XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
KHOA CƠNG NGHỆ TỰ ĐỘNG HĨA

BÁO CÁO MƠN HỌC
ĐIỀU KHIỂN Q

TRÌNH

Sinh viên thực hiện

: LÊ VĂN DŨNG

Lớp

: CNTĐH-K17A

Giáo viên hướng dẫn : Th.s Hoàng Thị Thương

Thái Nguyên, tháng 5 năm 2021


MỤC LỤC


TỔNG QUAN VỀ HỌC PHẦN
Điều khiển q trình là mơn khoa học nghiên cứu về tĩnh và động học của sự
biến đổi lý hóa trong các q trình cơng nghệ của sản xuất công nghiệp, phục vụ
cho thiết kế thiết bị cơng nghệ và hệ điều khiển các q trình cơng nghệ đó.
Hiện nay, khi tiến hành xây dựng một hệ thống điều khiển tự động để điều
khiển đối tượng đạt được các chỉ tiêu yêu cầu không phải là một việc dễ dàng, bởi
vì ta ln gặp hàng loạt các vấn đề cần giải quyết liên quan đến việc đối tượng điều

khiển có thể thay đổi hàm truyền theo thời gian sử dụng, những thay đổi này là
ngẫu nhiên, khó xác định. Điều này có thể nhận thấy rõ ở các đối tượng nhiệt, vì
các thiết bị nhiệt thường bị già hóa theo thời gian sử dụng nên các thơng số bị thay
đổi. Do vậy điều khiển q trình là cốt lõi của hệ tự đơng hóa q trình cơng nghệ.
Nghiên cứu điều khiển q trình có hai hướng tiếp cận: Hướng thứ nhất thuộc về
các nhà công nghệ nghiên cứu điều khiển quá trình phục vụ khâu thiết kế dây
chuyền thiết bị công nghệ và đề xuất nhiệm vụ điều khiển q trình cơng nghệ.
Hướng thứ hai là các nhà nghiên cứu về điều khiển và tự đông hóa nghiên cứu điều
khiển q trình để thiết kế, lắp đặt, chỉnh định và vận hành điều khiển và tự động
hóa q trình cơng nghệ.


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
1.1 Khái Niệm
1.1.1 Điều Khiển Quá Trình
Điều khiển quá trình được hiểu là ứng dụng kỹ thuật điều khiển tự động trong
điều khiển, vận hành và giám sát các quá trình công nghệ, nhằm đảm bảo chất
lượng sản phẩm, hiệu quả sản xuất và an tồn cho con người, máy móc và mơi
trường.
Q trình được định nghĩa là một trình tự các diễn biến vật lý, hóa học hoặc
sinh học, trong đó vật chất, năng lượng hoặc thơng tin được biến đổi, vận
chuyển hoặc lưu trữ.
Q trình cơng nghệ là những quá trình liên quan đến biến đổi, vận chuyển
hoặc lưu trữ vật chất và năng lượng, nằm trong một dây chuyền công nghệ
hoặc một nhà máy sản xuất năng lượng. Một q trình cơng nghệ có thể đơn
giản như q trình cấp liệu, trao đổi nhiệt, pha chế hỗn hợp, nhưng cũng có thể
phức tạp hơn như một tổ hợp lò phản ứng tháp chưng luyện hoặc một tổ hợp lị
hơi turbin.
Q trình kỹ thuật là một q trình với các đại lượng kỹ thuật được đo hoặc/và
được can thiệp. Trong nội dung mơn học, khái niệm q trình được hiểu là q

