Cau hi ly thuyt diu khin qua trinh

Câu 3: Nêu rõ các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình, cấu trúc của từng thành phần và mối liên hệ giữa các Chuyển đổi đo: là một bộ chuyển đổi đo mà cho đầu ra là m

Ví dụ: trong bài toán khởi động/dừng hệ thống, thay đổi chế độ vận hành hoặc điều khiển quá trình theo

mẻ

Bài toán điều chỉnh: thiết lập hoặc duy trì đầu ra tại một giá trị đặt cho trước trong khi có tác động củanhiễu Điều khiển loại nhiễu cần duy trì biến được điều khiển tại môt giá trị đặt cố định, tức là phải triệttiêu hoặc giảm hẳn ảnh hưởng của nhiễu Bởi giá trị đặt thường cố định hoặc ít thay đổi trong chế độvận hành bình thường

Ví dụ: điều chỉnh nhiệt độ, lưu lượng, áp suất, mức và nồng độ

Câu 2: Định nghĩa các biến quá trình Lấy ví

dụ minh hoạ

Biến quá trình: biến vào, biến ra, biến trạng thái

Biến vào: là một đại lượng hoặc một điều kiện phản ánh từ bên ngoài vào quá trình Được ứng dụng

nhiều trong điều khiển máy móc, điều khiển chuyển động Nhưng cũng có vai trò nhất định trong các hệthống điều khiển quá trình

Ví dụ như lưu lượng dòng nguyên liệu, nhiệt độ hơi nước cấp nhiệt, trạng thái đóng/mở của rơ-le sợiđốt…

Trong biến vào có 2 loại biến là biến điều khiển và nhiễu:

− Biến điều khiển (manipulated variable,MV): là một biến vào của quá trình có thể can

thiệt trực tiếp từ bên ngoài, qua đó tác động tới biến ra theo ý muốn ví dụ lưu lượng làbiến đk tiêu biểu nhất

− Nhiễu: Những biến vào còn lại không can thiệp được một cách trực tiếp hay gián tiếp

trong phạm vi quá trình đang được quan tâm là coi là nhiễu Nhiễu tác động tới quátrình một cách không mong muốn, vì thế cần có biện pháp nhằm loại bỏ hoặc ít nhất làgiảm thiểu ảnh hưởng của nó Nhiễu có thể phân loại là nhiễu quá trình và nhiễu đo

− Vd nhiễu quá trình: là những biến vào tác động lên quá trình kỹ thuật một cách cố hữunhưng không can thiệp được như trọng lượng hàng cần nâng, lưu lượng chất lỏng rathành phần nguyên liệu,…

− Vd nhiễu đo là nhiễu tác động lên phép đo, gây ra sai số trong giá trị đo được

Biến ra: là một đại lượng hoặc mổ điều kiện thể hiện tác động của quá trình ra bên ngoài Ví dụ nồng độ

hoặc lưu lượng sản phẩm ra, nồng độ khí thải ở mức bình thường hay quá cao

− Biến ra có biến cần điều khiển và không cần điều khiển

− Biến không cần điều khiến: Không cần quan tâm can thiệp, không cần điều khiển

− Biến cần điều khiển (controller variable CV): là một biến ra hoặc một biến trạng thái của quá

trình được điều khiển, điều chỉnh sao cho gần với một giá trị mong muốn hay giá trị đặt hoặcbám theo biến chủ đạo/tín hiệu mẫu Các biến cần điều khiển liên quan đến sự vận hành ổnđịnh, chất lượng sản phẩm, an toàn của hệ thống ví dụ như: Nhiệt độ, mức, lưu lượng, áp suất,nồng độ…

Biến trạng thái: mang thông tin về trạng thái bên trong quá trình.

Ví dụ nhiệt độ lò, áp suất hơi hoặc mức chất lỏng, hoặc cũng có thể là dẫn xuất từ các đại lượng đặctrưng khác, ví dụ như (tốc độ) biến thiên của nhiệt độ, áp suất hoặc mức

Trong nhiều trường hợp, một biến trạng thái cũng có thể được coi là một biển ra Ví dụ mức nước trongmột bình chứa vừa có thể coi là một biến trạng thái, vừa có thể coi là một biến ra

Câu 3: Nêu rõ các thành phần cơ bản của một

hệ thống điều khiển quá trình, cấu trúc của từng thành phần và mối liên hệ giữa các

Chuyển đổi đo: là một bộ chuyển đổi đo mà cho đầu ra là một tín hiệu chuẩn mục địch phù hợp với thiết

bị điều khiển và để truyền đi xa (ví dụ 1-10V, 0-20mA, 4-20mA, RS-485, tín hiệu bus trường,…)

Thiết bị điều khiển: hay bộ điều khiển là một thiết bị tự động thực hiện chức năng điều khiển, là thành

phần cốt lõi của một hệ thống công nghiệp Nó thực hiện thuật toán điều khiển và đưa ra các tín hiệuđiều khiển để can thiệp trở lại quá trình kỹ thuật thông qua các thiết bị chấp hành Một thiết bị điềukhiển có thể xếp vào loại tương tự hoặc số

Thiết bị điều khiển tương tự: bao gồm các thiết bị điều chỉnh cơ, khí nén hoặc điện tử Mộtmạch logic rơ-le (cơ điện hoặc điện tử) là một thiêt bị điều khiển tương tự

Thiết bị điều khiển số: là một máy tính số được trang bị các thiết bị ngoại vi để thực hiện chứcnăng điều khiển Thiết bị điều khiển bao hàm cả máy tính điều khiển (Khối xử lý trung tâm CPU, khốinguồn PS và các thành phần tích hợp trên bo mạch) và các thành phần mở rộng, kể cả các module vào/ra

và module chức năng khác

Thiết bị chấp hành: nhận tín hiệu ra từ bộ điều khiến và thực hiện tác động can thiệp tới biến điều

khiển Thông qua các thiết bị chấp hành mà hệ thống điều khiển có thể can thiệp vào diễn biến của quátrình kỹ thuật

VD: Van điều khiển, động cơ, bơm, quạt gió

Cơ cấu chấp hành: có nhiệm vụ chuyển tín hiệu điều khiển thành năng lượng (cơ hoặc nhiệt)Phần tử điều khiển: phần tử điều khiển can thiệp trực tiếp vào biến điều khiển.

Câu 4: Nêu rõ các mục đích điều khiển và

phân tích trên cơ sở một ví dụ minh hoạ

VD minh họa

Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru:

Thể hiện ở việc duy trì mức trong thiết bị khuấy trọn cũng như thành phần sản phẩm ở các giá trị cố địnhhoặc ít nhất là trong giới hạn cho phép Có nghĩa là khi hệ thống vận hành ổn định thì lượng sản phẩm lấy ra đúng bằng tổng các thành phần đầu vào

Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm

Chất lượng thì thể hiện qua thành phần hóa học, nồng độ, mật độ…còn năng suất thì thể hiện qua lưulượng sản phẩm

Ổn định chưa chắc đã đảm bảo chất lượng: trong ví dụ, nồng độ của A trong sản phẩm được giữ ổn định

nhưng có thể xa với chất lượng yêu cầu

Đảm bảo chất lượng sản phẩm: Giá trị đại lượng cần điều khiển càng gần giá trị đặt càng tốt Trong vid

dụ, nồng độ A không những được duy trì ổn định mà phải gần với một giá trị mong muốn

Chất lượng sản phẩm được đánh giá thông qua một số chỉ tiêu chất lượng: Đáp ứng với thay đổi giá trị

đặt (đáp ứng quá độ) và Đáp ứng với tác động của nhiễu (đáp ứng loại nhiễu)

Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn:

Dù cho hệ thống động cơ khuấy trộn có thể đạt tốc độ quay rất cao nhưng vì an toàn của hệ thống nên không cho phép đặt một tốc độ cao tùy ý => cần khống chế tốc độ của động cơ Ngoài ra, dù mực nước trong bình cũng không được ở một mức quá cao, hoặc quá thấp

Bảo vệ môi trường:

Giảm thiểu nồng độ chất thải ra môi trường

Các dây chuyền công nghệ ngày nay được thiết kế với nhiều yêu cầu giảm ô nhiễm môi trường: Giảmnguyên liệu tiêu thụ, giảm sử dụng nước sạch,…

Các thiết kế “recycling” tạo tính phi tuyến cao và tương tác lớn trong hệ thống => vai trò của các phươngpháp điều khiển hiện đại

Yêu cầu cao hơn trong các tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về xử lý nước thải và khí thải

Hiệu quả kinh tế:

Các yêu cầu cụ thể:

Chất lượng ổn định (nồng độ A trong sản phẩm)

Năng suất thích ứng với yêu cầu thị trường (liên quan tới lưu lượng sản phẩm ra)

Tiêu hao năng lượng thấp (cho động cơ khuấy và cho các van điều khiển)

Tác động điều khiển êm ả, trơn tru (tốc độ động cơ cũng như độ mở van ít khi phải thay đổi hoặcthay đổi chậm)

Các yêu cầu cụ thể có thể có mâu thuẫn => 2 phương án giải quyết:

- Sử dụng các tiêu chuẩn hòa đồng => điều khiển tối ưu

- Đáp ứng vừa đủ các yêu cầu thiết yếu, sau đó tập trung vào các yêu cầu còn lại: ví dụ cho phép chấtlượng dao động trong một phạm vi chấp nhận được để tránh thay đổi liên tục tác động điều khiển

Đảm bảo vận hành hệ thống ổn định, trơn tru:

Giữ cho hệ thống hoạt động ổn định tại điểm làm việc cũng như chuyển chế độ một cách trơn tru, đảm bảo các điều kiện theo yêu cầu của chế độ vận hành, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện.

Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm

Thay đổi tốc độ sản xuất theo ý muốn, giữ các thông số chất lượng sản phẩm biến động trong giới hạnquy định.

Đảm bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất và duy trì các thông số liên quan chất lượng sản phẩm trong phạm vi yêu cầu

Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn:

Giảm thiểu các nguy cơ xảy ra sự cố cũng như bảo vệ cho con người, máy móc, thiết bị và môi trường trong trường hợp xảy ra sự có

Bảo vệ môi trường:

Giảm nồng độ các chất độc hại trong khí thải, nước thải, giảm bụi, giảm sử dụng nguyên liệu và nhiênliệu

Nâng cao hiệu quả kinh tế, tăng lợi nhuận:

Giảm chi phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi của thị trường

Câu 5: Phân tích và làm rõ khái niệm điều khiển quá trình và nêu các đặc trưng của điều khiển quá trình để phân biệt với các lĩnh vực điều khiển khác.

