Luận văn thạc sĩ Điều khiển nhiệt Độ bao hơi cho nhà máy nhiệt Điện trên cơ sở Điều khiển dự báo dựa mô hình mờ

Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luan Van Thạc Sỹ Khoa Học - Sử dụng sách lược lùi xa receding strategy, tức là tại mỗi thời điểm chỉ tín hiệu điều khiển đầu tiên trong chuỗi tin hiệu điều khiến

Trang 1

Dai Học Bách Khoa Hà Nội Luin Van Thae S¥ Khoa Hoc

LOL CAM DUAN

Tôi xin can đoan bản luận văn tốt nghiệp nảy là công trình nghiên cửu thực sự của cá nhân được thực hiên trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức

+mh điển, nghiên cứu khảo sát tỉnh hình thực tiễn và dưới sự hưởng dẫn khoa học của PGS.TS Phan Xuân Minh

Các số liệu, mô hình toán và những kết quả trong luận văn là trung thực

và chưa từng được công bó trong bắt kỳ công trình khoa học nào

‘Tae giá luận vẫn

Lương Văn Kiên

Trang 2

MỤC LỤC

LI CAM ĐOAN esiriirieerriierrie

DANH MỤC CÁC KÝ HIỂU VÀ CHU VI VIẾTT, TÁT

DANH MUC CAC BANG BIẾU cọ HnHnHadeerrerirrrrrrdcie DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÔ THỊ

CHƯƠNG 2 MÔ TIÌNI HÓA DỐI TƯỢNG DIÊU KHIÊN BẰNG MÔ HÌNH MG 20

2.3.3 Phương pháp huần luyên mô hình

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ THUẬT TOÁN ĐIÊU KHIỂN MPC TREN CƠ SỞ MÔ HÌNH MỞ

3.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BẢO NÙ _—-

3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TÔI CŨ M MPC «ceecooo.48 3.3.1 Các phương pháp thông thuờng,

3.2.3 Phương pháp giải thuật di tuyén (Genetic Algorithm)

3.3.3 Phương pháp Giới hạn và rế nhãnh (Branch and Bound)

Trang 3

CHUONG 4 UNG DUNG PHUGNG PHAP BIEU KEIEN DY BAO TUA MO HINH MO CHO HE THONG DIEU KHIEN NHIET ĐỘ BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT BIEN VA MO

PHÒNG KIÊM CHỪNG TH rrrrrerrrerreroeceđỦ

4.1 GIG] THIEU TONG QUAN VỀ CHU TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN .60

4.1.1 Giới thiệu tổng quan nhà máy nhiệt điện Phá Lai 60 4.1.2 Chu trinh chinh cửa nhà này nhiệt điện _ 62

4.2.3 Xây đụng mô hình dự báo mở cho đối tượng bao hơi 7 4.3 THIẾT KE BỘ ĐIÊU KHIẾN DỰ BẢO NHIỆT ĐỘ BAO HƠI - 81

4.3.1 Thiết kế bộ điều khiển đu bảo nhiệt độ bao hơn trên cơ sở giải bài toán tối ưu bằng

phương pháp Giải thuật di trayén (Genetic Algorithm) _.81

4.3.3 Thiết kế bộ điền khiển dự bảo nhiệt độ bao han trên cơ sở giải bài toán tối mì bằng

phương pháp Giỏi hạn va ré nhanh (Branch and Bound) 83 4.4 Mô nhằng và kiểm chứng trên nên Mallab-Simniink - #4

4.4.1 Mê phỏng và kiểm chứng ảnh hưởng của các trọng số lần chất luợng đần ra 84 4.4.3 5o sảnh chất lượng hệ thống điều khiển khi sử dụng các giải thnật tối tm 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO so niteiririrrrirriirrirriserasioe.ĐB)

