều khiển bền vững chất lượng cao [4, 69] là: W ( s)  , θ0  θs Với   W(s) 1 Hàm truyền hệ hở bền vững chất lượng cao [4, 69] : H ( s)  θs (3.2) (3.6) (3.7) Hàm truyền điều chỉnh [4, 69], là: (3.8) R(s)  O(s)1 θs Theo [4], điều khiển bền vững thực thi cách cắt bỏ thành phần trễ đối tượng Khi điều khiển (3.8) có dạng: R( s )  OPT (s)1 (3.9) θs OPT(s) hàm truyền đối tượng sau bỏ thành phần trễ 3.2 Phƣơng pháp tổng hợp bền vững hệ điều khiển tầng [CT 2, 5] Các điều khiển hệ nhiều tầng xác định sở quan điểm tổng hợp hệ bền vững chất lượng cao Một hệ điều khiển tầng bền vững chất lượng cao đảm bảo tính chất bền vững chất lượng cao hệ vòng tương đương 10 Với yêu cầu hệ vòng tương đương có cấu trúc bền vững chất lượng cao sở (3.7) Như hệ vòng tương đương phải thoả mãn điều kiện: (3 10) Hk  θk s Hk hàm truyền hệ hở vòng thứ k, θk số quán tính Không tính tổng quát, giả sử Fk =1 Để tìm Rk từ (2.44) cần phải giải hệ phương trình sau: n k  Ri Oi   j 1 i  j  H k , k  1, n  n n 1  Ri Oi  j  k 1 i  j   (3.12)   Từ (3.10) (3.12) ta được: R1   2 s 1  2  s O11 Rn 1  1  n s n2  n1  O1 n1  n 1  n2 s  n1 (3.26) n 1  n O 1 n 1  n 1s  n Từ hệ phương trình (3.26) ta thấy điều khiển R tầng hệ nhiều tầng phụ thuộc vào hệ số θk hai vòng liền kề θk-1, θk+1 đối tượng thuộc vòng Để có điều khiển cần phải xác định hệ số θk Xét trường hợp hệ thống điều khiển trình nhiệt: Trong hệ thống điều khiển trình nhiệt, độ tác động nhanh vòng lớn hẳn so với vòng (tức độ quán tính độ trễ vòng nhỏ hẳn so với vòng ngoài) vòng làm việc dải tần cao nhiều so với vòng Khi vòng tác động vòng chưa phản ứng thể mạch đứt Trong trường hợp này, công thức (3.26) đơn giản hóa sau: Rn  R1  1 O 1s Rn 1  Rn   n 1s n s On11 On1 11 (3.27) (3.26) (3.27) gọi điều khiển bền vững lý tưởng công thức (3.27) sử dụng để tổng hợp hệ thống điều khiển trình nhiệt 3.3 Thực thi điều khiển bền vững Khi đối tượng có thời gian trễ (τ > 0), điều khiển theo công thức (3.27) không thực thi chứa khâu dự báo tuyệt đối (thành phần trễ dương) Theo [4], để đơn giản thực thi loại bỏ thành phần trễ công thức điều khiển Khi hàm truyền điều khiển công thức (3.27) sau: 1 (3.30) Rk ( s)  O (s)  k s kPT Với OkPT phần phân thức Ok Mặt khác n +q >1 (n, q công thức (1.2) điều khiển bền vững có hàm truyền bậc tử số lớn bậc mẫu số Nếu trường hợp xảy cần phải bù bậc cho điều khiển cách mắc nối tiếp điều khiển với khâu lọc [CT 5] có hàm truyền: (3.31)  k ( s)  (1  0,1Tmin s)n  q 1 Với: n, q số công thức (1.2) Tmin số thời gian nhỏ đối tượng Ok(s) Bộ điều khiển bền vững khả thi có cấu trúc là: 1 (3.32) Rk ( s)  O ( s ) ( s ) k s kPT *) Một số trường hợp điển hình: - Nếu hàm truyền đối tượng vòng thứ k khâu quán tính bậc điều khiển bền vững có dạng PI - Nếu hàm truyền đối tượng vòng thứ k khâu quán tính – tích phân bậc