tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠCH VÒNG điều CHỈNH lưu LƯỢNG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGHIÊM THỊ HƯNG
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG MẠCH VÒNG
ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG
Chuyên ngành: Tự Động Hóa
Mã số:
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
THÁI NGUYÊN - 2011
1
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Cán bộ HDKH : PGS.TS Bùi Quốc Khánh
Phản biện 1 : TS. Nguyễn Văn Vỵ
Phản biện 2 : TS. Nguyễn Duy Cương
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao
học số 2, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 14 giờ 30 phút ngày 25 tháng 10 năm 2011.
Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và
Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
2
LỜI MỞ ĐẦU
Trong hệ thống điều khiển quá trình, phần tử cuối cùng chính là các thiết bị chấp
hành xác định bởi đầu ra của bộ điều khiển. Các phần tử này có thể là van điều khiển,
thiết bị chuyển đổi on - off, nhưng được dùng phổ biến trong hầu hết các vòng điều
khiển công nghiệp chính là van điều khiển. Van điều khiển vẫn là bộ phận quyết định
các hoạt động điều khiển có chính xác không. Do đó, có thể nói van điều khiển chính là
thiết bị chấp hành quan trọng và phổ biến nhất trong hệ thống điều khiển quá trình, cho
phép điều chỉnh lưu lượng môi chất qua các đường ống dẫn. Thực tế, đã có nhiều
nghiên cứu về van điều khiển nhưng đi sâu giải quyết hiện tượng ma sát tĩnh của van

(Stiction valve) thì còn rất hạn chế. Trong phạm vi luận văn với đề tài: “Nghiên cứu
nâng cao chất lượng mạch vòng điều chỉnh lưu lượng” tập trung nghiên cứu các vấn
đề cơ bản của van điều khiển, hiện tượng Stiction của van và đưa ra các giải pháp nhằm
nâng cao chất lượng hệ điều khiển quá trình. Toàn bộ luận văn được trình bày làm 4
chương:
Chương 1. Vai trò điều khiển lưu lượng trong hệ điều khiển quá trình
Chương 2. Vấn đề cơ bản của điều chỉnh lưu lượng
Chương 3. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng mạch vòng điều chỉnh
lưu lượng và giải pháp nâng cao chất lượng.
Chương 4. Mô phỏng đặc tính van điều chỉnh trong hệ điều khiển quá trình
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS. TS. Bùi Quốc
Khánh người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn
thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban
Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận
lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng năm 2011
Học viên
Nghiêm Thị Hưng
3
Chương 1. VAI TRÒ CỦA ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG
TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
1.1. Khái quát chung
Điều khiển lưu lượng được sử dụng phổ biến trong sản xuất như điều khiển lưu
lượng nhiên liệu trong các lò đốt, điều khiển các dung dịch để pha trộn lượng
chất Trong các hệ điều khiển quá trình, lưu lượng đóng vai trò có thể là đại lượng
điều khiển hoặc là biến điều khiển.

