nghiên cứu về điều khiển mimo ứng dụng trong việc điều khiển bồn chưng cất

MỤC LỤC
Lời mở đầu………………………………………………………….1
Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về bồn chưng cất…………………….2
1.1. Giới thiệu về bồn chưng cất………………………… …… 2
1.2. Quy trình sản xuất của bồn chưng cất…………… ……… 4
Chương 2: Điều khiển MIMO và giải pháp phân ly điều khiển……… 7
2.1 . Thế nào là điều khiển hệ thống MIMO………………… ….7
2.2 . Giải pháp phân ly điều khiển ứng dụng cho bồn chưng cất… 8
Chương 3: Thiết lập mô hình mô phỏng đánh giá………………………14
3.1. Thiết lập mô hình mô phỏng…………………………… … 14
3.2. Đánh giá chất lượng hệ thống………………… 23
Tài liệu tham khảo………………………………………………………….24
1
LỜI GIỚI THIỆU
Dầu mỏ được con người biết đến từ cổ xưa, đến thế kỷ XVIII dầu mỏ
được sử dụng làm nhiên liệu để đốt cháy, thắp sáng. Công nghệ chế biến dầu
mỏ được xem như bắt đầu ra đời từ năm 1859 khi mà Adwin Drake (Mỹ) khai
thác được dầu thô. Lúc bấy giờ lượng dầu khai thác được rất ít. Nhưng sau đó
sản lượng khai thác và chế biến ngày càng tăng nhanh. Ngành công nghiệp
dầu do tăng trưởng nhanh đã trở thành ngành công nghiệp mũi nhọn của thế
kỷ XX. Đặc biệt sau chiến tranh thế giới lần thứ II, công nghiệp dầu khí phát
triển nhằm đáp ứng hai mục tiêu chính là:Cung cấp các “ sản phẩm năng
lượng “ cho nhu cầu về nhiên liệu động cơ, nhiên liệu công nghiệp và các sản
phẩm về dầu mỡ bôi trơn. Cung cấp các hoá chất cơ bản cho ngành tổng hợp
hoá dầu và hoá học, tạo ra sự thay đổi lớn về cơ cấu phát triển các chủng loại
sản phẩm của nghành hoá chất, vật liệu. Hoá dầu đã thay thế dần dần than đá
và vượt lên trên công nghệ chế biến than. Hiện nay, dầu mỏ đã trở thành
nguồn năng lượng quan trọng nhất của mọi quốc gia trên thế giới. Do nhu cầu
cuộc sống ngày càng cao đã đòi hỏi con người cải thiện kỹ thuật chế biến để
thu được các sản phẩm xăng, dầu có chất lượng tốt đáp ứng được nhu cầu sử
dụng. Người ta nghiên cứu và phát triển bồn chưng cất vì mục đích đó.

Em được giao đề tài: “Nghiên cứu về điều khiển MIMO ứng dụng trong
việc điều khiển bồn chưng cất”. Qua thời gian học tập nghiên cứu và chỉ bảo
tận tình của thầy TS. Hoàng Xuân Bình em đã thực hiện thành công đồ án
này.
Mặc dù đồ án đã hoàn thành nhưng do thời gian có hạn, kiến thức còn
hạn chế nên đồ án không tránh khỏi sai sót. Em mong được sự góp ý ủng hộ
của các thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn !
2
CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ BỒN CHƯNG
CẤT
1.1. GIỚI THIỆU VỀ BỒN CHƯNG CẤT
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp dầu khí trên thế giới,
dầu khí Việt Nam cũng đã phát triển từ những năm 1970 và đang trên đà phát
triển. Tấn dầu thô đầu tiên đã khai thác từ dầu mỏ Bạch Hổ. Tiếp theo, nhiều
mỏ dầu khí lục địa phía nam đi vào khai thác như mỏ Đại Hùng, mỏ Rồng,
mỏ Rạng Đông, các mỏ khí như Lan Tây, Lan Đỏ…. Dầu mỏ Việt Nam thuộc
họ dầu parafinic, thuộc loại nhẹ vừa phải, là loại dầu sạch, chứa rất ít các độc
tố, rất ít lưu huỳnh, nitơ, kim loại nặng.
Với sự xuất hiện của kỹ thuật hóa học vào cuối thế kỷ 19, tiến bộ hơn
là các phương pháp thực nghiệm được dùng để áp dụng. Ngành công nghiệp
dầu khí đang phát triển trong đầu thế kỷ 20 cung cấp động lực cho sự phát
triển của các phương pháp thiết kế chính xác như phương pháp McCabe-
Thiele và phương trình Fenske. Khả năng ứng dụng của máy tính mạnh mẽ
cũng đã cho phép mô phỏng bồn chưng cất. Chưng cất là quá trình dùng nhiệt
để tách 1 hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác
nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng 1 nhiệt độ đo.
Hệ thống gia nhiệt của hai chất dễ bay hơi A và B trong một bồn chưng
cất. Khi hỗn hợp trong bồn sôi sẽ chứa hơi và chất lỏng có chứa hỗn hợp A và
B. Tỷ lệ giữa A và B trong hơi sẽ khác với tỷ lệ A và B trong chất lỏng: tỷ lệ

