Nghiên cứu thiết kế điều khiển thụ động cho lò phản ứng hoá học liên tục (CSTR)
KẾT LUẬN
Thiết kế điều khiển thụ động đảm bảo ổn định
chất lượng, nhưng vẫn chưa đảm bảo chất
lượng khi tác động của nhiễu.
Sau khi có bộ điều khiển bù nhiễu chất lượng
đầu ra (CA) đã được cải thiện rõ rệt. Với giải
pháp thiết kế trong nội dung bài báo là thiết
kế thụ động kết hợp với bù nhiễu dùng
Feedforward, tuy nhiên có khả năng thiết kế
thụ động bù trực tiếp nhiễu. Điều này sẽ đặt
vấn đề nghiên cứu tiếp tục.
8 trang |
Chia sẻ: yendt2356 | Lượt xem: 481 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu thiết kế điều khiển thụ động cho lò phản ứng hoá học liên tục (CSTR), để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Phạm Văn Tuynh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN THỤ ĐỘNG CHO LÒ PHẢN ỨNG
HOÁ HỌC LIÊN TỤC (CSTR)
Phạm Văn Tuynh1*, Ngô Văn Hải1, Mai Thị Đoan Thanh2
1Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
2Trường Cao đẳng nghề Đà Nẵng
TÓM TẮT
Lò phản ứng hóa học liên tục CSTR được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp hóa
chất. Các nguyên liệu hoá chất đầu vào có nồng độ CAin được nạp liên tục vào lò và quá
trình phản ứng xảy ra tạo nên thành phẩm đầu ra có nồng độ CA được lấy liên tục do vậy
có năng suất rất cao. Xét về khía cạnh điều khiển, lò phản ứng là đối tượng phi tuyến, xen
kênh, vì vậy việc điều khiển theo luật PID có giới hạn làm giảm chất lượng của dòng sản
phẩm đầu ra và dẫn đến phải chấp nhận giảm năng suất của lò. Để khắc phục nhược điểm
trên, các nhà nghiên cứu ứng dụng thuật điều khiển phi tuyến và thiết kế điều khiển phi
tuyến cho quá trình lò phản ứng. Trong nội dung bài báo này, các tác giả sẽ sử dụng
phương pháp điều khiển phi tuyến thụ động để ứng dụng điều khiển lò phản ứng hóa học
liên tục CSTR.
Từ khóa: CSTR, bộ điều khiển thụ động, cân bằng, hàm dự trữ, phương trình trạng thái.
ĐẶT VẤN ĐỀ*
Trên hình 1 mô hình lò phản ứng ta có: Lưu
lượng môi chất hoá học đầu vào Fin với nhiệt
độ Tin và nồng độ thành phần ban đầu CAin
được đưa vào lò phản ứng. Nhờ động cơ
khuấy trộn hỗn hợp môi chất được đồng nhất
và bắt đầu xảy ra quá trình phản ứng chuyển
đổi tạo ra sản phẩm đầu ra có nồng độ CA.
Phản ứng được biến đổi trong lò sẽ là quá
trình phát nhiệt vì vậy cần phải điều khiển để
giữ nhiệt độ phản ứng T không đổi, điều này
thực hiện bởi hệ thống làm mát gọi là jaket.
Jaket được được cấp lượng nước làm mát có
lưu lượng FC nhiệt độ đầu vào TCin sau khi
làm mát lò nhiệt độ nước làm mát có nhiệt độ
Tj.