1.2. Vai trò của điều khiển lưu lượng:
Trong điều khiển lưu lượng, thiết bị chấp hành có thể là van điều khiển, thiết
bị chuyển đổi on - off, nhưng trên thực tế ta thấy có đến hơn 80% được dùng phổ
biến trong hầu hết các vòng điều khiển công nghiệp chính là van điều khiển. Nó là
thiết bị chấp hành quan trọng nhất trong lĩnh vực điều khiển quá trình. Van điều
khiển được ứng dụng trong các bài toán điều khiển mức, nồng độ, nhiệt độ và áp suất.
1.3. Cấu trúc chung của điều khiển quá trình:
Giá trị đặt: Set Point (SP), Set Value (SV)
Tín hiệu điều khiển: Control Signal, Controller Output (CO)
Biến điều khiển: Control Variable, Manipulated Variable (MV)
Biến được điều khiển: Controlled Variable (CV)
Đại lượng đo: Measured Variable, Process Value (PV)
Tín hiệu đo: Measured Signal, Process Measurement (PM)
Một hệ thống / thiết bị chấp hành nhận tín hiệu từ bộ điều khiển và thực hiện
tác động can thiệp tới biến điều khiển. Các thiết bị chấp hành tiêu biểu trong công
nghiệp là van điều khiển, động cơ, máy bơm và quạt gió. Thông qua thiết bị chấp
hành mà hệ thống điều khiển có thể can thiệp vào diễn biến của quá trình công nghệ.
Kết luận chương 1
4
Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển quá trình
(PV)
Chương 2. VẤN ĐỀ CƠ BẢN CỦA ĐIỀU CHỈNH LƯU LƯỢNG
2.1. Khái quát chung
2.2. Cơ học chất lỏng
2.3. Động học đường ống
Trong thực tế sản xuất, các quá trình công nghiệp rất phong phú đa dạng, hơn
nữa các đặc tính động học của chúng thường rất phức tạp do tính phi tuyến mạnh, có
cấu trúc và tham số biến đổi. Để có thể thiết kế được bộ điều khiển quá trình đảm
bảo yêu cầu về chất lượng, tính ổn định thì việc xác định đặc tính làm việc của các
phần tử cũng như các quá trình là điều kiện mẫu chốt, trên cơ sở đó ta mới có chiến

lược tổng hợp xây dựng được những thuật điều khiển hợp lý.
2.3.1. Sơ đồ đường ống
2.3.2. Mô tả toán học của hệ thống
Động học mạch vòng điều chỉnh lưu lượng gồm:
- Động học đường ống dẫn: Gp
- Động học cơ cấu chấp hành: Gv
- Động học cơ cấu đo lường: G
T
Động học đường ống dẫn môi chất: lưu lượng môi chất chảy ổn định trong
đường ống được tính thông qua vận tốc dòng chảy.
F = ω.A (m
3
/s) (2-29)
Trong đó: F: lưu lượng (m
3
/s); ω: tốc độ dòng chảy (m/s)
A: diện tích mặt ống (m
2
)
Vận tốc dòng chảy được tính
ω = (2-30)
Trong đó: M: Khối lượng môi chất (Kg)
ρ : Khối lượng riêng môi chất (kg/m
3
)
Khi dòng chảy môi chất ổn định, ta có phương trình cân bằng lực được tính
qua áp lực: P
p
= P
ρ

+ P
g
+ P
m
+ P
TT
(2-31)
Trong đó: - P: là áp lực được tính theo đơn vị N/m
2
5
- P
ρ

: Áp suất cần có để duy trì dòng chảy ổn định theo chiều ngang
- P
g
: Áp suất cần có để thắng trọng lực của môi chất
- P
m
: Áp suất cần có để khắc phục ma sát
- P
TT
: Áp suất tổn thất do các đường ống uốn gấp khúc gây nên
- Áp suất cần có để duy trì dòng chảy ổn định theo chiều ngang:
P = (2-32)
- Áp suất cần có để thắng trọng lực của môi chất với chiều cao h:
P
g
= ρgh (2-33)
- Áp suất cần có để khắc phục ma sát:

P = . (2-34)
Trong đó: λ là hệ số phụ thuộc vào tính chất dòng chảy
l là chiều dài
d là đường kính ống dẫn.
- Áp suất tổn thất do các đường ống uốn gấp khúc gây nên:
P = Σξ .ρ (2-35)
Thế các biểu thức (2-32) đến (2-35) vào (2-31)ta nhận được áp suất cần có
duy trì dòng chảy ổn định trong ống dẫn là:
P = + .