trong chất lỏng sẽ được xác định bằng hỗn hợp ban đầu đã được chuẩn bị,
trong khi tỷ lệ trong hơi sẽ chứa nhiều hợp chất dễ bay hơi hơn, hơi đi qua
bình ngưng và được lấy ra từ hệ thống. Điều này cũng có nghĩa là tỷ lệ của
các hợp chất trong các chất lỏng còn lại bây giờ khác với tỷ lệ ban đầu. Kết
quả là tỷ lệ trong hỗn hợp chất lỏng đang thay đổi, chứa nhiều thành phần khó
bay hơi. Điều này làm điểm sôi của hỗn hợp tăng, tiếp tục gia nhiệt thì trong
hơi càng chứa nhiều thành phần dễ bay hơi còn trong chất lỏng thành phần
khó bay hơi càng tăng. Kết quả là dần thay đổi tỷ lệ A : B trong chưng cất.
3
Quy mô lớn các ứng dụng chưng cất công nghiệp bao gồm cả hàng loạt
và phân đoạn chân không liên tục, azeotropic, khai khoáng và chưng cất hơi
nước. Các ứng dụng được sử dụng rộng rãi nhất của công nghiệp chưng cất
phân đoạn nằm trong các nhà máy lọc dầu khí, hóa dầu và nhà máy hóa chất
và các nhà máy chế biến khí tự nhiên.
Ta có thể phân biệt chưng cất ra thành quy trình 1 lần như trong phòng
thí nghiệm để tách 1 hóa chất tinh khiết ra khỏi 1 hỗn hợp và chưng cất liên
tục như trong các tháp chưng cất trong công nghiệp.
Có thể sử dụng các loại tháp chưng cất sau
- Tháp chưng cất dùng mâm xuyên lỗ hoặc mâm đĩa lưới
- Tháp chưng cất dùng mâm chóp
- Tháp đệm
4
Hình 1.1. Tháp chưng cất công nghiệp điển hình
5
1.2. QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỦA BỒN CHƯNG CẤT
Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách 1 hỗn hợp lỏng ra thành các
cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở
cùng 1 nhiệt độ đo.
Hình 1.2. Sơ đồ điều khiển của một tháp chưng cất điển hình
Tháp chưng cất được sử dụng để tách hỗn hợp đồng nhất ra các chất

thành phần. Quy trình hoạt động cơ bản của hệ thống bồn chưng cất như sau:
Nguyên liệu được máy bơm bơm từ bồn chứa, nung nóng trong thiết bị gia
nhiệt đến nhiệt độ sôi và đi vào tháp chưng cất ở đĩa nạp liệu. Chất lỏng ở đáy
tháp bốc hơi nhờ nhiệt lượng ở đáy tháp và đi lên phía trên tháp dưới dạng
hơi. Dòng hơi ra khỏi đỉnh tháp đi vào thiết bị ngưng tụ gọi là sản phẩm đỉnh.
Sản phẩm được lấy từ đáy tháp gọi là sản phẩm đáy.
6
CHƯƠNG 2 : ĐIỀU KHIỂN MIMO VÀ GIẢI PHÁP PHÂN
LY ĐIỀU KHIỂN
2.1. THẾ NÀO LÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MIMO
Các hệ nhiều đầu vào/nhiều đầu ra (MIMO- Multi Input Multi Output)
rất khó có thể điều khiển chính xác vì chỉ cần một đầu vào thay đổi sẽ tác
động đến nhiều, nếu không muốn nói là tất cả các ngõ ra. Đồ án này giới thiệu
về kỹ thuật điều khiển phân ly, một phương pháp điều khiển giúp hệ ban đầu
hoạt động theo cách dễ điều khiển hơn, trong đó tác động của các ngõ vào
được phân cặp dẫn đến mỗi ngõ ra chỉ chịu ảnh hưởng duy nhất của một ngõ
vào.
I
O
O
I
2
1
1
2
Hình 2.1.1. Hệ MIMO 2 đầu vào 2 đầu ra
Trong lĩnh vực điều khiển, việc thiết kế bộ điều khiển cho các hệ
MIMO đòi hỏi tốn nhiều thời gian và công sức. Thêm vào đó, việc điều khiển
các hệ này rất khó mang lại sự chính xác do các đầu vào và đầu ra có mối liên
hệ phức tạp, chỉ cần một đầu vào thay đổi cũng có thể dẫn đến sự thay đổi của

