© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 1Chương 1
13/09/2005
Chương 2
Chương 3: Các sách lược ₫iều khiển
Điềukhiển quá trình
2
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
Nộidung chương 3
3.1 Khái niệm
3.2 Điềukhiển truyềnthẳng
3.3 Điềukhiểnphảnhồi
3.4 Điềukhiển cascade
3.5 Điềukhiểntỉ lệ
3.6 Điềukhiểnlựachọn
3.7 Điềukhiểnphânvùng
3.8 Các cấu trúc ₫iềukhiểnhệ MIMO
3.9 Thiếtkế cấu trúc ₫iềukhiểnhệ MIMO
3
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
Quá trình
Nhiễu d
Các biếncần
₫iềukhiển y
Các biến

© 2005 - HMS
© HMS
Các vấn ₫ề phứctạp
 Nhiềuquátrìnhphứctạp, khó ₫iềukhiển(tương
tác nhiềuchiều, hệ pha không cựctiểu, giớihạn
về giá trị và tốc ₫ộ thay ₫ổicủabiến ₫iềukhiển,
giớihạnvề phạmvi thay₫ổi cho phép củabiến
₫ược ₫iềukhiển,...)
 Mô hình khó xây dựng chính xác
 Nhiễukhó₫o, khó biếttrước
 Khả năng thực thi, cài ₫ặtluật ₫iềukhiểncógiới
hạn
 Trình ₫ộ hiểubiếtcủakỹ sư vậnhànhvề lý
thuyết ₫iềukhiểnhạnchế
 ...
6
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
 Sách lược/cấu trúc ₫iềukhiển (control strategy/structure):
nguyên tắcvề mặtcấu trúc trong sử dụng thông tin về các
biến quá trình để đưaratácđộng điềukhiển.
 Sách lược ₫iềukhiển
— Điềukhiển ₫ơn biếnhay ₫abiến?
—Phốihợpsử dụng các biếnvàonàovànhư thế nào ₫ể ₫iều
khiểnnhững biếnranào?
Quá trình
Nhiễu d
Các biến

Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
3.2 Điềukhiển truyềnthẳng
 Ví dụ₫iềukhiển quá trình trao ₫ổinhiệt:
— Điềuchỉnh lưulượng hơi nóng vào F
s
₫ể duy trì nhiệt ₫ộ dầu
ra T
2
tạigiátrị₫ặtmongmuốn
9
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
Cấutrúc cơ bản
 Nguyên lý:
—Giả thiết: Mô hình chính xác, nhiễu ₫o ₫ược
— Đo nhiễu quá trình d, tính toán u sao cho y ≈ r :
— Không thựchiện ₫o y
1
()( ())
() ()
rd
r
uKsrGsd
Ks Gs
−
= −

()
GGG
G
yG GGrr r
G
−
=+Δ
Δ
⇒= +Δ =+
thùc
(3.3)
c) Sai lệch mô hình nhiễu:
thùc
()
ddd
ddd d
GGG
y rGd G Gd r Gd
=+Δ
⇒=− + +Δ =+Δ
sai lệch ₫iềukhiển
11
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
22 22dd d
yGuGdGd rGd=+ + =+
d) Tồntạinhiễu không ₫o ₫ược:
=> Hệ mất ổn ₫ịnh khi G

−
1
2
(0) 1
r
KG
−
= =
12
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
13
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
Phân tích chấtlượng (tiếp)
f) Mô hình có thờigiantrễ hoặccóbậcmẫusố lớnhơnbậctử số
=> Bộ₫iềukhiểnlýtưởng không có tính nhân quả (non-causal)
Ví dụ mô hình ₫ốitượng:
Bộ₫iềukhiểnlýtưởng không có tính nhân quả:
=> Chỉ thựchiện ₫ượckhibùtínhiệuchủ₫ạobiếttrước, không
dùng cho bù nhiễu, hoặcphảixấpxỉ bộ₫iềukhiển
g) Quá trình không ổn ₫ịnh: Bộ₫iềukhiểnlýtưởng triệttiêu₫iểmcực
không ổn ₫ịnh => Hệ thống không có tính ổn ₫ịnh nội, chỉ cầncó
nhiễu ₫ầuvàorấtnhỏ có thể làm cho hệ mất ổn ₫ịnh
2
1

