Tài liệu Luận án tiến sĩ nghiên cứu phát triển lý thuyết hệ điều khiển nhiều tầng trong điều khiển quá trình nhiệt trên cơ sở chỉ số dao động mềm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Thu Diệp Vũ Thu Diệp NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LÝ THUYẾT HỆ ĐIỀU KHIỂN NHIỀU NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN LÝ THUYẾT HỆ ĐIỀU KHIỂN NHIỀU TẦNG TRONG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHIỆT TRÊN CƠ SỞ CHỈ SỐ TẦNG TRONG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHIỆT TRÊN CƠ SỞ CHỈ DAO ĐỘNG MỀM SỐ DAO ĐỘNG MỀM Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 62520115 Mã số: 62520115 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH. Nguyễn Văn Mạnh NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH. Nguyễn Văn Mạnh Hà Nội – 2016 Hà Nội – 2016 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đối tƣợng (quá trình) nhiệt tồn tại phổ biến trong các hệ thống Ďiều khiển công nghiệp. Đặc Ďiểm của lớp Ďối tƣợng này là thƣờng có quán tính lớn, có trễ vận tải và thƣờng xuyên thay Ďổi bất thƣờng theo phụ tải. Ngoài ra trong quá trình Ďiều khiển thƣờng xuất hiện các loại nhiễu ảnh hƣởng khá mạnh Ďến thông số công nghệ Ďầu ra. Lò hơi trong nhà máy nhiệt Ďiện là một loại Ďối tƣợng nhiệt Ďiển hình trong Ďó có nhiều hệ thống Ďiều khiển nhƣ Ďiều khiển nhiệt Ďộ, Ďiều khiển mức nƣớc, Ďiều khiển áp suất. Các quá trình nhiệt trong lò hơi là những quá trình rất phức tạp, chịu ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố khác nhau. Ví dụ khi thay Ďổi công suất lò hơi bằng cách thay Ďổi lƣu lƣợng nhiên liệu cấp vào buồng Ďốt, sẽ Ďồng thời kéo theo sự thay Ďổi của nhiệt Ďộ hơi ra và áp suất trong buồng Ďốt. Tác Ďộng Ďiều khiển lƣu lƣợng không khí cấp vào buồng Ďốt sẽ làm thay Ďổi trực tiếp áp suất trong buồng Ďốt. Một số hệ thống Ďiều khiển chính của lò hơi là hệ thống Ďiều khiển mức nƣớc trong bao hơi, hệ thống Ďiều khiển nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt, hệ thống Ďiều khiển Ďộ kinh tế quá trình cháy. Với các hệ thống này luôn cần phải có cơ cấu chấp hành Ďó là các van Ďiều khiển. Trong quá trình hoạt Ďộng, có nhiều nguồn nhiễu ảnh hƣởng Ďến van và do Ďặc tính của chính bản thân van là phi tuyến và bất Ďịnh. Do vậy giải pháp sử dụng cấu trúc Ďiều khiển tầng là phù hợp Ďối với các hệ thống Ďiều khiển trên bởi vì ƣu Ďiểm nổi bật của Ďiều khiển tầng là cải thiện khả năng loại bỏ nhiễu cục bộ cũng nhƣ khử tính phi tuyến và bất Ďịnh của Ďối tƣợng vòng trong. Các phƣơng pháp chỉnh Ďịnh Ďã biết trƣớc Ďây áp dụng cho các hệ thống Ďiều khiển quá trình trong nhà máy nhiệt Ďiện còn khó khăn và/hoặc chƣa Ďạt hiệu quả cao. Ví dụ phƣơng pháp chỉnh Ďịnh Zigler – Nichols [65] dễ áp dụng nhƣng dẫn Ďến hệ thống có Ďộ dao Ďộng lớn. Phƣơng pháp mô hình nội (IMC) [41] cho chất lƣợng Ďáp ứng giá trị Ďặt rất tốt nhƣng khử nhiễu quá trình lại kém. Phƣơng pháp ổn Ďịnh bền vững [69] cho chất lƣợng hệ thống tốt cả với giá trị Ďặt và nhiễu nhƣng bộ Ďiều khiển có cấu trúc phức tạp, khó thực thi. Vì vậy ở các nhà máy nhiệt Ďiện ngƣời ta thƣờng chỉnh Ďịnh hệ thống phần lớn dựa vào kiến thức chuyên gia và kinh nghiệm. Trên thế giới Ďã có nhiều công trình nghiên cứu về hệ Ďiều khiển nhiều tầng (hệ tầng), trong Ďó hầu hết tập trung vào việc giải quyết bài toán tổng hợp các bộ Ďiều chỉnh theo mục Ďích bám giá trị Ďặt và có lƣu ý Ďến khử nhiễu. Bên cạnh Ďó, bài toán khảo sát về tính ổn Ďịnh cũng nhƣ dự trữ ổn Ďịnh của hệ tầng còn ít Ďƣợc quan tâm nghiên cứu. -1- Các khái niệm ―chỉ số dao Ďộng mềm‖, ―Ďặc tính mềm‖, ―Ďƣờng biên mềm‖ [67] Ďƣợc áp dụng hiệu quả Ďể khảo sát tính ổn Ďịnh của hệ thống Ďiều khiển một vòng cho các Ďối tƣợng có trễ vận tải. Thêm vào Ďó, việc kết hợp với quan Ďiểm―Ďiều khiển bền vững chất lƣợng cao‖ [69] Ďã Ďơn giản hóa bài toán chỉnh Ďịnh hệ một vòng. Tuy vậy việc áp dụng các khái niệm và quan Ďiểm trên vẫn chƣa Ďƣợc xét Ďến cho hệ tầng kể cả vấn Ďề Ďánh giá Ďộng học mà cụ thể là Ďánh giá Ďộ dự trữ ổn Ďịnh của hệ nhiều tầng cũng nhƣ bài toán tổng hợp và chỉnh Ďịnh các bộ Ďiều khiển trong hệ tầng. Thực tiễn nêu trên Ďã Ďịnh hƣớng tác giả lựa chọn nội dung nghiên cứu của luận án: ―Nghiên cứu phát triển lý thuyết hệ điều khiển nhiều tầng trong điều khiển quá trình nhiệt trên cơ sở chỉ số dao động mềm‖. 