›
›

Bài giảng Điều khiển quá trình - Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi

Download
Điều khiển quá trình  
Chương 5: Phân tích hệ ₫iều khiển  
phản hồi  
Nội dung chương 5  
5.1 Cấu hình chuẩn của hệ điều khiển phản hồi  
5.2 Chuẩn hóa mô hình  
5.3 Phát biểu bài toán chuẩn  
5.4 Đánh giá chất lượng trên miền thời gian  
5.5 Đánh giá chất lượng trên miền tần số  
2
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Mục ₫ích bài giảng  
ƒ Làm rõ các yếu tố liên quan tới chất lượng của một hệ  
thống điều khiển phản hồi  
ƒ Những nguyên tắc cơ bản nhất trong thiết kế một bộ  
điều khiển phản hồi  
3
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
5.1 Cấu hình chuẩn  
d
Quá trình KT  
Gd  
Bộ điều khiển  
+
y
r
u
G
P
K
–
ym  
+
n
+
r tín hiệu đặt, giá trị đặt  
u tín hiệu điều khiển  
G mô hình đối tượng  
Gd mô hình nhiễu  
K khâu điều chỉnh  
P khâu lọc trước  
y tín hiệu ra được điều khiển  
ym tín hiệu đo, tín hiệu phản hồi  
d nhiễu quá trình (không được đo)  
n nhiễu đo  
4
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Ví dụ hệ thống ₫iều khiển nhiệt ₫ộ  
dT  
dt  
ρ1  
ρ2  
1
= FT + F2T2 − FT  
1 1  
ρV  
ρV  
V
5
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
6
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
ƒ Mô hình tuyến tính hóa tại điểm làm việc  
⎡
⎢
⎤
⎥
⎥
⎥
ΔF2(s)  
ꢀ
⎢
ΔT(s) = Gp(s)ΔF (s)+Gd(s) ΔT (s)  
1
1
⎢
⎢
⎣
⎥
⎦
ΔT2(s)  
kp  
1
ꢀ
Gp(s) =  
, Gd(s) =  
k k k  
[
]
d1  
d2  
d3  
1 + τs  
1 + τs  
V
F
ρ1T1 − ρT  
ρF  
ρ2T2 − ρT  
ρF  
ρ F  
ρ2F2  
ρF  
τ = , kp =  
, kd1 =  
, kd2 = 1 1 , kd3 =  
ρF  
ƒ Mô hình van điều khiển và thiết bị đo  
ꢀ
ꢀ
km  
kv  
ꢀ
ꢀ
Gm(s) =  
Gv(s) =  
τms + 1  
τvs + 1  
7
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Cấu trúc ₫ơn giản hóa hệ ĐK nhiệt ₫ộ  
ꢀ
C cần được chọn sao cho có đặc tính gần giống với , ít ra là ở hệ  
Gm  
số khuếch đại tĩnh.  
ꢀ
ꢀ
k
Trong thực tế ta có thể chọn C =G hoặc C = .  
m
m
8
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Ví dụ hệ thống ₫iều khiển thành phần  
dx  
ρAh = (w1 + w2)((x1 − x2)R − x + x2)  
dt  
R = w1/(w1+w2)  
9
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
dx  
ρAh = (w1 + w2)((x1 − x2)R − x + x2)  
dt  
Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc  
ρV dΔx  
+ Δx = (x1 − x2)ΔR + RΔx1 + (1− R)Δx2  
w dt  
x1 − x2  
τs + 1  
1
ꢀ
⎡
⎣
⎤
⎦
τ = ρV /w  
Gp(s) =  
, Gd =  
R 1− R  
τs + 1  
10  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
11  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
5.2 Chuẩn hóa mô hình  
ƒ Mô hình ban đầu của quá trình chưa được chuẩn hóa:  
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ ꢀ  
ꢀ
ꢀ
y(s) = Gm(s)Gp(s)Gv(s)u(s)+Gm(s)Gd(s)d(s)  
ƒ Chuẩn hóa tín hiệu:  
ꢀ
ꢀ
ꢀ
y = y/Sy, u = u/Su, d = d /Sd  
Sy là dải tín hiệu đo, Su là dải tín hiệu điều khiển và Sd là  
dải nhiễu quá trình  
ƒ Mô hình chuẩn hóa  
y(s) = G(s)u(s)+Gd(s)d(s)  
ꢀ
Sy  
Gm(s)  
ꢀ
G(s) =  
Gp(s)SuGv(s) = Gm(s)Gp(s)Gv(s)  
ꢀ
Sy  
Gm(s)  
ꢀ
ꢀ
Gd(s) =  
SdGd(s)= Gm(s)SdGd(s)  
12  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Ví dụ hệ thống ₫iều khiển nhiệt ₫ộ  
⎡
⎢
⎢
⎢
⎢
⎣
⎤
⎥
⎥
⎥
⎥
⎦
ΔF2,max  
0
ΔT1,max  
0
0
0
Sd =  
0
0
Sy = Su = 16 mA  
ΔT2,max  
km  
km  
(1 + τms)(1 + τs)  
ꢀ
Gd =  
r =  
SdGd =  
k ΔF  
kd2ΔT  
kd3 ΔT2,max  
[
]
d1  
2,max  
1,max  
1 + τms  
ꢀ
Syym  
km  
ꢀ
ym  
km  
ym  
Sy km  
ym  
km  
CΔT  
ꢀ
r
km  
Sy  
sp  
ΔTm =  
=
=
=
=
=
ΔT = kmΔT  
sp  
sp  
−1  
ꢀ
ꢀ
ꢀ
Sy  
Sy  
13  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
5.3 Phát biểu bài toán chuẩn  
Cho trước các mô hình G và Gd, xác định khâu điều chỉnh K và  
khâu lọc trước P sao cho:  
1. Hệ thống hoạt động ổn định, đảm bảo các điều kiện vận hành  
theo yêu cầu của quy trình công nghệ,  
2. Chất lượng và tốc độ đáp ứng của đầu ra y với giá trị đặt r và  
nhiễu quá trình d được cải thiện, sai lệch điều khiển e = r – y  
nhanh chóng được triệt tiêu hoặc ít ra là nằm trong phạm vi cho  
phép, và  
3. Tín hiệu điều khiển u có giá trị nhỏ, thay đổi chậm và trơn tru  
(nhằm tiết kiệm chi phí năng lượng và tăng tuổi thọ cho thiết bị  
chấp hành)  
trong điều kiện tồn tại nhiễu đo n, sai lệch mô hình và giới hạn  
vật lý của quá trình (giới hạn tín hiệu điều khiển, khả năng đáp  
ứng của quá trình).  
