NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHÂN LY DÙNG CHO CÁC HỆ THỐNG ĐA BIẾN
KỸ THUẬT CƠ KHÍ
Luận án tập trung nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển phân ly dùng cho các hệ thống đa biến, xuất phát từ nhu cầu cấp thiết về làm chủ công nghệ điều khiển tại Việt Nam, đặc biệt trong các nhà máy sản xuất. Mặc dù các kỹ thuật điều khiển nâng cao như điều khiển dự báo, điều khiển thông minh được quan tâm, nghiên cứu này vẫn chú trọng tận dụng các kỹ thuật điều khiển cổ điển thông qua việc phân tách hệ đa biến thành các vòng hồi tiếp đơn biến để đảm bảo sự đơn giản và hiệu quả.
Mục tiêu chính là đề xuất một phương pháp thiết kế bộ điều khiển phân ly đơn giản hóa tổng quát và nhỏ gọn, dựa trên việc xác định quy luật phân ly các biến điều khiển thông qua tỷ lệ đặc tính vòng hở và dãy độ lợi tương quan động. Luận án cũng đề xuất phương pháp đơn giản hóa mô hình và thiết kế bộ điều khiển PI/PID dựa trên cấu trúc mô hình nội (IMC) cho các quá trình phổ biến như hệ bậc 1 và bậc 2 có trễ.
Những đóng góp chính bao gồm việc xây dựng phương pháp chung làm nền tảng để điều khiển hệ thống đa biến phức tạp, giải quyết các nhiệm vụ điều khiển ổn định, bám ổn định và kháng nhiễu. Luận án đề xuất phương pháp thiết kế mở rộng hệ điều khiển phân ly đơn giản hóa, bao gồm quy luật điều khiển, điều chỉnh, so sánh và đánh giá khả năng thực thi của toàn hệ thống. Đồng thời, các mô hình thực nghiệm như hệ bồn nước (2x2) và tháp chưng cất hỗn hợp Ethanol và nước (3x3) đã được chế tạo để kiểm chứng các phương pháp đề xuất. Các chương trình mô phỏng trên Matlab và điều khiển thời gian thực cũng được phát triển, chứng minh sự khả thi và hiệu quả của phương pháp. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp đề xuất đạt hiệu suất tốt hơn hẳn các phương pháp nổi tiếng khác về khả năng bám sát giá trị đặt và kháng nhiễu.
1.1. Đặt vấn đề
1.2. Mục tiêu của luận án
1.3. Phạm vi và giới hạn nghiên cứu
1.4. Phương pháp nghiên cứu
1.5. Điểm mới về mặt học thuật của luận án
1.6. Những đóng góp của luận án
2.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu các kỹ thuật phân ly
2.2. Phân tích và so sánh các phương pháp thiết kế bộ điều khiển PI/PID đa biến dùng cho hệ thống phân ly
2.2.1. Phương pháp Ziegler-Nichols (Z - N)
2.2.2. Phương pháp điều chỉnh BLT (BLT)
2.2.3. Phương pháp SAT
2.3. Điều khiển phân ly quá trình đa biến
2.3.1. Phân ly lý tưởng
2.3.2. Phân ly đơn giản hóa
2.3.3. Phân ly nghịch
3.1. Hệ phân ly đa biến tổng quát
3.1.1. Thiết kế bộ phân ly đơn giản hóa cho quá trình đa biến 2x2
3.1.2. Thiết kế bộ phân ly đơn giản hóa cho quá trình đa biến 3x3
3.2. Kỹ thuật hiện thực hóa hoạt động của bộ phân ly đơn giản hóa
3.2.1 Hiện thực hóa
3.2.2. Phương pháp đồng nhất hệ số
3.2.3. Áp dụng phương pháp đồng nhất hệ số
3.3. Thiết kế bộ điều khiển PI/PID cho hệ thống phân ly đơn giản hóa
3.3.1. Giới thiệu
3.3.2. Phương án đề xuất
3.3.2.1. Thiết kế bộ điều khiển IMC-PI
3.3.2.2. Thiết kế bộ điều khiển IMC-PID
3.4. Đo lường, đánh giá chất lượng của các hệ thống phân ly đơn giản hóa
3.4.1. Tiêu chuẩn IAE (Integral Absolute Error)
3.4.2. Tiêu chuẩn TV (Total Variation)
3.4.3. Tiêu chuẩn độ vọt lố (Overshoot)
4.1. Các mô hình của hệ thống đa biến tiêu chuẩn dùng để mô phỏng
4.2. Mô phỏng, so sánh phương pháp đề xuất với các phương pháp khác
4.2.1. Điều khiển cột chưng cất Wood & Berry (WB)
4.2.2. Điều khiển cột chưng cất Vinante & Luyben (VL)
4.2.3. Điều khiển cột chưng cất Ogunnaike & Ray (OR)
5.1. Mô hình hóa hệ thống
5.2. Ứng dụng điều khiển hệ bồn nước (hệ 2x2)
5.2.1. Giới thiệu chung
5.2.2. Mô hình hóa hệ bồn nước đôi
5.2.3. Tính toán bộ phân ly và các thông số bộ điều khiển
5.2.4. Thực thi bộ điều khiển trên mô hình thật
5.2.5. Nhận xét
5.3. Ứng dụng điều khiển tháp chưng cất ethanol và nước (hệ 3x3)
5.3.1. Thiết kế - chế tạo mô hình thực nghiệm
5.3.2. Lưu đồ thiết bị (P&ID) của tháp chưngcất
5.3.3. Sơ đồ khối bộ điều khiển của hệ thống
5.3.5. Kết quả điều khiển
5.3.6. Nhận xét
6.1. KẾT LUẬT
6.2. KIẾN NGHỊ