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Mục Ďích của luận án là phát triển lý thuyết hệ Ďiều khiển nhiều tầng về các vấn Ďề Ďánh giá Ďộng học và chỉnh Ďịnh các bộ Ďiều khiển trong hệ tầng. Đối tƣợng mà luận án áp dụng Ďể nghiên cứu là các Ďối tƣợng nhiệt với Ďặc Ďiểm là có quán tính và có trễ. Phạm vi nghiên cứu của luận án: Luận án nghiên cứu phát triển lý thuyết cho các hệ Ďiều khiển tầng tổng quát (hệ nhiều tầng nói chung), sau Ďó áp dụng Ďể Ďiều khiển Ďối tƣợng nhiệt. 3. Ý nghĩa khoa học của luận án Luận án nêu ra phƣơng pháp Ďánh giá dự trữ ổn Ďịnh của hệ thống Ďiều khiển tầng, Ďóng góp thêm phần lý thuyết mới về tổng hợp các bộ Ďiều khiển trong hệ tầng và chỉnh Ďịnh (hay lựa chọn) tham số cho chúng. Độ tin cậy của kết quả nghiên cứu Ďƣợc Ďánh giá thông qua so sánh chất lƣợng Ďiều khiển của hệ thống khi sử dụng kết quả nghiên cứu này với khi sử dụng các phƣơng pháp nghiên khác (thể hiện trong mục 3.7 ở chƣơng 3 của luận án) và Ďƣợc chứng minh bằng thực nghiệm. Mặt khác, khi lựa chọn các tham số bộ Ďiều khiển, các tham số này Ďƣợc lựa chọn có phụ thuộc vào tham số trễ của Ďối tƣợng (thể hiện ở công thức (3.63)) nên kết quả của luận án có ý nghĩa lớn trong việc nghiên cứu Ďiều khiển tầng cho các Ďối tƣợng có trễ, Ďặc biệt là Ďối với các Ďối tƣợng nhiệt. Các kết quả của luận án làm cơ sở cho các nghiên cứu về sau Ďể phát triển hoàn thiện lý thuyết về hệ Ďiều khiển tầng trong vấn Ďề chỉnh Ďịnh hệ thống. -2– 4. Nội dung của luận án Chƣơng 1 giới thiệu khái niệm, ý nghĩa của hệ thống Ďiều khiển tầng, trình bày một số ứng dụng Ďiển hình trong lĩnh vực công nghệ nhiệt, Ďặc Ďiểm và mô hình Ďối tƣợng quá trình nhiệt. Tiếp theo, tổng quan và phân tích phƣơng pháp Ďánh giá dự trữ ổn Ďịnh cũng nhƣ tổng hợp hệ thống Ďiều khiển tầng trên thế giới. Chƣơng 2 trình bày phƣơng pháp nghiên cứu Ďộng học hệ tầng. Trên cơ sở khái niệm ―chỉ số dao Ďộng mềm‖, ―Ďặc tính mềm‖, ―Ďƣờng biên mềm‖ của hệ thống và các tiêu chuẩn dự trữ ổn Ďịnh mềm, tiêu chuẩn Parabol, luận án Ďã phân tích, Ďánh giá và nêu ra phƣơng pháp Ďánh giá dự trữ ổn Ďịnh của hệ nhiều tầng trong công nghiệp nói chung và quá trình nhiệt nói riêng. Chƣơng 2 cũng trình bày phƣơng pháp xác Ďịnh nghiệm Ďặc tính của hệ tầng dựa trên Ďặc tính mềm bằng phƣơng pháp Ďồ thị. Chƣơng 3 xây dựng phƣơng pháp chỉnh Ďịnh hệ Ďiều khiển quá trình nhiệt nhiều tầng dựa trên ―chỉ số dao Ďộng mềm‖ và ―cấu trúc bền vững chất lƣợng cao của hệ thống‖. Dựa trên nền tảng lý thuyết, chƣơng này trình bày phƣơng pháp tổng hợp các bộ Ďiều khiển trong hệ tầng Ďể Ďƣa ra công thức các bộ Ďiều khiển bền vững, sau Ďó thực thi chúng. Trong chƣơng này, luận án cũng rút ra phƣơng pháp và quy trình chỉnh Ďịnh các bộ Ďiều khiển trong hệ thống tầng nói chung và hệ hai tầng nói riêng. Đánh giá và so sánh chất lƣợng của một hệ thống quá trình nhiệt Ďƣợc chỉnh Ďịnh theo phƣơng pháp Ďề xuất với một số phƣơng pháp chỉnh Ďịnh khác. Chƣơng 4 trình bày hệ thống thử nghiệm kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết thu Ďƣợc. Hệ thực nghiệm xây dựng theo cấu trúc hai vòng Ďiều khiển mức nƣớc trong thùng chứa có dòng chảy liên tục, bao gồm hai bộ Ďiều khiển PID Ďƣợc chỉnh Ďịnh theo phƣơng pháp Ďã Ďề xuất trong luận án. 5. Những kết quả khoa học chủ yếu của luận án - Dựa trên khái niệm về chỉ số dao Ďộng mềm, Ďặc tính mềm, luận án rút ra công thức Ďặc tính mềm của hệ Ďiều khiển nhiều tầng có trễ vận tải trong công nghệ nhiệt. Chứng minh Ďặc tính mềm này hội tụ. Điều Ďó cho phép áp dụng tiêu chuẩn dự trữ ổn Ďịnh mềm và tiêu chuẩn Parabol Ďể Ďánh giá dự trữ ổn Ďịnh của hệ tầng. - Dựa trên khái niệm về chỉ số dao Ďộng mềm và quan Ďiểm về Ďiều khiển bền vững chất lƣợng cao, luận án rút ra cấu trúc của các bộ Ďiều khiển trong hệ tầng. - Luận án Ďề xuất phƣơng pháp lựa chọn tham số các bộ Ďiều khiển hệ nhiều tầng dựa vào chỉ số dao Ďộng mềm tại tần số cắt và thời gian trễ của Ďối tƣợng. -3- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm và ý nghĩa của hệ thống điều khiển tầng Trên thực tế Ďã có nhiều công trình nghiên cứu về hệ Ďiều khiển (ĐK) nhiều tầng (hay hệ tầng), tuy nhiên vẫn chƣa có