Phương trình động học lò phản ứng hoá
học CSTR [1]
Phương trình cân bằng khối lượng:
in
d V
F F
dt
(1)
* Tel: 0982 835493, Email: pvtbkhn@gmail.com
Phương trình cân bằng thành phần:
/E RTA
Ain A A
dC
V F C C Vke C
dt
(2)
Phương trình cân bằng năng lượng (không
tính cân bằng công suất cơ khuấy trộn):
,
(T ) ( )
p p v in in AB AB T c
dT
c V c F T r V H k A T T
dt (3)
T
0( )
E
R
Tk k e
Đối với Jaket ta có:
c,( ) ( ) (4)
j
pc c c pc c c in j T j
dT
c V c F T T k A T T
dt
LT
LC
TT TC
V2
Tj
CA, T
h(V)
V1
Hình 1. Mô hình điều khiển lò phản ứng hóa
học liên tục CSTR
199
Nitro PDF Software
100 Portable Document Lane
Wonderland
Phạm Văn Tuynh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 115(01): 3 - 12
Trong đó:
- Nồng độ thành phần đầu ra CA (kmol/m3)
- Thể tích dung dịch trong lò phản ứng V (m3)
V=h.A, h chiều cao dung dịch (m), A diện
tích mặt dung dịch lò phản ứng (m2) là không
đổi.
- Nhiệt độ lò phản ứng T (K)
- Lưu lượng dòng sản phẩm đầu ra F (m3/s)
- Lưu lượng nước làm mát vào jacket Fc
(m3/s)
- Lưu lượng chất đầu vào
in
F (m3/s)
- Nhiệt độ chất đầu vào
in
T (K )
- Nồng độ thành phần đầu vào CAin (kmol/m3)
- Nhiệt độ nước làm mát
cin
T ( K )
- Nhiệt độ đầu ra jacket
jT ( K )
- Khối lượng riêng (Kgmol/m3) của dung
dịch phản ứng được coi không đổi .
- Khối lượng riêng c (Kg/m
3) của nước làm
mát không đổi.
- Cpc, Cp nhiệt dung riêng của nước làm mát,
và nhiệt dung riêng của dung dịch phản ứng
là không đổi.
- Tốc độ phản ứng k1: T0( )
E
R
Tk k e
k0: hằng số tốc độ phản ứng; E: năng lượng
cho phản ứng (J); R: hằng số chất khí 8.134
J/(kmol.K) (hình 2)
CA k(T)
Hình 2. Đồ thị sự phụ thuộc của AC theo T và
k(T) theo T
Phân tích quá trình
Mô hình CSTR
CAin Fin
Tj
Tin Tcin
CA
h(V)
T
F
FC
Hình 3. Mô hình điều khiển lò phản ứng
Từ các phương trình động học của lò phản
ứng ta đi phân tích và xây dựng mô hình điều
khiển (trên hình 3) như sau:
Ta có biến cần điều khiển h(V) đảm bảo cân
bằng khối lượng có hai khả năng điều khiển
Fin hoặc F chọn F với van điều khiển V1 là cơ
cấu chấp hành.
Mục tiêu điều khiển là nồng độ sản phẩm đầu
ra lò CA, tuy nhiên CA là hàm của nhiệt độ T
CA(T) (xem hình 2). Vì vậy nếu điều khiển
nhiệt độ phản ứng không đổi ta có nồng độ ra
mong muốn. Để điều khiển nhiệt độ phản ứng
ta điều khiển công suất làm mát thông qua lưu
lượng Fc. Vậy ta có biến điều khiển là Fc và
van điều chỉnh V2 là cơ cấu chấp hành.
Cấu trúc điều khiển được trình bày trên hình 1
có 2 mạch vòng: mạch vòng điều khiển mức
h(V) và mạch vòng điều khiển nồng độ (nhiệt
độ).
Các đại lượng nhiễu: nhiễu đầu vào Fin, Tin,
CAin, TCin. Biến Tj là biến tự do không cần
điều khiển.
Mạch vòng đảm bảo cân bằng khối lượng có
tác động xen kênh với mạch vòng đảm bảo
cân bằng thành phần, cân bằng năng lượng.
Do đáp ứng của mạch vòng điều khiển mức
nhanh [1] trong nội dung bài báo chỉ đi thiết
kế mạch vòng điều khiển nồng độ (nhiệt độ),
lúc đó coi h(V) là đại lượng nhiễu.