có trễ điều khiển bền vững có dạng PD - Nếu hàm truyền đối tượng vòng thứ k khâu quán tính bậc hai có trễ điều khiển bền vững có dạng PID 3.4 Phƣơng pháp xác định hệ số điều khiển theo số dao động mềm [CT 3] Phần thực lựa chọn hệ số θk công thức (3.30) Để tạo mối liên hệ điều khiển với dự trữ ổn định hệ thống thời gian trễ đối tượng, mục tác giả luận án đưa phương pháp tạo mối quan hệ hệ số điều khiển với số dao động mềm thời gian trễ đối tượng Công thức sau: k   k em ck  arc cot mck   arc cot mck  12 (3.63) mck  mck số dao động cắt vòng thứ k; τk thời gian trễ đối tượng vòng thứ k *) Lựa chọn số dao động cho vòng [CT 3] Đối với hệ nhiều tầng yêu cầu chất lượng xác định cho tín hiệu vòng Tức số dao động m1 vòng theo yêu cầu chất lượng hệ thống, số dao động vòng chưa biết Độ bền vững vòng phải tốt hay vòng ngoài, số dao động vòng lớn số dao động vòng (mi+1 ≥ mi) 3.5 Chỉnh định lại hệ số khuếch đại điều khiển [CT4, 5] Trong tính toán hệ thống, xảy trường hợp hệ thống thiếu dự trữ ổn định thừa dự trữ ổn định Vậy phải điều chỉnh hệ thống cho hệ thống vừa đủ dự trữ ổn định cho trước Đối với hệ thống điều khiển tầng, để hệ thống vừa đủ dự trữ ổn định cho trước cần phải cần điều chỉnh lại hệ số khuếch đại điều khiển để đặc tính mềm hệ hở tương ứng qua điểm (-1, j0) 3.6 Các bƣớc thực chỉnh định hệ thống điều khiển tầng 3.6.1 Trình tự tính toán điều chỉnh bền vững hệ nhiều tầng Bước 1: Tính toán cho vòng (k =1) - Theo yêu cầu chất lượng cho, xác định số dao động cắt vòng mc1 cần thiết - Tính số quán tính θ1 theo công thức (3.63) với k =1 Bước 2: Tính toán cho vòng thứ (k =2) - Chọn số dao động cắt cho vòng (mc2) cho mc2 ≥ mc1 - Tính số quán tính θ2 theo công thức (3.63) với k =2 Bước 3: Nếu hệ thống có n tầng (n>2) lặp lại việc tính toán cho vòng theo bước với việc chọn số dao động vòng lớn vòng Bước 4: Tính toán khâu bù bậc cho điều khiển theo công thức (3.31) Thay hệ số θk tính toán bước khâu bù bậc vào công thức (3.32) ta điều khiển bền vững Bước 5: Cho trước m0 α công thức đặc tính mềm (2.18) để xác định đường biên mềm hay độ dự trữ ổn định cho trước hệ thống Vẽ đặc tính mềm hệ hở tương ứng với vòng Nếu đặc tính mềm hệ hở tương ứng với vòng bao điểm (-1, j0) thực chỉnh định lại hệ số khuếch đại điều khiển vòng để hệ thống vừa đủ dự trữ ổn định Cuối vẽ đáp ứng độ hệ thống theo kênh đặt theo kênh nhiễu để đánh giá chất lượng hệ thống 13 3.6.2 Trình tự tính toán điều khiển bền vững dạng PID (bộ PID bền vững) hệ nhiều tầng Bước 1: Tính toán cho vòng (k =1) ' - Mô hình hóa đối tượng hệ tầng O1 thành O1 có dạng hàm truyền khâu quán tính bậc có trễ, khâu quán tính – tích phân bậc có trễ khâu quán tính bậc hai có trễ Nếu đối tượng O1 có dạng hàm truyền khâu không cần phải thực mô hình hóa, lúc O1'  O1 - Theo yêu cầu chất lượng