Khái niệm ĐKQT: ĐKQT được hiểu là ứng dụng ký thuật điều khiển tự động trong điều khiển, vận hành và

giám sát các quá trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất lượn sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an toàn chocon người, máy móc và môi trường

Lĩnh vực ứng dụng điều khiển quá trình là các ngành công nghiệp chế biến, khai thác và năng lượng

Đặc trưng của điều khiển quá trình

- Các nhà máy thuộc lĩnh vực công nghiệp khai thác, chế biến và năng lượng đều có quy mô sản xuất lớn và thị trường sản phẩm rất rộng, chất lượng sản phẩm và hiệu quả sản xuất phụ thuộc rất nhiều vào mực độ tự động hoá, chính vì vậy điều khiển quá trình đóng vai trò rất quan trọng

- Phạm vi ứng dụng: gắn với các quá trình kĩ thuật công nghệ, với việc tạo ra sản phẩm công

nghiệp Công nghệ chế biến, khai thác và năng lượng.

- Đối tượng điều khiển: quá trình công nghệ (khác với điều khiển máy móc, đối tượng là máy móc)

- Bài toán đặc thù và quan trọng nhất: Điều chỉnh

Đặc thù của điều khiển quá trình:

Quy mô ứng dụng: Hầu hết các dây chuyền công nghệ trong lĩnh vực điều khiển quá trình có quy mô vừa

và lớn, khác với điều khiển máy, điều khiển chuyển động hoặc điều khiển các dây chuyền gia công, lắpráp

Độ tin cậy và tính sẵn sàng: Các nhà máy hóa chất và năng lượng đều có yêu cầu rất cao về độ tin cậy và

tính sẵn sàng của hệ thống điều khiển, bởi sự ngưng trệ sản xuất trong ít giờ hoặc ít ngày có thể dẫn tớithiệt hại nghiêm trọng về mặt kinh tế Khác với các dây chuyền chế tạo và lắp ráp, các quá trình côngnghệ chủ yếu được vận hành liên tục (hoặc theo mẻ), bất cứ một sự ngưng trệ nào không những làmgiảm năng suất, mà còn có thể làm hỏng các trang thiết bị công nghệ, đó là chưa nói tới các trường hợp

sự cố có thể gây râ hậu quả nghiêm trọng với con người và môi trường xung quanh Do đó việc đảm bảo

độ tin cậy và tính sẵn sàng cao là một trong những chức năng quan trọng của hệ thống điều khiển quátrình

Chức năng điều khiển: bài toán điều chỉnh là chức năng tiêu biểu và quan trọng nhất trong một hệ thống

điều khiển quá trình Các đại lượng cần quan tâm trong một quá trình công nghệ trước hết là các biếnliên tục và tương tự (lưu lượng, áp suất, mức, nhiệt độ, thành phần), đặt ra các yêu cầu đặc trưng chokhả năng chuyển đổi và xử lý tín hiệu của các thiết bị đo, điều khiển và chấp hành Phần lớn các đạilượng đặc trưng của quá trình công nghệ diễn biến tương đối chậm vì thế yêu cầu về tính năng thời gainthực ít ngặt nghèo hơn

Khả năng vận hành và điều khiển của quá trình: Khả năng vận hành của một quá trình công nghệ liên

quan tới thiết kế công nghệ và các điều kiện ràng buộc liên quan Giới hạn vật lý của các trang thiết bịcũng như những quan hệ phụ thuộc giữa các đại lượng là những trở ngại không nhỏ trong việc thực hiệngiải pháp điều khiển, Đặc biệt, các quá trình công nghệ hiện đại thường được thiết kế tối ưu về mặt antoàn, tiết kiệm năng lượng và chi phí đầu tư, nhưng lại gây nhiều khó khăn cho việc thiết kế điều khiển.Ngay cả khi quá trình công nghệ là một đối tượng dễ đièu khiển về mặt toán học, tức là ta haonf toàn cóthể đưa ra các luật điều khiển để đạt các chỉ tiêu chất lượng một cách lý tưởng, song các luật điều khiển

đó không thể thực hiện được do các điều kiện ràng buộc Bên cạnh đó, do yêu cầu về chế độ vận hành,một số biến trạng thái cũng như biểna cũng phải thỏa mãn một số điều kiện ràng buộc về giá trị và tốc

độ biến thiên

Mô hình không chính xác: Việc xây dựng mô hình toán học của các quá trình công nghệ thường gặp rất

nhiều khó khăn do chúng đều là các đối tượng MIMO, chứa đựng nhiều quan hệ vật lý, hóa học hoặcsinh học rất phức tạp Đặc biệt, việc tiến hành thực nghiệm không phả dễ dàng do liên quan tới vận hành

hệ thống lớn và chi phí rất tốn kém

Câu 6: Nêu các đặc thù của lĩnh vực điều

khiển quá trình (về đối tượng điều khiển, về yêu cầu kỹ thuật và về các yêu cầu công

nghệ)

Đặc thù của lĩnh vực điều khiển quá trình:

- Đối tượng điều khiển: quá trình công nghệ, mục đích tự động hóa quá trình công nghệ