+ ρgh + Σξ .ρ (2-36)
Để đơn giản ta xét các đường ống nằm ngang (h=0) ta có:
P = + = a (2-37)
Trong đó a là hệ số dòng chảy.
Khi P = (2-38)
Áp suất tạo nên dòng chảy tỷ lệ với hàm lượng dòng chảy. Khi tác dụng vào
môi chất trong đường ống có diện tích A (m
2
) một áp suất P, ta có phương trình động
lực môi chất chảy trong đường ống là:
AP - AP = M (2-39)
Trong đó: P
c
là áp suất cản xác định
6
P
v
áp suất nguồn tác động
M khối lượng môi chất được xác định
Biến đổi (2-39) ta có:

P - = (2-40)
Trong đó: M = l.A.ρ ; ω =
l: chiều dài đường ống; ρ: khối lượng riêng; A: diện tích
Thay M và ω vào biểu thức (2-40) ta có phương trình động học của lưu lượng:
P =
ρ
+ F (2-41)
Phương trình (2-41) là phương trình phi tuyến
Viết dưới dạng hàm truyền:
= (2-42)
Mà: K = ; V = L.A;
τ
= = (2-43)
V: là thể tích lưu lượng
τ: phụ thuộc vào thể tích lưu lượng

⇒
K = . = (2-44)
2.4. Các phần tử trong điều chỉnh lưu lượng
2.4.1. Máy bơm:
2.4.2. Quạt gió:
2.4.3. Van điều khiển:
Van điều khiển là một phần thiết yếu của mạch vòng điều khiển. Nó là phần
quan trọng nhất trong mạch vòng, mạch vòng điều khiển như là một chuỗi các thiết
bị, toàn bộ chuỗi như là một liên kết.
2.4.3.1. Định nghĩa và cấu tạo của van:
2.4.3.2. Phân loại van điều khiển
2.4.3.3. Đặc tính của van điều khiển
a. Kiểu tác động của van
b. Đặc tính thời gian của van

7
♣
Hiện tượng dải chết (Deadband) của van
♣
Thời gian đáp ứng của van (Valve respostion time)
Thời gian đáp ứng của van được đo bởi tham số T
63
.
Thời gian đáp ứng của van bị ảnh hưởng bởi những khâu thiết kế bộ định vị,
cơ cấu truyền động và các yếu tố phụ khác, do đó để nâng cao tốc độ đáp ứng của
van thì phải nâng cao tốc độ đáp ứng ở những khâu trên.
- Đặc tính thời gian của van T
63
: là hằng số thời gian τ
ν
của van. Là một thước đo đáp ứng
của thiết bị. T
63
được đo từ khi bắt đầu có tín hiệu vào van đến khi van đạt 63% giá trị xác lập
- Thời gian chết T
d
của van ( Deadtime): Là một trong những đặc tính của hệ
thống vật lý, không phụ thuộc đặc tính tín hiệu vào. Do ma sát của van, phụ thuộc cơ
cấu chấp hành của van. Là khoảng thời gian không nhận được đáp ứng từ van khi đã
có tín hiệu vào, nó cũng chính là sai số của van, thường từ 0,25 % đến 5%.
c. Đặc tính lưu lượng của van điều chỉnh
♣
Trong trường hợp sụt áp trên van là không đổi
*. Đặc tính lưu lượng lý tưởng
*. Đặc tính lưu lượng tính tới ảnh hưởng sụt áp trên van (Đặc tính lưu lượng thực

tế)
♣
Hệ số khuếch đại của van
Van là cơ cấu chấp hành trong hệ điều khiển quá trình. Điều chỉnh góc mở
của van, ta điều chỉnh được lưu lượng của môi chất qua van. Vì vậy hệ số khuếch đại
của van là tỷ số giữa lưu lượng cực đại đầu ra và % góc mở lớn nhất của van:
Hệ số khuếch đại của van: được ký hiệu là K
v
, K
v
là tỷ số giữa phần trăm lưu
lượng đầu ra trên phần trăm độ mở của van:
K
v
=
ax
100%
m
F

