MINH QUAN pps

Ðây là phiên bản html của tệp http://tailieuso.ud.edu.vn/bitstream/TTHL_125/3741/2/Tomtat.pdf.G o o g e tự động tạo ra những phiên bản html của các tài liệu khi chúng tôi crawl web.

Ðây là phiên bản html của tệp http://tailieuso.ud.edu.vn/bitstream/TTHL_125/3741/2/Tomtat.pdf.

G o o g e tự động tạo ra những phiên bản html của các tài liệu khi chúng tôi crawl web.

Page 1

1

B GIÁO DC VÀ À O TO

I HC À NNG

H HOÀNG CHÂU

NG DNG LOGIC M I U KHIN

QUÁ TRÌNH NHIT LÒ SY

Chuyên nghành: T n g Hóa

Mã s:

60.52.60

TÓM T T LU N V N TH C S K THU T

à Nng - N m 2012

Page 2

2

Ð I H C ÐÀ N N G

Ng i h n g d n khoa h c: TS Phan V n Hi n

Ph n bi n 1: PGS.TS Bùi Qu c Khánh

Ph n bi n 2: TS Võ Nh Ti n

Lu n v n c b o v tr c H i n g ch m lu n v n th c s k thu t

h p t i Ð i h c Ðà N ng vào ngày 9 tháng 6 n m 2012

Có th tìm hi u lu n v n t i:

- Trung tâm Thông tin - H c li u, Ð i h c Ðà N ng;

- Trung tâm H c li u, Ð i h c Ðà N ng

Page 3

3

M Ð U

1 Lý do ch n tài

H n sáu th p k qua, b i u khi n PID là b i u khi n thông d ng

trong các h th ng i u khi n v i nhi u báo cáo a ra các con s th ng kê

r ng h n 90% bài toán i u khi n quá trình công nghi p c gi i quy t v i

b i u khi n PID, trong s ó kho ng trên 90% th c hi n b ng lu t PI, 5%

th c hi n b ng lu t P thu n túy, và 3% th c hi n lu t PID y , còn l i là

nh ng d ng d n xu t khác

Tuy nhiên, trong th c t nhi u gi i pháp t ng h p, thi t k b i u khi n

PID th n g b b t c khi g p nh ng bài toán có ph c t p cao, phi tuy n

l n, th n g xuyên thay i tr ng thái và c u trúc c a i t n g…V i nh ng

khó kh n ó s không còn là v n nan gi i khi c thay th b ng b i u

khi n m So v i các gi i pháp trong k thu t i u khi n t tr c n nay,

t ng h p các h th ng i u khi n thì ph n g pháp t ng h p h th ng i u

khi n b ng logic m ch ra nh ng u i m rõ r t sau:

- Kh i l n g công vi c thi t k c gi m i nhi u do không c n s d ng

mô hình i t n g, v i các bài toán thi t k có ph c t p cao, gi i

pháp dùng b i u khi n m cho phép gi m kh i l n g tính toán và giá

thành s n ph m

- B i u khi n m d hi u h n so v i b i u khi n khác (c k thu t) và

d dàng thay i

- Trong nhi u tr n g h p b i u khi n m làm vi c n n h h n và ch t

l n g i u khi n cao h n

Page 4

- B i u khi n m c xây d ng trên kinh nghi m c a các chuyên gia

- Có th k t h p b i u khi n m v i các b i u khi n khác

Lò s y là m t i t n g t n g i ph c t p bao g m: Quá trình cháy,

trao i nhi t - m , t c qu t, i l u, b c x v.v là nh ng quá trình có

quán tính l n, th i gian ch t, nhi u, tr i t n g cao, các thông s thu th p

ô i khi không y chính xác, i t n g phi tuy n v.v……

V i nh ng c i m c a i t n g c n i u khi n, c tính n i b t c a

b i u khi n m , tôi ch n tài “ n g d n g logic m i u khi n quá trình

mô ph ng b i u khi n trên ph n m m Matlab & Simulink Các thông s

nhi t c kh o sát th c t t i lò s y xí nghi p lâm s n Hoà Nh n – Hòa

Vang, Thành ph Ðà N ng

2 M c í c h nghiên c u

- Nghiên c u, n g d ng mô hình toán h c c a lò s y [13] vào quá trình

i u khi n

- Nghiên c u logic m

- Kh o sát, thu th p thông s nhi t lò s y t i Xí nghi p ch bi n Lâm s n

Hòa Nh n - Hòa Vang, Thành Ph Ðà N ng

- Xây d ng mô hình i u khi n nhi t lò s y trên ph n m m Matlab &

Simulink

3 Ð i t n g và ph m vi nghiên c u

Page 5

5

- Ð i t n g nghiên c u: Nghiên c u v k thu t s y và lò s y, i u khi n

quá trình, i u khi n nhi t , i u khi n PID, i u khi n m , mô

ph ng b i u khi n trên ph n m m Matlab simulink

- Ph m vi nghiên c u

➢ Nghiên c u và n g d ng mô hình toán h c c a lò s y [13] vào quá

trình i u khi n

➢ Xây d ng và mô ph ng trên ph n m m Matlab & Simulink

4 Ph n g pháp nghiên c u

V i các m c tiêu trên tôi ch n ph n g pháp nghiên c u lý thuy t và

ph n g pháp nghiên c u th c nghi m, th c hi n tài theo các b c sau:

- Nghiên c u các mô hình:

➢ Nghiên c u h tuy n tính

➢ Nghiên c u v h phi tuy n

➢ Nghiên c u v i u khi n m

- Tìm hi u v lò s y công nghi p

➢ Ð c tài li u liên quan v k thu t s y

➢ Thu th p các d li u i u khi n nhi t th t t t i lò s y Xí nghi p

ch bi n Lâm s n Hoà Nh n – TP Ðà N ng

➢ Xây d ng mô hình và mô ph ng mô hình trên ph n m m Matlab &

Simulink

5 Ý ngh a khoa h c và th c ti n c a tài lu n v n

Page 6

6

Nh m nâng cao ch t l n g c a v t li u c n s y thì quá trình i u khi n

nhi t lò s y có tính ch t quy t n h n ch t l n g và b n c a s n

ph m Nên tài “ n g d n g logic m i u khi n quá trình nhi t lò s y ”