sự Ďồng nhất giữa các nhà nghiên cứu trên thế giới về khái niệm cấu trúc hệ tầng. Doug Cooper [15] và J. Love [27] Ďịnh nghĩa cấu trúc Ďiều khiển tầng có hai bộ Ďiều khiển, Ďầu ra của bộ Ďiều khiển vòng ngoài Ďƣợc sử dụng Ďể Ďiều khiển giá trị Ďặt của bộ Ďiều khiển vòng trong. Cấu trúc của hệ thống này gồm hai vòng Ďiều khiển (hình 1.1). Vòng trong bao gồm bộ Ďiều khiển vòng trong R2, Ďối tƣợng vòng trong O2. Vòng ngoài bao gồm vòng trong, bộ Ďiều khiển vòng ngoài R1, Ďối tƣợng vòng ngoài O1. Ngoài ra có hai nguồn nhiễu tác Ďộng: nguồn nhiễu thứ nhất tác Ďộng vào vòng trong d2 có hàm truyền là B2, nguồn nhiễu thứ hai tác Ďộng vào vòng ngoài d1 (có hàm truyền là B2) và có ảnh hƣởng trực tiếp Ďến biến cần Ďiều khiển y1. Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống điều khiển hai tầng Điều khiển tầng Ďƣợc Astrom và Hagglund [31] Ďịnh nghĩa nhƣ sau: Ďiều khiển tầng Ďƣợc sử dụng khi có nhiều tín hiệu Ďo và một biến Ďiều khiển. Điều khiển tầng Ďƣợc xây dựng bằng các vòng phản hồi Ďiều khiển, ví dụ hệ thống hai vòng nhƣ hình 1.1. Vòng bên trong Ďƣợc gọi là vòng trực thuộc tƣơng ứng với bộ Ďiều khiển R2 và Ďối tƣợng O2, vòng bên ngoài gọi là vòng chính tƣơng ứng với bộ Ďiều khiển R1 và Ďối tƣợng O1. Điều khiển tầng cũng có thể có nhiều vòng. Điều Ďó phụ thuộc vào số lƣợng tín hiệu Ďo, có thể lên Ďến một giới hạn nào Ďó. Nếu tất cả các biến -4– trạng thái Ďƣợc Ďo, không cần phải Ďƣa vào những biến Ďo khác. Trong trƣờng hợp nhƣ vậy, bộ Ďiều khiển tầng giống nhƣ phản hồi trạng thái. Tác giả Lipták [12] trình bày về hệ tầng nhƣ sau: Ďiều khiển tầng có cấu trúc hai vòng, ở Ďó Ďầu ra của bộ Ďiều khiển vòng ngoài (hay bộ Ďiều khiển chính) là giá trị Ďặt của bộ Ďiều khiển vòng trong (hay bộ Ďiều khiển trực thuộc). Trong cấu hình tầng, quá trình Ďƣợc chia làm hai phần và vì thế có hai bộ Ďiều khiển Ďƣợc sử dụng (hình 1.2), bộ Ďiều khiển vòng ngoài duy trì biến chính y1 ở giá trị Ďặt bằng cách Ďiều chỉnh giá trị Ďặt của bộ Ďiều khiển vòng trong . Bộ Ďiều khiển vòng trong Ďáp ứng cả giá trị Ďặt và biến Ďiều khiển vòng trong. Trong quá trình Ďiều khiển, nhiễu cũng ảnh hƣởng tới quá trình vòng ngoài y1. Sơ Ďồ khối chi tiết của hệ thống Ďiều khiển tầng nhƣ hình 1.1. Trong Ďó bộ Ďiều khiển vòng ngoài R1 phát ra giá trị Ďặt cho bộ Ďiều khiển vòng trong R2, bộ Ďiều khiển vòng trong phát tín hiệu Ďiều khiển u tới quá trình vòng trong O2, quá trình vòng trong nối tới quá trình vòng ngoài O1 qua biến y2 và do Ďó nó cũng ảnh hƣởng tới biến Ďiều khiển vòng ngoài y1. Hai nguồn nhiễu tác Ďộng vào hệ thống là d1 và d2. Nhiễu Quá trình vòng trong Quá trình vòng ngoài y2 Bộ Ďiều khiển vòng trong y1 Bộ Ďiều khiển vòng ngoài Hình 1.2. Hệ thống điều khiển tầng chia quá trình thành hai phần theo Lipták Weidong Zhang [60] Ďƣa ra Ďặc trƣng của Ďiều khiển tầng (hình 1.1) nhƣ sau:  Bộ Ďiều khiển Ďƣợc thiết lập trong quá trình vận hành là bộ Ďiều khiển chính R1. Bộ Ďiều khiển còn lại là bộ Ďiều khiển trực thuộc R2. Tín hiệu ra của bộ Ďiều khiển R1 có liên quan tới bộ Ďiều khiển R2.  Hai vòng hồi tiếp lồng nhau, với vòng trực thuộc (tƣơng ứng với Ďối tƣợng O2) ở trong vòng chính (tƣơng ứng với Ďối tƣợng O1). Hầu hết các tác giả nêu trên chỉ xét hệ Ďiều khiển tầng là hệ có hai vòng kín với hai bộ Ďiều khiển mà chƣa Ďƣa ra Ďƣợc Ďịnh nghĩa rõ ràng, tổng quát và nhất quán về hệ tầng nói chung. -5- Theo tác giả Nguyễn Văn Mạnh [69], một hệ thống Ďiều khiển tầng là hệ thống gồm nhiều vòng Ďiều chỉnh lồng nhau, trong Ďó nhiệm vụ chủ yếu của mỗi bộ Ďiều khiển là Ďiều khiển Ďối tƣợng thuộc cùng vòng. Sơ Ďồ cấu trúc của hệ tầng nhƣ hình 1.3. Hình 1.3. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển tầng theo Nguyễn Văn Mạnh Trong Ďó: z là tín hiệu giá trị Ďặt u là tín hiệu Ďiều khiển của bộ Ďiều khiển vòng trong cùng d1, d2, ..., dn là các tín hiệu nhiễu tác Ďộng quy về Ďầu ra của các Ďối tƣợng Fi , Ri , Oi, Bi lần lƣợt là hàm truyền của khâu phản hồi, của các bộ Ďiều khiển, của các Ďối tƣợng, của các nhiễu trong hệ thống Hệ thống Ďiều khiển tầng Ďƣợc ứng dụng rộng rãi nhờ các ƣu Ďiểm [1, 10, 11, 12, 31, 40, 43, 45, 59] sau: - Tăng Ďộ ổn Ďịnh của hệ thống nói chung so với hệ một vòng - Cải thiện khả năng loại bỏ nhiễu cục bộ - Giảm sự phi tuyến và tính bất Ďịnh của Ďối tƣợng vòng trong Ďặc biệt do cơ cấu chấp hành (các van Ďiều chỉnh) gây ra 1.2 Hệ thống điều khiển quá trình nhiệt nhiều tầng Hệ thống Ďiều khiển tầng Ďƣợc ứng dụng nhiều trong công nghiệp, Ďặc biệt là trong các hệ thống Ďiều khiển quá trình nhiệt ví dụ trong lò hơi nhà máy nhiệt Ďiện có hệ thống Ďiều khiển Ďộ kinh tế quá trình cháy, hệ thống Ďiều khiển nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt, hệ thống Ďiều khiển mức nƣớc bao hơi ... -6– Xét theo quan Ďiểm Ďiều khiển, lò hơi trong nhà máy nhiệt Ďiện là loại Ďối tƣợng Ďa liên kết khá phức tạp, trong Ďó các Ďại lƣợng Ďiều chỉnh tác Ďộng tƣơng hỗ lẫn nhau. Ví dụ khi thay Ďổi lƣợng than cấp vào lò làm cho áp suất hơi thay Ďổi nhƣng cũng dẫn Ďến làm thay Ďổi lƣợng oxy thừa trong khói thải, thay Ďổi lƣu lƣợng hơi quá nhiệt và thay Ďổi nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt. Mô hình Ďiều khiển Ďối tƣợng lò hơi thể hiện trên hình 1.4. Hình 1.4. Mô hình điều khiển đối tượng lò hơi Trong Ďó: Vkhói thải TH là lƣu lƣợng khói tái tuần hoàn Vkhói là lƣu lƣợng khói Vkhông khí là lƣu lƣợng không khí B là khối lƣợng nhiên liệu Pbl là áp suất buồng lửa Wgo là lƣu lƣợng nƣớc giảm ôn Wnc là lƣu lƣợng nƣớc cấp -7- Wxả là lƣu lƣợng nƣớc xả % NOx là phần trăm lƣợng khí NO, NO2 trong khói % O2 là phần trăm lƣợng oxy trong khói thải Pqn, Dqn, tqn lần lƣợt là áp suất, lƣu lƣợng và nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt Hbh là mức nƣớc bao hơi NaCl là muối Natri Clorua Các kênh tác Ďộng chính là các kênh Ďiều khiển chính còn các kênh tác Ďộng chéo Ďƣợc coi là nhiễu. Hình 1.4 chỉ thể hiện Ďƣợc những ảnh hƣởng cơ bản trong lò hơi, ngoài ra còn có những ảnh hƣởng khác tới Ďầu ra Ďối tƣợng chƣa kể tới nhƣ áp suất buồng lửa P bl ảnh hƣởng tới nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt tqn, hay áp suất hơi quá nhiệt Pqn cũng ảnh hƣởng tới mức nƣớc bao hơi Hbh.... Các ảnh hƣởng này Ďƣợc coi là nhiễu. Đối tƣợng lò hơi thuộc loại Ďối tƣợng nhiều Ďầu vào nhiều Ďầu ra (hệ MIMO) và tác Ďộng chéo lẫn nhau rất phức tạp, nếu dùng hệ phƣơng trình trạng thái Ďể mô tả hệ thống sẽ rất phức tạp, phi tuyến và có kích thƣớc lớn. Từ giữa thế kỷ trƣớc, lý thuyết Ďiều khiển quá trình nhiệt Ďã Ďi theo con Ďƣờng phân rã thành nhiều hệ một Ďầu vào một Ďầu ra (hệ SISO) nhƣng có liên hệ Ďộng với nhau [16, 20, 31, 48, 71] và hình thành các hệ Ďiều khiển tầng trong nó. Luận án trình bày ba hệ thống Ďiều khiển chính của lò hơi có sử dụng cấu trúc Ďiều khiển tầng Ďó là hệ thống Ďiều khiển mức nƣớc bao hơi, hệ thống Ďiều khiển nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt và hệ thống Ďiều khiển Ďộ kinh tế quá trình cháy. 1.2.1 Hệ thống điều khiển mức nước bao hơi a. Phân tích hệ thống Nhiệm vụ của hệ thống này là cung cấp vừa Ďủ lƣợng nƣớc thỏa mãn nhu cầu hơi từ các hộ trong Ďó chủ yếu là từ tuabin. Mục Ďích của việc Ďiều khiển mức nƣớc bao hơi là giữ cho mức nƣớc trong bao hơi Ďạt tới giá trị Ďặt mong muốn trong dải sai số cho phép (giá trị xác lập). Nếu mức nƣớc thấp làm mặt nƣớc gần với miệng của ống xả muối trong bao hơi làm cho khả năng xả muối bị kém Ďi dẫn tới làm xấu chất lƣợng nƣớc trong bao hơi vì nồng Ďộ muối tăng lên. Nếu mức nƣớc giảm quá sâu, thì sẽ tạo ra phễu xoáy, cản trở dòng nƣớc Ďi vào ống xuống, có thể làm ngƣng vòng tuần hoàn của nƣớc, tạo nên những vùng ống khô (toàn hơi) làm cho ống bị Ďốt nóng. Nếu mức nƣớc cao thì khả năng lọc hơi của các syclon bị kém. Nếu mức cao quá, hơi ẩm tấn công vào bộ quá nhiệt làm ảnh hƣởng Ďến bộ quá nhiệt và tăng Ďộ ẩm -8– của hơi sau bộ quá nhiệt. Trầm trọng hơn, hơi ẩm sẽ vào các tầng cánh tuabin gây ăn mòn các tầng cánh của tuabin. Có hai nguyên nhân chính làm thay Ďổi mức nƣớc trong bao hơi: thứ nhất là do cân bằng vật chất giữa lƣợng hơi sản xuất ra khỏi bao hơi và lƣợng nƣớc cấp tới bao hơi bị phá hủy, thứ hai là thay Ďổi thành phần hơi trong hỗn hợp hơi và nƣớc trong dàn ống sinh hơi do thay Ďổi áp suất bao hơi, nhiệt Ďộ nƣớc cấp và thay Ďổi hấp thụ nhiệt của bề mặt gia nhiệt (phụ tải nhiệt) v.v... Sự thay Ďổi mức do mất cân bằng vật chất Ďƣợc mô tả: ' '' F (   ) dH dt  W nc - D qn  W xa Trong Ďó: H là mức nƣớc trong bao hơi. Wnc là lƣu lƣợng