14  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Các quan hệ cơ bản  
Đáp ứng hệ kín  
15  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Yêu cầu chất lượng ₫iều khiển  
ƒ Tính ổn định: mục tiêu duy trì điểm làm việc, bảo đảm  
vận hành hệ thống trơn tru và an toàn  
ƒ Tốc độ và chất lượng đáp ứng: Khả năng bám giá trị  
biến chủ đạo, khả năng kháng nhiễu, nhằm mục tiêu  
đảm bảo năng suất, chất lượng sản phẩm và các điều  
kiện vận hành  
ƒ Tính bền vững: Tính ổn định và chất lượng được đảm  
bảo với sai lệch mô hình, đặc tính quá trình thay đổi  
và với tác động của nhiễu đo  
ƒ Diễn biến trơn tru và ít thay đổi của biến điều khiển,  
nhằm mục tiêu tiết kiệm chi phí năng lượng và tăng  
tuổi thọ cho thiết bị chấp hành.  
16  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Các yêu cầu cần thỏa hiệp  
ƒ Tốc độ đáp ứng và chất lượng đáp ứng  
ƒ Đặc tính bám giá trị đặt/loại bỏ nhiễu quá trình và  
tính bền vững với nhiễu đo  
ƒ Đáp ứng đầu ra và đáp ứng tín hiệu điều khiển  
ƒ Chất lượng điều khiển tối ưu và tính bền vững với  
sai lệch mô hình  
17  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
5.4 Đánh giá chất lượng  
trên miền thời gian  
ƒ Đánh giá thông qua phân tích hoặc thông qua mô  
phỏng  
ƒ Đánh giá bằng phương pháp đại số hoặc phương pháp  
đồ thị  
ƒ Đánh giá dựa trên từng chỉ tiêu riêng rẽ hoặc dựa trên  
chỉ tiêu tổng hợp  
18  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Đáp ứng với thay ₫ổi giá trị ₫ặt  
19  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Các chỉ tiêu chất lượng trên miền thời gian  
ƒ Thời gian đáp ứng (response time, Tr): Thời gian cần cho đầu ra  
lần đầu tiên đạt được 90% giá trị cuối cùng. Thời gian đáp ứng  
càng nhỏ càng tốt.  
ƒ Thời gian quá độ (settling time, Ts): Sau thời gian này đầu ra y(t)  
nằm lại trong phạm vi sai lệch cho phép so với giá trị xác lập  
(thông thường ±5% hoặc ±2% tùy theo yêu cầu). Thời gian quá độ  
càng nhỏ càng tốt.  
ƒ Độ quá điều chỉnh (overshoot): Chênh lệch giữa giá trị đỉnh và giá  
trị xác lập (A) chia cho giá trị đầu ra xác lập. Thông thường, độ  
quá điều chỉnh được qui định không được phép vượt quá 20%-25%.  
ƒ Hệ số tắt dần (decay ratio): Tỉ số giữa đỉnh thứ hai và đỉnh thứ  
nhất (so với giá trị xác lập), tức B/A. Hệ số tắt dần yêu cầu  
thường không lớn hơn 0.3.  
ƒ Sai lệch tĩnh (steady state error, ): Sai lệch giữa giá trị xác lập của  
đầu ra so với giá trị đặt (e = r –y). Sai lệch tĩnh càng nhỏ càng  
tốt, thông thường chỉ yêu cầu nằm trong một giới hạn nào đó.  
20  
Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi  
© 2006 - HMS  
Tải về để xem bản đầy đủ
pdf 31 trang Thùy Anh 18681 Free
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Điều khiển quá trình - Chương 5: Phân tích hệ điều khiển phản hồi", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfbai_giang_dieu_khien_qua_trinh_chuong_5_phan_tich_he_dieu_kh.pdf