cho, xác định số dao động cắt vòng mc1 cần thiết - Tính số quán tính θ1 theo công thức (3.63) với k =1 Lưu ý số thời gian trễ công thức (3.63) số thời gian ' trễ đối tượng O1 Bước 2: Tính toán cho vòng thứ (k =2) - Mô hình hóa đối tượng hệ tầng O2 thành O2' có dạng hàm truyền khâu quán tính bậc có trễ, khâu quán tính – tích phân bậc có trễ khâu quán tính bậc hai có trễ Nếu đối tượng O2 có dạng hàm truyền khâu không cần phải thực mô hình hóa, lúc O2'  O2 - Chọn số dao động cắt cho vòng (mc2) cho mc2 ≥ mc1 - Tính số quán tính θ2 theo công thức (3.63) với k =2 Lưu ý số thời gian trễ công thức (3.63) số thời gian trễ đối tượng O2' Bước 3: Nếu hệ thống có n tầng (n>2) lặp lại việc tính toán cho vòng theo bước với việc chọn số dao động vòng lớn vòng Bước 4: Thay hệ số θk tính toán bước vào công thức (3.30) để đưa công thức điều khiển bền vững dạng PID ' Chú ý đối tượng Ok công thức (3.30) đối tượng Ok Bước 5: Cho trước m0 α công thức đặc tính mềm (2.18) để xác định đường biên mềm hay độ dự trữ ổn định cho trước hệ thống Vẽ đặc tính mềm hệ hở tương ứng với vòng Nếu đặc tính mềm hệ hở tương ứng với vòng bao điểm (-1, j0) thực chỉnh định lại hệ số khuếch đại điều khiển vòng để hệ thống vừa đủ dự trữ ổn định 14 Cuối vẽ đáp ứng độ hệ thống theo kênh đặt theo kênh nhiễu để đánh giá chất lượng hệ thống 3.6.3 Trường hợp hệ hai tầng Xét hệ thống với cấu trúc điều khiển hai tầng hình 3.4 V1 y z - R1 - R2 O2 O1 Hình 3.4 Sơ đồ hệ vòng tương đương ứng với điều khiển R1 Cách 1: Xác định điều khiển theo đối tượng vòng, tức sử dụng công thức điều khiển (3.32) Trình tự tính toán điều khiển bền vững giống mục 3.6.1 tính toán PID bền vững giống mục 3.6.2 Cách 2: Xác định điều khiển vòng theo đối tượng vòng (sử dụng công thức (3.35)), điều khiển vòng theo đối tượng tương đương V1 thể hình 3.7 Từ hình 3.7, hàm truyền đối tượng tương đương V1 là: ROO V1  2 1  R2O2 (3.67) Với V1PT hàm truyền V1 sau bỏ trễ Tổng hợp điều khiển R1 theo quan điểm bền vững [4, 74] được: 1 R1 ( s)  V ( s) 1s 1PT (3.68) θ1 tính theo công thức (3.63) với τ công thức thời gian trễ đối tượng tương đương V1  Trình tự tính toán điều khiển bền vững trường hợp thực sau: Bước 1: Tính toán cho vòng (tầng thứ ứng với k =2) - Chọn số dao động cắt cho vòng (mc2) - Tính số quán tính θ2 theo công thức (3.63) với k =2 Lưu ý số thời gian trễ công thức (3.63) số thời gian trễ đối tượng O2 - Tính toán khâu bù bậc cho điều khiển vòng theo công thức (3.31) - Thay hệ số θ2 khâu bù bậc vào công thức (3.32) ta điều khiển bền vững cho vòng 15 Bước 2: Tính toán cho vòng (k =1) - Tính hàm truyền đối tượng tương đương V1 theo công thức (3.67) - Chọn số dao động cắt cho vòng (mc1): mc1 ≤ mc2 - Tính số quán tính θ1 theo công thức (3.63) với k =1 Lưu ý thời gian trễ công thức (3.63) thời gian trễ đối