nƣớc cấp vào bao hơi Dqn là lƣu lƣợng hơi quá nhiệt, lƣu lƣợng hơi này phụ thuộc vào phụ tải. Wxa là lƣu lƣợng nƣớc xả. F là diện tích mặt gƣơng bốc hơi. ρ’ và ρ’’ là khối lƣợng riêng của nƣớc và hơi bão hòa trong vòng tuần hoàn của lò. Phƣơng trình trên luôn cân bằng và mức nƣớc trong bao hơi Ďạt tới giá trị xác lập. Tuy nhiên trong thực tế, lƣu lƣợng hơi quá nhiệt (Dqn) luôn thay Ďổi theo phụ tải dẫn Ďến lƣu lƣợng nƣớc cấp vào bao hơi cũng phải thay Ďổi theo Ďể Ďảm bảo mức nƣớc trong bao hơi không Ďổi. Lƣu lƣợng nƣớc xả Wxa thƣờng Ďƣợc Ďặt theo tỷ lệ với phụ tải trong quá trình hoạt Ďộng của lò hơi. Nhƣ vậy, Ďiều chỉnh mức nƣớc trong bao hơi là Ďiều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc cấp vào bao hơi. Lƣu lƣợng hơi quá nhiệt và lƣu lƣợng nƣớc xả là các tín hiệu nhiễu. Ngoài ra Ďể cải thiện chất lƣợng Ďiều khiển do hiện tƣợng mức nƣớc giả trong bao hơi (hiện tƣợng sôi bồng) gây ra thì bộ Ďiều khiển cần phải lấy thêm thông tin về áp suất và lƣu lƣợng hơi quá nhiệt. b. Cấu trúc điều khiển Trong hệ thống này, cơ cấu chấp hành chính là van Ďiều khiển nƣớc cấp. Trong quá trình vận hành xảy ra trƣờng hợp là áp suất trƣớc van thay Ďổi Ďột ngột không biết trƣớc do một tác Ďộng nào Ďó ví dụ do áp suất Ďầu Ďẩy của hệ thống bơm nƣớc cấp biến Ďộng, và sự thay Ďổi này chính là một nguồn nhiễu ảnh hƣởng tới van Ďiều khiển làm cho lƣu lƣợng nƣớc cấp vào bao hơi bị biến Ďộng. Mặt khác Ďặc tính van luôn luôn thay Ďổi do bản chất phi tuyến và luôn bất Ďịnh (do tải thay Ďổi liên tục). -9- Nhƣ vậy, tính chất Ďộng học của hệ thống sẽ thay Ďổi thƣờng xuyên trong quá trình làm việc. Sơ Ďồ khối công nghệ hệ thống Ďiều khiển mức nƣớc trong bao hơi sử dụng cấu trúc Ďiều khiển hai tầng Ďƣợc xây dựng nhƣ trên hình 1.5. Hình 1.5. Sơ đồ khối điều khiển hai tầng trong hệ thống điều khiển mức nước bao hơi của lò hơi Hoạt Ďộng của hệ thống nhƣ sau: Giá trị thực tế của mức nƣớc Ďƣợc Ďo và chuyển Ďổi thành tín hiệu Ďiện thông qua bộ cảm biến mức nƣớc H. Tín hiệu từ bộ cảm biến mức nƣớc và giá trị Ďặt cho mức nƣớc Ďƣợc Ďƣa vào bộ Ďiều khiển vòng ngoài. Tại Ďây bộ Ďiều khiển tính toán và phát ra tín hiệu là giá trị Ďặt cho bộ Ďiều khiển vòng trong. Lƣu lƣợng nƣớc cấp Ďƣợc Ďo và chuyển Ďổi thành tín hiệu Ďiện bằng bộ cảm biến lƣu lƣợng nƣớc cấp Wnc. Tín hiệu từ bộ cảm biến lƣu lƣợng nƣớc cấp Ďƣợc Ďƣa vào bộ Ďiều khiển vòng trong. Lƣu lƣợng hơi quá nhiệt Ďƣợc Ďo và chuyển Ďổi thành tín hiệu Ďiện bằng cảm biến lƣu lƣợng hơi Dqn. Tín hiệu từ bộ cảm biến lƣu lƣợng hơi quá nhiệt Ďƣợc Ďƣa tới bộ Ďiều khiển vòng trong. Bộ Ďiều khiển vòng trong tính toán và Ďƣa ra tín hiệu Ďiều khiển van Ďiều khiển nƣớc cấp. - 10 – Nhƣ vậy nếu có nhiễu từ sự thay Ďổi áp suất trƣớc van dẫn Ďến lƣu lƣợng nƣớc cấp thay Ďổi, cảm biến lƣu lƣợng sẽ truyền tín hiệu nhanh về bộ Ďiều khiển vòng trong và bộ Ďiều khiển này sẽ phát tín hiệu ngay Ďể Ďiều chỉnh góc mở của van Ďiều khiển nƣớc cấp với một lƣợng phù hợp do Ďó giữ ổn Ďịnh Ďƣợc lƣợng nƣớc cấp vào bao hơi. Hình 1.6 là sơ Ďồ cấu trúc của hệ thống Ďiều khiển mức nƣớc bao hơi với cấu trúc Ďiều khiển hai tầng có hai vòng Ďiều khiển. Với sơ Ďồ cấu trúc này: vòng Ďiều khiển bên trong bao gồm bộ Ďiều khiển vòng trong R2, Ďối tƣợng vòng trong O2 là van Ďiều khiển nƣớc cấp và cảm biến lƣu lƣợng. Vòng Ďiều khiển bên ngoài bao gồm bộ Ďiều khiển vòng ngoài R1, Ďối tƣợng vòng ngoài O1 là bao hơi và cảm biến mức. Hình 1.6. Sơ đồ cấu trúc điều khiển hai tầng của hệ thống điều khiển mức nước bao hơi của lò hơi Ngoài ra sơ Ďồ cấu trúc trên hình 1.6 thể hiện hai nguồn nhiễu tác Ďộng vào hệ thống: nhiễu trong là nhiễu từ sự thay Ďổi áp suất trƣớc van P v với hàm truyền của nó là B2, nhiễu này sẽ tự bị triệt tiêu trong quá trình hoạt Ďộng của hệ thống; nhiễu ngoài là nhiễu từ sự thay Ďổi lƣu lƣợng hơi quá nhiệt Dqn với hàm truyền nhiễu là B1 nhiễu này cần phải có bộ khử riêng C Ďể Ďƣa thông tin của nó vào Ďiều khiển. 