(2-62)
d. Đặc tính động học của van
Nếu van được định cỡ tốt thì quan hệ giữa lưu lương ra và dộ mở van có thể
được coi là tuyến tính, mô hình động học van điều khiển có thể đưa về một khâu
quán tính bậc nhất:
G
v
(s) = = (2-69)
τ
v

: là hằng số thời gian của van phụ thuộc chủ yếu vào cơ cấu chấp hành
k
v
: là hệ số khuyếch đại
2.4.3.4. Lựa chọn van điều khiển
8
2.4.3.5. Các thông số của van điều khiển
2.4.3.6. Bộ định vị van - Servo van (van tác động liên tục có bộ định vị)
2.4.3.7. Servo van nâng cao chất lượng điều khiển quá trình
Kết luận chương 2
9
Chương 3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CHẤT LƯỢNG
MẠCH VÒNG ĐIỀU CHỈNH VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
3.1. Giới thiệu chung:
3.2. Ảnh hưởng của thiết bị đo lưu lượng tới chất lượng mạch vòng điều
chỉnh lưu lượng
3.2.1. Phương pháp đo lưu lượng bằng tần số dòng xoáy
3.2.2. Các lưu lượng kế kiểu xoáy (Vortex Flow Metter) hay gặp trong công
nghiệp.
3.2.3. Phương pháp đo lưu lượng bằng cảm ứng điện từ.
3.2.4. Phương pháp đo lưu lượng bằng nghẽn tiêu chuẩn (hay nguyên lý
thay đổi độ giảm áp suất)
a. Nguyên lý đo
Lý thuyết cơ bản: Một trong những nguyên tắc phổ biến để đo lưu lượng chất
lỏng, khí và hơi là nguyên tắc thay đổi giảm áp suất qua ống thu hẹp. Ta có thể thấy
trong hình vẽ dưới đây, nếu một thiết bị chảy qua sẽ có sự chênh áp suất trước và sau
lỗ thu hẹp. Độ chênh áp suất này phụ thuộc vào lưu lượng chảy qua ống.
Năng lượng của một đơn vị khối lượng lưu chất tại bất kỳ thời điểm nào cũng
bằng tổng của các thành phần sau:
+ gh + = + gh + (3-17)

Đây là phương trình cơ bản của lưu lượng kế chênh áp.
b. Dòng chảy rối và hệ số Reynolds
c. Đo theo chênh lệch áp suất
d. Kỹ thuật đo độ chênh áp
3.3. Ảnh hưởng của van điều khiển tới chất lượng mạch vòng điều chỉnh
Van điều khiển chính là thiết bị chấp hành quan trọng và phổ biến nhất trong
hệ thống điều khiển quá trình. Trong thực tế, do ảnh hưởng của nhiều hiện tượng
như Deadband, Hysteresis, Backlash, đặc biệt là Stiction gây ảnh hưởng đến tối ưu
hóa quá trình cũng như chất lượng của van điều khiển. Chính vì vậy khi nghiên cứu
10
Hình 3-12. Lưu lượng kế chênh áp do Q1=Q2, vận tốc dòng chảy phải tăng tại
A2 và gây ra sự chênh áp giữa P1 và P2.
về van điều khiển, hiện tượng Stiction để từ đó tìm ra cách khắc phục, đưa quá trình
đạt chất lượng cao nhất có thể.
3.3.1. Hiện tượng Stiction của van điều khiển
3.3.1.1 . Giới thiệu chung
Hiện tượng phi tuyến trong van là một trong những nguồn chính cho sự xuống
cấp trong quá trình điều khiển và kết quả phi tuyến này là do:
 Sụt áp trên van
 Hệ số khuếch đại thay đổi
 Do cơ cấu truyền động van
Tính phi tuyến do cơ cấu biểu hiện qua một số hiện tượng phổ biến như
Stiction, Deadband, Deadzone, Hysteresis – chúng đều có bản chất từ hiện tượng ma
sát. Giữa những hiện tượng gây phi thuyến trên thì Stiction là vấn đề phổ biến nhất
trong van kiểu màng- lò xo mà được sử dụng rộng rãi trong các quá trình công
nghiệp Nó ngăn cản chất lượng của quá trình điều khiển cũng như chất lượng của
van điều khiển.
3.3.1.2. Đề suất định nghĩa mới về Stiction
Định nghĩa mới của Stiction là đề xuất của các tác giả dựa trên những dữ
liệu điều tra cẩn thận từ quá trình thực. Quan sát quan hệ giữa đầu vào và ra van