© HMS
Ví dụ: Điềukhiểnmức
 Nguyên lý ₫iềukhiển: Lưulượng vào phảibằng lưulượng ra
 Vấn ₫ề: Chỉ cần sai số nhỏ trong giá trị ₫o lưulượng hoặc
sai số nhỏ trong mô hình van ₫iềukhiểncũng có thể làm
trànbìnhhoặccạnbình
15
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
Tóm lượcvề₫iềukhiểntruyềnthẳng
 Ưu ₫iểm:
— Đơngiản
— Tác ₫ộng nhanh (bù nhiễukịpthờitrướckhiảnh hưởng tới ₫ầu
ra)
 Hạnchế:
—Phải ₫ặtthiếtbị ₫o nhiễu
— Không loạitrừ₫ược ảnh hưởng của nhiễu không ₫o ₫ược
—Nhạycảmvớisailệch mô hình (mô hình quá trình và mô hình
nhiễu)
—Bộ₫iềukhiểnlýtưởng có thể không ổn ₫ịnh hoặc không thực
hiện ₫ược => phương pháp xấpxỉ
— Không có khả năng ổn ₫ịnh một quá trình không ổn ₫ịnh
 Ứng dụng chủ yếu:
— Các bài toán ₫ơn giản, quá trình pha cựctiểu, yêu cầuchất
lượng không cao
—Kếthợpvới ĐK phảnhồinhằmcảithiệntốc ₫ộ ₫áp ứng củahệ
kín: Bù nhiễu ₫o ₫ược(chủ yếulàbùtĩnh), lọctrước(tiềnxử lý)
tín hiệuchủ₫ạo

phương trình cân bằng năng
lượng:
(3.7)
trong ₫ó:
C
p
—nhiệt dung củadầu
λ —hệ số nhiệttỏa ra do quá
trình hơinướcngưng tụ.
Thay thế T
2
bằng giá trị₫ặt (SP):
(3.8)
21
()
op s
FC T T Fλ− =
1
()
p
so
C
F FSPT
λ
= −
18
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS


Nguyên lý ₫iềukhiển: Điềuchỉnh lưu lượng hơi nóng (biến ₫iều
khiển) dựa trên sai lệch giữa nhiệt ₫ộ dầura (biến ₫ược ₫iều
khiển) và giá trị₫ặt (SP)
20
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
Chiềutác₫ộng của bộ₫iềukhiểnphảnhồi
 Tác ₫ộng thuận (direct acting, DA): Đầu ra của bộ ₫iều khiển
tăng khi biến ₫ược ₫iều khiển tăng và ngược lại
 Tác ₫ộng nghịch (reverse acting, RA): Đầu ra của bộ ₫iều
khiển giảm khi biến ₫ược ₫iều khiển tăng và ngược lại
 Sự lựa chọn chiều tác ₫ộng phụ thuộc:
— Đặc ₫iểm của quá trình: quan hệ giữa biến ₫iều khiển và biến
₫ược ₫iều khiển
—Kiểu tác ₫ộng của van ₫iều khiển (chú ý chiều mũi tên trên ký
hiệu van ₫iều khiển):
z
Đóng an toàn (fail close, air-to-open), chiều tác ₫ộng thuận
z
Mở an toàn (fail open, air-to-close), chiều tác ₫ộng nghịch
) Coi ₫ối tượng ₫iều khiển = quá trình + van ₫iều khiển => chiều
tác ₫ộng phụ thuộc vào dấu của hệ số khuếch ₫ại tĩnh của ₫ối
tượng
 Trong ví dụ: tác ₫ộng nghịch
— Quá trình: Hơi nóng nhiều -> nhiệt ₫ộ tăng
—Van ₫iềukhiển: Đóng an toàn
21

d
LG L
yrdnTrGSdTn
LLL
=+− =+ −
+++
1
11 1
d
d
GGK
ery r d nSrGSdTn
GK GK GK
= − = − +=− +
++ +
Xét cấu hình bộ₫iềukhiểnmột bậctự do:
(3.11)
(3.12)
Đáp ứng hệ kín:
(3.13)
Sai lệch ₫iềukhiển:
(3.14)
23
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
Vai trò của ₫iềukhiểnphảnhồi
1. Một quá trình không ổn ₫ịnh chỉ có thểổn ₫ịnh (hóa) bằng
cách sử dụng mạch phản hồi nhằm dịch các ₫iểm cực sang

có một mô hình tốt
 Với một số quá trình có ₫áp ứng ngược hoặc có trễ (hệ pha
không cực tiểu), một bộ ₫iều khiển phảnhồi ₫ược thiết kế
thiếu thận trọng thậm chí có thể làm xấu ₫i ₫ặc tính ₫áp
ứng
 Bộ₫iềukhiểnphảnhồi ₫áp ứng chậm vớinhiễutải và thay
₫ổigiátrị₫ặt
25
© 2004, HOÀNG MINH SƠN
Chương 3: Các sách lược điềukhiển
© 2005 - HMS
© HMS
Kếthợp với sách lượctruyềnthẳng
 Ví dụ₫iềukhiểnmức:
— Khâu truyềnthẳng: bù nhiễu
—Khâu phảnhồi: ổn ₫ịnh hệ thống và triệt tiêu sai lệch tĩnh