tượng V1 - Tính toán khâu bù bậc cho điều khiển vòng theo công thức (3.31) - Thay hệ số θ1 khâu bù bậc vào công thức (3.32) ta điều khiển bền vững cho vòng Bước 3: Cho trước m0 α công thức đặc tính mềm (2.18) để xác định đường biên mềm hay độ dự trữ ổn định cho trước hệ thống Vẽ đặc tính mềm hệ hở tương ứng với vòng Nếu đặc tính mềm hệ hở tương ứng với vòng bao điểm (-1, j0) thực chỉnh định lại hệ số khuếch đại điều khiển vòng để hệ thống vừa đủ dự trữ ổn định Cuối vẽ đáp ứng độ hệ thống theo kênh đặt theo kênh nhiễu để đánh giá chất lượng hệ thống  Trình tự tính toán điều khiển PID bền vững Bước 1: Tính toán cho vòng (tầng thứ ứng với k =2) - Nếu đối tượng O2 có dạng hàm truyền khâu quán tính bậc có trễ, quán tính bậc hai có trễ quán tính – tích phân bậc có trễ Mô hình hóa đối tượng O2 dạng hàm truyền khâu quán tính bậc có trễ, quán tính bậc hai có trễ quán tính – tích phân bậc có trễ ( O2' ) Nếu đối tượng O2 có dạng hàm truyền khâu không cần phải thực mô hình hóa, lúc O2'  O2 - Chọn số dao động cắt cho vòng (mc2) - Tính số quán tính θ2 theo công thức (3.63) với k =2 ' Lưu ý thời gian trễ công thức (3.63) thời gian trễ đối tượng O2 - Thay hệ số θ2 vào công thức (3.30) ta điều khiển PID bền vững cho vòng Bước 2: Tính toán cho vòng (k =1) - Tính hàm truyền đối tượng tương đương V1 theo công thức (3.67) - Mô hình hóa đối tượng V1 dạng hàm truyền khâu quán tính bậc có trễ, quán tính bậc hai có trễ quán tính – tích phân bậc có trễ ( V1' ) Nếu đối tượng V1 có dạng hàm truyền khâu không cần phải thực mô hình hóa, lúc V1'  V1 - Chọn số dao động cắt cho vòng (mc1): mc1 ≤ mc2 - Tính số quán tính θ1 theo công thức (3.63) với k =1 16 ' Lưu ý thời gian trễ công thức (3.63) thời gian trễ đối tượng V1 - Thay hệ số θ1 vào công thức (3.30) ta điều khiển PID bền vững cho vòng Bước 3: Cho trước m0 α công thức đặc tính mềm (2.18) để xác định đường biên mềm hay độ dự trữ ổn định cho trước hệ thống Vẽ đặc tính mềm hệ hở tương ứng với vòng Nếu đặc tính mềm hệ hở tương ứng với vòng bao điểm (-1, j0) thực chỉnh định lại hệ số khuếch đại điều khiển vòng để hệ thống vừa đủ dự trữ ổn định Cuối vẽ đáp ứng độ hệ thống theo kênh đặt theo kênh nhiễu để đánh giá chất lượng hệ thống 3.7 Đánh giá so sánh chất lƣợng hệ thống với điều khiển bền vững Xét hệ thống trình nhiệt [30, 35] thể hình 3.5 Hình 3.5 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển hai tầng Trong đó: O1, O2 hàm truyền đối tượng vòng vòng trong; R1, R2 hàm truyền điều khiển vòng vòng trong; B1, B2 hàm truyền nhiễu d1 d2 Các hàm truyền là: 0,5s B2 (s)  O2 (s)  e ; B1 (s)  O1 (s)  e3s s 1 s(1  10s)(1  2s) Giả sử yêu cầu dự trữ ổn định với số dao động mềm (2.18) sau: m( )  1, 3  1 e 3 Đáp ứng bước theo kênh đặt kênh nhiễu vòng hệ thống với điều khiển bền vững nguyên đường cong 