Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình cho hệ thống bình mức

Bộ mơn Điều khiển và Tự động hóa
----------

BÁO CÁO MƠN HỌC
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
Đề Tài:
Thiết kế hệ thống điều khiển quá trình cho hệ thống bình mức

Năm học: 2022-2023
Thái Nguyên, tháng 5 năm 2023


MỤC LỤ
DANH MỤC HÌNH ẢNH............................................................................................4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH................................8
1.1.Sự phát triển của kĩ thuật điều khiển q trình............................................8
1.2. Tính cấp thiết của điều khiển q trình..............................................................9
1.3.Điều khiển q trình.........................................................................................................12
CHƯƠNG 2: MƠ HINH HĨA HỆ THỐNG...........................................................13
2.1. Giới thiệu chung..................................................................................................13
2.1.1. Các bước mơ hình hóa.....................................................................................13
2.2. Các dạng mơ hình hóa........................................................................................14
2.2.1. Mơ hình tuyến tính và mơ hình phi tuyến......................................................14
2.2.2. Mơ hình liên tục và mơ hình gián đoạn..........................................................14
2.2.3. Mơ hình đơn biến và mơ hình đa biến............................................................15
2.2.4. Mơ hình tham số hằng và mơ hình tham số biến thiên.................................15
2.3. Mơ hình hóa lý thuyết.........................................................................................15
2.3.1. Các bước mơ hình hóa.....................................................................................15
2.3.2. Phương pháp tuyến tính hóa quanh điểm làm việc.......................................16
2.4. Mơ hình hóa thực nghiệm..................................................................................18
2.4.1 Nhận dạng hệ thống..........................................................................................18

2.5. Động học trong điều khiển qua trình................................................................19
2.5.1. Động học khâu có thời gian chết.....................................................................19
2.5.2. Động học của mạch vòng điều khiển lưu lượng.............................................20
2.5.3. Động học các q trình tích lũy......................................................................20
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH BÀI TỐN, XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ MƠ
PHỎNG TRÊN MATLAB........................................................................................21
3.1. u cầu bài tốn..................................................................................................21
3.2. Phân tích bài tốn điều khiển, xác định các biến của mơ hình và mơ hình tổng


qt............................................................................................................................. 22
3.3. Thiết kế sách lược...............................................................................................24
3.3.1. Xây dựng mơ hình điều khiển phản hồi.........................................................25
3.4. Tìm hàm truyền đạt và xây dựng hệ thống hở trên Simulink.........................27
3.4.1. Phương trình cân bằng tồn phần..................................................................27
3.4.3. Tuyến tính hóa mơ hình hàm truyền đạt.......................................................28
3.4.4. Xây dựng hệ thống trên Simulink...................................................................29
3.4.5. Kết quả mô phỏng hệ thống............................................................................32
KẾT LUẬN................................................................................................................36
TAI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................37
Y


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Q trình và phân loại biến quá trình
Hình 1.2: Bình chứa chất lỏng và các biến quán trình
Hình 1.3: Bộ gia nhiệt và các biến quá trình
Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ĐKQT
Hình 1.5: Các thành phần cơ bản của một hệ thống ĐKQT

Hình 2.1: Tổng quan các bước mơ hình hố q trình phức hợp
Hình2.2: Các phương án điều khiển lưu lượng
Hình 2.3: Mơ hình bình chứa chất lỏng
Hình 3.1: Mơ hình bình mức
Hình3.2: Các biến q trình
Hình 3.3: Mơ hình tổng quan của hệ thống ổn định mức
Hình 3.4: Sơ đồ mắc nối tiếp
Hình3.5: Sơ đồ mắc song song
Hình3.6: Sơ đồ điều khiển tầng
Hình 3.7. Sơ đồ cấu trúc P&ID
Hình 3.8: Mơ hình hệ thống
Hình 3.9: Sơ đồ tính mực chất lịng
Hình 3.10: Phương trình cân bằng tồn phần
Hình 3.11: Thơng số cơ bản của hệ thống
Hình 3.12: Tín hiệu thu về chiều cao chất lỏng
Hình 3.13: Sự thay đổi của lưu lượng ra w3