- Yêu cầu kĩ thuật: tác động nhanh, trực tiếp, có hiệu quả vào biến vào -> có biến ra thay đổi theo mong muốn, đồng thời đảm bảo 5 mục địch điều khiển

- Yêu cầu công nghệ, đặc thù quá trình công nghệ:

+ quy trình sản xuất thường vừa và lớn

+ yêu cầu cao về độ tin cậy và tính sẵn sang

+ Các quá trình liên quan đến biến đổi năng lượng và vật chất

- Bài toán điều chỉnh là tiêu biểu

- Đại lượng cần điều khiển: lưu lượng, áp suất, nhiệt độ, nồng độ…

- diễn biến tương đối chậm

- mô hình khó xác định, khó thiết kế công nghệ và khả năng điều khiển hạn chế

Đặc thù của lĩnh vực điều khiển quá trình:

- Quy mô sản xuất thường vừa và lớn

- Yêu cầu rất cao về độ tin cậy và tính sẵn sàng

- Các quá trình liên quan tới biến đổi năng lượng và vật chất

+ Bài toán điều chỉnh là tiêu biểu

+ Các đại lượng cần điều khiển: lưu lượng w, áp suất P, nhiệt độ T, nồng độ C, thành phần…

+ Diễn biến tương đối chậm

+ Mô hình khó xác định

+ Khả năng điều khiển hạn chế

+ Khó thay đổi thiết kế công nghệ

Câu 7: Trình bày các bước tiến hành xây dựng một giải pháp hệ thống điều khiển quá trình.

Các nhiệm vụ phát triển hệ thống điều khiển quá trình:

Phân tích chức năng hệ thống

Xây dựng mô hình quá trình

Thiết kế cấu trúc điều khiển

Thiết kế thuật toán điều khiển

Lựa chọn giải pháp hệ thống

Phát triền phần mềm ứng dụng

Chỉnh định và đưa vào vận hành

Phân tích chức năng hệ thống: Quy trình thiết kế một hệ thống điều khiển bao giờ cũng bắt đầu với

bước tìm hiểu quy trình công nghệ để đưa ra đặc tả các chức năng cụ thể của hệ thống dựa trên cơ sởphân tích các mục đích điều khiển cơ bản Đây là một nhiệm vụ hết sức quan trọng, cần có sự hợp tácchặt chẽ giữa những người làm điều khiển với các nhà công nghệ

Xây dựng mô hình quá trình: Mô hình giúp ta hiểu rõ hơn về quá trình công nghệ, giúp ta trừu tượng

hóa vấn đề và vì thế đơn giản hóa cách giải quyết Mô hình quá trình không chỉ quan trọng đối với côngviệc thiết kế mà còn phục vụ việc mô phỏng và đào tạo vận hành Dựa trên các định luật vật lý và hóahọc cơ bản hoặc dựa trên các số liệu vận hành thực nghiệm, ta tiến hành xây dựng mô hình quá trình để

có được các phương trình toán học mô tả đặc tính động và tĩnh của quá trình

Thiết kế cấu trúc điều khiển: làm rõ về mặt cấu trúc liên kết giữa các phần tử trong hệ thống Về mặt cấu

trúc điều khiển, cần cân nhắc lựa chọn giữa cấu trúc tập trung, cấu trúc tập trung hoặc các cấu trúc hỗnhợp (phân tán, phân cấp) Tiếp theo, ta cần lựa chọn các biến được điều khiển, các biến điều khiểntương ứng và các biến nhiễu và liên kết chúng với nhau dựa trên các phần tử cấu hình để xây dựng cácsách lược điều khiển cụ thể

Thiết kế thuật toán điều khiển: Việc xác định rõ ràng các bước tính toán và các công thức tính toán cụ

thể để có thể cài đặt trên máy tính điều khiển Bao gồm 2 bước: lựa chọn bộ điều khiển hay cấu trúc bộđiều khiển và xác định các tham số của bộ điều khiển

Lựa chọn giải pháp hệ thống: bao gồm lựa chọn kiến trúc giải pháp hệ thống điều khiển và giám sát, lựa

chọn các thiết bị đo và thiết bị chấp hành sao cho phù hợp với các yêu cầu của quy trình công nghệ

Phát triển phần mềm ứng dụng: Trên cơ sở thiết kế điều khiển chi tiết, các chuyên viên phần mềm có

thể bắt đầu với thiết kế các chương trình điều khiển, thiết kế hệ thống cơ sở dữ liệu và thiết kế giao diệnngười-máy Sau khi lựa chọn giải pháp hệ thống điêu khiển và giám sát, công việc lập trình điều khiểnthời gian thực và soạn thảo các màn hình vận hành-giám sát mới được tiến hành Các chương trình ứngdụng được thử nghiệm từng phần trên cấu hình phần cứng thực với các đối tượng mô phỏng và sau đóđược thử nghiệm ghép nối

Chỉnh định và đưa vào vận hành: Bao gồn hiệu chuẩn các thiết bị đo, chỉnh định lại các tham số của bộ

điều khiển, thử nghiệm từng vòng điều khiển, thử nghiệm từng tổ hợp công nghệ, chạy thử từng phânđoạn và đưa vào vận hành toàn bộ nhà máy

Câu 8: Lưu đồ P&ID là gì và được sử dụng ở đâu trong các bước phát triển một hệ thống điều khiển quá trình?