1, với PID bền vững đường cong 2, với PID theo [30] đường cong với PID theo [35] đường cong hình 3.19 hình 3.20 Nhận xét: - Các điều khiển bền vững PID bền vững tổng hợp tham số dựa vào yêu cầu dự trữ ổn định hệ thống, chúng có tính linh hoạt - Với yêu cầu dự trữ ổn định cho trên, hệ thống sử dụng điều khiển bền vững PID bền vững đảm bảo dự trữ ổn định, 17 hệ thống sử dụng điều khiển theo [30, 35] không đảm bảo dự trữ ổn định - Thời gian điều chỉnh nhỏ nhiều sử dụng điều khiển bền vững so với việc sử dụng điều khiển dạng PID, nhiễu vòng bị dập nhanh rõ rệt Hình 3.19 Đáp ứng bước giá trị đặt hệ thống Hình 3.19 Đáp ứng bước với nhiễu vòng hệ thống 3.8 Kết luận - Đưa công thức tổng quát cấu trúc điều khiển hệ thống điều khiển tầng dựa quan điểm bền vững chất lượng cao - Thực thi hóa điều khiển bền vững cho hệ tầng với đối tượng nhiệt - Lựa chọn tham số điều khiển dựa vào số dao động mềm tần số cắt thời gian trễ đối tượng vòng - Chỉnh định lại hệ số khuếch đại điều khiển để đảm bảo cho toàn hệ thống có độ dự trữ ổn định cho trước 18 - Đưa quy trình chỉnh định hệ thống điều khiển nhiều tầng nói chung hệ hai tầng, chỉnh định cho hệ hai tầng cụ thể - Đánh giá so sánh chất lượng hệ thống chỉnh định theo phương pháp đề xuất với phương pháp khác CHƢƠNG THÍ NGHIỆM VÀ MÔ PHỎNG 4.1 Hệ thống điều khiển mức nƣớc Để mô trình động học hệ thống điều khiển mức nước bao lò tác giả luận án sử dụng mô hình mô (hình 4.2) sau: Bồn nước C đặc trưng cho bao Nước đưa vào bồn C thông qua hệ thống đường ống phía bồn C Trên đoạn đường ống trước vào bồn có đặt van điều khiển (Van ĐK) tín hiệu điện với mục đích điều chỉnh lưu lượng nước vào bồn Nước bồn xả thông qua van V5 Để đo lưu lượng nước vào bồn đặt cảm biến lưu lượng đoạn đường ống trước Van ĐK, đo mức nước bồn cách đặt cảm biến mức bình thông với bồn C Dưới hình ảnh mô hình thí nghiệm thực tế 4.1.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống (hình 4.2) Hoạt động hệ thống sau: Giá trị đặt mức nước giá trị đo từ cảm biến mức H đưa vào điều khiển vòng Bộ điều khiển vòng tính toán đưa tínhiệu làm giá trị đặt cho điều khiển vòng Tín hiệu từ cảm biến đo lưu lượng nước Wnc đưa vào điều khiển vòng Bộ điều khiển vòng tính toán tính toán phát tín hiệu để điều chỉnh van ĐK Vậy hệ thống gồm hai vòng điều chỉnh với sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống hình 4.3 19 Hình 4.