trình cơng nghệ.
1.1.2 Biến Q Trình


- Biến vào: là đại lượng hay điều kiện phản ánh sự tác động từ ben ngồi vào q
trình.
- Biến ra: là đại lượng, thông số thể hiện sự ảnh hưởng q trình ra bên ngồi.
- Biến điều khiển (control variable, manipulated variable): Biến vào can thiệp được
theo ý muốn để tác động tới đại lượng cần điều khiển.
- Biến cần điều khiển (controlled variable): Biến ra, đại lượng hệ trọng tới sự vận
hành an toàn, ổn định hoặc chất lượng sản phẩm, cần được duy trì tại một giá trị
đặt, hoặc bám theo một tín hiệu chủ đạo.
- Nhiễu: là biến vào của quá trình tác động lên quá trình nhưng ta khơng thể can
thiệp được.
+ Nhiễu q trình (disturbance, process disturbance):
● Nhiễu đầu vào (input disturbance): biến thiên các thông số đầu vào
(lưu lượng, nhiệt độ hoặc thành phần nguyên liệu, nhiên liệu).
● Nhiễu tải (load disturbance): thay đổi tải theo yêu cầu sử dụng (lưu
lượng dòng chảy, áp suất hơi nước,...).
● Nhiễu ngoại sinh (exogenous disturbance): nhiệt độ, áp suất bên
ngoài,...
+ Nhiễu đo, nhiễu tạp (noise, measurement noise): Nhiễu tác động lên phép
đo gây sai số trong giá trị đo được.


1.2 Mục đích điều khiển
Đảm bảo các yếu tố kỹ thuật, công nghệ
a. Đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, trơn tru: đảm bảo các điều kiện vận hành
bình thường, kéo dài tuổi thọ máy móc, vận hành thuận tiện.
b. 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 hạn qui định.
c. Đảm bảo vận hành hệ thống an tồn: nhằm mục đích bảo vệ con người, máy
móc, thiết bị và môi trường.
Đảm bảo các yếu tố công nghệ, môi trường
a. Bảo vệ môi trường: Giảm nồng độ các chất độc hại trong khí thải, nước thải,
giảm bụi, giảm sử dụng nguyên liệu và nhiên liệu.
b. Nâng cao hiệu quả kinh tế: Giảm chi phí nhân cơng, ngun liệu và nhiên liệu,
thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi của thị trường.
1.3 Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình
Một hệ thống điều khiển quá trình bao gồm 3 thành phần chính:
- Thiết bị đo.
- Thiết bị chấp hành.
- Thiết bị điều khiển.


Hình 1.2. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ĐKQT

Hình 1.3. Các thành phần cơ bản của một hệ thống ĐKQT


1.4 Các chức năng
Điều khiển cơ sở và vận hành giám sát
Điều khiển cơ sở được định nghĩa là “Điều khiển chuyên dụng cho thiết lập
và duy trì một trạng thái cụ thể của thiết bị hoặc quá trình”. Chức năng điều khiển
cơ sở có thể do các bộ điều khiển thực hiện một cách tự động (điều khiển tự động),
hoặc do người vận hành trực tiếp đảm nhiệm (điều kh7iển bằng tay). Các chức
năng điều khiển cơ sở tiêu biểu trong một hệ thống điều khiển quá trình bao gồm:
điều chỉnh, điều khiển rời rạc, điều khiển trình tự.
Chức năng điều chỉnh được định nghĩa là “ Nhằm duy trì các biến đầu ra của
một quá trình gần như có thể với các giá trị đặt tương ứng trong điều kiện có tác

