mở đầu 1. Giới thiệu chung 1. Khái niệm và đặc lính chung của Điều khiến quá trình Điều khiến quá trình là sự tha0 lác những điều kiện của quá trình đề làm xảy ra những thay đổi m0ng muốn †r0ng những đặc lính đầu ra của quá trình. Tr0ng thực lế thì điều khiên quá trình thojờng đơiợc xem nhơi điều khiển các thông số nho: nhiệt độ (1), áp suất (P), lơu lơiợng (F), mức (L), nồng độ (ph), định lơiợng và thậm chí cả điều khiển phản ứng v.
Việc điều khiển các đại lơợng này thojờng gặp khó khăn vì điều khiển quá trình có những đặc tnh: Hhững đặc điểm của quá trình: Thojong dojgc thé hién dơjới 4 đặc lính sau: - Thời gian chết quá †rình (Pr0cess Dead time) - Tré qua trimh (Pr0cess Lag) - hệ số khuyếch đại của quá lrình (Pr0cess gain) - TIhiễu quá trình (Pr0cess dislursances) - Thời gian chết quá trình: Đó là kh0ảng thời gian giữa sự thay đổi trOng lín hiệu đầu và0 đến hệ thống điều khiến quá trình và đáp ứng của lín hiệu. hiện tojong may luén luôn không phân siệt dạng của †ín hiệu đơjợc dòng. IIg0ài ra nó còn đơjợc siết đến nhơi: trễ thuần luý, trễ vận lái, hOặc trễ khOảng cách - vận lốc. - Trễ quá trình: Vì quá trình vốn không có khả năng nhận h0ặc thải năng lojợng một cách liên lục.
Qua đó ta có trễ bậc một hOặc lrễ bậc ca0. 10 Dương Mạnh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt - hệ số khuyếch đại quá lrình: hệ số khuyếch đại của quá lrình đoøjợc xác định sằng tỷ số giữa sự thay đổi của đầu ra trên sự thay đổi đầu và0. - Ihiễu quá trình: Là những sự thay đổi m0ng muốn xảy ra lr0ng quá trình, nó có xu hojớng ảnh hojởng sất lợi đến giá trị của biến điều khiển. 11 Dương Mạnh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt Khi nghiên cứu điều khiển quá trình thì việc lổng hợp mạch vòng điều khiển thoJờng gặp khó khăn vì: - hệ thống có thông số rải.
- Tr0ng quá trình h0ại động, không những cấu trúc của hệ thay đổi (dẫn đến hàm truyền của hệ thay đổi) mà còn cả thông số của hệ cũng thay đổi. - Tính phi luyến cũng nhơi tính lojơng lác rất lớn.2 các nh chất cơ bản của điều khiến quá rình Khi xây dựng hệ thống điều khiển, nhiệm vụ cơ sản đơjợc đặt ra là phải nghiên cứu đojợc lính chất của quá trình (đối lojợng điều khiển). các thông tin về quá lrình †hu thập đơiợc càng đầy đủ thì việc lông hợp hệ thống điều khiển tự động càng đơn giản và quá lrình điều chỉnh càng dễ đạt độ chính xác ca0. Việc nghiên cứu quá †rình phải xuất phát lừ việc nghiên cứu các hiện lojợng vat ly xảy ra trOng quá lrình.
các hiện tojong nay luôn liên quan đến dòng vật chất hay năng lơjợng chảy và0 E¡ và chảy ra Eo hr qua trình lạ0 nên môi trojong hOat động của quá lrình. Khi Eị = Eọ các hiện tojong trOng quá trinh lồn lại ở trạng thái dừng, quá trình ở trang thái cân bằng. Khi E¡ # Eo sẽ lồn lại sự vận động †r0ng môi trojong HOat động của quá trình. Giá trị AE = E¡ - Eọ đơiợc gọi là lác động nhiễu lên quá trình.