nhiều đầu ra. Để đơn giản hơn trong việc điều khiển các hệ MIMO, người ta
thiết kế các bộ bù nhằm làm cho hệ sau khi bù sẽ có khuynh hướng ở dạng
đường chéo. Nếu hệ sau khi bù có dạng chéo thì có thể xem hệ là một tập hợp
của các hệ một đầu vào/một đầu ra (SISO), như vậy việc điều khiển sẽ trở nên
đơn giản hơn. Một phương pháp khác làm việc điều khiển đơn giản là phân ly
điều khiển. Phương pháp này đưa ma trận hàm truyền của hệ về chính xác
dạng đường chéo. Như vậy, một đầu ra sẽ chỉ chịu tác động của một đầu vào,
mỗi cặp đầu vào/đầu ra sẽ được điều khiển bởi một bộ điều khiển SISO vốn
đơn giản hơn trong việc thiết kế.
7
2.2. GIẢI PHÁP PHÂN LY ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG CHO BỒN
CHƯNG CẤT
Ngoại trừ điều khiển “cascade” thì các hệ thống được phân tích đều có
cấu trúc là mạch vòng đơn (single – loop). Điều đó có nghĩa là các mạch vòng
điều khiển phải có tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển đơn điều chỉnh một biến
đơn để tác động đến biến quá trình đơn được đo. Trong các quá trình thực
thường có 2 biến hoặc nhiều hơn yêu cầu cần phải điều khiển và khi được
điều khiển thì mỗi biến lại ảnh hưởng tới 1 hoặc nhiều hơn biến quá trình. Để
minh hoạ cho điều khiển hệ nhiều biến ta xét điều khiển quá trình bồn chưng
cất nhằm để tách benzen và toluen.
Hìn
h 2.2.1. Sơ đồ công nghệ điều khiển bồn chưng cất thực hiện bằng hai mạch
vòng điều khiển
8
Bồn chưng cất có 2 đầu ra cho 2 loại sản phẩm. Ở lối thoát đỉnh yêu
cầu tỉ lệ benzen cao ( tỉ lệ toluen thấp). Ở lối thoát đáy yêu cầu tỉ lệ benzen
thấp (tỉ lệ toluen cao). Để đạt dược sự phân tách benzen-toluen theo yêu cầu,
bộ điều khiển ở đỉnh bồn điều khiển lưu lượng ngược để điều chỉnh thành
phần ở chất thoát ra ở đỉnh của bồn chưng cất. Bộ điều khiển ở đáy điều chỉnh
lưu lượng của hơi nước đến nồi hơi để điều khiển các thành phần chất thoát ra