Phương trình trạng thái của quá trình
nồng độ (nhiệt độ)
Từ phương trình (2) đặt các biến trạng thái x1
là CA; x2
là T; x3 là TC. Biến đổi, ta có phương
trình trạng thái của quá trình (5). Giả thiết van
điều khiển lưu lượng nước làm mát V2 là van
tuyến tính: Fc=kv.u Với hệ số khuếch đại của
van: kv=F/Fmax, u: góc mở van (%).
1 1 1
2 2 1 2 3
c max
3 2 3 3
1
. 2
0( )
( )
( )
Ain x
R T
in x
p p
vT
cin
c c pc c
E
R x
x
F
x C x k x
V
H k AF
x T x k x x x
V C V C
F k uk A
x x x x T
V C V
k k e
y x
(5)
200
Nitro PDF Software
100 Portable Document Lane
Wonderland
Phạm Văn Tuynh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
Nhận xét hệ phương trình (5) là hệ phương
trình phi tuyến thuộc dạng chuẩn afine:
( ) g
( )
x f x x u
y h x
(6)
Để thiết kế mô hình điều khiển dạng afine có
thể sử dụng được nhiều giải pháp thiết kế:
phương pháp cuốn chiếu (Backstepping), điều
khiển phản hồi trạng thái, điều khiển thụ
động, điều khiển logic mờ, nơron
Trong nội dung bài báo sử dụng phương pháp
thiết kế điều khiển phi tuyến thụ động [4], vì
động học quá trình hoá học đều dựa trên các
phương trình cân bằng phù hợp với điều
khiển thụ động.
LÝ THUYẾT THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN
THỤ ĐỘNG
Một hệ được gọi thụ động nếu tồn tại hàm trữ
năng lượng V(x) xác định dương, thoả mãn[3]
( ) TdV x V
f gu y u
dt x
(8)
Thụ động chặt nếu:
( )
( )
TdV x V
f gu y u x
dt x
(9)
Tồn tại hàm trữ năng V(x) xác định dương và
một hàm tiêu tán ( )x .
Điều này được hiểu: năng lượng tích luỹ của
hệ không thể lớn hơn năng lượng từ bên ngoài
cung cấp vào cho hệ.
Áp dụng định lý KYP (Kalman Yakubovich
Popov): Một hệ thống (6) với các vector
, ,f g hnếu tồn tại một hàm liên tục dương
:V R với V(0)=0 sao cho:
( ) 0
;
( ) ( )
f
g
L V x
L V x h x
x (10)
Trong đó ( ) /L V x V x x là đạo hàm
Lie.
Theo Byrnes [4] Một hệ thống mà trong đó có
các vector , ,f g h thỏa mãn tính chất KYP thì
hệ đó là hệ thụ động với hàm dự trữ V và
ngược lại một hệ thụ động với hàm dự trữ V
sẽ có các tính chất KYP.
Hệ thống mô tả bởi bất đẳng thức (9) được
gọi là thụ động với hàm dự trữ V nếu tồn tại
một luật phản hồi (affine) có dạng:
; ;u x x v x R x R (11)
Trong đó x là một hàm vô hướng khác
không, như vậy hệ thống vòng kín (6) trở nên
thụ động với hàm điều khiểnv .
Chúng ta phân tích vector ( )f x với hàm dự
trữ V thành 3 thành phần:
( ) ( ) ( ) (x)d nd If x f x f x f (12)
0; 0fd fIL V x L V x x
fndL V x là hàm không xác định hoặc âm
Trong đó:
( )df x là thành phần tiêu tán.
( )ndf x là thành phần không tiêu tán.
(x)If là thành phần bất biến.
