Tải bản đầy đủ
4 Phương pháp lấy số liệu

4 Phương pháp lấy số liệu

Tải bản đầy đủ

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
CHƯƠNG 3:

Đồ án nhiệt-lạnh 2

CƠ SỞ MÔ HÌNH HÓA VÀ TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU
KHIỂN

3.1. CƠ SỞ MÔ HÌNH HÓA ĐỐI TƯỢNG
3.1.1Nhận dạng đối tượng điều khiển
Các đối tượng điều khiển công nghiệp thường có quán tính bậc cao và có
trễ vận tải. Chúng có tính chất phi tuyến và thường thay đổi một cách bất
định, do điều kiện làm việc thay đổi. Về cấu trúc, các đối tượng điều khiển
công nghiệp có thể chia thành hai loại, loại đối tượng nhiều đầu vào một đầu
ra và loại đối tượng nhiều đầu vào nhiều đầu ra. Vì phạm vi nghiên cứu là điều
khiển lưu lượng của phòng sạch nên ta chọn loại đối tượng mốt đầu ra
1) Đối tượng một đầu ra
Là loại đối tượng chỉ có một đại lượng đầu ra được kiểm soát và điều
khiển. Đại lượng đầu ra của đối tượng bị thay đổi dưới sự tác động của nhiều
tín hiệu vào: μ(t), 1( ) t , 2( ) t , ..., m( ) t .
1

μ

2

.... m

y

Trong đối tượng một đầu ra, có một tín hiệu vào μ(t) là tác động điều
chỉnh, tạo bởi bộ điều chỉnh nhằm đưa đại lượng đầu ra trở về quỹ đạo mong
muốn.
Các tín hiệu 1( ) t , ..., m( ) t là những chấn động xuất hiện dưới dạng nhiễu
loạn làm thay đổi đại lượng đầu ra lệch khỏi quỹ đạo mong muốn.
Giả sử các đại lượng vào và ra của đối tượng thay đổi trong khoảng nhỏ,
cho phép xấp xỉ và diễn ra trong mô hình tuyến tính. Khi đó theo nguyên lý
xếp chồng của đối tượng tuyến tính, ta có:

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 40

GVHD:Ths Cao Đại Thắng

Đồ án nhiệt-lạnh 2
m

y (t )  y (t )   yi (t )

(3.1)

1

Trong đó, y(t) – đại lượng đầu ra, do các tín hiệu đầu vào tác động.
y (t ) -thành phần đại lượng ra, do tác động điều chỉnh μ(t) gây ra.
yi (t ) - thành phần đại lượng ra, do chấn động λi gây ra.

Công thức (3.1) có thể viết dưới dạng:
m

m

Y ( s)  Y ( s )   Yi ( s)  O( s).M ( s)   Di . i ( s). (3.2)
i 1

i 1

trong đó, i (t )  i (s);  (t)  M (s).
O(s) 

Y (s)
M ( s)

Di ( s ) 

Yi ( s )
i (s)

- hàm truyền của đối tượng theo kênh điều chỉnh.
- hàm truyền của đối tượng theo các kênh nhiễu.

3.1.2 Mô hình hóa đối tượng
1) Đặc tính và mô hình các đối tượng trong công nghiệp
Điểm đặc trưng của các đối tượng công nghiệp là có trễ vận tải và có
quán tính lớn.Trễ vận tải còn gọi là trễ tuyệt đối ,trễ thời gian chết,đó là thời
gian kể từ thởi điểm xuất hiện xung đầu vào (≠0) đến khi đại lượng ra bắt đầu
thay đổi so với giá trị xác lập ban đầu
Độ quán tính của đối tượng phẩn ánh mức độ phản ứng chậm của nó, kể
từ khi đại lượng ra đã bắt đầu thay đổi .Do có quán tính lớn và trễ vận tải nên
hầu hết các đối tượng điều khiển công nghiệp đồng thời hệ thống điều khiển
tưng ứng là những bộ lọc tần số thấp
Theo tính chất động học ,tồn tại phổ biến hai lớp đối tượng điều chỉnh
công nghiệp : lớp đối tượng tĩnh và lớp đối tượng phi tĩnh.
Đối tượng tĩnh có đặc tính quá độ tiến tới giá trị hữu hạn ,tức đặc tính
quá độ có tiệm cận ngang (hình a).khi triệt bỏ xung đầu vào thì đại lượng ra
của nó quay trở về giá trị ban đầu.
Đối tượng phi tĩnh có đặc tính quá độ tiến tới vô hạn và thường có tiệm
cần xiên (hình b),thể hiện quỹ đạo tích phân.Khi triệt bỏ xung đầu vào thì đại
lượng ra của nó dừng ở giá trị cuối cùng mà không thể quay trở về giá trị ban