điều khiển cho thấy hiện tượng Stiction được mô tả giống như hình vẽ dưới đây.
Stiction bao gồm bốn thành phần: dãy chết (Deadband), dải giữ (stickband), trượt
nhảy (Slip jump) và giai đoạn chuyển động (moving phase). Dãy chết và dải giữ đại diện
cho hành vi của van khi nó không di chuyển mặc dù đầu vào van tiếp tục thay đổi.
Khi van di chuyển và thay đổi hướng tại điểm A. Do hiện tượng dải chết, van sẽ
dính vào trụ đỡ. Sau khi tín hiệu điều khiển vào van khắc phục được dải chết (AB), dải giữ
(BC) của van, van nhảy đến một vị trí mới D và tiếp tục di chuyển. Do vận
tốc rất thấp hoặc bằng không, van có thể trượt bám từ điểm D đến E như trong hình.
11
Hình 3-19 Hiện tượng Stiction van
Trượt nhảy (Slip jump) là do sự giải phóng thế năng được dự trữ trong khoảng ma
sát tĩnh còn lớn giữ van không di chuyển gây ra sự thay đổi đột ngột giá trị đầu ra van.
Tại điểm E, do ảnh hưởng của dải chết van lại bị dính chặt một lần nữa.
Ở giai đoạn này, ma sát động thấp hơn rất nhiều so với ma sát tĩnh.
Trong công nghiệp, trường hợp deadband = 0 và chỉ có stickband thì sẽ không xuất
hiện van giữ ở giữa D và E vì van thường giữ di chuyển khi đầu vào đang thay đổi. Sự di
chuyển của van dừng lại khi đầu vào thay đổi hay đảo phương chuyển động.
Định nghĩa: Sự xuất hiện của Stiction giảm sự di chuyển chính xác của van,
ví dụ: cần van có thể không đáp ứng tín hiệu đầu ra từ bộ điều khiển hoặc bộ định vị
van. Sự di chuyển trơn của van trong đáp ứng với đầu vào biến thiên từ bộ điều
khiển hoặc bộ định vị van bị được đứng trước bởi dải giữ và sự nhảy đột được nêu
lên như sự trượt-nhảy. Nguồn gốc của nó trong hệ thống cơ khí là ma sát tĩnh, nó
vượt thành ma sát động trong suốt quá trình di chuyển trơn của van.
3.3.2. Quan sát ảnh hưởng hiện tượng Stiction trong thực tế
3.4. Nâng cao chất lượng mạch vòng điều chỉnh bằng phương pháp bù ảnh hưởng
3.4.1. Khái quát chung
3.4.2. Cấu trúc điều khiển lưu lượng:
3.4.3. Nâng cao chất lượng mạch vòng điều chỉnh
Trong hệ điều khiển quá trình chúng ta quan sát thấy van được sử dụng nhiều
trong sản xuất và trong quá trình làm việc hiện tượng Stiction valve thường xảy ra do

12
+
Flow Rate
Set Point
+
Controller
Output
Valve
Poistion
Disturbance
Controller
Valve
Stiction
Model
Process
-
C
V
P
F
Hình 3-27. Sơ đồ cấu trúc điều khiển lưu lượng [12]
Flow
Rate
+
Set Point
+
Controller
Output
Valve
Poistion