Xét hệ thống (6) với hàm dự trữ V:
0;gL V x x
(13)
Đối với bất kì hàm điều khiển u nhất định
và bất kì trạng thái
0
x ban đầu, khi đó:
( ) g( ) ( ) ( )
f g
V V
V f x x u L V x L V x u
x x
(14)
Giải kết hợp (12), (14) và biến đổi ta có:
( ) ( ) ( )
nd
fd f g
V L V x L V x L V x u
(15)
Viết lại phương trình (15) ta có:
( )
( ) ( )
( )
ndf
fd g
g
L V x
V L V x L V x u
L V x
(16)
Khi đó ta có hàm điều khiển phản hồi trạng
thái u có dạng:
2( )( ) ( )
( ) ( ) ( )
ndf
g g g
L V xh x h x
u v
L V x L V x L V x
(17)
Trong đó hằng số dương tùy ý
Thay thế hàm điều khiển u (17) vào (16), ta
có: 2 2( )fdV L V h x v h yv y yv (18)
Như vậy khi điều khiển thụ động với tín hiệu
điều khiển u thì V yv khi đó hệ sẽ là thụ
động chặt với hàm điều khiển v .
Xét hệ thống (6) gọi là thụ động chặt đầu ra
với hàm dự trữ V, bằng một hàm phản hồi
trạng thái u theo công thức (17) khi và chỉ
khi thoả mãn (13).
Thay hàm điều khiển u vào hệ phi tuyến (6)
201
Nitro PDF Software
100 Portable Document Lane
Wonderland
Phạm Văn Tuynh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 115(01): 3 - 12
4
Ta có:
2
( )
( ) ( ) ( ) ( )
( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
ndf
d I nd
g
g g
L V x
x f x f x f x g x
L V x
h x h x
g x g x v
L V x L V x
f x g x v
(19)
Với:
2
( )
( ) ( )
( )
( ) ( ) ( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
nd
g
d I nd
f
g g
h x
g x g x
L V x
f x f x f x f x
L V x h x
g x g x
L V x L V x
(20)
Kiểm tra các tính chất KYP của hệ kín mới ta
có:
2
2
( )
( ) ( ) ( )
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( ) 0
nd
nd
d
gg
g
fd ff
f
g g
g g
f
h x
L V x L V x h x
L V x
L V x L V x L V x
L V x h x
L V x L V x
L V x L V x
L V x h x
(21)
Hệ thống (6) là hệ thụ động chặt đầu vào với
hàm dự trữ V bằng một hàm phản hồi trạng
thái phi tuyến khi và chỉ khi thoả mãn (13).
Giải kết hợp các phương trình trên, hàm điều
khiển u là:
( )
( )
ndf
g g g
L V x h v
u v
L V x L V L V
(22)
Trong đó là một hằng số dương.
ÁP DỤNG THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO
LÒ PHẢN ỨNG CSTR
Chuyển hệ phương trình trạng thái về dạng
(6), ta được:
2
1 1
2 1 2 3
max
3
2 3
1
.
( ) 0
0
( ) 0
( )
0
0
Ain x
R T
in x
p p
c v
cin
T
c
c c pc
E
R x
x
F
C x k x
V
H k AF
x T x k x x x x u
V C V C
F k u
x Tk A
Vx x
V C
x
y
k k e
(23)
Chọn hàm dự trữ :
2 2 2
1 2 3
1
( )
2
V x x x x (24)
1
( )
( ) g( )
dV x V V V
f gu f x x u x u
dt x x x
(25)
Vậy hệ (23) là hệ thụ động.
Đạo hàm LgV:
3 max
3( )
c v
g cin
c
x F k u
L V x T
V
(26)
Phân tích hàm:
( ) ( ) ( ) ( )d nd If x f x f x f x
Vì hệ không có thành phần bất biến fI(x)=0
Thành phần tiêu tán:
1 1 2
2 3
( )
x
d
T T
p c c pc
F F
x k x x
V V
f x
k A k A
x x
V C V C
Thành phần không tiêu tán: (27)
1
3 2
( )
in R
Ain x
p
nd
T T
p c c pc
FT HF
C k x
V V C
f x
k A k A
x x
V C V C
- Hàm phản hồi chuyển đổi hệ trạng thái cũ
sang trạng thái mới là:
2
1 1 1 2
1 2 2 3
3 max 3
2 3
( )
in
Ain
c R T
x
c v cin p p
T
c c pc
FTF
x v x C x x
V V
V H k A
u k x x x x
x F k x T C V C
k A
x x
V C
(28)
- Thay u vào hệ trạng thái (23) ta có hệ trạng
thái mới:
1 1 1
2
1 1 1
3 3 3
2 1 2
3 2 3
3 3
2 2
2 2 1 2 3
( )
Ain x
Ain
inT R
x
c c pc p
T T
p c c pc
R T
in x
p p
F
x C x k x
V
x x xF
v C
x x V x
FTk A x H x x
x x x k
V C V x C x
k A k A
x x
V C V C
H k AF
x T x k x x x
V C V C
(29)
Khi đó ta có:
Nitro PDF Software
100 Portable Document Lane
Wonderland
Phạm Văn Tuynh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
5
- Phân tích hệ trạng thái vòng kín theo dạng
( ) ( )x K x x L x x Mv (30)
Trong đó:
3
23
23
3
0 0
( ) 0 0 ( )
( ) 0
Ain
Ain
CF
V x
K x J x
FC
J x
Vx
(31)
2
1
2
3
1
3
;
( ( )) 0 0
0 ( ) 0
0 0
( )
L(
0 0
)
T
p
T
c c pc
T
k x
k A
V C
k A x
V C x
M x
F
V
F
V
x
x
x
Với: 123
3 3
( )
( ) inT R
p p
FTk A H k x x
J x
V C Vx C x
Khi đó ta có:
2 2 2
1 1 2
2 2
3 1 1
2
( ) Tx
p
T
c c pc
k AF F
V x k x x x
V V V C
k A
x x v x
V C
yv y yv
Vậy hệ phương trình thụ động (23) là thụ
động và điều khiển được.
Hình 4. Sơ đồ cấu trúc điều khiển
- Xác định hàm tích lũy sai lệch Vd với giá trị
đặt x .
Xét hàm:
2 2 2
1 1 2 2 3 3
1
( , ) ( ) ( ) ( )
2
d d d d d
V x x x x x x x x
(32)
Với
d
x là vector trạng thái phụ, khi đó
( , ) ( ) ( ) ( )
T
d d d d
V x x x x L x x K x x M x v x
(33)
- Xác định hệ trạng thái mới theo trạng thái
phụ xd.
( ) ( ) ( )( ) ( )d d d di dx L x x K x x L x x x M x v
(34)
3
1 1 1 1 1
3
2
1
1 23 22
33
3
1
3 3 3
3
2 2 23 2 2 2
( ) ( )
( )
( )
( ) ( )
d
d Ain d d
AinT
d d
c c pc
d
d
T
d d d d
p
xF F
x C k x x L x x
V x V
FCk A x
x J x x
V C Vxx
x
x
L x x v
x
k AF
x x J x x L x x
V V C
(35)
- Xác định hàm điều khiển v theo điều kiện
cân bằng và hệ trạng thái phụ z.
1 23 2
3
3
2
1 1
3 3 3 32
3
( ) z
( )
Ain
T
c c pc
FC
z J x
Vxx
v
x k A x
x L x x
V C x
(36)
Với
3
x là giá trị đặt
1
1 1
2
2
1 1 1
3 3
2 2 2
23
( ) 0
0
( )
( )
( )
T
p
Ain
F
k x x
Vz z
zk AF
z
V V C
FC
L x z
Vx x
L x z
J x
(37)
Vậy hàm điều khiển phản hồi thụ động của hệ
thống:
1 23 1
3
3
2
1 1
3 3 3 32
3
( ) z
( )
Ain
T
c c pc
FC
z J x
Vxx
v
x k A x
x L x x
V C x
(38)
Nitro PDF Software
100 Portable Document Lane
Wonderland
Phạm Văn Tuynh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 115(01): 3 - 12
6
MÔ PHỎNG, XÉT HỆ CÓ THAM SỐ [4]
Bảng 1. Thông số lò phản ứng CSTR
Ký hiệu Giá trị Đơn vị
V 7,08 (m3)
19,2 Kgmol/m3
E 11,82.103 KJ/(kg.mol)
CAin 2,88 kgmol/m3
F 0,0075 m3/s
k0 0.0744 m3/(kg.mol.s)