1.2.2 Hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt a. Phân tích hệ thống Nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt (tqn) là một trong những chỉ tiêu rất quan trọng của lò hơi. Những sự thay Ďổi nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt này nếu không Ďƣợc Ďiều chỉnh thì sẽ ảnh hƣởng lớn Ďến chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của chu trình nhiệt. Việc giảm nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt không những làm giảm hiệu suất toàn chu trình nhiệt mà còn ảnh hƣởng xấu tới Ďiều kiện làm việc của tuabin do Ďộ ẩm của hơi ở các tầng cuối tăng lên. - 11 - Việc tăng nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt quá trị số cho phép sẽ làm giảm tuổi thọ của kim loại ống thậm chí gây sự cố nổ ống của các bộ quá nhiệt. Thông thƣờng, hệ thống Ďiều khiển phải giữ sao cho Ďộ sai lệch cực Ďại của nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt nhỏ hơn 1% so với nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt Ďịnh mức. Các nguyên nhân cơ bản làm thay Ďổi nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt là: - Thay Ďổi nhiệt hàm của hơi ở Ďầu vào bộ quá nhiệt do thay Ďổi Ďộ ẩm hoặc nhiệt Ďộ. - Thay Ďổi lƣợng nhiệt do bộ quá nhiệt hấp thụ từ phía khói. - Thay Ďổi lƣu lƣợng hơi Ďi qua bộ quá nhiệt. Để Ďiều khiển nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt chỉ có thể tác Ďộng vào hai nguyên nhân Ďầu, còn lƣu lƣợng hơi qua bộ quá nhiệt do thiết bị yêu cầu. Bộ quá nhiệt Ďƣợc tính toán sao cho trong Ďiều kiện vận hành bình thƣờng, lƣợng nhiệt mà nó hấp thụ bao giờ cũng lớn hơn lƣợng nhiệt cần thiết Ďể nâng nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt Ďến nhiệt Ďộ yêu cầu. Do vậy, Ďiều khiển nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt là giảm nhiệt Ďộ của nó tới giá trị yêu cầu. Phƣơng pháp Ďiều khiển nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt bằng thay Ďổi nhiệt hàm của hơi khi qua bộ quá nhiệt phụ thuộc vào các bộ giảm ôn. Có hai kiểu bộ giảm ôn Ďó là bộ giảm ôn kiểu bề mặt và bộ giảm ôn kiểu phun. Với việc sử dụng bộ giảm ôn kiểu phun, nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt Ďƣợc Ďiều khiển bằng cách phun thẳng nƣớc cấp trích từ Ďầu Ďẩy của bơm cấp hoặc nƣớc ngƣng riêng biệt Ďƣợc tạo ra từ hơi bão hòa của bao hơi. b. Cấu trúc điều khiển Để Ďiều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc phun giảm ôn, buộc phải tác Ďộng vào cơ cấu chấp hành là van Ďiều khiển. Nếu nhƣ trong quá trình Ďiều khiển, có tác Ďộng nào Ďó làm áp suất trƣớc van thay Ďổi Ďột ngột thì Ďây chính là một nguồn nhiễu bên trong ảnh hƣởng tới van Ďiều khiển. Mặt khác Ďặc tính van luôn luôn thay Ďổi do bản chất phi tuyến và luôn bất Ďịnh (do tải thay Ďổi liên tục). Nhƣ vậy, tính chất Ďộng học của hệ thống sẽ thay Ďổi thƣờng xuyên trong quá trình làm việc. Từ sự phân tích trên cho thấy sử dụng giải pháp Ďiều khiển tầng là hợp lý với hệ thống này. Trong thực tế ngƣời ta thƣờng kết hợp bộ vi phân với một bộ Ďiều khiển tạo thành cấu trúc tầng và sơ Ďồ khối hệ thống Ďiều khiển nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt của lò nhƣ trên hình 1.7. - 12 – Hình 1.7. Sơ đồ khối điều khiển dùng bộ vi phân trong hệ thống khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt của lò hơi Hoạt Ďộng của hệ thống nhƣ sau: Tín hiệu Ďo (ttg) từ bộ cảm biến nhiệt Ďộ 2 Ďƣa vào bộ vi phân và bộ vi phân phát tín hiệu tới bộ Ďiều khiển (BĐK). Các tín hiệu từ các nguồn nhiễu ảnh hƣởng tới hệ thống nhƣ lƣu lƣợng không khí (Vkk), lƣu lƣợng khói (Vkh), nhiệt Ďộ khói (tkh) ... cũng Ďƣợc Ďƣa vào bộ Ďiều khiển. Giá trị Ďặt của nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt (tqn) Ďƣa vào bộ Ďiều khiển (BĐK). Tại Ďây bộ Ďiều khiển vòng ngoài tính toán và phát tín hiệu Ďiều khiển van phun nƣớc giảm ôn. Hình 1.8 là sơ Ďồ cấu trúc Ďiều khiển của hệ thống Ďiều khiển nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt. - 13 - Hình 1.8. Sơ đồ cấu trúc điều khiển dùng bộ vi phân của hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt của lò hơi Trên sơ Ďồ này, hệ thống Ďiều khiển bao gồm hai vòng. Vòng bên trong bao gồm bộ Ďiều khiển R, Ďối tƣợng vòng trong O2 là van phun nƣớc giảm ôn và cảm biến nhiệt Ďộ Ďể Ďo nhiệt Ďộ trung gian, bộ vi phân D. Vòng ngoài có Ďối tƣợng vòng O1 là bộ quá nhiệt cấp 2 và cảm biến nhiệt Ďộ Ďể Ďo nhiệt Ďộ hơi quá nhiệt . Nhiễu từ sự thay Ďổi áp suất trƣớc van Pv là nhiễu vòng trong của hệ thống với hàm truyền nhiễu là B2. Nhiễu lƣu lƣợng khói Vkh ảnh