Disturbance
Controller
Valve
Stiction
Model
Flow
Dynamics
-
C
V
P
F
Hình 3-28. Sơ đồ cấu trúc điều khiển mức [12]
+
P
L
Level
Process
sụt áp trên van, hệ số khuếch đại thay đổi Stiction ngăn cản chất lượng của quá
trình điều khiển cũng như chất lượng của van điều khiển. Ảnh hưởng của hiện tượng
này đến hệ điều khiển quá trình được đưa ra bởi hình (3-28). Như vậy, vấn đề đặt ra
là nâng cao chất lượng mạch vòng điều chỉnh thì ta phải giảm tối đa ảnh hưởng của
Stiction đến van.
Hình 3-29. Ảnh hưởng của hiện tượng stiction đến hệ điều khiển quá trình [13]
3.4.3.1. Phương pháp knocker
Phương pháp của Hagglund (2002) đề xuất cộng thêm một xung ngắn
(knocker) bù thêm vào tín hiệu điều khiển .
13
Σ
Knocker

Process
u
c
(t)
Controller
y
y
sp
u
k
Stiction
valve
process
PI
u
c
(t)
)
1
1(
sT
K
i
p
+
Controller
y
y
sp
u

cr
Hình 3-30. Cấu trúc phương pháp Knocker [10]
3.4.3.2 Phương pháp bổ sung thêm mạch vòng bù ảnh hưởng hiện tượng
Stiction của van.
Mục tiêu của phương pháp: là để điều chỉnh tín hiệu đưa vào cơ cấu chấp
hành bám theo tín hiệu mong muốn của bộ điều chỉnh cung cấp, có nghĩa là khử hiện
tượng Stiction của van.

Hình 3-32. Cấu trúc của phương pháp bù
Nhiệm vụ của phương pháp: Dùng bộ điều khiển PI để khử các nhiễu tác
động, để tín hiệu điều khiển thực tế đạt được như mong muốn: u
cr
= u
c
(t).
Kết luận chương 3
14
Chương 4. MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH VAN ĐIỀU CHỈNH
TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
Sự có mặt của tính phi tuyến như Stiction, dải chết và khe hở trong van điều
khiển làm giới hạn chất lượng của mạch vòng điều khiển. Stiction là vấn đề phổ biến
nhất trong van kiểu màng - lò xo mà được sử dụng rộng rãi trong quá trình công
nghiệp. Do đó, nội dung trình bày dưới đây đưa ra các sơ đồ cấu trúc, mô hình mô
phỏng và kết quả mô phỏng đặc tính của van và đưa ra phương pháp tăng hiệu suất
quá trình cũng như chất lượng của van.
4.1. Tham số mô phỏng
Tham số bộ điều chỉnh được đưa ra để điều khiển lưu lượng và điều khiển
mức được mô phỏng trên Matlab-Simulink:
Tham số bộ điều chỉnh:
Hệ số tỷ lệ K

p
Thời gian tích phân T
i
(phút)
Điều khiển lưu lượng 0,5 0,3
Điều khiển mức 3 30
4.2. Kết quả mô phỏng
4.2.1. Mô phỏng đặc tính Stiction valve điều khiển
Do ảnh hưởng của hiện tượng Stiction nên quan hệ giữa đầu vào và đầu ra
qua cơ cấu chấp hành là phi tuyến. Stiction gây ra hiện tượng struct, stickband và
slip-jump khi đầu vào thay đổi.
Mô phỏng đặc tính Stiction valve điều khiển bằng dữ liệu.
Hình 4-2. Mô hình mô phỏng stiction valve
Kết quả mô phỏng
15
Hình 4-3 Mô phỏng hiện tượng Stiction valve [8]
Từ kết quả mô phỏng trên, ta thấy hiện tượng dải chết (deadband) cộng với
dải giữ (Stickband) và trượt nhảy (Slip-jump) thể hiện rõ ràng. Sự xuất hiện của
chúng làm giảm sự di chuyển chính xác của van, ví dụ: cần van có thể không đáp
ứng tín hiệu đầu ra từ bộ điều khiển hoặc bộ định vị van. Deadband và stickband giữ
giá trị đầu ra không thay đổi trong một khoảng của đầu vào cho đến khi đầu vào đạt
một giá trị nhất định thì sẽ gây đột biến lớn ở giá trị đầu ra (slip-jump).
4.2.2. Mô phỏng hệ điều khiển quá trình với mô hình van lý tưởng
Đặc tính lưu lượng lý tưởng là đặc tính lưu lượng có được với điều kiện độ
chênh áp suất trước và sau van điều chỉnh không đổi khi lưu lượng thay đổi.
Hình 4-4. Sơ đồ khối mô phỏng matlab/ Simulink điều chỉnh lưu lượng
Hình 4-5. Sơ đồ khối mô phỏng matlab/ Simulink điều chỉnh mức
16
Kết quả mô phỏng
Hình 4-6. Tín hiệu đặt và tín hiệu thực của đáp ứng lưu lượng