Tin 339 K
R
H -9.86.10
4 KJ/(kg.mol)
Cp 181,15 KJ/(kg.mol.K)
A 5,4 m2
Vc 0,054 m3
c
55.56 Kg.mol/m
3
Cpc 75.312 KJ/(kg.mol.K)
Fcmax 0.02 m3/s
Tcin 300 K
Thay số liệu bảng 1 vào (5) ta có mô hình
trạng thái của CSTR:
3
1 1 1
3
2 2 1
4
2 3
3 2 3 3
1
1,06.10 2.88
1,06.10 (66 ) ( 28,35)
7,79.10
0,085 3,7( 27)
x
x
x x k x
x x k x
x x
x x x x
y x
(39)
Tính toán bộ điều khiển thụ động
Thay số liệu bảng 1 vào (28) ta có tín hiệu
phản hồi thụ động:
2 3
1 1 1
2 1 2
3 3
4
2 3 2 3
3,05.10
0, 27
0,07 ( 28,35)
( 27)
7,78.10 0,085
x
x v x x
u x k x x
x x
x x x x
(40)
Thay số liệu bảng 1 vào (38) ta có hàm điều
khiển:
3
1 23 2
33
2
1 1
3 3 32
3
3,05.10
( ) z
0,085 0,001( )
z J x
xx
v
x x
x x x
x
(41)
Thay số liệu bảng 1 vào (37) ta có hàm tính
quỹ đạo sai lệch:
3
1 1 1
3
2
2
3
1 1
33
2 2
23
1,06.10 ( ) 0
0 1,84.10
3,05.10
0,01( )
0,01( )
( )
z k x x z
z
z
x z
xx
x z
J x
(42)
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Hình 5. Cấu trúc mô phỏng trên simulink
Hình 6. Đáp ứng nhiệt độ lò phản ứng
Hình 7. Đáp ứng nhiệt độ Jacket
Hình 8. Đáp ứng nồng độ CA
Nhận xét: Dựa vào kết quả mô phỏng hình 5
và hình 6, ta thấy tín hiệu ra của hệ thống bám
sát tín hiệu đặt trong sai số cho phép. Từ hình
7 ta thấy bộ điều khiển điều khiển bám sát giá
trị đặt với những giá trị đặt khác nhau nên có
thể xem là bộ điều khiển thụ động đã thiết kế
đạt được yêu cầu đề ra.
Phân tích kết quả
Từ hình 6 ta thấy nhiệt độ đặt là
105
o
C (378K) bộ điều khiển thụ động đã
điều khiển nhiệt độ đáp ứng từ 130
o
C (403K)
về 378K trong thời gian ngắn (4000s) với độ
chính xác cao, tức là giá trị ra của hệ thống
nhanh chóng tiến về giá trị đặt. Từ hình 8 ta
thấy nồng độ đáp ứng giá trị mong muốn
(theo T) sau khoảng 3000s.
KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỄU
Như trên phân tích ở trên ta có các nhiễu tác
động, trong nội dung chỉ khảo sát ảnh hưởng
của 2 nhiễu chính: CAin, Tin.
Mô hình trạng thái của lò phản ứng hóa học
CSTR khi cân bằng:
Nitro PDF Software
100 Portable Document Lane
Wonderland
Phạm Văn Tuynh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ
7
0 10 100
0 20 10 20 300
max
20 30 30 0
0
( ) 0
( ) 0 (43)
Ain x
R
in x
p p
c v
cin
c c pc c
F
C x k x
V
HF UA
T x k x x x
V C V C
F kUA
x x x T u
V C V
Nhiễu CAin
Khi có nhiễu
0 10
:
Ain Ain Ain Ain
C C C x C
Để bù nhiễu tức là giữ CAin không đổi
(x1=x10=const)
10
max
2 3 3 0
max
3 3
2 2 3
(44)
( ) 0
0
Ain x
c v
c c pc c
c v
cin
c
R
Ain
p p
F
C k x
V
F kUA
x x x u
V C V
F k
x x T u
V
H F UA
x C x x
C V V C
Giải phương trình trên ta được:
3 3
2
max
3 0
1
( )
1
bu
cin
p R
Ain
c v c pc p
u
x x T
V C HF F
x C
F k C V C V
x u
Nhiễu Tin
Gọi tín hiệu nhiễu là inT khi đó
0in in inT T T dẫn đến 3 30 3x x x ,
0u u u và mục tiêu bù nhiễu là CA
không đổi nên T cũng không đổi. Giải tương
tự trên ta có:
3 0
max 3 3
1
( )
p
bu in
c v c pc cin
F C
u T x u
F k C x x T
(45)
Kết quả mô phỏng khi có nhiễu CAin và TAin.