Lưu đồ P&ID được sử dụng ở bước:

- Lựa chọn giải pháp hệ thống: lựa chọn các thiết bị đo, thiết bị chấp hành phù hợp với yêu cầu đặtra( các thiết bị, chức năng yêu cầu và đường trao đổi tín hiệu chuẩn: được thể hiên trên lưu đồ P&ID)

- Phát triển phần mềm ứng dụng: người thiết kế phần mềm phải biết tổng quát và chi tiết về cơ sở thiết

Câu 9:

Thiết bị đơn lẻ ở hiện trường: Thiết bị đo mức

Thiết bị đơn lẻ ở hiện trường: Thiết bị đo lưu lượng

Thiết bị đơn lẻ ở hiện trường: Thiết bị đo áp suất

Thiết bị đơn lẻ ở hiện trường: Thiết bị đo nồng độ

Là phần cứng chia sẻ (điều khiển chia sẻ) ở vị tri mở rộng: Bộ điều khiển nhiệt độ ở vòng loop102

Là phần cứng chia sẻ (điều khiển chia sẻ) ở phòng điều khiển trung tâm: Bộ điều khiển nồng

độ ở vòng loop 102

Thiết bị đơn lẻ ở phòng điều khiển trung tâm: Bộ điều khiển tỉ lệ ở vòng loop 102

Thiết bị đơn lẻ ở phòng điều khiển trung tâm: Bộ điều khiển chất lượng ở vòng loop 102

Thiết bị phần cứng tại hiện trường: Thiết bị đo nhiệt độ

Thiết bị phần cứng tại hiện trường: bộ biến đổi khí nén-khí nén, hoặc là bộ cộng tín hiệu hoặc

là bộ chọn tín hiệu điều khiển

Thiết bị phần cứng tại hiện trường: bộ điều khiển và hiện thị mức

Thiết bị phần cứng tại hiện trường: Bộ điều khiển chênh áp

Thiết bị phần cứng tại hiện trường: Bộ điều khiển tỉ lệ lưu lương

Thiết bị phần cứng tại hiện trường: Bộ điều khiển và ghi lưu lương

Bô chuyển mạch vị trí

Hand switch: Bộ chuyển mạch bằng tay

Bộ điều khiển chênh lệch áp suất ở vòng loop 102: Thiết bị đơn lẻ ở phòng điều khiển trung tâm

Bộ điều khiển logic khả trình bằng dây điện, vòng 2 tại phòng điều khiển trung tâm

Bộ ghi 2 chức năng: đo và ghi lưu lượng và áp suất tại hiện trường

:Bộ cảnh báo nhiệt độ mức cao và mức thấp tại hiện trường

Bộ điều khiển phân tích chia sẻ, nhận dữ liệu từ máy tính Máy tính bên trái, đường nối liên kết phần mềm, dữ liệu

CHƯƠNG 2:

Câu 1: Nêu các bước tiến hành xây dựng mô hình hoá thực nghiệm Nêu cách xác định các thông số của mô hình khi biết đặc tính hàm quá độ là khâu quán tính.

Các bước tiên hành:

- Đặt bài toán mô hình hó

- Phân chia thành các quá trình cơ bản

- xây dựng các mô hình thành phần

- Kết hợp các mô hình thành phần

- Phân tích và kiểm chứng mô hình

Xác định các thông số của mô hình khi biết đặc tính hàm quá độ là khâu quán tính (tr 177-184)

Khi biết đặc tính hàm quá độ là khâu quán tính, ta có thể xấp xỉ thành mô hình quán tính bậc nhất kết hợp với một khâu trễ (thực ra một mô hình bậc cao là phù hợp nhất với đường cong này tuy nhiên mô hình bậc cao gây khó khan cho việc thiết kế các luật điều khiển đơn giản như PID) Hoặc mô hình quán tính bậc hai kết hợp với 1 khâu trễ

- Kẻ đường tiệm cận với đường cong tại trạng thái xác lập sẽ giúp xác định hệ số khuếch đại tính k

- kẻ tiếp tuyến tại điểm mà đường cong có độ dốc lớn nhất (chính là điểm uốn đối với khâu quán tính bậc cao và là điểm xuất phát lên sau thời gian trễ với khâu quán tính bậc nhất)

- Giao điểm của tiếp tuyến này với đường trục thời gian cho ta thời gian trễ xấp xỉ θ

- Cuối cùng xác định điểm tương ứng trên đường cong tương ứng với giá trị 0.632 cho ta τ + θ

Phương pháp hai điểm qui chiếu

- Sử dụng hai điểm quy chiếu tương ứng với các giá trị 0.283 và 0.632 với kích thích đầu vào là tín

hiệu bậc thang đơn vị

- Các tham số τ và θ được xác định theo công thức ở hình dưới

Trong đó t1 và t2 lần lượt là thời gian khi thay đổi đầu ra đạt 28.3% và 63.2% thay đổi ở trạng thái xác lập

Phương pháp diện tích

• Quán tính bậc 2 có trễ:

G(s)=

Phương pháp kẻ tiếp tuyesn và 2 điểm quy chiếu

- Hệ số khuếch đại tĩnh k được xác định bằng cách kẻ đường tiệm cận với đường đồ thị đáp ứng quá độ