Trang 4

Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tận Văn Thạc Sỹ Khoa Học

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỎ THỊ

Hình 1.1 Sơ đỗ khỏi hệ thông điều khiển dự bảo

Hinh 1.2 Chiến lược điều khiển dự báo

Hinh 1.3 > Quỹ đao quạ chiếu

Hinh 3.1 Phương pháp giải mờ cực đại

Hinh 2.2 Mién t

Hình 3.1 Céu tric b6 diéu khién MPC voi Mé hinh déi tương l là Mô hình mờ

Hình 3.2 Banh xe quay Roulette

Hinh 3.3, So dé dure thi giải thuật đi truyền

Hinh 3.4 Sa dé minh hoa Branch and Boun

Hinh 4.1 Téng quan ch trình chính của lới và nước `

nhà máy nhiệt điên Phả lại 2

Hinh 42 Hệ thẳng nước tuần hoàn chít U trong bình ngưng

Hinh 4.3 Chụ trình gia nhiệt hạ áp

Hình 4.4 Chu trình gia nhiệt cao dp

Tình 4.5 Cấu tạo lò hơi B2K-220-100-10C

Hình 4.6 Bộ dữ liệu vào ra

Tình 4.7 Kết quả nhận dang đổi tượng

-Hình 4.5 Kết quả sau khi xác định câu trúc của mô hình mờ

Hình 4.9 Kết quả luầẫn luyện và kiểm chủing mô hình

Hinh 4.10 Đặc tỉnh động của hệ thông

Hình 4.11 Ddp img voi 2 =0.001

Hình 4.12 Bap img voi A =0.1

Hình 4.13 Ddp ting voi raon_bi

Hinh 4.14 Dap từng khi ting khong dic bdo Hp=8

Hinh 4.15 Dap img theo phirong phiio B&B

Hinh 4.16 BG diéu khién MPC sit chong giải thuật dĩ tr

Hình 4.17 B6 diéu khién MPC sirdung gidi B&B

Piéu Khién va Ter Động Hóa 6 Tác Giả Lương VănKiên

Trang 5

Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luan Van Thạc Sỹ Khoa Học

- Sử dụng sách lược lùi xa (receding strategy), tức là tại mỗi thời điểm chỉ tín hiệu điều khiển đầu tiên trong chuỗi tin hiệu điều khiến da tinh toán được sử

dụng, sau đỏ giới hạn dự báo lại được dịch di một bước vẻ phía tương lai

mô tả đổi tượng/quá trình, ôn nhiêu và phiểm ham mục tiêu cân tôi thiêu hóa,

Do tinh khả mở của phương pháp MPC, nhiều công trình đã được phát triển và được thừa nhận rộng rãi trong công nghiệp vả nghiên cứu Thảnh công của các

ứng dụng điều khiển dự bảo không chỉ trong công nghiệp ché bien ma con trong rat nhiêu quá trình đa dạng khác, từ điều khiển robot cho tới gây mê lâm sảng (y

học) Các ứng dung MPC trong công nghiệp xi măng, tháp sảy, tháp chưng cất,

công nghiệp PVC, máy phát h ơi nước hay động cơ servo cũng đã được giới thiệu trong nhiều t ải liệu khác nhau Chất lượng tốt của những ứng dụng này cho thay MPC cé kha nang đạt được những hệ thông điều khiến hiệu quả cao,

vận hành lâu dài và bên vững

MPC thể hiện một loạt các ưu điểm so với các phương pháp điều khiển khác, trong đó nỗi bật là

Trang 6

DANH MUC CAC KY HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TÁT

MPC Điều khiển dự báo theo mỏ hinh

TMPC Điều khiển dự báo theo mô hình ruờ

GPC Điều khiển dự báo tổng quát

Fis TIệ thống suy luận raở

MIMO Nhiều váo, nhiễu ra

SISO "Một vào, một ra

MISO Nhiều vào, mội ra

SIMO Một vào, nhiều ra

y Tín hiệu ra bương lai

w Tín hiệu đặt

u Tím hiệu điều khiển

hy Giới bạn dưới tiền dự báo

Hp Giới hạn trên miễn đự bảo

He Giới lạm nuễn điều khiển

Gas Giải thuật dĩ truyền

B&B Phuong pháp giới hạn và rẽ nhánh (Branch and Bound)