Nhiễu CAin: từ 2.88 xuống 2.8.
Hình 10. Đáp ứng nồng độ khi có nhiễu CAin
Đáp ứng nồng độ khi có nhiễu Tin từ 660C lên
700C
Hình 11. Đáp ứng nồng độ Ca khi có
nhiễu Tin
KẾT LUẬN
Thiết kế điều khiển thụ động đảm bảo ổn định
chất lượng, nhưng vẫn chưa đảm bảo chất
lượng khi tác động của nhiễu.
Sau khi có bộ điều khiển bù nhiễu chất lượng
đầu ra (CA) đã được cải thiện rõ rệt. Với giải
pháp thiết kế trong nội dung bài báo là thiết
kế thụ động kết hợp với bù nhiễu dùng
Feedforward, tuy nhiên có khả năng thiết kế
thụ động bù trực tiếp nhiễu. Điều này sẽ đặt
vấn đề nghiên cứu tiếp tục.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Brian Roffel, Ben Betlem, (2006), Process
Dynamics and Control, John Wiley & Sons,
Ltd.
[2] Mai Thị Đoan Thanh, Đoàn Quang Vinh,
(2015), “Xây dựng mô hình điều khiển cho lò
phản ứng liên tục CSTR (Continous Stirred
Tank Reactor)”, Tạp chí Khoa học và Công
nghệ, Đại học Đà Nẵng, Số 01(86)-2015,
trang 73 – 77.
[3] Jie Bao and Peter L.Lee, (2007), Process
Control - The Passive System Approach.
Springer.
[4] H. Sira-Ram rez and M. I. Angulo-Nunez,
(1997), “Passivity-based control of nonlinear
chemical processes”, Int.J.ConTrol, Vol. 68,
No. 5, pp. 971 – 996.
Nitro PDF Software
100 Portable Document Lane
Wonderland
Phạm Văn Tuynh và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 115(01): 3 - 12
8
SUMMARY
RESEARCH TO DESIGN THE CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR
(CSTR) USING THE PASSIVE BASE CONTROL PRINCIPLE
Pham Van Tuynh1*, Ngo Van Hai1, Mai Thi Doan Thanh2
1Hanoi University of Science and Technology
2Danang Vocational Training College
The Continuous Stirred Tank Reactor CSTR is widely used in the chemical industry. The
CAin - concentration - input chemical materials are continually loaded into the tank and
this reaction process occurs making the output product have concentration CA, which is
continually taken so this process is highly productive. In aspects of control, the CSTR is
nonlinear and coupling so the limited PID controller makes the quality of output products
worsen, leading to accept the reduction of productivity of tank. To overcome this
disadvantage, the researchers applied the nonlinear control law and designed a nonlinear
control for the reactor process. In this paper, the authors will use the Nonlinear Passive
Base Control method to control the Continuous Stirred Tank Reactor CSTR.
Keywords: CSTR, pasive base control, mass balance, storage function, state equation.
Ngày nhận bài:.; Ngày phản biện:; Ngày duyệt đăng:..
Phản biện khoa học:
* Tel: 0982 835493, Email: pvtbkhn@gmail.com
Nitro PDF Software
100 Portable Document Lane
Wonderland
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- brief_51705_55556_204201610442file31_7246_2046730.pdf