động nhiễu và giá trị đặt thay đổi”.
Điều khiển rời rạc là duy trì các trạng thái thiết bị q trình tại một giá trị
đích lựa chọn từ một tập các trạng thái ổn định biết trước. Điều khiển rời rạc được
sử dụng chủ yếu trong 2 bài toán: điều khiển thiết bị và điều khiển liên động. Điều
khiển thiết bị đơn lẻ đơn thuần là điều khiển khởi động, dừng hoặc chuyển chế độ
cho các thiết bị q trình đơn lẻ, ví dụ băng tải, động cơ, máy đóng cắt. Điều khiển
liên động đảm bảo chức năng bảo vệ, an tồn cho máy móc và con người.
Điều khiển trình tự được định nghĩa là một lớp chức năng điều khiển q
trình cơng nghiệp với mục đích đưa quá trình kỹ thuật qua một trình tự các trạng
thái riêng biệt. Điều khiển trình tự có vai trị đặc biệt quan trọng trong thực hiện
khởi động hoặc dừng một nhóm thiết bị hoặc cả hệ thống cũng như trong bài toán
điều khiển theo mẻ.
Trong các hệ thống điều khiển giám sát thì giao diện người-máy (HMI) là
chức năng quan trọng nhất. Giao diện người-máy cung cấp các màn hình hiển thị
hình ảnh chuẩn về hệ thống và thiết bị, các hình ảnh đồ họa tự do, lưu đồ công
nghệ, đồ thị thời gian thực và đồ thị quá khứ, các tham số điều khiển, tình trạng các
động cơ, các bảng tóm tắt báo động. Giao diện người-máy hỗ trợ thao tác vận hành
thông qua các phương tiện chuẩn như các biến trạng thái máy móc được liên tục
thu thập, lưu trữ và quản lý trong một hệ thống cơ sở dữ liệu.


Điều khiển cao cấp
Chức năng điều khiển cao cấp được hiểu là một chức năng điều khiển tự động
nhưng nằm phía trên điều khiển cơ sở, khơng làm việc trực tiếp với tín hiệu vào/ra
q trình. Chức năng điều khiển cao cấp có thể tự động tạo giá trị đặt hoặc can
thiệp vào các tham số điều khiển cơ sở. Thông thường, chức năng điều khiển cao
cấp được đặt ở phía trên hoặc cùng cấp với vận hành giám sát. Một hệ thống điều
khiển q trình có thể cung cấp các chức năng điều khiển cao cấp như điều khiển
công thức và quản lý mẻ, điều khiển chuyên gia, điều khiển chất lượng và tối ưu
hóa thời gian thực.

Điều khiển P&ID
Lưu đồ P&ID: Pipe and Instrumentation Diagram (VD):
- Lưu đồ công nghệ + các biểu tượng thiết bị và chức năng tự động hóa.
- Một trong các tài liệu thiết kế quan trọng nhất về hệ thống đo lường, điều khiển
và giám sát.
- Cơ sở cho lựa chọn và lắp đặt thiết bị, phát triển phần mềm điều khiển và giám
sát q trình (bài tốn điều khiển q trình).
Các biểu tượng lưu đồ được ISA (Instrumentation Society of America) chuẩn hóa:
+ ISA S5.1: Instrumentation Symbols and Identification.
+ISAS5.3:Graphic Symbols for Distributed
Instrumentation Logic and Computer Systems.
- Các biểu tượng thiết bị.

Control/Shared

Display,


Hình 1.4. Các biểu tượng thiết bị
- Các biểu tượng tín hiệu và đường nối.

Hình 1.5. Các biểu tượng tín hiệu và đường nối
- Ký hiệu nhãn thiết bị và các biểu tượng chức năng.


Hình 1.6. Diễn giải ý nghĩa nhãn thiết bị và kí hiệu chức năng


CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG
2.1 Giới thiệu chung

2.1.1 Khái niệm mơ hình hóa
Mơ hình là một hình thức mơ tả khoa học và cơ đọng các khía cạnh thiết yếu
của một hệ thống thực, có thể có sẵn hoặc cần phải xây dựng. Một mơ hình phản
ánh hệ thống thực từ một góc nhìn nào đó phục vụ hữu ích cho mục đích sử dụng.
2.1.2 Phân loại mơ hình
+ Mơ hình đồ họa: Sơ đồ khối, lưu đồ P&ID, lưu đồ thuật tốn.
+ Mơ hình tốn học: ODE, Hàm truyền, mơ hình trạng thái.
+ Mơ hình máy tính: Chương trình phần mềm.
+ Mơ hình suy luận: Cơ sở tri thức, luật.
2.1.3 Các bước mơ hình hóa
Bước đầu tiên của quy trình mơ hình hóa là đặt bài tốn mơ hình hóa. Các
cơng việc chính bao gồm nghiên cứu kỹ lưu đồ cơng nghệ, xác định rõ mục đích sử
dụng của mơ hình, tóm tắt các thơng số cơng nghệ cũng như các giả thiết quan
trọng. Trên cơ sở đó, ta cần làm rõ yêu cầu về mức độ chi tiết và mức độ chính xác
của mơ hình, phương pháp và cơng cụ phân tích, đánh giá chất lượng của mơ hình.