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 41

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Để mô tả các đối tượng
ng một
m cách đúng đắn hơn, có thể dùng mô hình
dưới dạng tổng quát:

b0  b1s  b2s2  ...  bm sm e s
Os 
 q
1 a1s  a2s2  ...  an sn
s
Trong đó , b0 – hệ số truyền ; a1 ,a2…am,b1,b2,…bn –các
các hhệ số ;τ – độ trễ
vận tải;q-bậcc tích phân hay bbậc phi tĩnh; m- bậc của tử thức;
c; nn- bậc mẫu
thức.Đối với các đốii tượng

thực thì m2)Sơ đồ thực nghiệm
m nhận
nh dạng đối tượng
Hàm truyền đối tượng
ng có thể
th xác định dựa trên số liệu đặcc tính ttần số
hoặc đặc tính thờii gian.Việc
gian.Vi sử dụng đặc tính thờii gian hay đđặc tính tần số
làm cơ sở cho bài toán nhận
nh dạng là phụ thuộc vào điều kiệnn cụ
c thể của đối
tượng
ng và phương pháp mô hình
h
hóa được áp dụng.Từ đó đi đđến sự cần thiết
thực hiện thí nghiệm
m đđể xác định đặc tính hoặc xác định đặcc tính tần
t số của
đối tượng

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 42

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Page 43

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

3)Phương pháp môô hình hóa theo đặc tính quá độ

. Mô hình quán tính bậậc 2 có trễ :
Đối tượng
ng quán tính có quán tính bbậc cao (≥2) tồn tại phổ biếến trong
thực tế.Tuy vậy ngườii ta vẫn
v mong muốn và thực tế cho phép mô ttả chúng
mộtt cách khá chính xác bởi
b mô hình quán tính bậc 2 có trễ.

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 44

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

Mô hình quán tính bậcc 2 có trễ,
tr xét dưới dạng:

Ke
. .s
Os 
(T1.s 1)(T2.s 1)
Trong đó :
 h(∞)- giá trị xác lập
 Ta -hằng số quán tính biểu
bi trưng
 (tu,hu)- tọa độ điểm
m uốn
u
 g =(hu/h∞)- tung độ tương đối điểm uốn
 gmax =1-2.e 1 =0,26424
Các hằng số quán tính và thời
th gian trễ ,xác định theo 2 trường
ng hhợp:
a) nếuu g
v  0,364  0,458 

g
0,584

Sau đó : T1=Ta.v ,T2=Ta(1-g)-T1,τ=tu+T1.ln(v)
,T2=Ta(
b) nếuu g>gmax ,thì tính δ=g-gmax,sau đó:

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 45

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

T1=T2=Ta(1-0,9.
0,9. δ)/e , τ=tu-Ta(1+2,4.
τ=tu
δ)/e
∞)/x0
Hệ số truyền K=h(∞)/
3.2 Phương pháp tổng
ng hợp
h bộ điều chỉnh.
3.2.1 Đặtt bài toán tổng
t
hợp hệ thống điều khiển tối ưu.
Để giải quyếtt bài toán, trước
trư hết người ta thiết kế một hệ thống một vòng
đơn giản, chỉ bao gồm
g
một đối tượng và một bộ điều chỉnh,
nh, như hhình vẽ:

trong đó,
z: giá trị đặt
y: đại lượng điều chỉnh
nh – đầu ra của hệ thống
μ: tác động điều chỉnh
nh – đầu ra của bộ điểu chỉnh
ε = z – y:sai số điểuu chỉnh,
ch
là đầu vào của bộ điều chỉnh
d:nhiễu quá trình tác động
đ
vào đầu vào của đối tượng
Z(s), V(s), Y(s) – lầnn lượt
lư là ảnh Laplace của các tín hiệu:
u: z,v,y
O(s), R(s) – các hàm truyền
truy tương ứng của đối tượng và bộ đi
điều chỉnh
H(s) = R(s).O(s) – hàm truyền
truy vòng, tức hàm truyền của hệ hhở
W(s) = H(s)/[1+H(s)] – hàm truyển của hệ kín theo kênh đặtt z  y
3.2.2 Xây dựng hệ thốống bền vững chất lượng cao
1)Hàm truyền của hệ thống
th
và bộ điều chỉnh:
Theo sơ đồ trên, đáp ứng
ứ ra y = yz + yv,trong đó yz là đáp ứng
ứ thành
phần gây ra bởi tác động
ng điều
đi khiển z; yv – gây ra bởi tác động
ng nhi
nhiễu v.Ta có:
Yz(s) = W(s)Z(s)
Yv(s) = [ 1 – W(s)]O(s)V(s)
Y(s) = Yz(s) + Yv(s) = W(s)Z(s) + [1
[1- W(s)]O(s)V(s)
Từ đây thấy rằng, nếuu W(s) = 1, thì:
Y(s) = 1.Z(s) + [1 – 1]O(s)V(s) = Z(s) <=> y ≡ z
Khi đó đại lượng đầuu ra bám sát tuyệt
tuy đối tín hiệu đặt z, đồng
ng thời
th khử
hoàn toàn sự ảnh hưởng
ng của
c nhiễu v. Để xây dựng một hệ như vậy,
v bộ điều
chỉnh phải có hệ số vô cùng llớn vì:
Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 46

GVHD:Ths Cao Đại Thắng
ng

Đồ án nhiệt-lạnh 2

R( s)O( s)  H ( s) 

W( s)
1

   R( s)   vì O(s)  
1  W( s) 1  1

Bộ điều chỉnh
nh trên không thể
th thực hiện được trong thực tế.. Do vvậy chỉ
có thể xây dựng mộtt hệ
h thống tiến gần lý tưởng, tức thực hiệnn W(s)  1 .
Trong vô số các cấuu trúc có thể
th đảm bảo cho hàm truyền củaa hhệ thống
có khả năng tiến tớii 1, nên ch
chọn cấu trúc bền vững nhất. Vậy
y ta áp ddụng cấu
trúc hệ bền vững
ng là khâu quán tính bất
b nhất.Theo cấuu trúc này, đđể hệ thống có
chất lượng điều khiểnn cao, tức
t hàm truyền của nó phải có khảả năng tiến tới 1,
chỉ cần có K  1 và   1 , với điều kiện:K  1, θ>0. Ta thấy,
y, đđối với hệ số
truyền
n không có ràng buộc
bu nào khác nên trong mọi trường hợ
ợp có thể cho cố
định K = 1, còn θ chọnn bé nhất
nh có thể. Từ đó ta có hàm truyềền của hệ điều
khiển bền vững chấtt lượng

cao là:

1
W(s)=
,  0 (1)
1s
Dễ thấy rằng, với   0 thì hiển nhiên: W(s) 1.Điềuu đó hoàn toàn
đảm bảo yêu cầu chấtt lượng

cao đã nói trên.Hệ thống vớii hàm truyền
truy (1) gọi
là hệ bền vững chất lượ
ợng cao.Từ (1) ta suy ra hàm truyền củủa hệ hở và của
bộ điều chỉnh tương ứng
ng là:
H ( s )  W( s ) / [1  W(s )]=
R( s)  H ( s) / O( s ) 

1
1
1
/ (1 
)
1 s
1 s  s

1
O ( s ) 1
s

(2)

Như vậy, hệ hở tương ứng của hệ bền vững chất lượng
ng cao là m
một khâu
tích phân. Còn (2) là hàm truy
truyền của bộ điều chỉnh bền vững
ng ch
chất lượng
cao.Nếu đối tượng
ng là đã
đ biết, thì trong bộ điều chỉnh chỉ còn θ là tham số duy
nhất cần tìm đề hệ đạtt chất
ch lượng cao nhất.
Cấu trúc của bộ điềuu chỉnh
ch
bền vững chất lượng cao.

Sinh viên: Lê Văn Hùng

Page 47