Hình 4-7. Tín hiệu đặt và tín hiệu thực của đáp ứng mức
Từ kết quả mô phỏng cho thấy tín hiệu đầu ra của đáp ứng mức và đáp ứng
lưu lượng bám sát tín hiệu đặt với trường hợp van lý tưởng.
4.2.3. Mô phỏng hệ điều khiển quá trình với Stiction valve
Để mô hình trên gần với thực tế thì ta có sơ đồ khối mô phỏng sau:
17

Hình 4-8. Sơ đồ khối mô phỏng Stiction valve cho điều khiển lưu lượng
Hình 4-9. Sơ đồ khối mô phỏng Stiction valve cho điều khiển mức
Kết quả mô phỏng:
Hình.4-10. Tín hiệu trước và sau khối stiction trong điều khiển lưu lượng
18
Hình 4-11. Đáp ứng lưu lượng
Hình.4-12. Tín hiệu trước và sau khối stiction trong điều khiển mức
Hình 4-13. Đáp ứng mức
19
Đặc tính ra dao động trong cả hai trường hợp: điều khiển mức và điều khiển
lưu lượng do ảnh hưởng của hiện tượng Stiction valve nên tín hiệu ra bộ điều khiển
bị sai khác so với tín hiệu điều khiển đưa trực tiếp vào cơ cấu chấp hành.
4.2.4. Điều khiển lưu lượng với phương pháp bù hiện tượng stiction của van
Stiction là một hiện tượng rất phổ biến với van điều khiển trong công nghiệp.
Ảnh hưởng của nó làm giảm hiệu suất của quá trình. Yêu cầu cần phải có một giải
pháp khắc phục ảnh hưởng Stiction đến quá trình điều khiển lưu lượng - vấn đề đặt
ra là phải giảm tối đa ảnh hưởng của Stiction đến van, tăng hiệu suất quá trình cũng
như chất lượng của van. Điều này tương đương với làm giảm tính phi tuyến trong
van, đưa van về gần lý tưởng nhất.
Để triệt tiêu ảnh hưởng trên, người ta đưa ra phương pháp bù bằng cách bổ
xung thêm mạch vòng PI vào để triệt tiêu sai lệch tĩnh.
Hình 4-14. Sơ đồ khối mô phỏng tín hiệu ra lý tưởng trong điều khiển lưu lượng
Hình 4-15. Sơ đồ khối mô phỏng tín hiệu ra lý tưởng trong điều khiển mức