4


LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của xã hội, đời sống người dân ngày càng được
nâng cao, việc thay thế các hoạt động thủ công bằng các thiết bị tự động cũng
được người dân ứng dụng nhiều trong công nghiệp cũng như trong sinh hoạt.
Trong kỳ này em thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển quá
trình cho hệ thống bình mức”
Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ nhiệt tình của cơ giáo Th.S Hồng
Thị Thương và các thầy cô giáo trong khoa để em thực hiện tốt đề tài này. Tuy
nhiên do kiến thức, kinh nghiệm chưa được hồn chỉnh nên cịn có một số thiếu
sót trong q trình thực hiện đề tài, mong được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của

các thầy cô giáo và bạn đọc quan tâm đề tài này.

5


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH

1.1. Sự phát triển của kĩ thuật điều khiển q trình
Cơng nghệ thiết bị đo quá trình tiếp tục được phát triển trong cả hai lĩnh
vực ứng dụng và nghiên cứu. Vào năm 1774, Jame Watt đã lần đầu tiên sử dụng
hệ thống điều khiển có phản hồi áp dụng vào trong quả văng để điều chỉnh tốc
độ động cơ hơi nước. Mười năm sau Oliver Evans đã vận dụng kĩ thuật điều
khiển để tự động hoá nhà máy xay bột Philadelphia.
Ban đầu, những thiết bị đo quá trình phát triển rất chậm , bởi vì có rất ít
q trình cơng nghệ để ứng dụng. Vì vậy vào cuối thế kỉ 20 khi cơng nghiệp bắt
đầu phát triển thì thiết bị đo quá trình phát triển theo. Tuy nhiên, chỉ có thiết bị
đo quá trình trực tiếp là có thể thực hiện được cho đến cuối những năm 30. Vào
những năm 40, hệ thống truyền động bằng khí nén đã làm cho các hệ thống
phức tạp và các phịng điều khiển trung tâm có thể thực hiện được. Thiết bị đo
điện tử đã trở lên phổ biến vào những năm 50 và tính phổ biến của nó đã làm
cho cơng nghệ thiết bị đo q trình phát triển nhanh chóng từ đó. Và chủ yếu
trong vịng 10 năm đó, sự xuất hiện cơng nghệ máy tính số đã giải quyết những
vướng mắc của những quá trình phức tạp hơn. Tuy nhiên yêu cầu đặt ra lúc này
là là thiết bị quá trình tương laisẽ phải kết hợp được hệ thống số và hệ thống
tương tự.
1.2. Tính cấp thiết của điều khiển q trình
Ngày nay tất cả các nhà máy và xí nghiệp cơng nghiệp đều được trang bị
các hệ thống tự động hoá ở mức cao. Các hệ thống này nhằm mục đích nâng cao
chất lượng sản phẩm, nâng cao năng suất lao động, giảm chi phí sản xuất giải
phóng người lao động khỏi những vị trí làm việc độc hại.v.v ..

Các hệ thống tự động hoá giúp chúng ta theo dõi, giám sát các quy trình
cơng nghệ thơng qua các chỉ số của hệ thống đo lường kiểm tra. Các hệ thống tự
6