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống điều khiển mức nước Hình 4.3 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống điều khiển mức nước Trong đó: z tín hiệu giá trị đặt; u tín hiệu điều khiển van; y2 tín hiệu lưu lượng nước cấp Wnc; y1 tín hiệu mức H, d2 nhiễu áp suất trước van, d1 nhiễu van xả V5 4.2 Tiến hành thí nghiệm nhận dạng đối tƣợng Hình ảnh đồ thị số liệu trình thu thập thể trên hình 4.7 với chu kỳ lấy mẫu 0,5s Chuỗi số liệu sử dụng để mô hình hóa đối tượng lấy khoảng thời gian Δt1 = 160s từ to = 200s đến t1 = 360s trình thu thập liệu (hình 4.7) Xử lý số liệu trước thực mô hình hóa đối tượng sau: - Với số liệu thể lưu lượng nước Wnc: Giữ nguyên chu kỳ lấy mẫu 0,5s; chuyển mốc thời gian bắt đầu lấy số liệu 0s; xử lý làm trơn số liệu; mô khoảng thời gian 5s đầu đáp ứng thực nghiệm hình 4.8 20 Hình 4.7 Đường cong thu thập liệu u, Wnc, H theo thời gian Hình Đáp ứng bước vòng - Với số liệu thể mức nước H: Lấy mẫu theo chu kỳ 5s, chuyển mốc thời gian bắt đầu lấy số liệu 0s, chuyển giá trị mức nước mm mô khoảng thời gian 160s đầu đáp ứng thực nghiệm hình 4.9 21 Hình 4.9 Đáp ứng bước hệ thống(vòng ngoài) Đặc tính hình 4.8 đặc tính van điều khiển hay đáp ứng đối tượng vòng trong) đặc tính hình 4.9 khâu toàn phần G(s) bao gồm hai đối tượng van điều khiển bồn nước C nối tiếp đáp ứng hệ thống (hình 4.10) Hình 4.10 Sơ đồ đối tượng hệ thống trình thu thập liệu để nhận dạng Sau thực mô hình hóa theo phương pháp [69] ta được: Hàm truyền đối tượng van điều khiển là: O2 (s)  1  0, 23s 1  0, 23s  e0,439s Hàm truyền đối tượng bồn nước C là: 70,305(1  0, 23s ) 1  0, 23s  2,561s O1 (s)  e 1  3, 475s  (1  26030s) Đáp ứng mô hình đối tượng van thể hình 4.8 đáp ứng mô hình hệ thống thể hình 4.9 4.3 Chỉnh định hệ thống Chỉnh đinh hệ thống với điều khiển bền vững nhận là: 22 R2 (s)  0,845 1  0, 23s 1  0, 23s  ; s 1  0, 023s  R1 (s)  0, 003 1  3, 475s  (1  26030s) s(1  0, 23s) 1  0, 23s  Khi đó, đáp ứng bước hệ thống theo giá trị đặt đường cong a hình 4.13 với chất lượng hệ thống đạt sau: Hệ số tắt dần hệ thống   0,9 , độ điều chỉnh δ% = 15,4%, thời gian điều chỉnh là: Tqt = 15,72s, tiêu tích phân sai số tuyệt đối là:  I c   |  (t ) | dt  6,55 Hình 4.13 Đáp ứng bước hệ thống theo kênh đặt Chỉnh định hệ thống với PID bền vững ta điều khiển là:     R2 (s)  0,389 1   0,115s  ; R1  92, 1   3, 455s   26033s   0, 46  Đáp ứng bước hệ thống theo giá trị đặt đường cong b hình 4.13 với chất lượng hệ thống đạt sau: Hệ số tắt dần hệ thống   0,9 , độ điều chỉnh δ% = 19,4%, thời gian để hệ thống vào ổn định là: Tqt = 13,29 giây, tiêu tích phân sai số  tuyệt đối là: I  |  (t ) | dt  5,695 c  4.3.3 Kết thử nghiệm Sử dụng điều khiển PID bền vững vào thực nghiệm ta đáp ứng bước hệ thống theo giá trị đặt đường cong c hình 4.13 với chất lượng hệ thống sau: Hệ số tắt dần hệ thống   0,9 , độ điều chỉnh δ% = 15,2%, thời 23 gian để hệ thống vào ổn định là: Tqt = 15,9 giây, tiêu tích phân sai số  tuyệt đối là: I  |  (t ) | dt  7,54 c  4.4 Kết luận - Các tiêu chất lượng trình độ mô thực tế khác thể sai lệch mô hình đối tượng mô mô hình thực nghiệm Tuy nhiên sai lệch mô thực tế không lớn - Hệ thống đảm bảo bền vững chất lượng đảm bảo hệ số tắt dần hệ thống trường hợp mô máy tính kết chạy thực không nhỏ 0,9 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những đóng góp luận án: Rút công thức đặc tính mềm hệ tầng hở cho hệ thống điều khiển nhiều tầng có trễ vận tải công Chứng minh đặc tính mềm hội tụ gốc tọa độ Điều cho phép áp dụng hiệu tiêu chuẩn dự trữ ổn định mềm tiêu chuẩn Parabol để đánh giá dự trữ ổn định cho hệ thống điều khiển đa tầng Đề xuất phương pháp xác định nghiệm đặc tính hệ tầng dựa theo đặc tính mềm hệ tầng hở Từ đánh giá dự trữ ổn định hệ điều khiển nhiều tầng cách đánh giá vị trí cặp nghiệm trội so với đường biên mềm mặt phẳng nghiệm đa thức đặc tính Rút công thức xác định cấu trúc điều khiển hệ thống điều khiển nhiều tầng cho trình nhiệt dựa theo quan điểm bền vững chất lượng cao Thực thực thi hóa điều khiển Chỉnh định tham số điều khiển việc thiết lập mối quan hệ hệ số điều khiển với số dao động mềm tần số cắt thời gian trễ đối tượng, đồng thời chỉnh định lại hệ số khuếch đại điều khiển Xây dựng quy trình chỉnh định hệ thống điều khiển nhiều tầng nói chung hệ hai tầng nói riêng Kết thực nghiệm phù hợp với luận điểm lý thuyết đề xuất Đề xuất nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp lựa chọn số quán tính vòng bền vững mong muốn theo quan điểm tăng dần độ bền vững từ vòng vòng - Nghiên cứu mối tương quan toán khử nhiễu vấn đề bất định đối tượng mối tương quan với toán khử nhiễu - Tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm 24 [...]... các bộ điều khiển trong hệ thống điều khiển nhiều tầng cho các quá trình nhiệt dựa theo quan điểm bền vững chất lượng cao Thực hiện thực thi hóa các bộ điều khiển 4 Chỉnh định tham số các bộ điều khiển bằng việc thiết lập mối quan hệ giữa các hệ số của bộ điều khiển với chỉ số dao động mềm tại tần số cắt và thời gian trễ của đối tượng, đồng thời chỉnh định lại hệ số khuếch đại của các bộ điều khiển. .. n 1  n 1s  n Từ hệ phương trình (3.26) ta thấy các bộ điều khiển R tại mỗi tầng của hệ nhiều tầng chỉ phụ thuộc vào các hệ số θk của hai vòng liền kề θk-1, θk+1 và đối tượng thuộc vòng đó Để có các bộ điều khiển thì cần phải xác định các hệ số θk Xét trường hợp hệ thống điều khiển quá trình nhiệt: Trong các hệ thống điều khiển các quá trình nhiệt, độ tác động nhanh của vòng trong lớn hơn hẳn so... bộ điều khiển dựa vào chỉ số dao động mềm tại tần số cắt và thời gian trễ của đối tượng vòng - Chỉnh định lại hệ số khuếch đại của bộ điều khiển để đảm bảo cho toàn hệ thống có độ dự trữ ổn định cho trước 18 - Đưa ra quy trình chỉnh định hệ thống điều khiển nhiều tầng nói chung và hệ hai tầng, chỉnh định cho hệ hai tầng cụ thể - Đánh giá và so sánh chất lượng của hệ thống được chỉnh định theo phương... Tức là chỉ số dao động m1 ở vòng ngoài cùng là theo yêu cầu chất lượng hệ thống, còn chỉ số dao động của các vòng trong là chưa biết Độ bền vững của vòng trong phải tốt hơn hay ít nhất cũng bằng vòng ngoài, khi đó chỉ số dao động của vòng trong lớn hơn hoặc bằng chỉ số dao động của vòng ngoài (mi+1 ≥ mi) 3.5 Chỉnh định lại hệ số khuếch đại của các bộ điều khiển [CT4, 5] Trong khi tính toán hệ thống,... đưa vào bộ điều khiển vòng ngoài Bộ điều khiển vòng ngoài tính toán và đưa ra tínhiệu làm giá trị đặt cho bộ điều khiển vòng trong Tín hiệu từ cảm biến đo lưu lượng nước Wnc cũng được đưa vào bộ điều khiển vòng trong Bộ điều khiển vòng trong sẽ tính toán tính toán và phát ra tín hiệu để điều chỉnh van ĐK Vậy hệ thống gồm hai vòng điều chỉnh với sơ đồ cấu trúc điều khiển của hệ thống như trên hình 4.3... hệ thống thiếu dự trữ ổn định hoặc thừa dự trữ ổn định Vậy phải điều chỉnh hệ thống sao cho hệ thống vừa đủ dự trữ ổn định cho trước Đối với hệ thống điều khiển tầng, để hệ thống vừa đủ dự trữ ổn định cho trước cần phải thì cần điều chỉnh lại hệ số khuếch đại của bộ điều khiển để đặc tính mềm của hệ hở tương ứng đi qua điểm (-1, j0) 3.6 Các bƣớc thực hiện chỉnh định hệ thống điều khiển tầng 3.6.1 Trình. .. quy trình chỉnh định hệ thống điều khiển nhiều tầng nói chung và hệ hai tầng nói riêng 6 Kết quả thực nghiệm phù hợp với luận điểm của lý thuyết đề xuất Đề xuất các nghiên cứu tiếp theo: - Nghiên cứu hoàn thiện phương pháp lựa chọn các hằng số quán tính của từng vòng bền vững mong muốn theo quan điểm tăng dần độ bền vững từ vòng trong ra vòng ngoài - Nghiên cứu mối tương quan giữa bài toán khử nhiễu trong. .. mục này tác giả luận án đưa ra một phương pháp tạo ra mối quan hệ giữa các hệ số của bộ điều khiển với chỉ số dao động mềm và thời gian trễ của đối tượng Công thức như sau: k   k em ck  arc cot mck   arc cot mck  12 (3.63) mck 2  1 mck là chỉ số dao động cắt ở vòng thứ k; τk và thời gian trễ của đối tượng vòng thứ k *) Lựa chọn chỉ số dao động cho các vòng [CT 3] Đối với hệ nhiều tầng yêu cầu... Trình tự tính toán các bộ điều chỉnh bền vững trong hệ nhiều tầng Bước 1: Tính toán cho vòng ngoài cùng (k =1) - Theo yêu cầu chất lượng đã cho, xác định chỉ số dao động cắt của vòng ngoài cùng mc1 cần thiết - Tính hằng số quán tính θ1 theo công thức (3.63) với k =1 Bước 2: Tính toán cho vòng thứ 2 (k =2) - Chọn chỉ số dao động cắt cho vòng này (mc2) sao cho mc2 ≥ mc1 - Tính hằng số quán tính θ2 theo... V1  Trình tự tính toán các bộ điều khiển bền vững trong trường hợp này được thực hiện như sau: Bước 1: Tính toán cho vòng trong (tầng thứ 2 ứng với k =2) - Chọn chỉ số dao động cắt cho vòng này (mc2) - Tính hằng số quán tính θ2 theo công thức (3.63) với k =2 Lưu ý hằng số thời gian trễ trong công thức (3.63) là hằng số thời gian trễ của đối tượng O2 - Tính toán khâu bù bậc cho bộ điều khiển vòng trong