phát huy c u i m c a b i u khi n m , gi i quy t nh ng khó kh n mà

b i u khi n kinh i n g p ph i và a ra các gi i pháp i u khi n h p lý,

n n h

Ý ngh a th c ti n: K t qu nghiên c u c a tài s ó ng góp thêm trong

cách ti p c n và i u khi n i t n g phi tuy n, kh o sát m t s gi i pháp v

i u khi n qua ó so sánh và á nh giá k t lu n l a ch n b i u khi n

thích h p cho t ng i t n g c th

6 B c c lu n v n

M u

Ch n g 1: T ng quan v lò s y

Ch n g 2: Lý thuy t i u khi n m

Ch n g 3: n g d ng logic m i u khi n quá trình nhi t lò s y

Ch n g 4: K t qu và bàn lu n

K t lu n và ki n ngh

Tài li u tham kh o

Page 7

7

1.1 Gi i thi u t n g quan

S y là m t trong nh ng khâu quan tr ng trong dây chuy n công ngh ,

c s d ng nhi u ngành ch bi n nông – lâm – h i s n là ph n g pháp

b o qu n s n ph m n gi n, an toàn và d dàng S y không n thu n là

tách n c ra kh i v t li u m mà là quá trình công ngh ph c t p, ò i h i v t

li u sau khi s y ph i m b o ch t l n g theo ch tiêu nào ó v i m c chi phí

n ng l n g ( i n n ng, nhi t n ng) t i thi u

Quá trình s y là quá trình làm khô các v t th , các v t li u, các s n ph m

b ng ph n g pháp làm bay h i n c ra kh i VLS Do v y, quá trình s y khô

m t v t th di n bi n nh sau: V t th c gia nhi t a nhi t lên n

nhi t bão hòa n g v i phân áp su t c a h i n c trên b m t v t th , v t

th c c p nhi t làm bay h i m

1.2 Phân lo i các th th n g s y (HTS)

1.2.1 H th n g s y t nhiên

1.2.2 H th n g s y nhân t o

1.2.3 Các d n g lò s y

1.2.3.1 Lò s y gia nhi t b ng khói lò

1.2.3.2 Lò s y gia nhi t b ng h i n c

1.2.3.3 Lò s y gia nhi t b ng nhi t i n tr

1.3 Ði u khi n quá trình

1.3.1 Quá trình và các bi n quá trình

1.3.2 c i m c a i u khi n quá trình

Page 8

8

1.3.3 Các thành ph n c b n c a m t h th n g

1.4.1 Ph n g trình tr n g thái c a h th n g

1.4.2 Mô hình toán h c c a lò s y

Ch n g m t ã trình bày t ng quan các n h ngh a trong h th ng s y

Các d ng lò s y và cách thi t k tính toán ch n thi t b s y thích h p Ð nh

ngh a v quá trình và i u khi n quá trình, a ra mô hình toán h c c a lò

s y, tính phi tuy n c a mô hình i t n g Ðây là ph n chính và quan tr ng

n g d ng b i u khi n m trong i u khi n i t n g phi tuy n và th a

mãn bài toán i u khi n c n nghiên c u trong lu n v n này Bên c nh ó , b

i u khi n m s c trình bày m t cách t ng quan c b n s c trình bày

trong ch n g ti p theo

LOGIC M

2.1 T n g quan v lý thuy t logic m [2]

2.1.1 T p h p kinh i n

2.1.3 Các d n g hàm thu c trong logic m

2.1.5 Các phép toán trên t p m

Page 9

9

2.1.5.1 Phép h p hai t p m

2.1.5.2 Phép giao hai t p m

2.2 Bi n ngôn ng và giá tr c a nó

2.2.1 Bi n ngôn ng

2.2.2 Lu t h p thành

2.2.2.1 M nh h p thành

2.2.2.2 Mô t m nh h p thành

2.2.3 Lu t h p thành m

2.2.3.1 Thu t toán th c hi n lu t h p thành n max – MIN, max – PROD

có c u trúc SISO

2.2.3.2 Thu t xác n h lu t h p thành có c u trúc MISO

2.3 Gi i m (rõ hóa)

2.4 T n g h p b i u khi n m

2.4.1 C u trúc c a b i u khi n m

2.4.2 Ngu y ên l ý c a b i u khi n m

2.4.3 Nh n g ngu yên t c t n g h p b i u khi n m

Ch n g hai ã trình bày t ng quan nh t v lý thuy t i u khi n m S

ra i và phát tri n c a b i u khi n m và nh ng tính ch t hoàn h o nh ng

Page 10

10

kh n ng m i trong quá trình l a ch n c a b i u khi n m so v i các b

i u khi n kinh i n

Các b i u khi n m cho phép ng i thi t k t n d ng kinh nghi m c a

mình xây d ng lu t i u khi n m t cách ú ng n g và t i u Bên c nh ó

làm cho con vi c thi t k c gi m i á ng k và quá trình i u khi n c ng

d dàng h n nhi u

NHI T LÒ S Y

3.1 Mô hình toán h c lò s y [13]

Quay tr l i mô hình toán h c c a lò s y ta có:

〉

+−

〉

+

−

〉

+

−

−

∆+

p

p

p

tn

0

Vc

Q

3ku

Vc

G

kTT

Vc

U

kTT

V

4kkv

t

ky1ky

)

(

))(

(

))(

(

)

(

)()

(

(3.1)

Thu th p các s li u t i lò s y xí nghi p Lâm S n Hòa Nh n – Thành

Ph Ðà N ng ta có các s li u sau:

- Chi u cao lò s y

:Hls = 4,1 (m)

- Chi u r ng lò s y

: Rls = 4,1(m)

- Chi u dài lò s y

: Lls = 6,1 (m)

- Kh i l n g riêng

:〉 = 1,2 (g/l)

- Th i gian l y m u

: t∆ = 0,5 (s)

- Nhi t dung riêng

: Cp = 1,025 (J/g

0

C)

- Th tích c a lò s y

: V = Rls.Hls.Lls.1000 (l)

Page 11

11

- M t truy n nhi t : Utn = 9000 (J/

0

C s)

- Ði n áp

: Up = 220/380 (V)

- Nhi t l n g yêu c u : Q = 50000 (kJ/h)

- Hi u su t c a thi t b c p nhi t : k = 0,95

- Công su t c a thi t b nóng :

Wk6,14

95,0.

3600

50000

.

3600

Q

P

=



=

- N u b trí m i pha hai ph n t t nóng (hai cu n dây i n tr ), công

su t c a m i ph n t :

kW43,2

2.3

6,14

P pt

=

=

- Dòng i n qua m i ph n t t nóng:

A1,11

220

43,2

phaU

ptP

ptI

=

=

=

Gi s ch n dây crôm-niken v i nhi t t nóng 600

0

C, tra b ng (1.2)

ta có: n g kính dây i n tr d = 1,0 mm (ti t di n 0,7854 mm

2

) Ch n t c

gió 5 m/s, tính g n ú ng h s truy n nhi t :

C.

kJ/h.m

799

0,1

5000

3,11

α

o2

=

=

- Chi u dài s i dây i n tr :

(

)

[

]

457,6

540.799.0,1.14,3

1000.43,2.

