Bài giảng điều khiển quá trình 10

Nhận dạng vòng kín Gần đây, nhận dạng trong vòng kín hay gọi tắt là nhận dạng vòng kín (Closed loop indentification) thu hút sự quan tâm của nhiều nhà thiết kế công nghiệp.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng điều khiển quá trình 10 ˆ Puy ( ) ˆ G ( )  (4.25) ˆ P ( ) uu Về lý thuyết phương pháp này mang lại một số ưu điểm. Thứ nhất tín hiệu vào có thể chọn mộtcách tương đ ối tự do, ví dụ có thể sử dụng tín hiệu xung vuông, xung tam giác, tín hiệu giả ngẫu nhiênthay vì chỉ hạn chế tín hiệu hình sin. Cuối cùng số liệu có thể lấy từ một hệ thống đang vận hành chứkhông bắt buộc phải thông qua kích thích chủ động. Tuy nhiên chất lượng mô hình thu được phụ thuộc rấtnhiều vào d ạng tín hiệu sử dụng, chu kỳ trích mẫu tín hiệu cũng như thời gian quan sát tín hiệu.4.4. Nhận dạng vòng kín Gần đây, nhận dạng trong vòng kín hay gọi tắt là nhận dạng vòng kín (Closed loopindentification) thu hút sự quan tâm của nhiều nhà thiết kế công nghiệp. Mục đích của nhận dạng vòngkín là d ựng một mô hình phục vụ tính toán các tham số cho bộ điều khiển không chỉ để mô phỏng hay cácmục đích khác. Thực tế là, hầu hết các bộ điều khiển quá trình đ ược chỉnh định tại chỗ và trực tuyến chứkhông phải thiết kế trước lúc vận hành. Hơn nữa nhiều hệ thống đ ã làm việc lâu d ài cần tính toán hiệuchỉnh để nâng cao độ chính xác nâng cao chất lượng và hiệu quả công tác, nhưng không cho phép làmgián đo ạn sản xuất. Một trong những ưu điểm rất quan trọng của nhận d ạng vòng kín là hệ thống đã được duy trìphạm vi làm việc cho phép. Ngay cả khi sử dụng tín hiệu kích thích chủ động. Như vậy, một phươngpháp nhận dạng mô hình tuyến tính sẽ cho một mô hình quá trình thích hợp cho phạm vi làm việc mongmuốn. Ảnh hưởng của quá trình nhận dạng như vậy cũng đ ược bớt. Trong hầu hết các trường hợp, ta thayđổi tín hiệu kích thích để hệ thống theo mong muốn. Nhận dạng vòng kín có nhận dạng trực tiếp và nhận dạng gián tiếp. Các phương pháp trực tiếpthông thường thu đ ược biến đ iều khiển và biến ra để ước lượng trực tiếp mô hình quá trình. phương phápnày có 2 ưu điểm: Không yêu cầu thông tin chính xác về bộ điều khiển. - kết quả chính xác nếu xác định phương pháp phù hợp. - Hai vấn đề cơ bản của phương pháp trực tiếp là: Sự tương quan giữa nhiễu đo và biến điều khiển. - quan hệ tuyến tính giữa biến ra và biến điều khiển. - Vấn đề thứ nhất có thể làm mất đi tính nhất quán của phương pháp nhận dạng, vấn đề thứ hai liênquan đ ến điều kiện kích thích của bài toán. Ví d ụ trong phương pháp b ình phương tối thiểu áp dụng môhình ARX, ta có ma trận hồi quy:   y (m  1)   y (m  na) u (m  d )  u (m  d  nb)           y (t  1)   y (t  na) u (t  d )  u (t  d  nb)    http://www.ebook.edu.vn 97nếu như bộ điều khiển phản hồi thực hiện luật tuyến tính bậc thấp, rất có khả năng là một cột chứa d ãy giátrị của u sẽ phụ thuộc tuyến tính vào mộ t số cột khác và điều kiện kích thích không còn đ ược đảm bảo. Các phương pháp nhận dạng gián tiếp trước hết sử dụng thông tin thu thập được về giá trị biến chủđạo và biến đầu ra đ ể ước lượng mô hình cho hệ kín. sau đó mô hình quá trình đ ược dẫn suất trên cơ sởmô hình hệ kín và thông tin về hệ điều kiển phản hồi. Giá trị biến điều khiển không được sử dụng vì thếhai vấn đề xuất hiện trong nhận dạng trực tiếp không xuất hiện ở đây.4.4.1. Nhận dạng trong vòng phản hồi rơle* Phương pháp nguyên bản Một trong những phương pháp nổi tiếng nhất và thực dụng trong lĩnh vực điều khiển quá trình lànhận dạng vòng kín sử dụng khâu hai vị trí hay c òn gọi là phương pháp phản hồi rơle - Đây là phươngpháp trực tiếp. Phương pháp này đưa ra k ỹ thuật ước lượng hệ số khuyếch đại tới hạn ku và chu kỳ daođộng tới hạn Tu phục vụ việc tự động chỉnh định các tham số bộ điều chỉnh PID. Hình 4.26: Minh hoạ hệ số khuyếch đại và đ ặc tính tần số Hệ số khuyếch đại tới hạn của quá trình là giá trị khuyếch đại mà một bộ điều khiển P đưa vòngkín tới trạng thái dao động xác lập. Đặc tính dao động tới hạn được minh hoạ trên đ ặc tính tần số nhưhình 4.26. Gọi đặc tính tần số của quá trình là G(j) và giả sử đường đồ thị đặc tính pha của nó lần đầutiên cắt đ ường -1800 tại một tần số u từ trên xu ống. nếu sử dụng bộ điều khiển P với hệ số khuyếch đạikC không ảnh hưởng tới đặc tính pha của hệ hở. Nhưng có tác dụng tịnh tiến đường đặc tính biên đ ộk C G ( j ) lên trên hoặc xuống dưới và qua đó làm thay đổi tính chất ổn định của hệ thống. Trong hầu hếttrường hợp, khi kC làm cho đường đặc tính biên độ của hệ hở cắt đường -1 tại tần số u thì hệ kín sẽ nằmở b iên giới ổn định hay nói cách khác là dao động điều hoà. Hệ số khuyếch đại này được gọi là hệ số http://www.ebook.edu.vn 98khuyếch đại tới hạn, ký hiệu là ku. Tần số u trở thành tần số dao động tới hạn và Tu = 2 /u là chu k ỳdao động tới hạn. Hình 4.27 : Cấu trúc hệ thống phản hồi rơle Hiện tượng dao động tới hạn của hệ thống phản hồi rơle có thể đ ược phân tích một cách chặt chẽtrên cơ sở lý thuyết điều khiển phi tuyến. song ở đây ta cũng có thể giả thích một cách trực quan. Với tínhiệu chủ đạo triệt tiêu và tác dụng của khâu hai vị trí, tín hiệu vào u sẽ có dạng xung vuông với tần số uvà biên độ d.4.4.2. Nhân dạng trong vòng điều khiển P/PI Phương pháp nhận dạng vòn ...