CHƯƠNG TRÌNH TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

CHƯƠNG TRÌNH TRÌNH ĐỘ ĐẠI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT
Tên Modul: Điều khiển quá trình
Mã số: MC03-3
Số tín chỉ: 3
Trình độ: Cho sinh viên năm thứ 3
Biên soạn: Nguyễn Văn Diên, Phạm Đức Hùng
Phiên bản: 20081005

1. Mục tiêu:
Sau khi hoàn thành modul này,sinh viên có khả năng
- Mô tả được vai trò của mô hình hoá trong các nhiệm vụ phát triển hệ thống và những
nguyên tắc cơ bản trong nhiệm vụ mô hình hoá.
- Phân tích đặc điểm, vai trò và ứng dụng của các cấu trúc điều khiển.
- Phân tích những nguyên tắc cơ bản nhất trong việc thiết kế điều khiển.
2. Điều kiện tiên quyết:
Đã học các modul : Lý thuyết điều khiển tự động, Điều khiển lập trình, Ngôn ngữ lập trình
C/C++.
3. Mô tả modul:
Học phần này cung cấp cho sinh viên các kiến thức:
+ Lý thuyết:
- Bản chất, mục đích, các chức năng và thành phần cơ bản của một hệ thống ĐKQT.

- Các dạng mô hình thông dụng trong ĐKQT.
- Xây dựng mô hình hoá bằng phương pháp lý thuyết và thực nghiệm.
- Đặc điểm, vai trò và ứng dụng của các cấu trúc điều khiển.
- Phương pháp thiết kế, chỉnh định bộ điều khiển PID cho các quá trình đơn biến.
- Nguyên tắc cơ bản trong việc thiết kế cấu trúc điều khiển cho các quá trình đa biến.
+ Thí nghiệm:
- Điều khiển hệ thống kín để ổn định các thông số: nhiệt độ, mức, áp suất, lưu lượng
sử dụng các thiết bị điều khiển công nghiệp.
Khoa Điện - Điện tử.(MC03-3)

Hưng Yên, 05/2008

1


4. Nội dung modul:
Tín chỉ 1: Mô hình hoá điều khiển quá trình (15 tiết trên lớp + 30 tiết tự học)
TT

1

2

Chủ đề

Khái niệm
cơ bản

Cơ sở mô
hình hoá

Nội dung
1.1 Điều khiển quá trình
1.1.1 Quá trình và các biến quá trình
1.1.2 Phân loại
1.1.3 Bài toán điều chỉnh và bài toán bám
1.2 Mục đích điều khiển
1.3 Phân cấp chức năng ĐKQT
1.4 Cấu trúc cơ bản một hệ thống ĐKQT
2.1 Mô hình quá trình
2.1.1 Tổng quan về quy trình mô hình hoá
2.1.2 Phân loại mô hình hoá
2.2 Mô hình hoá lý thuyết
2.2.1 Nhận biết các biến quá trình
2.2.2 Xây dựng phương trình mô hình
2.2.3 Phân tích bậc tự do, tuyến tính hoá và
mô hình hàm truyền đạt
2.2.4 Mô phỏng quá trình
2.3 Mô hình thực nghiệm
2.3.1 Khái niệm và những nguyên tắc cơ bản
2.3.2 Các phương pháp mô hình hoá quá trình

Tài liệu
-Giáo trình Điều khiển quá trình –
Trường ĐHSPKT Hưng Yên
- Cơ sở hệ thống điều khiển quá
trình – Hoàng Minh Sơn

- Giáo trình Điều khiển quá trình –
Trường ĐHSPKT Hưng Yên

- Cơ sở hệ thống điều khiển quá
trình – Hoàng Minh Sơn

Phương pháp
- Giảng giải
- Ví dụ minh họa
- Đàm thoại
- Hướng dẫn đọc tài
liệu

- Phân tích trực
quan
- Ví dụ minh họa
- Hướng dẫn đọc tài
liệu

Giáo
viên

Thời gian
Lý thuyết: 3
Tự học: 6
(LT+BT)