Tham số bộ điều chỉnh bù ảnh hưởng van:
Hệ số tỷ lệ Kp 15
Thời gian tích phân Ti (s) 7,5
20
Kết quả mô phỏng:
Hình 4-16. Mô phỏng tín hiệu ra là lý tưởng trong điều khiển lưu lượng
Hình 4-17. Mô phỏng tín hiệu ra là lý tưởng trong điều khiển mức
21
Hình 4-18. Tín hiệu trước và sau khối stiction trong điều khiển lưu lượng
Hình 4-19. Tín hiệu trước và sau khối stiction trong điều khiển mức
Nhờ việc bổ xung bộ điều chỉnh PI vào điều khiển lưu lượng và điều khiển
mức làm cho tín hiệu đầu ra bộ điều khiển và tín hiệu đưa đến điều khiển đối tượng
bù bám theo mức đặt rất tốt, sai lệch nhỏ, hệ thống ổn định, cho chất lượng rất tốt.
Như vậy, Stiction là một hiện tượng rất phổ biến với van điều khiển trong công
nghiệp. Ảnh hưởng của nó làm giảm hiệu suất của quá trình. Yêu cầu cần phải có một
giải pháp khắc phục hiện tượng này, tăng hiệu suất quá trình cũng như chất lượng của
van. Trong bài toán điều khiển lưu lượng và điều khiển mức nói trên, dưới ảnh hưởng
22
của Stiction, kết quả trở nên sai lệch khác xa với lý tưởng. Một giải pháp đặt ra là thiết
kế một vòng điều chỉnh phản hồi dùng bộ điều khiển PI, thông số bộ PI có được bằng
kinh nghiệm. Như ta thấy, trên hình kết quả mô phỏng có một dao động rất nhỏ, tuy
nhiên kết quả đã đạt được rất gần với đặc tính lưu lượng qua van lý tưởng.
Kết luận chương 4
Để tối ưu hóa quá trình, ta phải khắc phục lại ảnh hưởng của Stiction, một bộ
điều khiển phản hồi PI được thiết kế, đưa đặc tính van về gần lý tưởng nhất.
Kết quả mô phỏng trên Matlab-Simulink đúng với lý thuyết, nó cho kết quả
điều khiển với chất lượng cao kể cả khi gặp nhiễu.
23
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận chung

Hiện nay, đối với các nhà máy công nghiệp hiện đại thì hệ điều khiển quá
trình giữ vai trò quan trọng. Nó ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng sản phẩm đầu ra,
hiệu quả kinh tế của một hệ thống công nghệ. Một hệ điều khiển chất lượng cao giúp
ổn định được các tham số công nghệ yêu cầu trong quá trình sản xuất, chính vì vậy
nó đảm bảo cho sản phẩm đầu ra đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật đặt ra. Việc
nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ điều khiển quá trình là một yêu cầu đặt ra cho
các nhà máy công nghiệp.
- Luận văn đã tổng hợp được các tài liệu về điều khiển lưu lượng và các ứng
dụng của nó để có cái nhìn tổng quan hơn về điều khiển quá trình. Cụ thể, nghiên
cứu về van điều khiển, hiện tượng Stiction để từ đó tìm ra cách khắc phục, đưa quá
trình đạt chất lượng cao nhất.
- Luận văn đã hoàn thành những yêu cầu đặt ra là tìm ra được các giải pháp
khả thi để nâng cao chất lượng của mạch vòng lưu lượng trong công nghiệp, đó
chính là bổ sung bộ điều chỉnh PI vào trong mạch vòng điều chỉnh lưu lượng và điều
chỉnh mức.
- Căn cứ vào kết quả mô phỏng ta thấy: kết quả đã đạt được bám theo rất sát
với đặc tính lưu lượng qua van lý tưởng.
Kiến nghị
Do thời gian có hạn nên luận văn chỉ dừng lại ở kết quả mô phỏng, tuy nhiên
kết quả mô phỏng cũng cho thấy tính đúng đắn của đề tài cần nghiên cứu. Còn rất
nhiều vấn đề liên quan cũng như trong những quá trình sử dụng cụ thể cần được
nghiên cứu và đây cũng là nền tảng cho những đề tài tiếp theo từng bước khai thác
và thực hiện. Ví dụ như :
- Ảnh hưởng của đặc tính van tới điều khiển độ PH trong CSTR
- Động học của các thành phần ảnh hưởng đến chất lượng quá trình.
24