Hình 2.1. Tổng quan các bước mơ hình hóa q trình phức hợp
2.1.4 Phương pháp xây dựng mơ hình tốn học
- Phương pháp lý thuyết (mơ hình hóa lý thuyết, phân tích q trình, mơ hình hóa
vật lý):
+ Xây dựng mơ hình trên nền tảng các định luật vật lý, hóa học cơ bản.
+ Phù hợp nhất cho các mục đích 1, 2 và 5.
- Phương pháp thực nghiệm (nhận dạng q trình, phương pháp hộp đen):
+ Ước lượng mơ hình trên cơ sở các quan sát số liệu vào – ra thực nghiệm.
+ Phù hợp nhất cho các mục đích 3 và 4.
- Phương pháp kết hợp:
+ Mơ hình hóa lý thuyết để xác định cấu trúc mơ hình.
+ Mơ hình hóa thực nghiệm để ước lượng các tham số mơ hình.

2.2 Các dạng mơ hình hóa
2.2.1 Mơ hình tuyến tính và mơ hình phi tuyến
Một mơ hình được gọi là tuyến tính khi quan hệ giữa các tín hiệu vào/ra của nó
thỏa mãn ngun lý xếp chồng. Một cách chính thức, nếu M(u) là một tốn tử
tuyến tính và là hai biến đọc lập, ta sẽ có:
(2.1)
Khi đó, nếu có các tín hiệu ra lần lượt ứng với các tín hiệu vào độc lập bất
kỳ thì ta cũng sẽ có ứng với . Ngược lại, chỉ cần bất cứ một qua hệ vào/ra nào
không thõa mãn nguyên lý xếp chồng thì mơ hình sẽ được gọi là phi tuyến
2.2.2 Mơ hình liên tục và mơ hình gián đoạn
Mơ hình liên tục mơ tả quan hệ giữa các biến q trình liên tục theo thời gian. Nói
một cách khác các tín hiệu sử dụng trong mơ hình là hàm liên tục theo thời gian
Mơ hình gián đoạn chỉ phản ánh đặc tính q trình tại những thời điểm nhất
định (gọi là thời điểm quan sát)
Một mơ hình liên tục chỉ thích hợp với các q trình liên tục. Trong khi đó,
mơ hình gián đoạn có thể sử dụng cho tất cả các thành phần trong hệ thống điều
khiển số (bao gồm cả q trình và bộ điều khiển số).
Mơ hình liên tục mơ tả quan hệ giữa các biến q trình liên tục theo thời gian. Nói
một cách khác các tín hiệu sử dụng trong mơ hình là hàm liên tục theo thời gian
2.2.3 Mơ hình đơn biến và mơ hình đa biến
Mơ hình đơn biến: Một biến vào điều khiển và một biến ra được điều khiển, biến
vào-ra được biểu diễn là các đại lượng vơ hướng.
Mơ hình đa biến: Nhiều biến vào điều khiển hoặc/và nhiều biến ra, các biến vào-ra
có thể được biểu diễn dưới dạng vector.
2.2.4 Mơ hình tham số hằng và mơ hình tham số biến thiên
Mơ hình tham số hằng: các tham số mơ hình không thay đổi theo thời gian.


Mơ hình tham số biến thiên: ít nhất 1 tham số mơ hình thay đổi theo thời gian.