3600

70

505,0

600

d

π α

.P

3600

l

pt

=

=

+

−

=

(m)

- Chi u dài toàn b dây i n tr : L = 3.n.6,457 = 3.2.6,457 = 38,74 (m)

- Tính b c lò so: h = (24)d = 24 < 8 mm, ch n h = 8 mm.

- Tính n g kính trung bình c a lò xo: Dtb = (58)d = 58 < 15 mm,

ch n Dtb= 15 (mm)

- Xác n h s vòng dây trong m t ph n t phát nhi t (cu n dât i n tr )

Page 12

12

( )

(

) 135

15.14,3

8

457,6.

1000

D

π

h

l

1000

w

2

2

tb

2

pt

=

+

=

+

=

- Chi u dài c a lò xo s i t (ph n t phát nhi t): LPT = 1000.h.w = 1,08

(m)

- H s qu t: k = 2000 (l/s)

- Nhi t tr su t c a h p kim Crom và Niken :r0 =1,1.10

-6

( m.Ω )

- Ti t di n dây: S = 2,0106.10

-6

(m

2

)

- Ði n tr dây : Rd=(ro.Lpt)/S (Ω )

- M t truy n nhi t theo th i gian: U = 9000 (J/

0

C s)

- Ði n d n: G = 1/Rd ( 1

−

Ω )

- T bi u th c (3.1) bi n i và rút g n ta c mô hình sau:

VCp

ρ

Q

T

VCp

ρ

U

)3(k.u

VCp

ρ

G

).y(k)

4

.v(k

V

k

t.

Δ

)4

v(kT

V

t.

Δ

)

VCp

ρ

U

1

y(k).(

)1

y(k

1

tn

2

tn

+

+

−

+

−

−−

+

−

=+

(3.2)

- Ta t :T = t∆ ( th i gian l y m u)

- a = (1-Utn/(p.V.Cp))

- b = (T.k.T0)/V

- c = (T.k)/V

- d = G/(p.V.Cp)

- e = (Utn.T1)/(p.V.Cp)+Q/(p.V.Cp)

- Thay các thông s vào ta có ph n g trình rút g n sau:

Page 13

13

e)3(kd.u

).y(k)

4

c.v(k

)4

b.v(k

a.y(k)

)1

y(k

2

+−

+

−

−−

+

=+

(3.3)

Ph n g trình (3.3) là m t ph n g trình phi tuy n Cho v là m t h ng s

m van 55

0

Mô hình lò s y c mô t là m t hàm phi tuy n th hi n d i

hàm quan h :

3))

u(k

f(y(k),

1)

y(k

−

(3.4)

Thay các tham s a, b, c, d, e tình t m.file ta có mô hình toán h c hoàn

ch nh

3915,5)3(k2u510

3325,1

y(k).v

0099,0

v

4955,0

y(k)

9286,0)1

y(k

+−

−

+

−

+

=+

(3.5)

Mô hình hóa h th ng trên ph n m m matlab Simulink, ta có mô hình

i t n g sau:

Hình 3.1: Mô hình i t n g c a lò s y

Page 14

14

3.2 Ði u khi n quá trình nhi t lò s y b n g b i u khi n PID

B i u khi n PID là b i u khi n kinh i n c s d ng r ng rãi

trong các h th ng i u khi n công nghi p Vi c l a ch n các thông s KP,

KI, KD tùy thu c vào t ng i t n g N u khâu t l làm thay i giá tr u

ra, t l v i giá tr sai s hi n t i Ðáp n g t l có th c i u ch nh b ng

cách nhân sai s ó v i m t h ng s KP thì khâu tích phân KI t l thu n v i

c biên sai s l n qu ng th i gian x y ra sai s T ng sai s t c th i theo

th i gian (tích phân sai s ) cho ta tích l y bù ã c hi u ch nh tr c ó

Khâu tích phân (khi c ng thêm khâu t l ) s t ng t c chuy n n g c a quá

trình t i i m t và kh s d sai s n n h v i m t t l ch ph thu c vào

b i u khi n v.v…

Ð t ng h p các thông s i u khi n PID th n g s d ng các ph n g

pháp sau:

- S d ng mô hình x p x b c nh t có tr c a i t n g – Ph n g pháp

th nh t c a Ziegler – Nichols

- Xác n h thông s PID b ng th c nghi m

- Ph n g pháp Chien – Hrones – Reswich

- Ph n g pháp t i u modul

- Ph n g pháp t i u i x ng

Trong bài lu n v n này, v i các ph n g pháp trên tôi ch n ph n g pháp

th c nghi m dùng b i u khi n PI V i u i m là không c n tín toán ph c

t p, nh ng c n kinh nghi m ch n các tham s cho phù h p t i u trong

Page 15

15

i u khi n Trong lu n v n chính là n g d ng b i u khi n m nên ph n

PID s trình trình bày các ph n g pháp c b n và tóm t t Các th ng s PI

ch n c l y nh sau:

- Thay b i u PID trong h kín b ng b khuy ch i , sau ó t ng d n h

s khuy ch i t i giá tr t i h n Kth h kín ch biên gi i n

n h Xác n h chu k Tth c a h th ng

- Sau khi thay th vào h s khuy ch i , tôi ch n c Kth =0,0001 thì

t biên gi i n n h

- Xác n h c chu k t i h n c a h th ng Tth = 2 giây

- Xác n h thông s KP = 0,45 Kth, TI = 0,85.Tth

- Xác n h thông s KI = KP/TI

- Cu i cùng ta có các thông s c a b i u khi n PI thích h p

Hình 3.2: Mô hình mô ph ng s d ng b i u khi n PI

3.3 i u khi n quá trình nhi t lò s y b n g b i u khi n m

Mô hình m là mô hình m Mamdani

Page 16

16

Tên g i cho b ch nh n h m là: BO_DIEU_KHIEN_MO

B i u khi n m c dùng i u khi n i t n g c a lò s y, theo

kinh nghi m thì b i u khi n m g m có hai u vào và m t u ra

- Ð u vào th 1 là sai l ch nhi t gi a nhi t vào và nhi t ra c a lò

s y, i l n g này c ký hi u ET

- Ð u vào th hai là t c bi n thiên theo th i gian c a nhi t

dt

dET

i

l n g này ký hi u là DET

- Ð u ra là tín hi u i u khi n i n áp a vào i t n g i u khi n, i

l n g này ký hi u là U(t)

Hình 3.3: C u trúc c a b i u khi n m

3.4 Xác n h t p m

3.4.1 Mi n giá tr v y l ý cho bi n ngôn ng vào / ra

D a vào kinh nghi m v n hành c a lò, c tính sai l ch nhi t c a b

i u khi n PI, c tính v t lý và các s li u thu th p t i lò s y th c nghi m ta

xây d ng b i u khi n theo lu t sau:

Page 17

17

C n c vào nhi t sai l ch c a lò s y, ta quy i giá tr v t lý t n g

n g, xác n h các mi n giá tr rõ t i h n cho các bi n vào/ ra nh sau:

- Sai l ch nhi t u vào c ch n trong mi n giá tr : ET = [-20 20 ]

- Ð o hàm bi n thiên nhi t c ch n trong mi n giá tr :

DET = [- 30 30]

- Ð u ra tín hi u i u khi n i n áp c ch n trong mi n giá tr : U(t) = [

-1.2 1.2 ]

3.4.2 Giá tr t p m

Xác n h s l n g t p m (giá tr ngôn ng ) c n thi t cho các bi n

V i mô hình m Mamdani theo lu t max – Prod

V nguyên t c, s l n g các giá tr ngôn ng cho m i bi n ngôn ng nên

n m trong kho ng 3 n 10 giá tr N u s l n g giá tr ít h n 3 thì ít có ý

ngh a, vì không th c hi n c l y vi phân N u l n h n 10, con ng i khó

có kh n ng bao quát, thông tin y n g th i d phân bi t ta ch n

kho ng 5 n 9 bi n ngôn ng khác nhau Ð i v i quá trình i u khi n nhi t

lò s y, ta có th ch n s l n g t p m cho m i bi n u vào, u ra nh

sau:

➢ ET ∈{NM,NS,ZE,PS, PM}

➢ DET∈{NM,NS,ZE,PS, PM}

➢ U(t)∈{NM,NS,ZE,PS, PM}

Trong ó :