hƣởng Ďến nhiệt Ďộ quá nhiệt trung gian ttg có hàm truyền B1, và nhiễu này cũng Ďƣợc Ďƣa vào bộ khử C Ďể cho tín hiệu phù hợp vào bộ Ďiều khiển R. Thực chất sơ Ďồ hình 1.8 có thể biến Ďổi thành sơ Ďồ dạng chuẩn của hệ hai tầng nhƣ hình 1.9. Ở Ďó bộ Ďiều khiển R1 là nghịch Ďảo của bộ vi phân D và bộ Ďiều khiển R2 là bộ vi phân D mắc nối tiếp với bộ Ďiều khiển R. Hình 1.9. Sơ đồ cấu trúc điều khiển hai tầng dạng chuẩn của hệ thống điều khiển nhiệt độ hơi quá nhiệt của lò hơi - 14 – 1.2.3 Hệ thống điều khiển cấp không khí a. Phân tích hệ thống Trong lò hơi nhà máy nhiệt Ďiện Ďốt than, Ďể quá trình cháy xảy ra buộc phải có oxy, quá trình cháy không hoàn toàn nếu lƣợng oxy không dƣ thừa. Do vậy lƣợng oxy phải Ďƣa vào lò hơi trong thực tế buộc phải lớn hơn lƣợng oxy tính toán theo lý thuyết hay lƣợng không khí Ďƣa vào lò hơi thực tế phải lớn hơn lƣợng không khí tính toán theo lý thuyết. Hàm lƣợng không khí Ďƣợc Ďƣa vào lò hơi trong thực tế Ďƣợc Ďánh giá thông qua hệ số không khí thừa (α). Hệ số không khí thừa Ďƣợc xác Ďịnh theo công thức sau:   V kk V k k lt Trong quá trình tính toán, hệ số không khí thừa Ďƣợc xác Ďịnh gần Ďúng thông qua công thức sau: Trong Ďó : RO2max là thành phần khí ba nguyên tử trong khói thải (SO2, CO2) khi nhiên liệu cháy hoàn toàn theo lý thuyết. RO2 là thành phần khí ba nguyên tử trong khói thải (SO2, CO2) khi nhiên liệu cháy hoàn toàn theo thể tích không khí thực tế. Trong công thức trên, coi các thành phần khí khác là rất nhỏ và phần trăm khí oxy là 21%. Nhƣ vậy có thể xác Ďịnh hệ số không khí thừa thông qua Ďo nồng Ďộ khí CO2 và khí oxy. Hiệu suất nhiệt của lò hơi Ďƣợc tính nhƣ sau:   q1  1  ( q 2  q 3  q 4  q 5  q 6 ) Với q1 là phần trăm nhiệt lƣợng hữu ích, q2 là phần trăm tổn thất nhiệt do khói thải mang Ďi, q3 là phần trăm tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về hoá học, q4 là phần trăm tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn về cơ học, q5 là phần trăm tổn thất nhiệt do xỉ mang ra ngoài, q6 là phần trăm tổn thất nhiệt do tro mang ra ngoài. Thực tế tổn thất chính của lò hơi là các tổn thất q2, q3, q4. Các tổn thất này Ďều phụ thuộc nhiều nhất vào hệ số không khí thừa. Hiệu suất lò cực Ďại tƣơng ứng với hệ số không khí thừa tối ƣu α0pt. - 15 - Vậy, cần phải Ďiều chỉnh hệ số không khí thừa hay Ďiều chỉnh hàm lƣợng oxy trong khói thải của lò hơi bằng cách Ďiều chỉnh lƣu lƣợng không khí cấp vào lò hiệu suất lò Ďạt cao nhất có thể. Bởi vì trong lò hơi nhà máy nhiệt Ďiện Ďốt than, khi vận hành ở công suất thấp thì hệ số không khí thừa cao còn khi vận hành ở tải cao hơn thì hệ số này giảm Ďi. Mặt khác giá trị không khí thừa phải xác lập theo giá trị yêu cầu của tải. Vì vậy trong hệ thống Ďiều khiển lƣu lƣợng không khí cấp vào lò hơi cần phải có thêm thông tin về lƣu lƣợng không khí quy Ďổi từ nhiên liệu tƣơng ứng. Để Ďƣa Ďƣợc thông tin này có hai cách thực hiện: - Cách thứ nhất là lấy trực tiếp thông tin từ bộ Ďiều khiển nhiên liệu. - Cách thứ hai là lấy thông qua thông tin về phụ tải nhiệt (Dq) Trong nhà máy nhiệt Ďiện Ďốt than, thông thƣờng sử dụng cách thứ hai. Phụ tải nhiệt Ďƣợc tính nhƣ sau: d Pb h Dq  C dt  D bh Trong Ďó: C là hệ số Pbh là áp suất hơi bão hòa Dbh là lƣu lƣợng hơi bão hòa Không khí vào lò hơi thông qua hệ thống quạt gió. Để Ďiều khiển lƣu lƣợng không khí thƣờng sử dụng phƣơng pháp thay Ďổi tốc Ďộ quay và cánh hƣớng quạt gió. b. Cấu trúc điều khiển Trong quá trình Ďiều khiển, nếu lƣu lƣợng không khí vào buồng lửa thay Ďổi thì nó ảnh hƣởng ngay Ďến lƣợng oxy trong khói thải. Nhƣng Ďáp ứng tín hiệu ra của hệ thống (tín hiệu oxy) lại rất chậm, vì vậy cần phải Ďiều chỉnh lƣợng không khí thông qua việc Ďiều khiển quạt trƣớc khi nó ảnh hƣởng tới Ďầu ra hệ thống. Mặt khác, trong thực tế, môi trƣờng bên ngoài dễ biến Ďộng dẫn Ďến áp suất không khí vào quạt thay Ďổi không lƣờng trƣớc làm tính chất Ďộng học của hệ thống sẽ thay Ďổi thƣờng xuyên trong quá trình làm việc. Từ sự phân tích trên ta thấy sử dụng cấu trúc Ďiều khiển hai tầng cho hệ thống Ďiều khiển cấp không khí là rất phù hợp. Sơ Ďồ khối công nghệ hệ thống Ďiều khiển hàm lƣợng oxy trong khói thải của lò hơi sử dụng cấu trúc Ďiều khiển hai tầng Ďƣợc xây dựng nhƣ trên hình 1.10. - 16 – Hình 1.10. Sơ đồ khối điều khiển hai tầng của hệ thống điều khiển cấp không khí của lò hơi Trong Ďó: Ďo lƣu lƣợng không khí thông qua Ďo giáng ΔP giữa 2 bộ sấy không khí (bộ sấy KKC1 và bộ sấy KKC2). Thông tin về phụ tải nhiệt Ďƣợc Ďo bằng cách: thông tin về áp suất hơi bão hòa (Pbh) thông qua cảm biến áp suất Ďƣợc Ďƣa tới bộ vi phân(d/dt) và Ďƣợc tiếp tục Ďƣa tới bộ tính toán f(x), thông tin Ďo lƣu lƣợng hơi bão hòa ( Dbh) từ bộ cảm biến lƣu lƣợng Ďƣợc Ďƣa tới bộ tính toán f(x). Hệ thống Ďiều khiển hoạt Ďộng nhƣ sau: Giá trị Ďặt và giá trị Ďo Ďƣợc thực tế của hàm lƣợng oxy Ďƣợc Ďƣa tới bộ Ďiều khiển vòng ngoài (BĐK vòng ngoài). Tại Ďây bộ Ďiều khiển vòng ngoài tính toán và phát tín hiệu tới giá trị Ďặt của bộ Ďiều khiển vòng trong. Tín hiệu lƣu lƣợng không khí có Ďƣợc từ thiết bị Ďo chênh áp ΔP Ďƣợc Ďƣa tới bộ Ďiều khiển vòng trong (BĐK vòng trong). Bộ tính toán f(x) tính toán và phát ra tín hiệu về phụ tải nhiệt tới bộ Ďiều khiển vòng trong. Tại Ďây bộ Ďiều khiển vòng trong tính toán và phát tín hiệu tới Ďiều khiển quạt gió. - 17 - Nếu lƣu lƣợng không khí cấp vào thay Ďổi Ďột ngột, tín hiệu Ďo từ cảm biến Ďo lƣu lƣợng gió sẽ nhạy cảm và Ďƣa tín hiệu về bộ Ďiều khiển vòng trong, bộ vòng trong sẽ phát tín hiệu ngay Ďể Ďiều chỉnh lƣu lƣợng gió cho phù hợp. Hình 1.11 là sơ Ďồ cấu trúc của hệ thống Ďiều khiển cấp không khí của lò hơi nhà máy nhiệt Ďiện. Hình 1.11. Sơ đồ cấu trúc điều khiển hai tầng của hệ thống điều khiển cấp không khí của lò hơi Trên sơ Ďồ này, hệ thống Ďiều khiển bao gồm hai vòng Ďiều chỉnh. Vòng Ďiều chỉnh bên trong bao gồm bộ Ďiều khiển vòng trong R2, Ďối tƣợng vòng trong O2 là công Ďoạn từ quạt gió tới bộ sấy không khí và cảm biến lƣu lƣợng không khí . Vòng Ďiều khiển bên ngoài gồm có bộ Ďiều khiển vòng ngoài R1, Ďối tƣợng vòng ngoài O1 là công Ďoạn từ buồng Ďốt tới các bộ gia nhiệt và cảm biến Ďo nồng Ďộ oxy. Nhiễu áp suất trƣớc quạt Pkk là nhiễu vòng trong của hệ thống với hàm truyền của nó là B2. Thông tin từ phụ tải nhiệt Dq qua bộ khử Ďể Ďƣa vào bộ Ďiều khiển R2. Phụ tải nhiệt Dq cũng là nhiễu tác Ďộng tới vòng ngoài của hệ thống. 1.3 Đặc tính và mô hình đối tƣợng quá trình nhiệt Đặc tính Ďộng học của Ďối tƣợng Ďƣợc thể hiện trên Ďặc tính tần số hoặc Ďặc tính thời gian, trong Ďó, Ďặc tính quá Ďộ (Ďáp ứng Ďối với xung bậc thang) phản ánh Ďầy Ďủ và trực quan các Ďặc Ďiểm Ďộng học của Ďối tƣợng. Điểm Ďặc trƣng của các Ďối tƣợng nhiệt là có trễ vận tải và có quán tính lớn. Do có quán tính lớn và trễ vận tải nên hầu hết các Ďối tƣợng nhiệt cũng nhƣ hệ thống Ďiều khiển tƣơng ứng là những bộ lọc tần số thấp [2]. Theo tính chất Ďộng học, tồn tại phổ biến hai lớp Ďối tƣợng Ďiều chỉnh công nghiệp: lớp Ďối tƣợng tĩnh và lớp Ďối tƣợng phi tĩnh. Đối tƣợng tĩnh có Ďặc tính quá Ďộ tiến tới giá trị hữu hạn, tức Ďặc tính quá Ďộ có - 18 – tiệm cận ngang Ďƣợc thể hiện trên hình 1.12-a. Khi triệt bỏ xung Ďầu vào, thì Ďại lƣợng ra của nó quay trở về giá trị ban Ďầu. Đối tƣợng phi tĩnh có Ďặc tính quá Ďộ tiến tới vô hạn và thƣờng có tiệm cận xiên thể hiện trên hình 1.12-b, thể hiện qũi Ďạo tích phân. Khi triệt bỏ xung Ďầu vào, thì Ďại lƣợng ra của nó dừng ở giá trị cuối cùng và không thể quay trở về giá trị ban Ďầu. Hình 1.12. Dạng đặc tính quá độ đặc trưng của các đối tượng nhiệt Trên hình 1.12, u0 thể hiện là xung tác Ďộng vào Ďầu vào Ďối tƣợng; y(t) là Ďáp ứng ra của Ďối tƣợng theo thời gian t. Trong thực tế, các Ďối tƣợng tĩnh có khả năng thiết lập trạng thái cân bằng tƣơng ứng với Ďộ lớn của xung Ďầu vào, nên có tên gọi là Ďối tƣợng ―có tự cân bằng‖. Các Ďối tƣợng Ďiều chỉnh nhiệt Ďộ, áp suất, lƣu lƣợng, v.v… là có tự cân bằng [2]. Các Ďối tƣợng phi tĩnh không có khả năng tự thiết lập trạng thái cân bằng (vì Ďáp ứng quá Ďộ của nó tiến tới vô hạn) nên có tên gọi là Ďối tƣợng "không có tự cân bằng". Ví dụ, các Ďối tƣợng Ďiều chỉnh mức chất lỏng thƣờng là những Ďối tƣợng không có tự cân bằng [2]. Các Ďối tƣợng không có tự cân bằng thƣờng thể hiện trội tính chất tích phân nên cũng thƣờng gọi là Ďối tƣợng tích phân. Các Ďối tƣợng nhiệt có tự cân bằng có dạng phổ biến Ďƣợc thể hiện trên hình 1.13 [2]. Hình 1.13. Các dạng đặc tính quá độ phổ biến của đối tượng nhiệt có tự cân bằng - 19 -