động hố thực hiện chức năng điều chỉnh các thơng số cơng nghệ nói riêng và
điều khiển tồn bộ q trình cơng nghệ hoặc tồn bộ xí nghiệp nói chung. Hệ
thống tự động hố đảm bảo cho q trình cơng nghệ xảy ra trong điều kiện cần
thiết và bảo đảm nhịp độ sản xuất mong muốn của từng công đoạn trong q
trình cơng nghệ. Chất lượng của sản phẩm và năng suất lao động của các phần
xưởng, của từng nhà máy, xí nghiệp phụ thuộc rất lớn vào chất lượng làm việc
của các hệ thống tự động hoá này.
Để phát triển sản xuất, ngoài việc nghiên cứu hoàn thiện các q trình
cơng nghệ hoặc ứng dụng cơng nghệ mới thì một hướng nghiên cứu không kém
phần quan trọng là nâng cao mức độ tự động hố các q trình cơng nghệ. Do
sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ vi điện tử và cơng nghệ chế tạo cơ khí
chính xác, các thiết bị đo lường và điều khiển các quá trình cơng nghệ càng
được chế tạo tinh vi, làm việc tin cậy và chính xác.
Ngày nay thiết bị đo lường ngày càng được sử dụng rộng rãi trong các
nhiệm vụ kiểm tra tự động, tự động hố các q trình sản xuất và công nghệ
cũng như trong các công tác nghiên cứu khoa học của tất cả các lĩnh vực khoa
học và kỹ thuật khác nhau. Để thực hiện được các nhiệm vụ đó cần thiết phải
tiến hành đo các đại lượng vật lý khác nhau đó là các đại lượng điện, các đại
lượng hình học, cơ học, nhiệt học, hoá học, các đại lượng từ, các đại lượng hạt
nhân nguyên tử ...
Trên cơ sở đánh giá đúng đắn vai trị to lớn của việc áp dụng điều khiển
q trình vào trong các hệ thống sản xuất, nhà máy, xí nghiệp cơng nghiệp... ta
tiến hành tìm hiểu đi sâu tìm hiểu các thiết bị đo lường và chuyển đổi dùng
trong điều khiển quá trình.

7


1.3. Điều khiển quá trình
1.3.1. Khái quát chung
Khái niệm điều khiển quá trình được hiểu là ứng dụng các kỹ thuật điều
khiển tự động trong điều khiển, vận hành và giám sát các q trình cơng nghệ,
nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm , hiệu quả sản xuất và an tồn cho người,
máy móc.
Q trình là một trình tự các diễn biến vật lý, hoá học hoặc chuyển đổi
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 tới biến đổi vận chuyển
hoặc lưu trữ vật chất , năng lượng , năng trong một dây chuyền cơng nghệ nhà
máy sản xuất.
Q trình kỹ thuật là một quá trình với các đại lượng đo được hoặc/và can
thiệp được. Khi nói tới một q trình kỹ thuật ta hiểu là q trình cơng nghệ
cùng với các phương tiện kỹ thuật và các phương tiện kỹ thuật như thiết bị đo,
thiết bị chấp hành. Một cách tổng quát nhiệm vụ của hệ thống điều khiển quá
trình là can thiệp vào các biến điều khiển một cách hợp lý để các biến ra của nó
thoả mãn chỉ tiêu cho trước đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng xấu của q trình
đến mơi trường và con người xung quanh.
Trạng thái hoạt động và diễn biến của một quá trình được thể hiện qua
các biến quá trình. Các biến quá trình bao gồm biến vào và biến ra. Biến vào là
một đại lượng hoặc một điều kiện phản ánh tác động từ bên ngồi vào q trình,
ví dụ như dịng nguyên liệu, nhiệt độ hơi nước cấp nhiệt, trạng thái đóng/mở
của rơle sợi đốt... Biến ra là một đại lượng hoặc một điều kiện thể hiện tác động
của quá trình ra bên ngồi, ví dụ nồng độ sản phẩm hoặc lưu lượng sản phẩm ra,
nồng độ khí thải...

8


1.3.2.Các biến quá trình
Biến trạng thái là các biến mang thơng tin về trạng thái bên trong q
trình, ví dụ nhiệt độ lò, áp suất hơi, mức chất lỏng trong nhiều trường hợp biển

Hình 1.1: Quá trình và phân loại biến quá trình
Biến cần điều khiển ( controlled variable ) là một biến ra hoặc một biến
trạng thái của một quá trình điều khiển , điều chỉnh ổn định ở giá trị đặt hoặc
bám theo tín hiệu chủ đạo ( tín hiệu mẫu ) .
Biến điều khiển ( manipulated variable ) là một biến có thể can thiệp trực
tiếp từ bên ngồi , qua đó tác động tới biến ra theo ý muốn . Những biến cịn lại
khơng can thiệp một cách trực tiếp hoặc gián tiếp trong phạm vi quá trình quan
tâm thì được coi là nhiều .
Nhiễu: Biến vào khơng 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).