I1ó là đại lơjợng đặc lroIng ch0 lác động và0 của quá trình. Ilăng lojợng hOặc vật chất sẽ đơyợc ích luỹ hay chuyên h0á lr0ng lòng qua trinh. cdc hién tojong may dojoc phản ánh thông qua mot sỐ thông sé ky thuat cua qua trimh va dojoc goi 14 tin hiéu ra cua qua trình. Thông số kỹ thuật đặc trong nhất ch0 các hiện lơjợng xảy ra trOng qué trình đơjợc chọn làm đại lojợng cần điều chỉnh y.
Tác động ảnh hơiởng lớn nhất lên đại loJợng cần điều chỉnh đojợc sử dụng làm lác động điều chỉnh u.lreinueduyn Controller Process ; sp(S Số hóa bởi Trung tâm nà) LuEn v'n th'e sii kiithukt 13 Duong Manh Hoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt hai tinh chat co pan cla qua trimh 1a kha nang tich luy hay con goi 1a lính dung lojợng và tính tự cân sằng. IIghiên cứu sản chất vật lý của quá trình chính là nghiên cứu các lính chất của nó. Tính dung lojong các quá trình điều khiển luôn luôn là khả năng lích luỹ môi lrojờng h0ạ† động, dự trữ nó †r0ng lòng. Khả năng đó đojợc gọi là khả năng tich luy của quá trình hay còn goi 14 dung lojong của quá lrình.
Quá trình có dung lơjợng càng nhỏ thì lốc độ thay đổi của đại lojợng cần điều chỉnh càng lăng khi có sự mất cân bằng giữa dòng ra và dòng và0 dẫn đến quá trình điều chỉnh càng phức lạp. IIgolợc lại dung lojợng của quá trình càng lớn thì lốc độ thay đổi của đại lojong can điều chỉnh càng nhỏ, quá trình điều chỉnh càng đơn giản. Tính tự cân bằng Tính tự cân sằng là khả năng của quá trình sau khi có nhiễu tác động phá vỡ trạng thái cân bằng của nó thì nó sẽ tự hiệu chỉnh lrở lai trang thai can bằng mà không lĩnh. Quá trình không có tinh ty can Bang dojgc goi 1a qua trình phi lĩnh.
Mô lả đặc lính động học của quá lrình Là một phần lử quan trọng lr0ng hệ thống điều khiên tự động, đặc tính động học của quá trình (đối lơợng điều khiển) cần đơxợc xác định lojờng minh dojới dạng mô lá 10án học (ng0ại trừ trojờng hợp điều khiến mờ Thì đối tqjong không nhất thiết phải đơjợc mô lá †oJờng minh dơjới dạng 10án học). Đối với các quá lrình phức tap, day 1a dac trojng cua cac qua trinh trOng công nghiệp, việc xác định mô lá l0án học của nó không thể liến hành †he0 12 Dương Mạnh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt phgong phép giải tích sình thoong ma phai liến hành sang phojong phap thực nghiệm. Đặc lính động học của quá trình này đơjợc siểu diễn dojới dạng các đặc lính thoi gian. 13 Dương Mạnh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt Trên cơ sở hàm quá độ của quá trình có thể xác định gần đúng hàm truyền đạt của nó.
D0 qua trimh có hai 10ai co ban là quá lrình có tinh hy can bằng và quá trình không có lính tu cân bằng nên thojờng việc xác định hàm truyền đại ch0 hai l0ại này cũng khác nhau. * Quá lrình có lính lự cân bằng Dạng tong quái của hàm truyền dat cua qua trinh co tinh tu can bằng dojoc m6 ta mhg sau: G,(s) =K,.e Trong đó: K; - hệ số truyền của quá trình 0p - thời gian trễ, còn gọi là trễ vận chuyền.+b s vim<n 4 G (s)=-2 4 m-1 0 as"+as"'+.3: hàm keuyén aia qua leình đó lính lự cân Quá trình gồm hai khâu mắc nói liếp nhau là: Khâu trễ có hàm truyền đạt e”° và khâu lĩnh có hàm truyền đạt K. Tr0ng thực lế khâu lĩnh có thê đojợc lấy gần đúng một trOng 4 dạng sau: khâu quán tính sậc nhất, khâu quán lính sậc nhất có trễ, khâu bậc hai và Bac hai có lễ. 14 Dương Mạnh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt - Khi khâu lĩnh là khâu quán tính sậc nhất thi quá trình có hàm truyền đạt dạng: 15 Dương Mạnh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt K, + —Ops —P a G,(s) = rIS) 1+rs - Khi khâu lĩnh là khâu quán lính bậc nhất có tré thi quá trinh đojợc mô lả bằng hàm truyền đạt dạng: K _— SP _ạr(0105) G,(s) = r(S) 1+48 Tr0ng do: 6 dooc goi la tré dung lojong.