Ø(7).A(7) _ : Chuỗi cáo trọng số điều chính

Trang 7

TONG QUAN VỀ DIEU KHIÊẾN DỰ BÁOTỰA MÔ HÌNH

11 GIỚI THIỆU CHUNG

Diéu khién dy bao theo mé hinh (MPC — Model Predietrve Control) là một công cụ mạnh cho điều khiển các quá trình công nghiệp, đặc biệt là các quả

trình phi tuyên, nhiễu vào — nhiều ra Kế từ khi ra đời cách nay khoảng bên thập

kỹ, phuếømg pháp này đã phát triển đáng kể trong lãnh vực nghnên gứu về điều

kiển cũng như ứng dụng trong quả trình công ngluệp MPC có lẽ lả giải pháp tổng quái nhất cho thiết kế bộ điều khiển trong miễn thời gian, có thể áp dung cho hệ tuyến tính cũng như phi tuyến, đặc biét 14 khi ma tin hiệu đặt là biết

trước Ngoài ra MPC cũng có thẻ điều khiển các quá tr ình có tín hiệu điều khiển

bị phận, có các điều kiên răng buộc Tuy nhiên, do sử dụng các điêu kiện hạn chế, rất khó chứng rrnnh dược tính ổn dịnh và bén ving về mặt lý thuyết của hệ

MPC, mặc đủ hậu hết các ứng, dụng được tổng kết đều cho thây độ ôn định nhất định Dây có thể nói là một trở ngại dé MPC duoc phổ biến rộng rãi hơn trong Tĩnh vực nghiên cứu vẻ điền khiến Mặc du vậy, những kết quả mới đầy hứa hẹn

tiện nay cho phép chứng ta nghĩ đến việu mở rộng hơn nữa kỹ thuật điều khiển

nay trong tương lai

Tư tưởng chính của bộ điều khiến dụ báo theo mỏ hình là

- Luật điền khiển phụ thuậc vào nhĩữmg hãnh vì được dự báo

- Sử dụng một mỗ hình toán học để dự báo đầu ra của đối tượng quả trình tại các thời điểm trong tương lai (gọi là miễn giới hạn đự báo — prediction

horizon)

- Chuỗi tín hiệu điều khiển tuong lai trong gidi han diéu khién (control

horizon) sẽ được tính toán thông qua việc tối thiểu hỏa một phiếm hàm mục

tiéu (cost function)

Trang 8

đầu vào và nhiều đầu ra Hệ thống điều khiển lô hơi là một hệ thông diéu khiến phức tạp, giám sát và điều khiển hàng trầm tham số TIệ thống có cấu trúc phức

tạp với hàng trăm mạch vòng điều khiến khác nhau Trong đó hệ thống điểu chỉnh nhiệt độ bao hơi là một trong những khẩu quan trọng của hệ thống diều khiến lò hơi Nhiệm vụ của hệ thống này là đảm bảo tương quan lượng nước dưa

vào lò hơi và nhiệt độ bao hơi Khi tương quan nảy bị phá vỡ thì mức nước trong bao hơi sẽ không được kiểm soát và sẽ dẫn tới sự cổ ở tuabin hay lò hơi,

có thể sẽ làm giảm năng suất bốc hơi của bao hơi, giảm nhiệt đồ bao hơi ảnh

hưởng lới sự vận hành của tuabm, hoặc có thể gây nỗ hệ thống éng sinh hei

Việc tự động điều chính nhiệt độ bao hơi là một trong những khâu trọng yếu của các hệ thống điều chính tự động lỏ hơi, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiến lò hơi

Chỉnh vì vậy, em di chon dé tài tốt nghiệp là: “Điều khiển nhiệt độ bao

hơi cho nhà máy nhiệt Điện trên cơ vỡ điều khiẫn dự báo tựa mỗ hình mở (Temperature Control for Steam Tank of Thennal Powerplant based on Fuzzy Model Predictive Controller )

Sau thời gian miệt mái với sự cổ gắng của bản thân củng với sự giúp đỡ tan tinh ofa cae thấy gô giáo trong bộ môn Điều Khiển Tự Động, đặc biết là sự hướng dẫn trục tiếp của cò giáo PGS.TS Phan Xuân Mình, em dã hoàn thành

xong luận văn tốt nghiệp của mình Tuy nhiên đo trình dé cén hạn chế nên

không thể tránh khỏi những thiểu sót trong luận văn của mình em rất mong nhận được sự góp ý, phê bình của thấy cô để luận văn của em được hoàn thiện hơn:

Em xin chan thanh cém anf

Ha Noi ngay 15 thang 06 nam 2012

Lương Văn Kiên

Trang 9

Hinh 2.2 Mién t

Trang 10

horizon)