ở trạng thái xác lập

- giao điểm giữa trục thời gian và tiếp tuyến tại điểm uốn (nơi có độ dốc lớn nhất) sẽ cho ta thời gian trễ.Hai tham số thời gian còn lại là τ1 và τ2 được ước lượng bằng cách chọn 2 điểm quy chiếu và giải hệ phương trình phi tuyến:

- Trong thực tế, 2 điểm thường được lựa chọn tương ứng với 33% và 67% giá trị cuối

Phương pháp 3 điểm quy chiếu

- có thể chọn 3 điểm quy chiếu trên đường đặc tính quá độ để có 3 phương trình Gọi các thời điểm tương ứng với 14%, 55%, 91% giá trị xác lập lần lượt là t1, t2, t3, các tham số được xác định

Câu 2: Nêu các bước tiến hành xây dựng mô hình hoá thực nghiệm Nêu cách xác định các thông số của khi biết đặc tính hàm quá độ là khâu tích phân quán tính.

Xác định các thông số hàm truyền khi biết đặc tính hàm quá độ là khâu tích phân quán tính.

- Đưa về nhận dạng mô hình quán tính bậc 1 hoặc bậc 2 có trễ

- Sử dụng tín hiệu kích thích dạng xung thay cho tín hiệu bậc thang ( hoặc sử dụng tín hiệu bậc thang, nhưng lấy số liệu là đạo hàm của tín hiệu đầu ra thay cho trực tiếp giá trị đầu ra

- Tính toán tham số như đặc tính hàm quá độ là khâu quán tính, xong thì nhân 1/s vào hàm truyền

Câu 5: Nêu và vẽ các dạng cơ bản của đường đáp ứng quá độ Viết hàm truyền đạt tương ứng và nêu phương pháp để xác định các thông số của hàm truyền đạt đó

Các dạng có thể xấp xỉ về:

- Mô hình quán tính bậc 1,2

- Mô hình dao động bậc 2

- Mô hình quán tính bâc 1,2 có tích phân

Đưa về dạng mô hình quán tính bậc 1: G(s) =

- cần xác định hệ số khuếch đại tĩnh, hằng số thời gian và thời gian trễ

- C2: Phương pháp 3 điểm quy chiếu

Đưa về dạng mô hình quán tính bậc 2: G(s)=

- C1: phương pháp kẻ tiếp tuyến 1 và 2 điểm quy chiếu (áp dụng cho dạng hàm truyền trên)

- C2: Phương pháp 3 điểm quy chiếu (áp dụng cho dạng hàm truyền dưới)

Khâu quán tính:

PP Bậc 1: PP kẻ tiếp tuyến, PP 2 điểm quy chiếu, PP diện tích

Bậc 2: PP kẻ tiếp tuyến và 2 điểm quy chiếu, PP 3 điểm quy chiếu

Các bậc cao hơn thì hạ bậc xuống bậc 1, 2 để Xác định

Quán tính ngược:

Dao động tắt dần:

PP : Dao động kéo dài: PP 2 điểm cực trị

Dao động tắt nhanh: PP 3 điểm quy chiếu

Quán tính tích phân:

Câu 6: Phân biệt giữa một mô hình tuyến tính với một mô

diễn mô hình phi tuyến?

• Mô hình tuyến tính: là mô hình thỏa mãn nguyên lý xếp chồng

Các dạng mô hình phù hợp: Phương trình vi phân tuyến tính, mô hình hàm truyền, mô hình trạng thái, đáp ứng quá độ, đáp ứng tấn số,…

• Mô hình phi tuyến: là mô hình không thỏa mãn nguyên lý xếp chồng.

Các dạng mô hình thỏa mãn: pt vi phân tuyên tính, mo hình trạng thái phi tuyến…

Thường sẽ sử dụng nhiều là mô hình tuyến tính vì đơn giản, nhiều công cụ toán học hỗ trợ Mô hình phi tuyến sẽ tuyến tính hóa mô hình tuyến tính

Mô hình hàm truyền đạt, hàm quá độ chỉ có ý nghĩa với hệ tuyến tính

Mô hình trạng thái phù hợp cho cả 2 hệ tuyến tính & phi tuyến

Câu 7: Phân biệt giữa một mô hình tuyến tính với một mô

là tuyến tính hay phi tuyến.

Với các tín hiệu ra y1, y2 lần lượt tương ứng với các tín hiệu vào độc lập bất kì u1 và u2, nếu y = y1 + y2 ứng với u = u1 + u2 thì hệ thảo mãn nguyên lý xếp chồng nên là mô hình tuyến tính Nếu không thỏa mãn thì mô hình gọi là phi tuyến

Câu 8: Nêu các phương pháp xây dựng mô hình toán học và

45-46)

- Mô hình thực nghiệm chỉ có thể tốt khi lớp mô hình được chọn phù hợp với các số liệu thực nghiệm là trung thực Trong thực tế, công việc tiến hành lấy các số liệu thực nghiệm thường gặp rất nhiều khó khănbởi nhiều lý do như khả năng thực thi, điều kiện rằng buộc, ảnh hưởng của nhiễu, tương tác giữa các biến quá trình

- Hơn nữa các tham số của quá trình cũng có thể thay đổi trong khi vận hành vì nhiều lý do

3 Phương pháp kết hợp:

Kết hợp giữa phân tích lý thuyết (mô hình hóa lý thuyết) và nhận dạng quá trình (mô hình hóa thực nghiệm)