- Khâu lĩnh có hàm bậc hai và bac hai có lrễ thoJờng tt gặp hơn lr0ng các bài 10án điều khién. * Quá trình không có lính tự cân Bang Quá trình mà tr0ng cấu trúc của nó có thành phần tích phân thi sé không có lính tự cân sằng. hàm quá độ của nó liến xa vô còng. hàm truyền đạt của các quá lrình khong co tinh tu cân bằng đơjợc mô lả doới dạng tong quat nhợ] sau: G (s) 1 K .e°8§ P Ss P 0 Tr0ng đó: K›- hệ số truyền của quá lrình 0p - thoi gian trễ Go(s) - hàm truyền đạt của thành phần tĩnh có dạng tổng quát: bS”+berl+ +b S+1 G œ)=—°® 1 m-1 vum<n 0 8ạs"+a s"†+.Kp e* 0 |a 16 Dương Mạnh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt hình 1.4: ham teuyén của quá loình không có lính lự 17 Dương Mạnh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt Tr0ng thực lế hàm truyền đại của quá trình không có lính fy can bang đojợc mô lả gần đúng sằng mội †r0ng 4 dạng sau: - Khâu lích phân đơn G (s)_ + ual: P 1 s Kp - Khâu quán lính tích G (s)= phan: P (1 +1,8)s 1 - Khâu lích phân có G(s)=—e°$, , 1,8 K - Khâu quán lính lích phân có G(S)=_ ” 1.
cầu lrúc cơ bản của hệ điều khiến quá lrình HỆ THÓNG VẬN HÀNH & GIÁM SÁT = L——= Tham số Trạng thái THIET BI DIEU KHIEN Dau ra THIET BI QUÁ TRÌNH KỲ ” „tHUẬT.5 dấu lúc đơ van ia hé điều khiển quá leình 1. cơ cầu chấp hành 1. Van 18 Duong Manh Hoa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt *V ant Hét loqu: 19 Dương Mạnh Hoà Số hóa bởi Trung tâm Học liệu — Đại học Thái Nguyên hfIp:/www.vn LuEn v'n th'e sii kiithukt La van diéu khién lou logng dojgc mith h0a trén hith 1. Day là một dạng van kim với đầu côn đề có thé diéu chimh dojge lou Iqjong đi đến xi lanh hay động cơ thuỷ lực.
chính vì vậy có thê điều khiển đojợc lốc độ của xilanh thuỷ lực. IIhơjợc điểm của van này là khi lải lăng, lốc độ của piHông lr0ng xilanh giảm làm ch0 áp lăng. chênh lệch áp lừ bom va dau ra cua van kim giảm dẫn đến lơiu lơjợng giảm. Đề giữ ch0 lốc độ piHông không đổi phải lăng áp của bơm.
Để khắc phục nhơjợc điểm này ngơjời †a thiết kế ra l0ại van liết lou can bằng áp hình 1.6 — TL v⁄⁄ i I I I mm hd Ue ~ re Py t hin 1.5: Van tél Iqu hình 1.6: Van tiết lau ân wang áp Khi có lái lớn áp trên đầu của van lăng, đây c0n trojợt xuống đojới và mở rộng cửa và0 ch0 chất lỏng, ch0 lou logng qua van kim nhiều hơn.