Tự Động Hóa Các Công Trình Cấp và Thoát Nước - Phạm Thị Giới Phần 3

Tác giả : Nguyễn Minh | 25 - 06 - 2025 | 8:12 PM | 17 Lượt xem

Phần 3: Cơ sở lý thuyết điều chỉnh và phân tích hệ thống

Phần này đi sâu vào các khía cạnh toán học và động học, cung cấp công cụ để phân tích, thiết kế và đánh giá một hệ thống điều khiển.

3.1. Các quy luật điều khiển (Luật điều chỉnh)

Quy luật điều khiển là phương thức, là thuật toán mà thiết bị điều khiển sử dụng để tạo ra tín hiệu điều khiển từ tín hiệu sai lệch.

P (Tỷ lệ): Tác động điều khiển tỷ lệ thuận với sai lệch. Nó phản ứng nhanh nhưng thường để lại sai lệch ở trạng thái ổn định (sai lệch dư).
I (Tích phân): Tác động này sẽ tiếp tục tăng hoặc giảm chừng nào vẫn còn sai lệch, do đó nó có khả năng triệt tiêu hoàn toàn sai lệch dư. Tuy nhiên, nó có tác động chậm và có thể làm giảm độ ổn định của hệ thống.
PI (Tỷ lệ - Tích phân): Đây là quy luật được sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp, vì nó kết hợp được khả năng đáp ứng nhanh của khâu P và khả năng khử sai lệch dư của khâu I.
PD (Tỷ lệ - Vi phân): Thành phần vi phân giúp "tiên đoán" xu hướng thay đổi của sai lệch, tạo ra một tác động sớm để chống lại sự thay đổi đó. Điều này giúp hệ thống đáp ứng nhanh hơn và ổn định hơn.
PID (Tỷ lệ - Vi tích phân): Là quy luật hoàn hảo nhất, kết hợp ưu điểm của cả ba thành phần, cho phép hệ thống vừa đáp ứng nhanh, vừa ổn định, vừa không có sai lệch dư. Tuy nhiên, thiết bị thực hiện quy luật này thường đắt tiền và đòi hỏi người vận hành có trình độ cao.

3.2. Các khâu động học điển hình và hàm truyền đạt

Để phân tích toán học, một hệ thống ĐKTĐ được chia thành các khâu động học cơ bản mắc nối tiếp, song song hoặc có liên hệ ngược. Mỗi khâu được đặc trưng bởi một hàm truyền đạt trong miền toán tử.

Khâu tỉ lệ (Không quán tính): Đặc trưng bởi một hệ số khuếch đại.
Khâu quán tính bậc nhất: Đặc trưng cho các quá trình có độ ì, cần thời gian để đạt đến giá trị mới, ví dụ như quá trình nạp/xả một bể chứa.
Khâu dao động: Được mô tả bằng phương trình vi phân bậc hai, đặc trưng cho các hệ thống có dao động tắt dần.
Khâu trễ: Đặc trưng cho sự trễ trong truyền tải, ví dụ như thời gian dòng chảy trong một đường ống dài.

3.3. Phân tích độ ổn định và chất lượng hệ thống

Độ ổn định: Là tính chất của hệ thống có thể trở về trạng thái xác lập ban đầu sau khi có tác động từ bên ngoài. Một hệ thống được gọi là ổn định nếu nghiệm của phương trình đặc tính của nó có phần thực là âm.

Tiêu chuẩn Hurwitz: Là một phương pháp đại số, xét dấu của các hệ số và các định thức con của phương trình đặc tính để kết luận về tính ổn định.

Tiêu chuẩn Nyquist: Là một phương pháp đồ thị, xét đặc tính biên độ-pha-tần số (BPT) của hệ thống hở. Hệ thống kín sẽ ổn định nếu đồ thị BPT của hệ hở không bao quanh điểm có tọa độ (-1, j0) trên mặt phẳng phức.

Chất lượng của quá trình quá độ: Sau khi đã ổn định, chất lượng của hệ thống được đánh giá qua các chỉ tiêu sau:

Thời gian điều chỉnh: Là khoảng thời gian kể từ lúc bắt đầu quá trình quá độ đến khi đường cong tín hiệu ra đi vào một dải cho phép quanh giá trị xác lập.

Độ quá điều chỉnh: Là tỷ lệ phần trăm của độ vọt lố lớn nhất của tín hiệu ra so với giá trị xác lập.

Độ dao động: Là tỷ số giữa hai đỉnh dao động kế tiếp, cho biết mức độ tắt dần của dao động.

Sai lệch ở trạng thái xác lập: Là sai số còn lại khi quá trình quá độ đã kết thúc.

Mục lục :

Phần 1: Tổng quan và các khái niệm nền tảng về Tự động hóa

Phần 2: Các thành phần cơ bản trong hệ thống điều khiển tự động

Phần 3: Cơ sở lý thuyết điều chỉnh và phân tích hệ thống

Phần 4: Ngôn ngữ thiết kế và ứng dụng thực tiễn trong ngành Cấp thoát nước

Tải tài liệu đầy đủ TẠI ĐÂY

Tag: ,