Học
Lý thuyết: 12
Tự học:24


TT

Chủ đề

Nội dung

Tài liệu

Phương pháp

Giáo
viên

Thời gian

Tín chỉ 2: Thiết kế điều khiển (15 tiết trên lớp + 30 tiết tự học)

3

4

Cấu trúc
điều khiển
cơ sở

Phương
pháp thiết
kế

3.1 Điều khiển truyền thẳng
3.2 Điều khiển phản hồi

3.3 Điều khiển Cascade
3.4 Điều khiển tỷ lệ
3.5 Điều khiển lựa chọn
3.7 Điều khiển phân vùng

4.1 Chỉnh định bộ điều khiển PID
4.1.1 Phương pháp dựa trên đặc tính đáp
ứng
4.1.2 Phương pháp dựa trên mô hình mẫu
4.1.3 Phương pháp nắn đặc tính tuần
4.1.4 Điều khiển PID kết hợp bù trễ
4.2 Thiết kế cấu trúc điều khiển cho quá
trình đa biến
4.2.1 Giới thiệu chung
4.2.2 Lựa chọn biến quá trình
4.2.3 Điều khiển đa biến

- Giáo trình Điều khiển quá trình –
Trường ĐHSPKT Hưng Yên
- Cơ sở hệ thống điều khiển quá
trình – Hoàng Minh Sơn

- Giáo trình Điều khiển quá trình –
Trường ĐHSPKT Hưng Yên
- Cơ sở hệ thống điều khiển quá
trình – Hoàng Minh Sơn

Tín chỉ 3: Thí nghiệm (30h thí nghiệm, 30 h tự nghiên cứu)

- Thuyết trình

- Phân tích trực
quan qua Project
- Ví dụ minh họa
- Hướng dẫn đọc tài
liệu

Học
Lý thuyết: 6;
Tự học: 12

- Giảng giải
- Phân tích
- Đàm thoại
- Hướng dẫn tự học

Học
Lý thuyết: 9;
Tự học: 18


TT

Chủ đề

Nội dung

Tài liệu

Phương pháp

5.1 Khảo sát hệ thống
5.2 Xây dựng mô hình cho đối tượng bằng

5

Khảo sát
hệ thống
điều khiển
nhiệt độ

- Giáo trình Điều khiển quá trình –
Trường ĐHSPKT Hưng Yên
5.3 Lưu đồ P&ID.
- Cơ sở hệ thống điều khiển quá
5.4 Nghiên cứu cấu trúc điều khiển phản trình – Hoàng Minh Sơn
- Tài liệu về phần mềm Siemen,
hồi.
Lucas Nülle, Festo...

phương pháp thực nghiệm.

- Giảng giải
- Phân tích trực
quan
- Làm việc nhóm
- Hướng dẫn tự học

Giáo
viên

Thời gian
- Phòng TN:
6h
- Tự học:
6h

5.5 Thuật toán PID và bộ điều chỉnh PID
thực.
6.1 Xây dựng mô hình cho đối tượng bằng
phương pháp lý thuyết.
6.2 Xây dựng mô hình cho đối tượng bằng

6

Xây dựng
hệ thống
điều khiển
một bình
mức

- Giáo trình Điều khiển quá trình
– Trường ĐHSPKT Hưng Yên
6.3 Lưu đồ P&ID.
- Cơ sở hệ thống điều khiển quá
6.4 Các sách lược điều chỉnh: điều khiển trình – Hoàng Minh Sơn
truyền thẳng, điều khiển phản hồi, điều - Phiếu thí nghiệm
phương pháp thực nghiệm.

khiển tầng.
6.5 Thuật toán PID và bộ điều chỉnh PID

thực.

- Giảng giải
- Phân tích trực
quan
- Làm việc nhóm
- Hướng dẫn tự học

- Phòng TN:
12h
- Tự học:
12h


TT

Chủ đề

Nội dung

Tài liệu

Phương pháp

Giáo
viên

Thời gian

7.1 Xây dựng mô hình cho đối tượng

7

Xây dựng
hệ thống
điều khiển
hai bình
mức thông
nhau

MIMO (bằng phương pháp lý thuyết và
phương pháp thực nghiệm).
- Giáo trình Điều khiển quá trình
– Trường ĐHSPKT Hưng Yên
7.3 Thiết kế cấu trúc điều khiển tầng.
- Cơ sở hệ thống điều khiển quá
7.4 Thiết kế cấu trúc điều khiển nhiều trình – Hoàng Minh Sơn
- Phiếu thí nghiệm
vòng (điều khiển phân tán).
7.2 Phân tích RGA, cặp đôi vào-ra.

- Giảng giải
- Phân tích trực
quan
- Làm việc nhóm
- Hướng dẫn tự học

8.1 Lập trình PLC và WinCC điều khiển,

- Giáo trình Điều khiển quá trình –

Trường ĐHSPKT Hưng Yên
8.2 Sử dụng thiết bị Multimedia điều - Cơ sở hệ thống điều khiển quá
trình – Hoàng Minh Sơn
khiển nhiệt độ
- Tài liệu về phần mềm Siemen,
8.3 Thiết kế hệ thống bơm vòng kín
Lucas Nülle, Festo...

giám sát quá trình trộn và rót bể hoá chất
Bài tập lớn
8

-Phân tích
- Làm việc nhóm
- Hướng dẫn tự học

- Phòng TN:
12h
- Tự học:
12h


5.

Tài liệu học và tham khảo:
* Tài liệu chính:
Nguyễn Phúc Đáo_Phạm Đình Hùng
Giáo trình Điều khiển quá trình - Đại học SPKT Hưng Yên 2008
* Tài liệu đọc thêm:
[1]. Hoàng Minh Sơn

Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình-NXB Đại học Bách khoa Hà nội 2006
[2]. Liptak. B. G.
Process control system and edition-3rd Edition, McGraw – Hill, New York 1996

[3]. Seborg. D.E., TF Edgar, D. A. Mellichamp
Process Dynamics and control- Wiley, New York 2004

6. Học liệu:
- Giáo trình chính, Sách tham khảo, máy tính, Projector, phấn bảng.
- Phòng thí nghiệm và các thiết bị thực hành.
7. Đánh giá:
- Kiểm tra thường xuyên/ Giữa kỳ:
10%
- Bài tập lớn:
20%
- Thi kết thúc/Thí nghiệm:
70%


8. Kế hoạch học tập:
Bài

Nội dung

Mục tiêu

Hoạt động giáo viên

TG
(giờ)

Hoạt động sinh
viên

TG
(giờ)

Điều kiện
thực hiện

Tín chỉ 1: Mô hình hoá điều khiển quá trình (15 tiết)

1

2

Khái niệm cơ bản
1.1 Điều khiển quá trình
1.1.1 Quá trình và các biến quá trình
1.1.2 Phân loại
1.1.3 Bài toán điều chỉnh và bài toán
bám
1.2 Mục đích điều khiển
1.3 Phân cấp chức năng ĐKQT
1.4 Cấu trúc cơ bản một hệ thống
ĐKQT
Cơ sở mô hình hoá
2.1 Mô hình quá trình
2.1.1 Tổng quan về quy trình mô hình hoá
2.1.2 Phân loại mô hình hoá

2.2 Mô hình hoá lý thuyết
2.2.1 Nhận biết các biến quá trình
2.2.2 Xây dựng phương trình mô hình
2.2.3 Phân tích bậc tự do, tuyến tính hoá và
mô hình hàm truyền đạt
2.2.4 Mô phỏng quá trình
2.3 Mô hình thực nghiệm

- Nắm vững các khái
niệm cơ bản về
ĐKQT
- Mô tả được mục
đích ĐH cũng như
chức năng của từng
khối trong hệ thống
- Trình bày được cấu
trúc cơ bản của hệ
thống ĐKQT
- Trình bày được
những nguyên tắc
chung, quy trình trong
xây dựng mô hình
toán học
- Phân tích các dạng
mô hình toán học
quen thuộc
-Xây dựng mô hình
hoá bằng PP lý thuyết

- Trình bày (Giảng

giải, phân tích).
- Hướng dẫn thảo
luận nhóm (Tư vấn,
thúc đẩy, trợ giúp...)
- Đánh giá kết quả
làm việc của cá nhân,
nhóm

- Giảng giải, phân
tích, đặt và giải quyết
vấn đề).
- Tư vấn, thúc đẩy,
trợ giúp...
- Giới thiệu tài liệu
tham khảo, đánh giá
kết quả nhận thức
của cá nhân, nhóm

3

12

- Nghe giảng
- Ghi chép, thảo
luận
- Làm bài tập và
phản hồi kết quả
- Nhận xét

- Nghe giảng

- Làm việc theo
hướng dẫn của
giáo viên
- Phản hồi kết quả
nhận thức
- Tổng hợp thông
tin báo cáo...

Phòng học lý
thuyết
9

36
Phòng học lý
thuyết có :
- Máy chiếu
- Project


2.3.1 Khái niệm và những nguyên tắc cơ
bản
2.3.2 Các phương pháp mô hình hoá quá
trình
Tín chỉ 2: Thiết kế điều khiển

Cấu trúc điều khiển cơ sở

- Xây dựng mô hình
hoá bằng PP thực
nghiệm

- Thiết kế cấu trúc
điều khiển
- Lựa chọn cấu trúc
bộ điều khiển
- Xác định tham số bộ
điều khiển

- Hướng dẫn, giải
3.1 Điều khiển truyền thẳng
thích, ví dụ minh họa
3.2 Điều khiển phản hồi
- Thúc đẩy, tư vấn,
3.3 Điều khiển Cascade
trợ giúp sinh viên
3 3.4 Điều khiển tỷ lệ
- Đánh gía kết quả
3.5 Điều khiển lựa chọn
làm việc của cá nhân,
3.7 Điều khiển phân vùng
nhóm.
- Giao bài tập
4.1 Chỉnh định bộ điều khiển PID
- Phương pháp thiết
- Giảng giải lý thuyết
4.1.1 Phương pháp dựa trên đặc tính đáp kế, chỉnh định bộ điều và phân tích
ứng
khiển PID cho các quá - Hướng dẫn một số
4.1.2 Phương pháp dựa trên mô hình
trình đơn biến
ví dụ cụ thể

mẫu
- Thiết kế cấu trúc ĐK - Giao bài tập, hướng
4.1.3 Phương pháp nắn đặc tính tuần
và đưa ra những
dẫn, kiểm tra và đánh
4
4.1.4 Điều khiển PID kết hợp bù trễ
nguyên tắc cơ bản
giá kết quả
4.2 Thiết kế cấu trúc điều khiển cho quá trong việc thiết kế cấu
trình đa biến
trúc ĐK cho các quá
4.2.1 Giới thiệu chung
trình đa biến
4.2.2 Lựa chọn biến quá trình
4.2.3 Điều khiển đa biến
Tín chỉ 3. Thí nghiệm

6

9

- Ghi chép, làm bài
tập
- Đàm thoại, trao
đổi thông tin
- Báo cáo kết quả
- Nhận xét, đưa ra
các kết luận
- Nghe giảng, ghi

chép, làm bài tập
Thảo luận, trao đổi
thông tin (với giáo
viên và các đối
tượng học)
- Báo cáo kết quả
-Nhận xét, kết luận

18

27

Phòng học lý
thuyết có :
- Máy chiếu
- Project

Phòng học lý
thuyết có :
- Máy chiếu
- Project


Khảo sát hệ thống điều khiển nhiệt độ

- Trình bày (Giảng
giải, trình chiếu và
phân tích).
- Đưa ra các ví dụ
minh họa

- Hướng dẫn thảo
luận
- Tổng hợp, nhận xét

5.1 Khảo sát hệ thống
5.2 Xây dựng mô hình cho đối tượng
bằng phương pháp thực nghiệm.
5

5.3 Lưu đồ P&ID.
5.4 Nghiên cứu cấu trúc điều khiển

6

- Nghe giảng, ghi
chép, tổng hợp
- Thảo luận, trao
đổi thông tin
- Phản hồi, so sánh
khả năng ứng dụng 12
với các bộ Vi xử lý
và nhận xét

Phòng học lý
thuyết có :

- Nghe giảng
- Ghi chép, tổng
hợp
- Làm bài tập theo

yêu cầu
- Phản hồi kết quả
- Làm việc nhóm,
thảo luận

Phòng học lý
thuyết có:
- Máy tính
- Project

- Máy chiếu
- Project

phản hồi.
5.5 Thuật toán PID và bộ điều chỉnh PID
thực.
Xây dựng hệ thống điều khiển một
- Phương pháp xây
bình mức
dựng mô hình cho
6.1 Xây dựng mô hình cho đối tượng một đối tượng điều
bằng phương pháp lý thuyết.
6

khiển đơn giản

6.2 Xây dựng mô hình cho đối tượng -Thiết kế bộ điều
bằng phương pháp thực nghiệm.

khiển

6.3 Lưu đồ P&ID.

-Vận dụng các cấu

6.4 Các sách lược điều chỉnh: điều
khiển truyền thẳng, điều khiển phản hồi,
điều khiển tầng.
6.5 Thuật toán PID và bộ điều chỉnh

trúc ĐK khác nhau.
- Phân tích ảnh hưởng
của nhiễu đến hệ
thống.

- Trình bày (Giảng
giải, phân tích).
- Lấy ví dụ minh họa
- Đặt câu hỏi (Tư
vấn, thúc đẩy, trợ
giúp...)
12
- Giao bài tập
- Đánh giá kết quả
làm việc của cá nhân,
nhóm

24

PID thực.
Xây dựng hệ thống điều khiển hai
bình mức thông nhau
7.1 Xây dựng mô hình cho đối tượng

7

MIMO (bằng phương pháp lý thuyết và - Củng cố và nâng cao
phương pháp thực nghiệm).
và áp dụng các kiến
7.2 Phân tích RGA, cặp đôi vào-ra.

thức vào các bài toán

7.3 Thiết kế cấu trúc điều khiển tầng.

phức tạp hơn.

7.4 Thiết kế cấu trúc điều khiển nhiều
vòng (điều khiển phân tán).
Bài tập lớn

8

- Làm quen với quy
8.1 Lập trình PLC và WinCC điều trình thiết kế hệ thống
điều khiển ứng dụng
khiển, giám sát quá trình trộn và rót bể
theo yêu cầu thực tế.
hoá chất

- Dẫn dắt tới khả năng
8.2 Sử dụng thiết bị Multimedia điều làm việc độc lập và
làm việc theo nhóm.
khiển nhiệt độ
- Rèn luyện kỹ năng
8.3 Thiết kế hệ thống bơm vòng kín
thiết kế và tư duy
sangs tạo

- Giảng giải, phân
tích, đưa ra và giải
quyết một số bài toán
điển hình
- Đưa ra bài toán và
đặt câu hỏi thảo luận, 12
hướng dẫn (Tư vấn,
thúc đẩy, trợ giúp...)
- Đánh giá kết quả
làm việc của cá nhân,
nhóm …Nhận xét…
- Cung cấp tài liệu
hướng dẫn thực hành
Hướng dẫn, phân tích
một số bài tập cơ
bản, một số bài ứng
dụng điển hình.
- Tư vấn, thúc đẩy,
trợ giúp...)
- Đánh giá kết quả
làm việc của cá nhân,

nhóm …Nhận xét…

- Nghe giảng
- Ghi chép, thảo
luận nhóm
- Làm bài tập
- Phản hồi kết quả
- Tư đánh giá và
nhận xét

- Nghe giảng
- Giải bài tập thực
hành theo yêu cầu
của giảng viên
- Làm việc nhóm,
thảo luận…
- Phản hồi kết quả
- Tổng hợp thông
tin, tự nhận xét...

Phòng thực
hành có:
- Máy tính
- Project
24

Phòng học lý
thuyết hoặc
phòng làm
Đồ án – BTL