9

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).
Ví dụ 1:

Hình 1.2: Bình chứa chất lỏng và các biến qn trình
Ví dụ 2: Bộ gia nhiệt

Hình 1.3: Bộ gia nhiệt và các biến quá trình
1.4: Cấu trúc cơ bản của hệ thống điều khiển quá trình
Một hệ thống điều khiển quá trình bao gồm 3 thành phần chính:
10


-

Thiết bị đo.

-

Thiết bị chấp hành.

-

Thiết bị điều khiển.

Hình 1.4: Cấu trúc cơ bản của một hệ thống ĐKQT

Hình 1.5: Các thành phần cơ bản của một hệ thống ĐKQT

CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH HỐ HỆ THỐNG
2.1: Giới thiệu chung
11


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.
-

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.
2.2.1: Các bước mô hình hố
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 công nghệ, xác định rõ mục đích
sử dụng của mơ hình, tóm tắt các thông số công 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 hố q trình phức hợp
Phương pháp xây dựng mơ hình tốn học:

12


-

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 quá 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 hố
2.2.1. Mơ hình hố 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 nguyên lý xếp chồng. Một cách chính thức, nếu M(u) là một tốn
tử tuyến tính và u1, u2 là hai biến đọc lập, ta sẽ có:

M ( u1+ u2 )=M ( u1 ) + M (u2 )

(2.1)

Khi đó, nếu có các tín hiệu ra y 1 , y 2 lần lượt ứng với các tín hiệu vào độc lập
bất kỳ u1 ,u 2 thì ta cũng sẽ có y= y1 + y 2 ứng với u=u1+ u2. Ngược lại, chỉ cần bất
cứ một qua hệ vào/ra nào không thõa mãn ngun 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.

13


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 quá trình và bộ điều khiển số).
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 vô hướng.
Mô 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 khơng 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 hố lý thuyết
2.3.1. Các bước mơ hình hố
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 quá trình và các tham số q trình.
2.Xây dựng các phương trình mơ hình
3.Kiểm chứng mơ hình:
14


- Phân tích bậc tự do của q 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 u 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 mơ hình tuyến tính hóa với mơ hình phi tuyến ban đầu.
- Thực hiện chuẩn hóa mơ hình theo yêu 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 hố 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 mơ hình tuyến tính xấp xỉ có giá
trị sử dụng tại lân cận điểm làm việc.

15


-

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 hố 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.

16


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 quá 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.
17


6.Tính tốn lại các tham số của mơ hình dựa vào giá trị các biến quá trình tại
điểm làm việc.
7.Chuyển mơ hình tuyến tính về dạng mong muốn, ví dụ biểu diễn trong không
gian trạng thái hoặc bằng hàm truyền đạt.
2.4. Mơ hình hố thực nghiệm
2.4.1. Nhận dạng hệ thống

Phương pháp xây dựng mơ hình tốn 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:

+ Xác định như thế nào? Trong điều kiện nào?
+ Dạng nhiễu (nhiễu q 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/không
gian trạng thái, …
+ Bậc mô hình, thời gian trễ.

18


-

Chỉ tiêu đánh giá chất lượng mơ hình: Mơ phỏng và so sánh với số liệu

đo như thế nào?
-

Thuật toán xác định tham số: Rất đa dạng -> thuật toán nào phù hợp với

bài toán nào?
Các bước tiến hành:
1.Thu thập, khai thác thơng tin ban đầu về q 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 tốn 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).

19

+ Phương pháp khơng gian con (subspace method).
-Nhận dạng vịng hở/vịng kín.
2.5. Động học trong điều khiển q trình
2.5.1. Động học khâu có thời gian chết

Thời gian chết là đặc tính phổ biến trong hệ điều khiển q trình, có đáp
ứng trình bày trên hình, mơ tả tốn học khâu thời gian chết có dạng đơn
giản:
Gp ( s )=Kp e−θss

Trong thực tế sản xuất thời gian chết có trong các quá trình:
- Các quá trình điều khiển vận chuyển vật liệu và mơi chất.
- Các q trình điều khiển chất lượng QCS.
- Thời gian chết ở thiết bị đo (do biến đổi lý hóa của cảm biến, lấy mẫu)
và cơ cấu chấp hành (do ma sát tĩnh).
2.5.2. 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 trò 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:

20