Trang 11

LỜI MỞ ĐÀU

Điều khiển dy béo theo mé hinh (MPC — Model Predictive Contrel) khéi

dầu vào cuối những nim 70 và kể từ đỏ phương phap nay đã phát triển dáng kể

trong lĩnh vực nghiên cửa về điều khiển cũng như ứng đụng trong các quả trình

công nghiệp Nó được xem như là một công cụ mạnh cho điểu khiển các qua

trình công nghiệp, đặc biệt là các quá trình phi tuyển, nhiễu đầu vào — nhiều đầu

ra Thuật ngữ MPC không chỉ rõ một chiến lược điển khiến cụ thế mà chỉ ruột

đổi rộng các phương pháp chêu khi

sit dung md hinh toan học của đỗi

tugng/qua trinh dé tim tin hiéu diéu khién nhờ việc tôi thiểu hoá một phiếm hàm xnục tiêu

Vị phải sử dựng một mô hình toán học để dự báo đầu ra của đối tượng tại

cáo thời điểm trong lương lại nên đối với phương pháp này thì mô hình đổi

tượng động vựi Irò quan trọng, Tuy nhiêu đối với hệ phi tuyến thì việc xây dựng được mỏ hình toán học là một bái toàn khó vì đặc tinh phi tuyến rất đa dạng

Một hướng nghiên cứu mới trong khoảng một thập ky trở lại đây là áp dung

ý thuyết mờ vào bài toán nhận đạng hệ phí tuyển Các kết quả nghiên cứu

đã chỉ ra rằng đây là một giải pháp khá hiệu qua (Bspinusa vd cde ding ide giả,1000; Hadjili va Werts, 1999; Roubos và các dẳng tác gid,1999; )

Hon thể, sự phát triển mạnh mế của công nghệ và các công cụ phan mém

đã mở ra khả năng ứng dạng có hiệu quả phương pháp điển khiển dự báo cho

các quá trình công nghệ Mặc dủ không thế khẳng định MP là sự lựa chọn tết nhất để điều khiển mọi đối tượng công nghiệp nhưng thực sự kỹ thuật này có rất

nhiều ưu điểm

Lò hơi là thiết bị quan trọng nhất của các quá trình san xuất trong công nghiệp như quá trinh sản xuất điện, sản xuất giấy, Trong nhả máy nhiệt điện,

lò hơi là thiết bị lớn nhất và van hanh phức tạp nhất, là một hệ thống có nhiều

Trang 12

Trang 13

LỜI MỞ ĐÀU

nhiều ưu điểm

Trang 14

LỜI MỞ ĐÀU

nhiều ưu điểm

Trang 15

Hinh 2.2 Mién t

Trang 16

DANH MỤC CAC BANG BIEU

Bảng 2.1 Phương pháp xây dụng mô hình mờ

Bang 4.1 Dac tinh kỹ thuật của lò hơi ở phụ tỉi cực

“Bảng 4.3 Thông số lò hơi

Bang 4.3 Bộ dữt liệu vào ra

Điều Khiễn và Tự Động Hóa 5

Trang 17

Trang 18

LỜI MỞ ĐÀU

nhiều ưu điểm

Trang 19

Trang 20

Trang 21

horizon)

Trang 22

horizon)

Trang 23

Trang 24

horizon)

Trang 25

Lương Văn Kiên

Trang 26

Trang 27

Hinh 2.2 Mién t

Trang 28

Trang 29

Hinh 2.2 Mién t

Trang 30

Trang 31

Trang 32

Trang 33

Trang 34

Lương Văn Kiên

Trang 35

Lương Văn Kiên

Trang 36

horizon)

Trang 37

Tiêu đề	Luận Văn Thạc Sĩ Điều Khiển Nhiệt Độ Bao Hơi Cho Nhà Máy Nhiệt Điện Trên Cơ Sở Điều Khiển Dự Báo Dựa Mô Hình Mờ
Tác giả	Lương Văn Kiên, Tương Văn Kiên
Người hướng dẫn	PGS.TS Phan Xuân Minh
Trường học	Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Điều Khiển Tự Động Hóa
Thể loại	Luận văn
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	75
Dung lượng	1,38 MB