Mô hình hóa lý thuyết để xác định cấu trúc mô hình

Mô hình hóa thực nghiệm để ước lượng các tham số mô hình

Câu 9: Lựa chọn phương pháp xây dựng mô hình phù hợp với

• Giúp hiểu rõ quá trình công nghệ: PP lý thuyết

• Cơ sở cho lựa chọn luật điều chỉnh : PP lý thuyết

• Mô phỏng quá trình : PP thực nghiệm

Câu10 Lựa chọn phương pháp xây dựng mô hình phù hợp với

• Cơ sở cho thiết kế sách lược điều chỉnh: PP lý thuyết

• Phục vụ tính toán tham số của bộ điều khiển: PP kết hợp

• Chỉnh định trực tuyến các tham số của bộ điều khiển: PP thực nghiệm

dụng cho một quá trình nhiều vào - nhiều ra.

PT cân bằng vật chất (toàn phần):

Trong đó: là lượng tích lỹ bên trong

: lưu lượng các dòng vào

: lưu lượng các dòng ra

Câu 12 : Viết phương trình cân bằng thành phần tổng quát áp dụng cho một quá trình nhiều vào - nhiều ra.

PT cân bằng thành phần:

Phương trình viết cho từng cấu tử j

1 phương trình có n cấu tử thì viết được n-1 phương trình cân bằng thành phần

Câu 13: Viết phương trình cân bằng nhiệt lượng tổng quát áp dụng cho một quá trình nhiều vào - nhiều ra

Câu 14: Viết ba dạng mô hình hàm truyền đạt tiêu biểu khác nhau hay được sử dụng trong điều khiển quá trình sao cho minh hoạ đặc tính trễ, đặc tính tích phân và đặc tính đáp ứng ngược.

Đặc tính có trễ: thường xấp xỉ thành mô hình quán tính bậc 1 hoặc 2 có trễ.

Đặc tính tích phân: có thể xấp xỉ thành mô hình quán tính bậc nhất hoặc bậc 2 có cộng thêm thành phần

tích phân

Đặc tính đáp ứng ngược:

Câu 15: Trình bày cách nhận dạng xấp xỉ về một khâu quán tính bậc nhất có trễ dựa trên phương pháp sử dụng hai điểm quy chiếu Phương pháp này có thể áp dụng cho các dạng quá trình nào và có những ưu nhược điểm ra sao?

Nhận dạng dựa trên đáp ứng quá độ mô hình quán tính bậc nhất có trễ:

- Áp dụng cho khâu đặc tính quán tính có trễ

- Ưu điểm: sai lệch mô hình nhỏ hơn đáng kể so với phương pháp kẻ tiếp tuyến Dễ tính dễ thực hiện, mô hình xấp xỉ cũng đơn giản

- Nhược điểm: thời gian trễ được ước lượng hơi quá mức gây sai lệch đặc tính tần số Chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi nhiễu

-Câu 16: Trình bày phương pháp nhận dạng dựa trên phản hồi rơle Phương pháp này áp dụng cho các dạng quá trình nào và

có những ưu nhược điểm ra sao?

• Ưu điểm

Việc thử nghiệm hoàn toàn đơn giản và phù hợp với đa số quấ trình công nghiệp

Nếu quá trình có đặc tính dao động tới hạn thì hệ kín sẽ tự động tiến đến trạng thái dao động, ngaycải tín hiệu vào u cũng được tự động tạo ra

Nhờ khả năng tự do lựa chọn biên độ cho khâu rơ le, việc thử nghiệm với hệ kín đảm bảo quá trìnhnằm trong phạm vi nhủ mà ta cần xây dựng mô hình tuyến tính xấp xỉ, cũng như nằm trong phạm vi

an toàn mà quy trình công nghệ cho phép

Thử nghiệm trong vòng kín kết hợp với dạng tín hiệu vảo-ra đặc biệt dẫn đến ảnh hưởng của nhiễugần như được loại bỏ hoàn toàn

- Mô hình bậc 1, bậc 2: ngắn gọn, đơn giản, không cồng kền như mô hình bậc cao -> phù hợp trong môphỏng, nghiên cứu, học tập

- Sai số đối với mô hình thực tế ở mức chấp nhận được

- Có nhiều phương pháp để xác định tham số mô hình, có nhiều công cụ hỗ trợ mô phỏng mô hình dạngnày

- B1, B2 giúp dễ dàng trong việc thiết kế các luật điều khiển đơn giản như PID

=> Ngta tìm cách xấp xỉ các mô hình bậc cao về mô hình bậc thấp hơn, cụ thể là bậc 1,2

Câu 18 Đối với phương pháp nhận dạng nói chung, các yếu tố nào ảnh hưởng tới độ chính xác của mô hình nhận được

Câu 19 Trình bày các bước thực hiện tuyến tính hoá một mô hình (cho dưới dạng hệ phương trình vi phân ) xung quanh điểm làm việc.