ở đáy ở bồn chưng cất. Bất cứ sự thay đổi nào của lưu lượng cấp cho bồn
chưng cất đều là một nhiễu của quá trình với hai biến phải điều khiển và hai
biến đo được từ quá trình được gọi là hệ hai đầu vào hai đầu ra để minh hoạ
sự tương tác của mạch vòng kín của quá trình MIMO giả sử thành phần của
benzen trong thành phần các chất thoát ra ở đỉnh thấp hơn điểm đặt. Bộ điều
khiển ở đỉnh sẽ phản ứng bằng cách tăng lưu lượng ngược của chất lỏng lạnh
vào trong bồn chưng cất. Điều này làm tăng độ tinh khiết của benzen trong
thành phần chất thoát ra ở đỉnh. Tuy nhiên, chất lỏng lạnh được thêm vào sẽ
ảnh hưởng xuôi xuống đáy bồn, bắt đầu làm lạnh từ trên đỉnh bồn xuống đáy
bồn. Kết quả là tỉ lệ benzen trong thành phần chất thoát ra ở đáy nhiều hơn.
Ngược lại khi thành phần toluen thoát ra từ đáy bồn thấp hơn điểm đặt, bộ
điều khiển đáy sẽ bù lại bằng cách tăng dòng hơi nước vào nồi hơi để làm
nóng đáy bồn. Nhưng hơi nóng sẽ tác động lên trên và dẫn đến đỉnh bồn cũng
được làm nóng. Khi đỉnh bồn nóng lên, độ tinh khiết của benzen trong thành
phần chất thoát ra ở đỉnh lại giảm xuống. Khi đó bộ điều khiển đỉnh phản ứng
lại bằng cách tăng dòng lạnh ngược vào đỉnh của bồn chưng cất. Từ đây ta
thấy rõ có một sự tương tác trong quá trình điều khiển các biến.
9
a) S tng tỏc vũng iu khin
Y
Đáy đặt
Y
Đỉnh đặt
U
Đỉnh
Y
Đỉnh
Y
Đáy
U

Đáy
Bộ điều
khiển đỉnh
Quá trình
đỉnh Gtt
Bộ điều
khiển đáy
Quá trình
đáy Gbb
T ơng tác
Gtb
T ơng tác
Gbt
Hỡnh 2.2.2. S cu trỳc iu khin bn chng ct vi s tng tỏc gia
cỏc bin iu khin quỏ trỡnh ỏy v nh bn
Nhiu chộo ca cỏc thnh phn cht thoỏt ra nh l dũng hi núng
to ra do s iu khin ỏy bn. Nhiu chộo ca cỏc thnh phn cht thoỏt
ra ỏy bn l lu lng dũng cht lng lnh to ra do s iu khin ca b
iu khin nh bn.
b) Tớnh toỏn b iu khin phõn ly
B iu khin phõn ly cú cu to gm cú 1 mụ hỡnh quỏ trỡnh v 1 mụ
hỡnh nhiu chộo. Mụ hỡnh nhiu chộo nhn tớn hiu ca b iu khin chộo v
tiờn oỏn tiu s tỏc ng ca nú hoc khi no v mc no thỡ tỏc ng n
bin quỏ trỡnh. Vi th t ca s tỏc ng ca nhiu ny mụ hỡnh s tớnh toỏn
mt chui cỏc hnh ng iu khin loi tr nhiu chộo khi nú n vỡ th
bin quỏ trỡnh vn duy trỡ im t.
S thc hin ca mt b iu khin phõn ly khụng yờu cu sensor o
nhiu vỡ nhiu chộo luụn cú mt khi b iu khin phõn ly yờu cu.
hiu hn v quỏ trỡnh tớnh toỏn b iu khin phõn ly ta ly vũng
iu khin cho nh bn lm vớ d.

10
Để tạo ra mô hình quá trình cho vòng điều khiển đỉnh bồn ta tạo ra một
chuỗi dữ liệu bằng cách thay đổi tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển U
dinh
(t) và
ghi giá trị của biến đo được Y
dinh
(t) khi quá trình phản ứng. Cả hai mạch vòng
sẽ làm việc ở chế độ hướng dẫn trong quá trình thu thập dữ liệu. Quá trình
nên khởi điểm ở một trạng thái ổn định. Ta tìm được mô hình quá trình từ một
chuỗi dữ liệu trên bằng cách chọn phù hợp các mô hình trong dải từ bậc một
(FOPDT) tới bậc hai (SOPDT). Nếu chúng ta gọi G
TT
là mô hình quá trình ở
đỉnh bồn thì ở dạng toán tử Laplace ta có:
)().()( sUsGsY
dinhTTdinh
=
(2.2.1)
Tức là với tín hiệu ra của bộ điều khiển đỉnh thì phương trình (2.2.1) cho
phép chúng ta tính toán được biến quá trình ở đỉnh. Phương trình trên cũng có
thể được viết lại như sau:
)(.
)(
1
)( sY
sG
sU
dinh
TT