2.3 Mơ hình hóa lý thut
2.3.1 Các bước mơ hình hóa
1. Phân tích bài tốn mơ hình hóa
- Tìm hiểu lưu đồ cơng nghệ, nêu rõ mục đích sử dụng của mơ hình, từ đó xác định
mức độ chi tiết và độ chính xác của mơ hình cần xây dựng.
- Phân chia thành các quá trình con.
- Liệt kê các giả thiết liên quan tới xây dựng mơ hình nhằm đơn giản hóa mơ hình.
- Nhận biết và đặt tên các biến q trình và các tham số quá trình.
2. Xây dựng các phương trình mơ hình
3. Kiểm chứng mơ hình:
- Phân tích bậc tự do của quá trình dựa trên số lượng các biến quá trình và số lượng
các quan hệ phụ thuộc.
- Phân tích khả năng giải được của mơ hình, khả năng điều khiển được.
- Đánh giá mơ hình về mức độ phù hợp với yêu cầu dựa trên phân tích các tính
chất của mơ hình kết hợp mơ phỏng máy tính.
4. Phát triển mơ hình:
- Phân tích các đặc tính của mơ hình.
- Chuyển đổi mơ hình về các dạng thích hợp.
- Tuyến tính hóa mơ hình tại điểm làm việc nếu cần thiết.
- Mô phỏng, so sánh mô hình tuyến tính hóa với mơ hình phi tuyến ban đầu.
- Thực hiện chuẩn hóa mơ hình theo u cầu của phương pháp phân tích và thiết kế
điều khiển.
5. Lặp lại một trong các bước trên nếu cần thiết.


2.3.2 Phương pháp tuyến tính hóa quanh điểm làm việc
Hầu hết mơ hình tốn học xây dựng bằng phương pháp lý thuyết cho đến các
quá trình thực đều chứa phương trình vi phân phi tuyến. Nhưng đến nay, đa số
phương pháp phân tích và thiết kế đều dựa trên mơ hình tuyến tính. Ngay cả một
số phương pháp phi tuyến cũng khơng loại trừ hồn tồn việc sử dụng mơ hình

tuyến tính, ít ra là để làm cơ sở so sánh và kiểm chứng chất lượng. Vì vậy nếu mục
đích sử dụng mơ hình là phục vụ phân tích hệ thống, thiết kế sách lược và thuật
tốn điều khiển, thì việc tuyến tính hóa mơ hình trước hay sau cũng sẽ cần thiết. Có
3 phương pháp tuyến tính hóa cơ bản được biết đến, bao gồm:
- Tuyến tính hóa xung quanh điểm làm việc (phải là một điểm cân bằng): áp dụng
phép khai triển Taylor, kết quả là một mô hình tuyến tính xấp xỉ có giá trị sử dụng
tại lân cận điểm làm việc.
- Tuyến tính hóa thơng qua phép biến đổi đơn thuần, kết quả có thể là một mơ hình
tuyến tính hoặc mơ hình ít phi tuyến hơn nhưng hồn tồn tương đương với mơ
hình ban đầu.
- Tuyến tính hóa chính xác: sử dụng phản hồi, kết quả là một mơ hình mở rộng
tuyến tính.
Hai phương pháp tiếp cận:
1.

Tuyến tính hóa trực tiếp trên phương trình vi phân dựa theo các giả thiết về
điểm làm việc:

2.

Sử dụng biến chênh lệch và phép khai triển chuỗi Taylor: Đa năng, thông
dụng. Phép khai triển Taylor:


Đặt các ma trận Jacobi:

Tóm tắt các bước tuyến tính hóa
1. Đơn giản hóa mơ hình như có thể, nếu được thì nên tách thành nhiều mơ
hình con độc lập.
2. Xác định rõ điểm làm việc và giá trị các biến q trình tại điểm làm việc

để có mơ hình trạng thái xác lập.
3. Đối với các phương trình tuyến tính, thay thế các biến thực bằng các biến
chênh lệch.
4. Tuyến tính hóa từng phương trình phi tuyến của mơ hình tại điểm làm
việc bằng phép khai triển Taylor, bắt đầu với các phương trình đại số và sau
đó là với các phương trình vi phân.


5. Đặt lại ký hiệu cho các biến chênh lệch (sửdụng ký hiệu vector nếu cần)
và viết gọn lại các phương trình mơ hình.
6. Tính tốn lại các tham số của mơ hình dựa vào giá trị các biến q trình
tại điểm làm việc.
7. Chuyển mơ hình tuyến tính về dạng mong muốn, ví dụ biểu diễn trong
khơng gian trạng thái hoặc bằng hàm truyền đạt.

2.4 Mơ hình hóa thực nghiệm
2.4.1 Nhận dạng hệ thống
Phương pháp xây dựng mơ hình toán học trên cơ sở các số liệu vào-ra thực nghiệm
được gọi là mơ hình hóa thực nghiệm hay nhận dạng hệ thống (system
identification). Theo IEC 60050-351: “Nhận dạng hệ thống là những thủ tục suy
luận một mơ hình tốn học biểu diễn đặc tính tĩnh và đặc tính quá độ của một hệ
thống từ đáp ứng của nó đối với một tín hiệu đầu vào xác định rõ, ví dụ hàm bậc
thang, một xung hoặc nhiễu tạp trắng”.Theo Lofti A. Zadeh: Trên cơ sở quan sát số
liệu vào/ra thực nghiệm, các định các tham số của mơ hình từ một lớp các mơ hình
thích hợp, sao cho sai số là nhỏ nhất.
Các yếu tố cơ bản của nhận dạng
- Số liệu vào/ra thực nghiệm:
+ Dạng nhiễu (nhiễu quá trình, nhiễu đo), độ lớn của nhiễu.
+ Dạng mơ hình, cấu trúc mơ hình
+ Mơ hình phi tuyến/tuyến tính, liên tục/gián đoạn, hàm truyền đạt/khơng gian

trạng thái,…
+ Bậc mơ hình, thời gian trễ.
- Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mơ hình: Mô phỏng và so sánh với số liệu đo.
- Thuật toán xác định tham số: Rất đa dạng.
Các bước tiến hành:
1. Thu thập, khai thác thông tin ban đầu về quá trình (“apriori”information).


2. Lựa chọn phương pháp nhận dạng (trực tuyến/ngoại tuyến, vịng hở/vịng kín,
chủ động/bị động, thuật tốn nhận dạng,...).
3. Lấy số liệu thực nghiệm cho từng cặp biến vào/ra, xử lý thô các số liệu nhằm
loại bỏ những giá trị đo kém tin cậy.
4. Quyết định về dạng mơ hình và giả thiết ban đầu về cấu trúc mơ hình.
5. Lựa chọn thuật toán và xác định các tham số mơ hình.6. Mơ phỏng, kiểm chứng
và đánh giá mơ hình.
7. Quay lại một trong các bước 1-4 nếu cần.
Phân loại các phương pháp nhận dạng:
- Theo dạng mơ hình sử dụng: phi tuyến/tuyến tính, liên tục/gián đoạn, mơ hình
thời gian/tần số.
- Theo dạng số liệu thực nghiệm: chủ động/bị động.
- Theo mục đích sử dụng mơ hình: trực tuyến, ngoại tuyến.
- Theo thuật tốn ước lượng mơ hình:
+ Bình phương tối thiểu (least squares, LS),
+ Phân tích tương quan (correlation analysis), phân tích phổ (spectrum analysis),
+ Phương pháp lỗi dự báo (prediction error method, PEM).
+ Phương pháp không gian con (subspace method).
- Nhận dạng vịng hở/vịng kín.
2.4.2 Phương pháp phản hồi Rơle
Thực chất là một phương pháp tần số, chỉ nhận dạng được đặc tính tần số tại
tần số tương ứng với 180° của hệ kín.

Một trong những phương pháp nhận dạng hệ kín được sử dụng nhiều nhất
bởi các ưu điểm:
- Đơn giản, dễ tiến hành.
- Ít chịu ảnh hưởng của nhiễu.
- Nhận dạng hệ kín xung quanh điểm làm việc.
Cách thức tiến hành:


Hình 2.2.Phương pháp phản hồi rơle
2.4.3 Động học của mạch vòng điều khiển lưu lượng

Điều khiển lưu lượng được sử dụng phổ biến nhất trong hệ ĐKQT, nó đóng
vai trị là biến điều khiển trong các điều khiển nhiệt độ, áp suất, mức, nồng độ,
pha trộn, cấp liệu, và trong các lị phản ứng hóa học. Điều khiển lưu lượng vật
chất có ở 3 thể cơ bản: rắn, lỏng, khí.
Điều khiển lưu lượng vật chất ở thể rắn thường dùng cân băng. Trong mạch
vòng điều khiển lưu lượng thể lỏng và khí bao gồm: các đường ống dẫn, thiết bị
vận chuyển, bơm, quạt, có cơ cấu chấp hành là các van, damper, thiết bị đo lưu
lượng.
Trong thực tế sản xuất sử dụng một số phương pháp điều khiển lưu lượng:


Hình 2.3. Các phương pháp điều khiển lưu lượng


CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ

3.1 Phân tích mơ hình hệ thống điều khiển nhiệt độ
3.1.1 Mơ hình tổng qt

Hình 3.1: Mơ hình hệ thống điều khiển nhiệt độ
3.1.2 Các biến của mơ hình hệ thơng
- Biến đầu vào: , , ,
- Biến đầu ra: F, T
- Biến cần điều khiển : T
- Biến không cần điều khiển: F
- Biến điều khiển:
- Biến nhiễu: ,,


3.2 Thiết kế sách lược điều khiển phản hồi
3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối

Quá Trình
Bộ Điiều Khiển

TB do

Hinh 3.2: Sơ đồ khối hệ thống


3.2.3 Thiết kế lưu đồ điều khiển P&ID

4-20 mA

PM,''4-20 mA

Hình 3.3: Lưu đồ điều khiển P&ID
3.3 Phương trình hàm truyền đạt của hệ thống
- Giả sử khối lượng riêng cảu mỗi dịng cố định, ta có phương trình:

= + - FT
- Tuyến tính hóa phương trình tại điểm () và lưu ý rằng
F = + , Ta có thế viết:

- Biến đổi laplace cho cả hai vế, ta nhận được mơ hình hàm truyền đạt:
Trong đó:
, =
T= , ,,,


Hàm truyền đạt cho van điều khiển thường có dạng một khâu quán tính bậc nhất:
Hàm truyền đạt của thiết bị đo cũng thường được xấp xỉ về một khâu qn tính bậc
nhất:
Sơ đồ khối đơn giản hóa cho hệ thống được minh họa trên đã gần với cấu hình
chuẩn. Mơ hình hàm truyền đạt từ tín hiệu điều khiển u với tín hiệu ra được điều
khiển y, tức là , cũng có thể xấc định được bằng phương phám thực nghiệm mà
không cần phải chia tạch ra thành từng khâu như phương pháp lý thuyết.
3.4 Mô phỏng hệ thống trên Matlab Simulink
Mô phỏng hệ thống đo nhiệt độ trên Matlab Simulink

Hình 3.4: Hệ thống đo nhiệt độ trên matlab
Trong đó:
Tsp: Tín hiệu đặt của hệ thống
Thơng số PID: Bộ điều khiển PID
Saturation: Dùng để giới hạn công suất
DO NHIET DO: Mơ hình đo nhiệt độ tuyến tính hóa
Scope: Dùng để quan sát tín hiệu