- Có phương trình phi tuyến

- Viết phương trình mô hình ở trạng thái xác lập giá trị các biến tại điểm làm việc =0

- Lấy phương trình phi tuyến trừ phương trình mô hình ở trạng thái xác lập giá trị các biến tại điểm làm việc được phương trình biểu diễn chênh lệch so với giá trị tại điểm làm việc

- Đặt biến điều khiển là u, biến cần điều khiển là y và nhiễu là d

- Laplace 2 vế được mô hình hàm truyền đạt

Chương 3:

Câu 1: Định nghĩa và vẽ cấu trúc của sách

lược điều khiển truyền thẳng Nêu ưu nhược điểm của sách lược điều khiển truyền thẳng Cho một ví dụ minh hoạ Điều khiển truyền thẳng

Cấu trúc:

Đặc điểm cơ bản của bộ điều khiển truyền thẳng là một số biến nhiễu quá trình được đo và đưa tới bộđiều khiển Dựa trên các giá trị đo được cùng với giá trị đặt, bộ điều khiển tính toán đưa ra giá trị chobiến điều khiển Nếu đặc tính đáp ứng của quá trình với biến điều khiển cũng như với nhiễu biết trước,

bộ điều khiển có thể thực hiện thuật toán bù trước sao cho giá trị biến được điều khiển đúng bằng giá trịđặt SÁch lược điều khiển truyền thẳng còn được gọi là sách lược điều khiển bù nhiễu

+ Nếu đo nhiễu: gọi là khâu bù nhiễu

+ Nếu đo biến điều khiển: Khâu bù tín hiệu chủ đạo

Ưu điểm:

Đơn giản

Tác động nhanh (bù nhiễu kip thời trước khi ảnh hưởng tới đầu ra)

Hạn chế:

Phải đặt thiết bị đo nhiễu

Không loại trừ được ảnh hưởng của nhiễu không đo được

Nhạy cảm với sai lệch mô hình (mô hình quá trình và mô hình nhiễu)

Bộ điều khiển lý tưởng có thể không ổn định hoặc không thực hiện được => Phương pháp xấp xỉKhông có khả năng ổn định một quá trình không ổn định

Một vòng điều khiển kín chứa 1 đối tượng ổn định cũng có thể trở nên mất ổn định

Điều khiển phản hồi cần bổ sung các cảm biến

Nhiễu đo có thể ảnh hưởng lớn tới chất lượng điều khiển => cần có phương pháp lọc nhiễu, xử

lý số liệu tốt

Khó mà có một bộ điều khiển phản hồi tốt nếu như không có một mô hình tốt

Với một số quá trình có đáp ứng ngược hoặc có trễ (hệ pha khong cực tiểu), một bộ điều khiểnphản hối được thiết kê thiếu thận trọng thậm chí có thể làm xấu đi đặc tính đáp ứng

Bộ điều khiển phản hồi đáp ứng chậm với nhiễu tải và thay đổi giá trị đặt

Ví dụ:

Câu 3: Định nghĩa và vẽ cấu trúc của sách

lược điều khiển tỉ lệ Nêu ưu nhược điểm của sách lược điều khiển tỉ lệ Cho một ví dụ minh hoạ

Ưu điểm: Giúp giả quyết hiệu quả một lớp các bài toán phi tuyến, thay vì phải tuyến tính hóa

xấp xỉ mô hình hoặc sử dụng các phương pháp thiết kế bộ điều khiển phi tuyến phức tạp Thực chất, mỗi bộ điều khiển tỉ lệ là một bộ điều khiển phi tuyến đơn giản Giúp cho việc thiết kế cấu

trúc điều khiển đơn biến cho một quá trình được đơn giản hơn, trong đó sự tương tác chéo giữacác vòng điều khiển được giảm thiểu Giá trị đặt(tỉ lệ) ít thay đổi

Nhược điểm:

Sử dụng nhiều thiết bị đo

Không có khả năng triệt tiêu sai lệch tĩnh

Không có biến cần điều khiển nào được so sánh với giá trị đặt

Các yếu tố nhiễu khác cũng không được xét tới

Vì thế, điều khiển tỉ lệ thuần túy khó cho chất lượng điều khiển cao

Ví dụ

Câu 4: Định nghĩa và vẽ cấu trúc của sách

lược điều khiển lấn át Nêu ưu nhược điểm của sách lược điều khiển lấn át Cho một ví dụ minh hoạ điều khiển lấn át

Hệ thống có hai hoặc nhiều vòng điều khiển tương ứng cới hai hoặc nhiều biến cần điều khiển, nhưngchỉ có 1 biến điều khiển (một thiết bị chấp hành) Hai hoặc nhiều bộ điều khiển cùng hoạt động, nhưngchỉ đầu ra của một bộ điều khiển được lựa chon đưa tới thiết bị chấp hành

Điều khiển lấn át là một dạng đặc biệt của điều khiển lựa chọn, trong đó một bộ điều khiển có thể giànhquyền can thiệp vào biến điều khiển của một bộ điều khiển khác khi có nguy cơ xảy ra tình trạng vượt

ngưỡng cũng như vi phạm các điều kiện ràng buộc của quá trình hoặc thiết bị Việc chuyển tiếp giữa cácvòng điều khiển cần được thực hiện một cách trưn tru, không gây ảnh hưởng đáng kể tới quá trình.

Giảm lượng nhiên liệu cấp cho một buồng đốt nhằm tránh tình trạng hàm lượng ôxy quá thấp trong khí thải

Nhược điểm:

- Điều khiển lấn át không dừng khẩn cấp hệ thống (như khóa liên động) khi có yếu tố không an toàn xuất hiện, mà tiếp tục duy trì hoạt động hệ thống -> có thể làm chất lượng/ hiệu quả kinh tế kém hơn bình thường

Ví dụ: