Nghiên cứu kết hợp điều khiển truyền thẳng và phản hồi đầu ra trong một số ứng dụng điều khiển quá trình

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
=====  =====

NGUYỄN TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THẲNG
VÀ PHẢN HỒI ĐẦU RA TRONG MỘT SỐ ỨNG DỤNG
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội – 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
=====  =====

NGUYỄN TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THẲNG
VÀ PHẢN HỒI ĐẦU RA TRONG MỘT SỐ ỨNG DỤNG
ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH
CHUYÊN NGÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. ĐỖ MẠNH CƯỜNG

HÀ NỘI – 2012


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH VÀ CÁC PHƯƠNG
ÁN XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN……………………………………………………….1
1.1 Một số khái niệm….…………………………………………………………....1
1.2 Các thành phần hệ thống điều khiển quá trình….………………………………5
1.2.1 Thiết bị đo……………….……………………………………….………..5
1.2.1.1 Cấu trúc cơ bản……………………………………………….……….5
1.2.1.2 Đặc tính vận hành…………………………………………….…….....5
1.2.2 Thiết bị điều khiển……………………………………………….……......9
1.2.3 Thiết bị chấp hành………………………………………………….……10
1.3 Tổng quan về xây dựng bộ điều khiển trong điều khiển quá trình……………11
1.3.1 Điều khiển truyền thẳng…………………………….….………………..12
1.3.2 Điều khiển phản hồi……………………………………………………...12
1.3.3 Điều khiển tỷ lệ………………………………………………………….13
1.3.4 Điều khiển tầng………………………………………………………….13
1.3.5 Điều khiển suy diễn…………………………….……………………….14
1.3.6 Điều khiển lựa chọn……………………………………………………...14
1.3.7 Điều khiển phân vùng……………………………………………………14
CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THẲNG VÀ
ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI………………………………………………………..……….15

2.1 Điều khiển truyền thẳng………………………………………………………….15
2.1.1 Cấu trúc bộ điều khiển truyền thẳng lý tưởng…………………………...15
2.1.2 Đặc điểm của điều khiển truyền thẳng……………..……………………17
2.1.2.1 Sai lệch mơ hình……………………………………………………17
2.1.2.2 Nhiễu khơng đo được………………………………………………18


2.1.2.3 Tính khả thi của bộ điều khiển lý tưởng………………………...…18
2.1.2.4 Tính ổn định của bộ điều khiển lý tưởng…………………………..19
2.1.2.5 Đối tượng không ổn định…………………………………………..19
2.1.3 Ứng dụng của điều khiển truyền thẳng…………………………………..20
2.2 Điều khiển phản hồi……………………………….…………………………….20
2.2.1 Vai trò của điều khiển phản hồi………………………….………………21
2.2.2 Một số nhược điểm của điều khiển phản hồi…………………………….22
2.2.3 Các bộ điều khiển phản hồi……………………………………………...24
2.2.3.1 Bộ điều khiển hai vị trí…………………………………………….25
2.2.3.2 Bộ điều khiển PID…………………………………………………26
2.2.3.2.1 Bộ điều khiển tỷ lệ P…………………………………………26
2.2.3.2.2 Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân PI……………………………...27
2.2.3.2.3 Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân vi phân PID…………………...28
2.2.3.3 Bão hịa tích phân………………………….………………………30
2.2.4 Cấu trúc của hệ điều khiển phản hồi…………………………………….31
2.2.4.1 Cấu hình chuẩn…………………………………………………….31
2.2.4.2 Chuẩn hóa mơ hình………………………………………………..32
2.2.4.3 Các quan hệ cơ bản………………………………………………..33
2.2.4.4. Tính ổn định của hệ điều khiển phản hồi…………………………35
2.2.4.4.1 Tính ổn định………………………………………………….35
2.2.4.4.2 Tính ổn định nội của hệ điều khiển phản hồi………………...38
2.5 Điều khiển phản hồi kết hợp với điều khiển truyền thẳng………………………40
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NHIỆT ĐIỆN………….…………..43

3.1 Phân loại nhà máy nhiệt điện…………………………………………………….44


3.1.1 Nhà máy nhiệt điện nhiên liệu rắn……………………………………….44
3.1.2 Nhà máy nhiệt điện nhiên liệu lỏng……………………………………...44
3.1.3 Nhà máy nhiệt điện nhiên liệu khí……………………………………….44
3.1.4 Nhà máy nhiệt điện nhiên liệu hỗn hợp…………………….……………45
3.2 Sơ đồ, nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện khí………………………..45
CHƯƠNG 4: KẾT HỢP ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN THẲNG VÀ PHẢN HỒI ĐẦU RA
TRONG MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN KHÍ…………………49
4.1 Kết hợp điều khiển truyền thẳng và phản hồi đầu ra trong điều khiển nhiệt độ hơi
q nhiệt…………………………………………………………………………………...49
4.1.1 Ngun lý chu trình hơi………………………………………………….49
4.1.2 Các đặc tính kỹ thuật cơ bản của lò hơi………………………………….50
4.1.3 Bộ quá nhiệt……………………………………………………………...50
4.1.3.1 Khái niệm…………………………………………………..………50
4.1.3.2 Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt……………………………..…..51
4.1.3.2.1 Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt sử dụng hơi………………52
4.1.3.2.2 Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt sử dụng khói…………….53
4.1.4 Nguyên lý, sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt sử dụng sách lược điều
khiển truyền thẳng kết hợp phản hồi đầu ra……………………………………………….55
4.1.4.1 Sử dụng bộ giảm ôn hay sử dụng hơi……………………………...55
4.1.4.2 Sử dụng khói……………………………………………………….58
4.2 Kết hợp điều khiển truyền thẳng và phản hồi đầu ra trong điều khiển mức nước
bình nước cấp……………………………………………………………………………...60
4.2.1 Nguyên lý, sơ đồ bình nước cấp…………………………………………60
4.2.2 Điều khiển mức nước bình nước cấp…………………………………….61
4.2.3 Sơ đồ, nguyên lý điều khiển mức nước bình nước cấp.…………………61
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BÌNH
NƯỚC CẤP SỬ DỤNG CƠNG CỤ MATLAB………………………….……………….63

5.1 Mơ hình bình nước cấp………………………………………………………….63
5.2 Thiết kế bộ điều khiển………………………………………...………………...64


5.3 Mơ phỏng q trình……………………………………………………………..68
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………………77



DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của thiết bị đo……………………………………….……...5
Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của thiết bị điều khiển……………………………….……...9
Hình 1.3 Cấu trúc cơ bản của thiết bị chấp hành…………………….………….…….10
Hình 1.4 Cấu trúc cơ bản của van điều khiển………………………………….….…..11
Hình 1.5 Cấu trúc điều khiển truyền thẳng……………………………………..……..12
Hình 1.6 Cấu trúc tổng quát của điều khiển phản hồi………………………….……..12
Hình 2.1 Cấu hình điều khiển truyền thẳng kiểu song song………………….…….…15
Hình 2.2 Cấu hình điều khiển truyền thẳng kiểu nối tiếp…………………….….……15
Hình 2.3 Cấu hình điều khiển phản hồi thơng dụng…………………………….….…20
Hình 2.4 Cấu trúc cơ bản của các bộ điều khiển phản hồi……………………….…...24
Hình 2.5 Thuật tốn điều khiển hai vị trí lý tưởng…………………………………....25
Hình 2.6 Thuật tốn điều khiển hai vị trí thực……………………………………..….25
Hình 2.7 Các dạng biểu diễn bộ điều khiển PID…………………………………..….30
Hình 2.8 Hiện tượng bão hịa tích phân……………………………………………....30
Hình 2.9 Cấu hình chuẩn của điều khiển phản hồi…..………………………………..31
Hình 2.10 Cấu hình điều khiển phản hồi nhiễu quá trình được tách thành nhiễu đầu
vào và nhiễu đầu ra………………………………………………………………………..38
Hình 2.11 Thiết bị gia nhiệt sử dụng bộ điều khiển phản hồi kết hợp với điều khiển
truyền thẳng………………………………………………………………………………..41
Hình 2.12 Cấu hình ứng dụng điều khiển truyền thẳng và phản hồi đầu ra….…..…...41

Hình 3.1 Sơ đồ hoạt động của nhà máy nhiệt điện khí….………………….…..……..45
Hình 3.2 Chu trình nhiệt động của nhà máy nhiệt điện khí….…………………..……47
Hình 4.1 Nguyên lý chu trình hơi…………….…………………………………..…...49
Hình 4.2 Sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt sử dụng bộ giảm ôn áp dụng sách
lược điều khiển phản hồi đầu ra kết hợp truyền thẳng đối với 01 nhiễu…………….…….55
Hình 4.3 Cấu trúc điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt sử dụng bộ giảm ôn áp dụng sách
lược điều khiển phản hồi đầu ra kết hợp truyền thẳng đối với 01 nhiễu…………….…….55
Hình 4.4 Sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt sử dụng bộ giảm ôn áp dụng sách


lược điều khiển phản hồi đầu ra kết hợp truyền thẳng đối với 02 nhiễu………….……….57
Hình 4.5 Cấu trúc điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt sử dụng bộ giảm ôn áp dụng sách
lược điều khiển phản hồi đầu ra kết hợp truyền thẳng đối với 02 nhiễu……………….….57
Hình 4.6 Sơ đồ điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt sử dụng nhiệt độ khói áp dụng sách
lược điều khiển truyền thẳng kết hợp phản hồi đầu ra……………………………………58
Hình 4.7 Cấu trúc điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt sử dụng nhiệt độ khói áp dụng
sách lược điều khiển truyền thẳng kết hợp phản hồi đầu ra………………………………59
Hình 4.8 Cấu tạo bình nước cấp………………………………………………..…….60
Hình 4.9 Sơ đồ điều chỉnh mức nước bình nước cấp sử dụng sách lược điều khiển
truyền thẳng kết hợp phản hồi đầu ra……………………………………………………..62
Hình 5.1 Cấu trúc bộ điều chỉnh mức nước bình nước cấp áp dụng sách lược điều
khiển truyền thẳng kết hợp phản hồi đầu ra………………………………………………64
Hình 5.2 Cấu trúc bộ điều chỉnh mức nước bình nước cấp áp dụng sách lược điều
khiển truyền thẳng kết hợp phản hồi đầu ra có sử dụng bộ định vị van…………………..65
Hình 5.3 Khâu tạo nhiễu F2………………………………….…………………..……68
Hình 5.4 Dạng nhiễu F2…………………………………….……………….…….…..69
Hình 5.5 Bộ điều khiển phản hồi PI…….…………………….………………………69
Hình 5.6 Khâu giới hạn tín hiệu F1……….………………………….………….…….69
Hình 5.7 Quá trình điều chỉnh mức nước bình nước cấp sử dụng bộ điều khiển phản
hồi…………………………………………………………………………………………70

Hình 5.8 Kết quả mơ phỏng quá trình điều chỉnh mức nước bình nước cấp sử dụng bộ
điều khiển phản hồi…………………………………………………………….………….70
Hình 5.9 Quá trình điều chỉnh mức nước bình nước cấp sử dụng bộ điều khiển phản
hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng……………………………………………………….71
Hình 5.10 Kết quả mơ phỏng q trình điều chỉnh mức nước bình nước cấp sử dụng bộ
điều khiển phản hồi kết hợp điều khiển truyền thẳng………………………………….….72
Hình 5.11 Cấu trúc điều khiển mức nước bình nước cấp sử dụng bộ điều khiển phản
hồi thuần túy và sử dụng bộ điều khiển phản hồi kết hợp truyền thẳng…………………..72


Hình 5.12 Kết quả so sánh đáp ứng điều khiển mức nước bình nước cấp sử dụng bộ
điều khiển phản hồi thuần túy và sử dụng bộ điều khiển phản hồi đầu ra kết hợp truyền
thẳng……………………………………………………………………………………….73
Hình 5.13 Bộ điều khiển PI có khâu chống bão hịa tích phân….……………………74
Hình 5.14 Cấu trúc điều khiển mức bình nước cấp có sử dụng khâu bão hịa tích
phân………………………………………………………………………………………..74
Hình 5.15. Kết quả so sánh đáp ứng điều khiển mức nước bình nước cấp sử dụng bộ
điều khiển phản hồi thuần túy và sử dụng bộ điều khiển phản hồi kết hợp truyền thẳng có
sử dụng khâu chống bão hịa tích phân……………………………………………………75


MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trong quá trình đi lên chủ nghĩa xã hội với mục tiêu trước mắt là công
nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Với chính sách mở cửa thu hút đầu tư của Đảng và Nhà
nước ta trong những năm vừa qua, nền công nghiệp của Việt Nam đã có những bước tiến đáng
kể, các nhà máy sản xuất, chế tạo hiện diện ở mọi miền đất nước mang đến nguồn thu nhập
lớn cho nền kinh tế và tạo một lượng việc làm đáng kể cho nhân dân. Tuy nhiên, nhiều nhà
máy ở nước ta còn sử dụng công nghệ lạc hậu, gây tiêu tốn nhiên liệu, chất lượng và sản
lượng sản phẩm còn kém. Do vậy, việc đẩy mạnh nghiên cứu phát triển, ứng dụng khoa học
công nghệ vào sản xuất là nhiệm vụ hàng đầu cần được quan tâm đầu tư để phát huy tối đa

mọi nguồn lực của đất nước. Khơng nằm ngồi xu hướng này, điều khiển quá trình, một lĩnh
vực ứng dụng quan trọng của kỹ thuật điều khiển trong các ngành cơng nghiệp năng lượng và
hóa chất, đang được nghiên cứu chuyên sâu tại nhiều viện nghiên cứu, trường đại học lớn
nhằm tạo ra những thành tựu mới, ứng dụng vào thực tế sản xuất làm tăng năng suất và chất
lượng sản phẩm. Nghiên cứu ứng dụng các sách lược điều khiển là một trong những nhiệm vụ
trọng tâm của điều khiển quá trình nhằm tăng năng suất, hiệu quả hoạt động sản xuất. Do vậy,
trong đồ án này, với sự hướng dẫn của TS Đỗ Mạnh Cường, em đã lựa chọn đề tài là “nghiên
cứu kết hợp điều khiển truyền thẳng và phản hồi đầu ra trong một số ứng dụng điều khiển quá
trình”. Mặc dù sách lược điều khiển truyền thẳng và điều khiển phản hồi đã được đào sâu
nghiên cứu trong nhiều đề tài, cơng trình khoa học trước đây, tuy nhiên, sự kết hợp hai bộ
điều khiển này đối với những đối tượng khác nhau là hoàn toàn khác nhau.
Phương pháp nghiên cứu của đề tài là xét việc ảnh hưởng tương hỗ giữa hai phương
pháp điều khiển trên tiến tới xây dựng bộ điều khiển kết hợp. Mục đích của đề tài là xây dựng
một bộ điều khiển kết hợp có thể phát huy được ưu điểm của cả hai phương pháp đó. Bộ điều
khiển kết hợp sau đó sẽ được kiểm chứng trên mơ hình cụ thể xuất phát từ ứng dụng thực tế.
Bộ điều khiển kết hợp được thiết kế trong đề tài có khả năng ứng dụng trong thực tế sản
xuất, kết quả của đề tài có tác dụng minh chứng, khẳng định những ưu điểm của bộ điều khiển


kết hợp đồng thời đưa vào áp dụng bộ điều khiển này với mơ hình cụ thể trong chu trình hơi
của nhà máy nhiệt điện khí nhằm tăng độ tin cậy vận hành, tăng hiệu suất, giảm chi phí hoạt
động cho nhà máy.
Em xin chân thành cảm ơn TS Đỗ Mạnh Cường đã tận tình hướng dẫn hồn thành đồ án
này và chân thành cảm ơn các thầy cô giáo giảng giạy các môn học thuộc chuyên ngành Điều
khiển Tự động hóa đã tận tâm truyền thụ kiến thức tại khóa học cao học để em có đủ kiến
thức hồn thành đồ án.


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH VÀ CÁC

PHƯƠNG ÁN XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN
1.1 Một số khái niệm:
Điều khiển quá trình là một lĩnh vực ứng dụng quan trọng của kỹ thuật điều khiển
trong các ngành công nghiệp năng lượng và hố chất. Q trình tồn cầu hóa hiện nay đẩy
nhanh sự tăng trưởng của thị trường tiêu thụ trên thế giới đồng thời cũng làm gia tăng sự
cạnh tranh mạnh mẽ giữa các tập đoàn sản xuất với nhau. Trước tình hình đó, tất cả các tập
đồn hoạt động trong lĩnh vực sản xuất muốn tồn tại và phát triển đều phải nâng cao mức
độ tự động hóa dây chuyền sản xuất nhằm tăng năng suất, tăng chất lượng sản phẩm, hạ
giá thành sản phẩm.
Quá trình 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 tới 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 chỉ đơn giản như quá trình cấp nhiệt, 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 lò hơi – tua bin. Quá trình kỹ thuật là một quá trình với các đại lượng kỹ thuật
được đo hoặc được can thiệp. Quá trình kỹ thuật có thể được hiểu là q trình cơng nghệ
cùng với các phương tiện kỹ thuật như thiết bị đo và thiết bị chấp hành.
Trạng thái hoạt động và diễn biến của một quá trình thể hiện qua các biến quá trình.
Biến vào là đại lượng hoặc một điều kiện phản ánh tác động từ bên ngoài vào quá trình, ví
dụ như lưu lượng dịng ngun liệu, nhiệt độ hơi nước cấp nhiệt, trạng thái đóng/mở rơ le
sợi đốt. Biến ra là đại lượng hoặc điều kiện thể hiện tác động của q trình ra bên ngồi, ví
dụ như nồng độ hoặc lưu lượng sản phẩm ra, nồng độ khí thải ở mức bình thường hay q
cao. Nói cách khác, các biến vào thể hiện nguyên nhân trong khi các biến ra thể hiện kết
quả. Các biến trạng thái mang thơng tin về trạng thái bên trong q trình, ví dụ như nhiệt
độ lị, áp suất hơi hoặc mức chất lỏng, hoặc cũng có thể là dẫn xuất từ các đại lượng đặc
trưng khác, như tốc độ biến thiên nhiệt độ, áp suất hoặc mức.

1

Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
Nhiệm vụ của hệ thống điều khiển quá trình là can thiệp các biến vào của quá trình
một cách hợp lý để các biến ra của nó thỏa mãn các chỉ tiêu cho trước, đồng thời giảm
thiểu ảnh hưởng xấu của quá trình kỹ thuật đối với con người và môi trường xung quanh.
Biến cần điều khiển là một biến ra hoặc biến trạng thái của quá trình được điều khiển,
điều chỉnh sao cho gần với một giá trị mong muốn hay giá trị đặt hoặc bám theo một biến
chủ đạo (tín hiệu mẫu). Các biến cần điều khiển liên quan hệ trọng tới sự vận hành ổn
định, an toàn của hệ thống hoặc chất lượng sản phẩm. Các biến cần điều khiển liên quan hệ
trọng tới sự vận hành ổn định, an toàn của hệ thống hoặc chất lượng sản phẩm. Nhiệt độ,
mức, lưu lượng, áp suất và nồng độ là những biến cần điều khiển tiêu biểu nhất trong các
hệ thống điều khiển quá trình. Các biến ra hoặc biến trạng thái cịn lại của q trình có thể
được đo, ghi chép hoặc hiển thị.
Biến điều khiển là một biến vào của q trình có thể can thiệp trực tiếp từ bên ngồi,
qua đó tác động tới biến ra theo ý muốn. Những biến vào cịn lại khơng can thiệp được một
cách trực tiếp hay gián tiếp trong phạm vi quá trình đang quan tâm được coi là nhiễu.
Nhiễu tác động tới q trình một cách khơng mong muốn, vì thế cần loại bỏ, giảm ảnh
hưởng của nhiễu. Nhiễu được chia thành 02 loại: nhiễu đo và nhiễu quá trình. Nhiễu quá
trình là những biến vào tác động lên quá trình kỹ thuật một cách cố hữu nhưng không can
thiệp được. Nhiễu đo hay tạp nhiễu là nhiễu tác động lên phép đo, gây sai số trong giá trị
đo được.
Các quá trình cơng nghệ có thể được phân loại theo nhiều quan điểm khác nhau. Cách
phân loại thứ nhất là dựa trên số lượng biến vào và biến ra. Một quá trình chỉ có một biến
ra được gọi là q trình đơn biến, cịn nếu có nhiều biến ra thì được gọi là quá trình đa
biến. Một quá trình một vào một ra cịn được tắt là SISO, q trình nhiều biến vào ra được
gọi tắt là MIMO. Dựa trên đặc tính của những đại lượng đặc trưng như biến đầu ra hoặc
biến trạng thái tiêu biểu, có thể phân loại các quá trình thành quá trình liên tục, quá trình
gián đoạn, quá trình rời rạc và quá trình mẻ.
Trong một quá trình liên tục, các nguyên liệu hoặc năng lượng đầu vào được vận
chuyển hoặc biến đổi một cách liên tục hoặc gần như liên tục. Khi đã đạt được trạng thái

2


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
xác lập, bản chất của q trình khơng phụ thuộc vào thời gian vận hành. Các đại lượng đặc
trưng của một quá trình liên tục là các biến tương tự, tức chúng có thể lấy một giá trị bất kỳ
trong phạm vi giới hạn. Quá trình trao đổi nhiệt, quá trình bay hơi, q trình vận chuyển
chất lỏng và chất khí là các quá trình liên tục tiêu biểu. Quá trình gián đoạn hay q trình
khơng liên tục có bản chất như q trình liên tục nhưng các biến vào ra chỉ được quan sát
tại những thời điểm gián đoạn nhất định. Quá trình rời rạc là q trình có các đại lượng đặc
trưng chỉ thay đổi giá trị tại một số thời điểm nhất định và chỉ có thể lấy giá trị rời rạc
trong một tập hữu hạn cho trước, tạo nên trạng thái rời rạc của q trình. Do đó, các đạ
lượng đặc trưng của một quá trình rời rạc thường được biểu diễn bằng các biến logic. Q
trình đóng bao, đóng chai, chế tạo, lắp ráp là các q trình rời rạc. Q trình mẻ là q
trình hỗn hợp, có đặc trưng của cả quá trình liên tục và quá trình rời rạc. Quá trình mẻ hoạt
động theo một quy trình thao tác cho trước và tồn tại trong một khoảng thời gian ngắn hữu
hạn tương ứng với một mẻ. Các đại lượng đặc trưng của một quá trình mẻ bao gồm cả biến
tương tự và biến rời rạc. Yếu tố thời gian và yếu tố sự kiện đóng vai trị quan trọng trong
một q trình mẻ. Các q trình phản ứng hóa học, q trình pha chế, q trình lên men là
những q trình mẻ.
Mục đích và chức năng điều khiển quá trình: Nhiệm vụ của điều khiển quá trình là
đảm bảo điều kiện vận hành an tồn, hiệu quả và kinh tế cho q trình cơng nghệ. Trước
khi tìm hiểu hoặc xây dựng một hệ thống điều khiển q trình, cần phải làm rõ các mục
đích điều khiển và chức năng hệ thống cần thực hiện nhằm đạt được các mục đích đó. Việc
đặt ra bài tốn và đi đến xây dựng một giải pháp điều khiển quá trình bao giờ cũng bắt đầu
với việc tiến hành phân tích và cụ thể hóa các mục đích điều khiển. Phân tích mục đích
điều khiển là cơ sở quan trọng cho việc đặc tả các chức năng cần thực hiện của hệ thống
điều khiển quá trình. Chức năng điều khiển quá trình: (1) Đảm bảo vận hành hệ thống ổn
định, trơn tru. Giữ cho hệ thống hoạt động ổn định tại điểm làm việc cũng như chuyển chế

độ một cách trơn tru, đảm bảo các điều kiện theo yêu cầu của chế độ vận hành, kéo dài tuổi
thọ máy móc, vận hành thuận tiện. (2) Đảm bảo năng suất và chất lượng sản phẩm. Đảm
bảo lưu lượng sản phẩm theo kế hoạch sản xuất và duy trì các thơng số liên quan chất
lượng sản phẩm trong phạm vi yêu cầu. (3) Đảm bảo vận hành hệ thống an toàn. Giảm

3


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
thiểu các nguy cơ xảy ra sự cố cũng như bảo vệ cho con người, máy móc, thiết bị và mơi
trường trong trường hợp xảy ra sự cố. (4) Bảo vệ môi trường. Giảm ơ nhiễm mơi trường
thơng qua giảm nồng độ khí thải độc hại, giảm lượng nước sử dụng và nước thải, hạn chế
lượng bụi và khói, giảm tiêu thụ nguyên nhiên liệu. (5) Nâng cao hiệu quả kinh tế. Đảm
bảo năng suất và chất lượng theo yêu cầu trong khi giảm chi phí nhân cơng, ngun nhiên
liệu, thích ứng nhanh với yêu cầu thay đổi của thị trường.
Đối với nhiều q trình kỹ thuật, khơng phải tất cả các biến cần được điều khiển cũng
có thể tự do điều khiển theo ý muốn ngay cả khi ta không quan tâm tới các điều kiện giới
hạn. Số bậc tự do của một hệ thống được hiểu là số lượng tối đa các vịng điều khiển đơn
tác động độc lập có thể sử dụng, hay nói cách khác là số lượng tối đa biến đầu vào có thể
can thiệp độc lập để tác động tới đầu ra. Xác định được số bậc tự do của một mơ hình cho
phép kiểm chứng tính nhất quán, khả năng giải được và mô phỏng được của mơ hình.
Cũng như trên cơ sở phân tích bậc tự do, ta có thể đưa ra các sách lược điều khiển đúng
đắn. Số bậc tự do của một hệ thống được định nghĩa là:

N=
Nv − Ne
f

(1.1)

Trong đó: N v là số lượng biến q trình mơ tả hệ thống và N e là số lượng mối quan
hệ độc lập giữa các biến.
Về nguyên tắc, số lượng phương trình trong một mơ hình phải đúng bằng số biến phụ
thuộc nếu ta muốn có nghiệm xác định. Nếu số biến cần tìm ít hơn số phương trình, mơ
hình đưa ra sẽ khơng có nghiệm, ngược lại trong trường hợp số biến cần tìm nhiều hơn số
phương trình sẽ dẫn đến vơ số nghiệm. Như vậy, số bậc tự do của một mơ hình phải đúng
bằng số biến tự do (số biến đầu vào) mới đảm bảo tính nhất qn của mơ hình.
Điều kiện cần để điều khiển được n biến ra một cách độc lập là phải có ít nhất n biến
điều khiển. Khi một mơ hình q trình đã đảm bảo tính nhất quán, số biến đầu vào đúng
bằng số bậc tự do và cần được phân biệt thành các biến điều khiển và các biến nhiễu. Như
vậy, số bậc tự do của mơ hình trừ đi số biến nhiễu phải bằng hoặc lớn hơn số biến điều

4


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
khiển cần thiết. Số lượng vịng điều chỉnh phản hồi tối đa có thể xây dựng được khi số biến
điều khiển bằng số bậc tự do.
Đối với q trình có liên quan tới thay đổi pha, việc tính tốn số bậc tự do tuân theo
định luật Gibb:

n = nC − nP + 2

(1.2)

Trong đó, n là số bậc tự do hóa học; nC là số lượng cấu tử có mặt; nP là số lượng
pha.
1.2 Các thành phần hệ thống điều khiển quá trình:
Hệ thống điều khiển quá trình bao gồm: bộ điều khiển, thiết bị đo và thiết bị chấp
hành.

1.2.1 Thiết bị đo:
1.2.1.1 Cấu trúc cơ bản:

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của thiết bị đo
Thiết bị đo q trình có nhiệm vụ cung cấp thơng tin về diễn biến của q trình kỹ
thuật và cho đầu ra là một tín hiệu chuẩn. Cấu trúc cơ bản của một thiết bị đo là cảm biến
được minh họa như hình vẽ trên. Thành phần chính của thiết bị đo là cảm biến. Cảm biến
có chức năng chuyển đổi một đại lượng vật lý sang một tín hiệu, thơng thường là điện hoặc
khí nén. Một cảm biến có thể bao gồm nhiều phần tử cảm biến, trong đó mỗi phần tử cảm
biến lại là một bộ chuyển đổi, từ một đại lượng này sang một đại lượng khác dễ xử lý hơn.
Tín hiệu ra từ cảm biến thường rất nhỏ, chưa truyền được xa, chứa sai số do chịu ảnh

5


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
hưởng của nhiễu hoặc do độ nhạy kém của cảm biến, phi tuyến với đại lượng đo. Vì vậy,
sau phần tử cảm biến cần các khâu khuếch đại, chuyển đổi, lọc nhiễu, điều chỉnh phạm vi,
bù sai lệch và tuyến tính hóa. Những chức năng đó được thực hiện trong một bộ chuyển
đổi đo chuẩn. Bộ chuyển đổi đo chuẩn đóng vai trị là khâu điều hịa tín hiệu, nhận tín hiệu
đầu vào từ cảm biến và cho đầu ra là tín hiệu chuẩn để có thể truyền xa và thích hợp với
đầu vào của bộ điều khiển.
Chất lượng và khả năng ứng dụng của một thiết bị đo phụ thuộc vào nhiều yếu tố, gọi
là các đặc tính thiết bị đo, bao gồm đặc tính vận hành, đặc tính tĩnh và đặc tính động học.
Đặc tính vận hành bao gồm các chi tiết về khả năng đo, chi tiết vận hành và tác động mơi
trường. Đặc tính tĩnh biểu diễn quan hệ giữa đại lượng đầu vào và giá trị tín hiệu đầu ra
của tiết bị đo ở trạng thái xác lập, trong khi đặc tính động học biểu diễn quan hệ giữa biến
thiên đầu vào và tín hiệu ra theo thời gian. Đặc tính tĩnh liên quan tới độ chính xác khi giá
trị của đại lượng đo không thay đổi hoặc thay đổi rất chậm. Ngược lại, đặc tính động học
liên quan tới khả năng phản ứng của thiết bị đo khi đại lượng đo thay đổi nhanh.

1.2.1.2 Đặc tính vận hành:
Phạm vi đo là phạm vi giá trị danh định của đại lượng đo mà một thiết bị đo được sử
dụng theo quy định. Một phạm vi đo được xác định bởi giới hạn dưới xmin và giới hạn trên
xmax. Giới hạn dưới cịn gọi là điểm khơng. Dải đo được định nghĩa là khoảng cách giữa
giới hạn trên và giới hạn dưới của phạm vi đo:
Sx = xmax - xmin

(1.3)

Phạm vi đo và dải đo định nghĩa như trên dựa trên khoảng biến thiên cho phép của
giá trị đo, vì thế cịn gọi là phạm vi đầu vào cũng như dải đầu vào. Bên cạnh đó, ta cũng có
các định nghĩa tương tự cho phạm vi đầu ra và dải tín hiệu ra hay dải đầu ra. Phạm vi đầu
ra của một thiết bị đo chính là phạm vi tính hiệu ra của bộ chuyển đổi đo. Đa số các bộ
chuyển đổi chuẩn sử dụng trong điều khiển quá trình cho đầu ra theo chuẩn dịng 4 – 20
mA, với 4 mA tương ứng với 0% và 20 mA tương ứng với 100% phạm vi đo. Chuẩn dòng
4 – 20 mA có một số ưu điểm như:
Khả năng truyền xa, không bị ảnh hưởng bởi trở kháng cáp truyền.

6


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
Khả năng phân biệt giữa trường hợp lỗi đứt cáp với trường hợp tín hiệu ra đạt giới
hạn dưới.
Khả năng mang nguồn ni cho các thiết bị mắc nối tiếp.
Bên cạnh đó, các dạng tín hiệu điện truyền thống khác cũng được sử dụng như 1- 5 V,
1- 10V và 10 – 50 mA. Tín hiệu khí nén chuẩn là 0.2 – 1 bar (20 – 100 kPa), tuy nhiên
ngày càng ít được sử dụng hơn. Ngày nay, phương thức truyền tín hiệu số qua bus trường
ngày càng được ứng dụng rộng rãi. Đối với một thiết bị đo thông minh ghép nối qua bus
trường, số liệu truyền đi là giá trị trực tiếp của đại lượng đo cùng với đơn vị vật lý, nên ta

có thể coi phạm vi đầu ra trùng với phạm vi đo. Bên cạnh khả năng giao tiếp số, các thiết
bị đo thơng minh cịn có khả năng xử lý thông tin tại chỗ rất mạnh.
Khi giá trị của một biến đo biến thiên liên tục trong phạm vi đo, một số thiết bị đo
cho tín hiệu ra thay đổi một cách rời rạc thay vì liên tục. Trong trường hợp này, độ phân
giải của thiết bị đo được định nghĩa là một bước thay đổi của tín hiệu ra. Khi kích cỡ các
bước thay đổi lớn nhất được gọi là độ phân giải cực đại. Để thuận tiện, độ phân giải
thường được biểu diễn bằng tỷ lệ phần trăm so với dải tín hiệu ra của thiết bị. Độ phân giải
trung bình biểu diễn theo tỷ lệ phần trăm của dải tín hiệu ra được tính theo cơng thức:
Độ phân giải trung bình (%) = 100/N
Trong đó N là tổng số bước thay đổi trong toàn phạm vi đo.
Độ tin cậy của một thiết bị đo là xác suất mà thiết bị hoạt động tốt qua một khoảng
thời gian trong một số điều kiện quy định chuẩn. Các điều kiện tin cậy bao gồm giới hạn
môi trường làm việc, độ vượt phạm vi và độ lệch đầu ra cho phép. Một khi giá trị đại
lượng đo quá phạm vi, thiết bị đo không quay trở lại trạng thái làm việc bình thường ngay
lập tức sau khi khơng còn quá tải, mà cần một khoảng thời gian hồi phục. Giới hạn quá
phạm vi là độ quá phạm vi tối đa một thiết bị đo chịu đựng được mà khơng dẫn tới hư
hỏng hoặc thay đổi đặc tính đo một cách vĩnh viễn. Như vậy, một điều kiện làm việc tin
cậy là giá trị đại lượng đo không được phép nằm ngoài phạm vi của thiết bị.

7


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
Độ lệch hay độ trôi là một thay đổi không mong muốn qua một khoảng thời gian làm
việc quy định. Trôi điểm không là sự thay đổi tín hiệu đầu ra của thiết bị đo khi giá trị đại
lượng đo được giữ cố định tại điểm không. Lệch độ nhạy là sự thay đổi độ nhạy của một
thiết bị đo qua một khoảng thời gian quy định. Hiện tượng trôi điểm không dẫn tới đặc tính
bị đẩy lên hoặc xuống, trong khi lệch độ nhạy làm thay đổi độ dốc của nó.
Điều kiện làm việc của một thiết bị đo bao gồm nhiệt độ và áp suất bên ngồi, áp suất
dịng chảy, các trường điện từ, gia tốc, độ rung và vị trí lắp đặt. Giới hạn làm việc là phạm

vi các điều kiện làm việc mà không gây ra hư hỏng thiết bị. Tác động của nhiệt độ có thể
xét tới thơng qua độ trôi điểm không hoặc lệch độ nhạy. Trôi điểm khơng do nhiệt là sự
thay đổi tín hiệu ra tại giá trị không của một số thiết bị đo khi nhiệt độ xung quanh thay
đổi. Tương tự như vậy, lệch độ nhạy đo nhiệt là sự thay đổi độ nhạy của một thiết bị đo khi
có thay đổi nhiệt độ mơi trường.
Đặc tính tĩnh của thiết bị đo liên quan tới độ chính xác của một thiết bị đo trong điều
kiện phịng làm việc với đại lượng đo khơng thay đổi hoặc thay đổi rất chậm. Thực chất,
thiết bị đo cũng là một khâu động học, vì vậy đặc tính tĩnh phản ánh quan hệ giữa đại
lượng đo đầu vào và tín hiệu đầu ra ở trạng thái xác lập.
Sai số đo là sai lệch giữa giá trị quan sát được với giá trị thực của đại lượng đo. Sai số
đo thường gồm hai thành phần là sai số ngẫu nhiên và sai số hệ thống. Sai số ngẫu nhiện
có hể có ngun nhân do đặc tính bất định của thiết bị hoặc do tác động của nhiễu tức thời.
Sai số hệ thống có nguyên nhân từ các đặc tính vận hành (độ phân giải, trơi điểm khơng,
lệch độ nhạy, điều kiện sử dụng khác điều kiện chuẩn) và tính phi tuyến của thiết bị.
Độ chính xác là mức độ phù hợp của đầu ra của một thiết bị đo so với giá trị thực của
đại lượng đo xác định bởi một số tiêu chuẩn. Độ chính xác được đánh giá thông qua thử
nghiệm thiết bị đo với một quy trình đặc biệt trong điều kiện quy chuẩn. Độ chính xác
được biểu diễn dựa trên sai số âm và dương lớn nhất.
Quy trình xác định độ chính xác của một thiết bị đo và thực hiện hiệu chuẩn cho phù
hợp với ứng dụng và nếu cần thiết thực hiện bù trong thuật toán điều khiển được gọi là
định chuẩn. Công việc định chuẩn bao gồm xác định mối quan hệ giữa các giá trị của đại

8


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
lượng đo và tín hiệu đo qua ba vịng thử nghiệm cho tồn bộ phạm vi đo theo cả hai chiều
thay đổi của đại lượng đo, tính tốn các giá trị trung bình, giá trị sai số và biểu diễn các số
liệu định chuẩn dưới dạng bảng hoặc đồ họa. Đồ thị định chuẩn còn được gọi là đặc quyền
vào ra của thiết bị đo, mơ rả đặc tính tĩnh của thiết bị.

Dải chết của một thiết bị đo là thay đổi nhỏ nhất của đại lượng đo theo chiều ngược
lại mà thiết bị đo có thể đáp ứng với tín hiệu đầu ra thay đổi. Dải chết còn được gọi là
ngưỡng nhạy. Độ trễ là sự khác nhau trong đáp ứng ra với cùng thay đổi đầu vào nhưng
theo hai chiều khác nhau. Hiệu ứng dải chết và độ trễ tạo ra hai đường đặc tính khác nhau
cho mỗi chiều thay đổi của đại lượng đo.
Tính trung thực hay cịn gọi là khả năng lặp lại của một thiết bị đo là độ lệch lớn nhất
của các giá trị quan sát được sau nhiều lần lặp lại so với giá trị trung bình của một đại
lượng đo. Tính trung thực cũng là một chỉ số cho sự tản mạn của phép đo. Một thiết bị đo
có tính trung thực cao khơng nhất thiết sẽ chính xác, tuy nhiên một thiết bị có độ chính xác
cao nhất thiết phải trung thực.
1.2.2 Thiết bị điều khiển

Hình 1.2 Cấu trúc cơ bản của thiết bị điều khiển
Các thiết bị điều khiển là thành phần cốt lõi của hệ thống điều khiển. Trên cơ sở tín
hiệu đo và một cấu trúc điều khiển được lựa chọn, bộ điều khiển thực hiện thuật toán điều
khiển và đưa ra các tín hiệu điều khiển để can thiệp trở lại q trình kỹ thuật thơng qua các
thiết bị chấp hành. Tùy theo dạng tính hiệu vào ra và phương pháp thể hiện luật điều khiển,

9


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
một thiết bị điều khiển có thể được xếp loại là thiết bị điều khiển tương tự, thiết bị điều
khiển logic hoặc là thiết bị điều khiển số. Các thiết bị điều chỉnh cơ, khí nén hoặc điện tử
được xếp và loại tương tự. Một mạch logic rơ le là một thiết bị điều khiển logic. Một thiết
bị điều khiển số được xây dựng trên nền tảng máy tính số, có thể thay thế chức năng của
một thiết bị điều khiển tương tự hoặc một thiết bị điều khiển logic. Một thiết bị điều khiển
số có thể chấp nhận các đầu vào ra là tín hiệu số hoặc tín hiệu tương tự và tích hợp các
thành phần chuyển đổi tương tự - số như cần thiết, tuy nhiên thuật toán điều khiển bao giờ
cũng được thực hiện bằng máy tính số. Một thiết bị điều khiển số không những cho chất

lượng và độ tin cậy cao hơn, mà cịn có thể đảm nhận nhiều chức năng điều khiển, tính
tốn và hiển thị cùng một lúc. Hiện nay, hầu hết các giải pháp điều khiển hiện đại đều là
các hệ điều khiển số. Một thiết bị điều khiển số thực chát là một máy tính số được trang bị
các thiết bị ngoại vi để thực hiện chức năng điều khiển.
1.2.3 Thiết bị chấp hành
Thiết bị chấp hành có chức năng can thiệp tới biến điều khiển theo tín hiệu đầu ra bộ
điều khiển.

Hình 1.3 Cấu trúc cơ bản của thiết bị chấp hành
Thành phần can thiệp trực tiếp tới biến điều khiển được gọi là phần tử điều khiển.
Phần tử điều khiển được truyền năng lượng, truyền động từ cơ cấu chấp hành.
Trong các hệ thống điều khiển quá trình, hầu hết biến điều khiển là lưu lượng, vì thế
van điều khiển là thiết bị chấp hành tiêu biểu và quan trọng nhất. Van điều khiển cho phép
điều chỉnh lưu lượng của một lưu chất qua đường ống dẫn tỷ lệ với tín hiệu điều khiển.
Một van điều khiển bao gồm thân van được ghép nối với một cơ chế chấp hành cùng
với các phụ kiện liên quan. Phần thân van được gắn với đường ống, đóng vai trị là phần tử

10


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
điều khiển. Độ mở van và lưu lượng qua van được xác định bởi hình dạng và vị trí chốt
van. Một số loại van được phân loại theo thiết kế và chuyển động của chốt van:
Van cầu: Chốt trượt có đầu hình cầu hoặc hình nón, chuyển động lên xuống.
Van nút: Chốt xoay hình trụ (có đục các lỗ theo chiều ngang) hoặc một phần hình trụ.
Van bi: Chốt xoay hình cầu (có đục lỗ theo chiều ngang) hoặc một phần hình cầu.
Van bướm: Chốt xoay hình đĩa.

Hình 1.4 Cấu trúc cơ bản của van điều khiển
Cơ cấu chấp hành van có nhiệm vụ cung cấp năng lượng và tạo ra chuyển động cho

chốt van thông qua cầu van (đối với chuyển động trượt) hoặc trụ van (chuyển động xoay).
1.3 Tổng quan về xây dựng bộ điều khiển trong điều khiển quá trình:
Thiết kế, xây dựng bộ điều khiển quá trình được tiến hành theo 02 bước cơ bản là
thiết kế cấu trúc điều khiển và thiết kế bộ điều khiển. Cấu trúc điều khiển hay còn gọi là
sách lược điều khiển thể hiện quan hệ về mặt cấu trúc giữa các biến chủ đạo hay giá trị đặt,
biến đo và biến điều khiển thông qua các bộ điều khiển và các phần tử cấu hình hệ thống
khác. Kết quả của việc thiết kế cấu trúc điều khiển là bản vẽ mô tả chi tiết cấu trúc hệ

11


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
thống điều khiển. Trên cơ sở cấu trúc điều khiển đã được thiết kế sẽ lựa chọn cấu trúc bộ
điều khiển và xác định các tham số của bộ điều khiển.
Các sách lược điều khiển thường được sử dụng trong điều khiển quá trình:
1.3.1 Điều khiển truyền thẳng:

Hình 1.5: Cấu trúc điều khiển truyền thẳng
Đây là cấu trúc tổng quát của điều khiển truyền thẳng. Đặc điểm cơ bản của là biến
nhiễu quá trình được đo và đưa tới bộ điều khiển. Dựa trên các giá trị nhiễu đo được cùng
với giá trị đặt, bộ điều khiển tính tốn đưa ra giá trị cho biến điều khiển. Nếu đặc tính đáp
ứng của quá trình điều khiển cũng như với nhiễu biết trước, bộ điều khiển có thể thực hiện
thuật tốn bù trước sao cho giá trị biến được điều khiển đúng bằng giá trị đặt.
1.3.2 Điều khiển phản hồi:

Hình 1.6: Cấu trúc tổng qt của điều khiển phản hồi
Trong đó G: mơ hình quá trình tổng quát;
K; bộ điều khiển tổng quát;
w: các đầu vào quá trình (gồm cả nhiễu đo);

12


Chương 1: Tổng quan về điều khiển quá trình và các phương án xây dựng bộ điều khiển
z: các đầu ra cần được kiểm soát;
y: các đầu vào bộ điều khiển;
u: các tín hiệu điều khiển.
Điều khiển phản hồi (feedback control) dựa trên nguyên tắc liên tục đo (hoặc quan
sát) giá trị biến được điều khiển và phản hồi thông tin về bộ điều khiển để tính tốn lại giá
trị của biến điều khiển. Do có cấu trúc khép kín, sách lược điều khiển phản hồi có thể đươc
gọi là điều khiển vịng kín (closed-loop control). Trong các sách lược điều khiển, điều
khiển phản hồi đóng vai trị quan trọng hàng đầu. Điều khiển phản hồi được sử dụng gần
như trong tất cả các hệ thống điều khiển tự động.
1.3.3 Điều khiển tỷ lệ:
Điều khiển tỷ lệ là duy trì tỷ lệ giữa hai biến tại một giá trị đặt nhằm gián tiếp điều
khiển một biến thứ ba. Trong rất nhiều ứng dụng điều khiển quá trình, giá trị của một biến
cần điều khiển có quan hệ trực tiếp với tỷ lệ giữa các giá trị biến vào. Có thể coi điều khiển
tỷ lệ là một trường hợp đặc biệt của điều khiển truyền thẳng, trong đó các biến nhiễu được
đo và bù theo nguyên tắc tỷ lệ.
1.3.4 Điều khiển tầng:
Điều khiển tầng là một cấu trúc mở rộng của điều khiển phản hồi vòng đơn, được sử
dụng nhằm khắc phục một số vấn đề trong điều khiển phản hồi, như: ảnh hưởng của nhiễu
quá trình tới biến đầu ra cần điều khiển chậm được phát hiện, khó đảm bảo tốc độ đáp ứng
nhanh cũng như độ quá điều chỉnh nhỏ; thiết bị chấp hành là một khâu trong hệ kín mà tốc
độ can thiệp và độ chính xác của nó ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng của vịng điều khiển.
Điều khiển tầng giúp loại bỏ ảnh hưởng của một số dạng nhiễu và cải thiện rõ rệt đặc tính
động học của hệ thống. Tư tưởng chính của điều khiển tầng là phân cấp điều khiển nhằm
loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu ngay tại nơi nó phát sinh.
1.3.5 Điều khiển suy diễn:
Điều khiển suy diễn là sách lược điều khiển dựa trên một trong hai phương pháp: (1)

Sử dụng một mơ hình tốn học hoặc một mơ hình suy diễn để tính tốn, suy diễn giá trị

13