dinh
=
(2.2.2)
Tức là với mỗi sự thay đổi của biến quá trình thì ta có thể tính toán
ngược lại tín hiệu ra của bộ điều khiển đã gây ra sự thay đổi này.
Mô hình nhiễu chéo được tạo ra bằng cách thay đổi đầu ra của bộ điều
khiển chéo mà trong trường hợp này là bộ điều khiển đáy bồn
)(tU
day
, và ghi
giá trị
)(tY
dinh
phản ứng. Chúng ta tìm mô hình động tuyến tính phù hợp với
dữ liệu nhiễu chéo và gọi mô hình mà tín hiệu ra của bộ điều khiển đáy tác
động lên các thành phần ở đỉnh bồn là G
TB
(s). Trong toán tử Laplace ta viết
được :
)().()( sUsGsY
dayTBdinh
=
(2.2.3)
Với tín hiệu của bộ điều khiển đáy
)(tU
day
thì từ phương trình (2.2.3) ta
tính toán được tác động của nhiễu chéo này lên biến quá trình đỉnh bồn
)(tY
dinh

Từ mô hình quá trình và mô hình nhiễu ta tiến hành tìm mô hình của bộ
điều khiển phân ly
)(sD
cho mạch vòng ở đỉnh và ở đáy.
Khi tín hiệu ra của bộ điều khiển đáy bồn
)(tU
day
phanhoi
có sự thay đổi thì
tín hiệu này được gửi tới mô hình nhiễu của đỉnh bồn để cập nhật giá trị
*
dinh
Y

11
và cũng để tiên đoán mức độ tác động của tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển
đáy bồn lên biến quá trình ở đỉnh bồn:
)()()(
*
sUsGsY
day
phanhoiTBdinh
=
(2.2.4)
Ta lại có :
)(
)(
1
)(
*

sY
sG
sU
dinh
TT
dinh
PL
=
(2.2.5)
Thay (2.2.4) vào (2.2.5) ta tính được tín hiệu
)(sU
dinh
PL
)(
)(
)(
)(
PL
sU
sG
sG
sU
day
phanhoi
TT
TB
dinh
=

)()( sUsD
day
phanhoidinh
=
(2.2.6)
Phương trình này cho phép tính các hành động điều khiển ứng với
nhiễu tác động. Ta có tín hiệu điều khiển tổng ở đỉnh:
)()()( sUsUsU
dinh
PL
dinh
phanhoi
dinh
tong
−=
(2.2.7)
Tương tự ta tính được bộ điều khiển phân ly ở đáy :
)(
)(
)(
)( sU
sG
sG
sU
dinh
phanhoi
BB
BT
day
PL

=


)()( sUsD
dinh
phanhoiday
=
(2.2.8)
Như vậy ta có các bộ điều khiển phân ly:
+ Cho đỉnh bồn :
)(
)(
)(
sG
sG
sD
TT
TB
dinh
=
+ Cho đáy bồn :
)(
)(
)(
sG
sG
sD
BB
BT
day

=
12
Từ tổng hợp các bộ điều khiển ta có sơ đồ:
Y
§¸y ®Æt
Y
§Ønh ®Æt
U
§Ønh
Y
§Ønh
Y
§¸y
U
§¸y
Bé ®iÒu
khiÓn ®Ønh
Qu¸ tr×nh
®Ønh Gtt
Bé ®iÒu
khiÓn ®¸y
Qu¸ tr×nh
®¸y Gbb
T ¬ng t¸c
Gtb
T ¬ng t¸c
Gbt
Bé ®iÒu khiÓn
ph©n ly ®Ønh
Bé ®iÒu khiÓn

ph©n ly ®¸y
U
§Ønh PL
U
§¸y PL
Hình 2.2.3. Sơ đồ cấu trúc điều khiển bồn chưng cất có bộ điều khiển phân
ly
13
CHƯƠNG 3 : THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ĐÁNH
GIÁ
3.1. THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG
Trước tiên ta xét quá trình đỉnh bồn. Ta tiến hành thử nghiệm với biên
độ xung lớn nhằm tạo ra dữ liệu quá trình động để thiết kế bộ điều khiển đỉnh.
Trong thử nghiệm này tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển đỉnh
)(tu
dinh
có giá trị
nhảy bậc từ 52% lên 54% và trở về 52%. Bộ điều khiển đáy được điều khiển
bằng tay trong suốt quá trình thử nghiệm.
Hàm truyền
)(sG
TT
của thành phần đỉnh tới đầu ra của bộ điều khiển đỉnh có
các thông số được chọn như sau :
Hệ số khuếch đại quá trình :
%/%1.1
,
=
TTp
K

Hằng số thời gian của toàn hệ thống :
)(62
,
phut
TTp
=
τ
Thời gian chết cụ thể :
)(24
,
phut
TTp
=
θ
Mô phỏng trên matlab simulink:
Hình 3.1.1. Sơ đồ mô phỏng quá trình đỉnh
14
Kết quả mô phỏng:
Hình 3.1.2. Tín hiệu đặt của bộ điều khiển đỉnh
Hình 3.1.3. Tín hiệu ra của biến quá trình đỉnh
Các tham số của mô hình FOPDT được sử dụng cho mô hình nội IMC
để đạt được những ước lượng ban đầu cho bộ điều chỉnh PI. Giả sử rằng theo
tiêu chuẩn của mô hình nội IMC sử dụng hằng số thời gian của hệ kín có giá
trị lớn hơn
p
τ
1.0
hoặc
p
θ

8.0
, khi đó Design Tools sẽ tính toán được các tham
số của bộ điều chỉnh PI :
Hệ số khuếch đại của bộ điều khiển :
%/%3.1
,
=
dinhC
K
Thời gian reset :
)(62
,
phut
dinhI
=
τ
15
Vậy bộ điều khiển đỉnh có dạng :
s
s
ss
KK
I
CC
02,03,1
.62
3,1
3,1
.
1

.
+
=+=+
τ
Tương tự ta xét quá trình đáy. Hàm truyền
)(sG
BB
của thành phần đáy tới đầu
ra của bộ điều khiển đáy có các thông số được chọn như sau :
Hệ số khuếch đại quá trình :
%/%22.0
,
−=
BBp
K
Hằng số thời gian của hệ thống :
)(53
,
phut
BBp
=
τ
Thời gian chết cụ thể :
)(14
,
phut
BBp
=
θ
Hình 3.1.4. Sơ đồ mô phỏng quá trình đáy

Kết quả mô phỏng:
Hình 3.1.5. Tín hiệu đặt đầu ra của bộ điều khiển đáy
16
Hình 3.1.6. Tín hiệu ra của biến quá trình đáy
Các tham số của mô hình động FOPDT được sử dụng cho mô hình nội IMC
để đạt được những ước lượng ban đầu cho bộ điều chỉnh PI. Sử dụng tiêu
chuẩn của mô hình nội IMC , khi đó Design Tools sẽ tính toán được các tham
số của bộ điều chỉnh PI :
Hệ số khuếch đại của bộ điều khiển :
%/%7.9
,
−=
dayC
K
Thời gian reset :
)(53
,
phut
dayI
=
τ
Vậy bộ điều khiển đáy có dạng :
s
s
ss
KK
I
CC
18,07,9
.53

7,9
7,9
.
1
.
−−
=
−
+−=+
τ
Với xung thử nghiệm đáp ứng quá trình của bộ điều khiển đỉnh không
chỉ tác động lên tổ hợp điều khiển đỉnh mà còn tương tác với tổ hợp đáy. Bộ
điều khiển trong trường hợp phân ly điều khiển khi có nhiễu nhận tham số của
bộ điều khiển đỉnh tương ứng với mô hình quá trình có dạng FOPDT. Mô
hình FOPDT cho ta dữ liệu gần đúng với mạch vòng phân ly điều khiển có
nhiễu quá trình. Hàm truyền cho tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển đỉnh tác
động lên tổ hợp đáy
)(sG
BT
có các thông số sau:
Hệ số khuếch đại quá trình :
%/%24.0
,
=
BTD
K
Hằng số thời gian của hệ thống :
)(54
,
phut

BTD
=
τ
Thời gian chết cụ thể :
)(22
,
phut
BTD
=
θ

Tương tự như vậy hàm truyền cho tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển đáy tác
động đến biến quá trình của đỉnh có các thông số sau:
17
Hệ số khuếch đại quá trình :
%/%1
,
−=
TBD
K
Hằng số thời gian của hệ thống :
)(63
,
phut
TBD
=
τ
Thời gian chết cụ thể :
)(21
,

phut
TBD
=
θ

Chúng ta sẽ tiến hành nghiên cứu bộ điều khiển phân ly tìm hiểu về sự
ảnh hưởng lẫn nhau của các biến giữa bộ điều khiển đỉnh và bộ điều khiển
đáy của bồn chưng cất khi chúng được thiết kế và vận hành là những mạch
vòng độc lập.
Bộ điều khiển PI được thiết kế và điều chỉnh có khả năng bám các giá
trị đặt của thành phần các chất ở đỉnh từ 92% và 94% trong khi thành phần
các chất ở đáy được giữ không đổi ở 15%. Mức thiết của bồn chưng cất bao
gồm tốc độ chảy vào bồn là 547 kg/phút và những điều kiện hoạt động ổn
định:
Đỉnh :
%52)( =tU
dinh
%92)( =tY
dinh
Đáy :
%48)( =tU
day
%15)( =tY
day
Trước khi điều chỉnh các mạch vòng nhất thiết phải kiểm tra trạng thái
động của bồn chưng cất bằng cách thử nghiệm với các mạch vòng lặp hở . Bộ
điều khiển đỉnh có tín hiệu đặt nhảy bậc từ 52% lên 55% xuống 49% và trở lại
52%. Sau khi quá trình ổn định thì thử nghiệm với bộ điều khiển đáy. Tín
hiệu của bộ điều khiển đáy nhảy bậc từ 48% lên 51% và sau đó xuống 45% và
trở lại 48% .

18
Mô phỏng trên matlab simulink:
Hình 3.1.7. Sơ đồ mô phỏng mạch vòng ảnh hưởng lẫn nhau
19
Kết quả mô phỏng trên matlab:
Tín hiệu đặt của bộ điều khiển đỉnh
Đầu ra của biến quá trình đỉnh
Tín hiệu đặt của bộ điều khiển đáy
Đầu ra của biến quá trình đáy
Hình 3.1.8. Kết quả thử nghiệm mạch vòng hở với tín hiệu đặt nhảy bậc của
bộ điều khiển đỉnh và đáy bồn chưng cất
Nhận xét : Biến quá trình đỉnh bị sai lệnh nhiều khi có nhiễu từ bộ điều khiển
đáy tác động vào. Biến quá trình đáy cũng bị sai lệch khi có nhiễu từ bộ điều
khiển đỉnh.
Ta xét sự ảnh hưởng lẫn nhau giữa các mạch vòng điều khiển khi có bộ điều
khiển đỉnh và đáy. Chọn bộ điều khiển phân ly là:
20
101.0
1
+s
Bộ điều khiển PI được thiết kế và điều chỉnh có khả năng bám các giá
trị đặt của thành phần các chất ở đỉnh từ 92% và 94% trong khi thành phần
các chất ở đáy được giữ không đổi ở 15%.
Đỉnh :
%52)( =tU
dinh
%92)( =tY
dinh
Đáy :
%48)( =tU

day
%15)( =tY
day
Ta tiến hành mô phỏng trên matlab simulink:
Hình 3.1.9. Sơ đồ mô phỏng mạch vòng ảnh hưởng lẫn nhau khi có bộ điều
khiển
21
Kết quả mô phỏng:
Tín hiệu ra của bộ điều khiển đỉnh
Tín hiệu ra của quá trình đỉnh
Tín hiệu ra của bộ điều khiển đáy
Tín hiệu ra của quá trình đáy
Hình 3.1.10. Kết quả mô phỏng mạch vòng ảnh hưởng lẫn nhau khi có bộ
điều khiển
Nhận xét : Kết quả mô phỏng bám theo giá trị đặt, hệ thống ổn định sau 5(s).
Bộ điều khiển làm việc ổn định.
22
3.2. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG
Sau khi mô phỏng trên matlab ta thấy hệ thống làm việc ổn định.
Tín hiệu ra như mong muốn: giá trị của thành phần benzene ở đỉnh từ 92% và
94% trong khi thành phần các chất ở đáy được giữ không đổi ở 15%.
Đỉnh :
%52)( =tU
dinh
%92)( =tY
dinh
Đáy :
%48)( =tU
day
%15)( =tY

day
Thời gian đáp ứng nhanh đạt yêu cầu, hệ thống ổn định chỉ sau 5(s)
23
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Giáo trình Trang bị điện-điện tử các máy sản xuất -
Ts. Hoàng Xuân Bình - Trường đại học hàng hải Việt Nam.
[2]. Bài giảng điều khiển quá trình –
Ts. Hoàng Xuân Bình - Trường đại học hàng hải Việt Nam.
[3]. Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động –
Ts. Nguyễn Phùng Quang – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
24