NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN MỨC LÒ HƠI TRONG MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN MỨC LỊ HƠI TRONG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Mã số:SV2018-09 Chủ nhiệm đề tài :Vũ Minh Hiếu MSSV :K165520216081 Giáo viên HD :Nguyễn Thị Chinh THÁI NGUYÊN, 6/2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SINH VIÊN NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH ĐIỀU KHIỂN MỨC LỊ HƠI TRONG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Mã số:SV2018-09 Giảng viên hướng dẫn (ký, họ tên) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Nguyễn Thị Chinh Vũ Minh Hiếu Xác nhận tổ chức chủ trì KT HIỆU TRƯỞNG PHĨ HIỆU TRƯỞNG PGS.TS Vũ Ngọc Pi THÁI NGUYÊN, 12/2018 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Đơn vị: Khoa Điện THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Nghiên cứu, ứng dụng điều khiển thơng minh điều khiển mức lị mơ hình thí nghiệm nhà máy nhiệt điện - Mã số:SV2018-09 - Chủ nhiệm: Ngô Quang Nghiệp - Cơ quan chủ trì: ĐH Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Nguyên - Thời gian thực hiện: 12 tháng (từ tháng 02/2018 đến tháng 01/2019) Mục tiêu: - Sơ đồ kết mô với điều khiển PID - Sơ đồ kết mô sử dụng điều khiển mờ Kết nghiên cứu: - Sơ đồ kết mô với điều khiển PID - Sơ đồ kết mô sử dụng điều khiển mờ - Quyển báo cáo thuyết minh Sản phẩm: Hệ thống điều khiển mức lị mơ hình thí nghiệm nhà máy nhiệt điện Hiệu quả: Xây dựng đường đặc tĩnh điều khiển Khả áp dụng phương thức chuyển giao kết nghiên cứu: Ứng dụng điều khiển thơng minh cho mức lị nhà máy nhiệt điện theo mơ hình phịng thí nghiệm Ngày 19 tháng 12 năm 2018 Cơ quan chủ trì KT.HIỆU TRƯỞNG PHÓ HIỆU TRƯỞNG Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm đề tài PGS.TS Vũ Ngọc Pi Nguyễn Thị Chinh Ngô Quang Nghiệp SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang:1 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI Ngô Quang Nghiệp Nguyễn Đức Sản Nhữ Văn Thiện SVTH : Ngô Quang Nghiệp MSSV: K145520216173 MSSV: K145520216253 MSSV: K145520216196 Trang:2 Lớp: K50TDH03 Lớp: K50TDH03 Lớp: K50TDH03 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh LỜI CAM ĐOAN Em cam đoan đề tài nghiên cứu khoa học chúng em thực Các số liệu, kết nghiên cứu kết luận trình bày báo cáo khoa học hoàn toàn trung thực chưa công bố ở bất kỳ nghiên cứu khác Tác giả Ngô Quang Nghiệp SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang:3 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn tới thầy giáo, cô giáo Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp thầy giáo, cô giáo Bộ môn tự động hóa giúp đỡ đóng góp nhiều ý kiến quan trọng cho em để em hồn thành đề tài Trong trình thực đề tài em nhận giúp đỡ nhiệt tình thầy, giáo khoa Điện, mơn tự động hóa trường ĐH Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Nguyên Đặc biệt hướng dẫn góp ý Cơ Nguyễn Thị Chinh, người ân cần hướng dẫn, bảo em suốt thời gian làm luận văn giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cô Nguyễn Thị Chinh, thầy, cô giáo môn Tự động hóa giúp đỡ, tạo điều kiện suốt trình học tập trường Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm tài liệu tham khảo hạn chế nên đồ án chắn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo môn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô! Sinh viên Ngô Quang Nghiệp - Nguyễn Đức Sản -Nhữ Văn Thiện SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang:4 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh LỜI NÓI ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Điện đóng vai trị vơ quan trong đời sống kinh tế – trính trị – tồn giới Nhu cầu sử dụng điện quốc gia ngày tăng Cùng với tồn tài nhà máy Thủy điện, Điện hạt nhân, Pin mặt trời, Sức gió, Thì nhà máy nhiệt điện đốt than đóng vài trị đáng kể Nhìn chung vài chục năm tới, tỷ lệ nhiệt điện đốt than chiếm tỷ lệ lớn nhất tổng số sản lượng điện giới (khoảng từ 40% trởlên) Ở nước ta nhà máy nhiệt điện cung cấp nhiều năm gần dao động phạm vi 20% Các tổng sơ đồ phát triển điện dự đốn cịn phát triển tương lai Đối với nhà máy nhiệt điện nhiên liệu sử dụng than khí thiên nhiên, loại nhiên liệu lỏng sử dụng nhiên liệu hạn chế Vì việc nghiên cứu phương pháp điều khiển đại nhằm nâng cao chất lượng trình nhà máy nhiệt điện rất quantrọng.Việc ứng dụng thuật toán điều khiển đại nâng cao chất lượng số lượng sản phẩm, đưa lại hiệu kinh tế rõ rệt cho công nghiệp nướcta.Để nghiên cứu phương pháp điều khiển nâng cao chất lượng lò hơi, em giao đề tài : "Nghiên cứu, ứng dụng điều khiển thơng minh điều khiển mức lị mơ hình thí nghiệm nhà máy nhiệt điện" 2.Mục tiêu nghiên cứu Nguyên cứu sở lý thuyết tổng quan nhà máy nhiệt điện từ xây dựng mơhình tốn cho hệ thống điều khiển mức nước cấp bình lòhơiThiết kế điều khiểnPID điều khiển mờ chỉnh định tham sốPIDđể điều khiển ổn định mức nước cấp bìnhbao Kiểm chứng kết mơ Matlab– Simulink thực nghiệm mơ hình nhà máy nhiệt điện Trung tâm thí nghiệm Trường SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang:5 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh Cấu trúc báo cáo đề tài Với mục tiêu đặt ra, nội dung đồ án gồm chương sau: - Chương 1: Giới thiệu điều khiển mức lò nhà máy nhiệt điện - Chương 2: Xây dựng hệ thống điều khiển mức lị cho mơ hìnhnhàmáynhiệtđiện -Chương 3: Thiết kế bộđiều khiển mờ điều khiển mức lò cho mơ hình nhà máy nhiệt điện SVTH : Ngơ Quang Nghiệp Trang:6 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh Hình 3.3 : Hàm liên thuộc đầu U * Rời rạc hóa tập mờ Độ phân giải dải trị phụ thuộc chọn trước cho nhóm điều khiển mờ loại dấu phẩy động (các số dj biểu diễn dạng dấu phẩy động có độ xác đơn) ngun ngắn (giá trị phụ thuộc số nguyên có độ phụ thuộc số có độ dài byte theo byte) Phương pháp rời rạc hóa yếu tố định độ xác tốc độ điều khiển 3.2.3 Xây dựng luật điều khiển Các luật điều khiển thường biểu diễn dạng mệnh đề IF THEN Các mệnh đề viết dạng ma trận, ngôn ngữ, liệt kê Với hệ thống điều khiển mức nước cho nhà máy ta có luật điều khiển sau: R1: Nếu ET = AL U = AL R2: Nếu ET = AV U = AV R3: Nếu ET = AN U = AN R4: Nếu ET = K U = K R5: Nếu ET = DN U = DN R6: Nếu ET = DV U = DV R7: Nếu ET = DL U = DL SVTH : Ngơ Quang Nghiệp Trang: 57 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh Hình 3.4 : Luật điều khiển 3.2.4 Chọn thiết bị hợp thành nguyên lý giải mờ Triển khai luật hợp thành tổng hợp giá trị mờ Thiết bị hợp thành ta chọn theo nguyên tắc Max – Min Các tập mờ sau triển khai qua nhiều thiết bị hợp thành đưa giá trị thực theo cách thức giải mờ, cách thức có ảnh hưởng khơng nhỏ đến trạng thái làm việc cúng độ phức tạp hệ thống Chọn giải mờ theo phương pháp Bisector SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 58 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh Hình 3.5: Luật hợp thành nguyên lý giải mờ Ta có mối quan hệ vào điều khiển mờ sau: Hình 3.6 : Quan hệ vào điều khiển mờ tĩnh SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 59 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh 3.3 Thiết kế điều khiển mờ động 3.3.1 Định nghĩa biến ngôn ngữ vào Biến ngơn ngữ vào tín hiệu điều khiển điều khiển mờ cụ thể lượng sai lệch điện áp điều khiển ET DET đạo hàm sai lệch Biến ngôn ngữ đại lượng tác động trực tiếp hay gián tiếp lên đối tượng ở biến ngôn ngữ điện áp điều khiển U 3.3.2 Định nghĩa tập mờ Xác định miền giá trị vật lý biến ngôn ngữ vào ra, Miền giá trị vật lý phải bao hàm hết khả giá trị mà biến ngôn ngữ vao nhận, ta chọn: ET  1  (V) DET  1  (V/s) U  3.08  4.42 (V) * Xác định số lượng tập mờ ET = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} DET = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} U = {AL, AV, AN, K, DN, DV, DL} Trong đó: AL: Âm lớn AV: Âm vừa AN: Âm nhỏ K: Không DN: Dương nhỏ DV:Dương vừa DL: Dương lớn * Xác định hàm liên thuộc Chọn hàm liên thuộc hình tam giác SVTH : Ngơ Quang Nghiệp Trang: 60 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh Hình 3.7 : Hàm liên thuộc đầu vào ET Hình 3.8 : Hàm liên thuộc đầu vào DET SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 61 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh Hình 3.9 : Hàm liên thuộc đầu U 3.3.3 Xây dựng luật điều khiển R1: Nếu ET = AL DET = K U =AL R2: Nếu ET = AV DET = K U =AV R3: Nếu ET = AN DET = K U =AN R4: Nếu ET = K DET = K U =K R5: Nếu ET = DN DET = K U =DN R6: Nếu ET = DV DET = K U =DV R7: Nếu ET = DL DET = K U =DL R8: Nếu ET = K DET = AL U =AL R9: Nếu ET = K DET = AV U =AV 10 R10: Nếu ET = K DET = AN U =AN 11 R11: Nếu ET = K DET = DN U =DN 12 R12: Nếu ET = K DET = DV U =DV 13 R13: Nếu ET = K DET = DL U =DL SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 62 Đề tài khoa học SVTH : Ngô Quang Nghiệp GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh Trang: 63 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh 3.3.4 Chọn thiết bị hợp thành nguyên lý giải mờ Luật hợp thành Max – Min Giải mờ phương pháp Bisector Hình 3.10 : Luật hợp thành nguyên lý giải mờ Hình 3.11 : Quan hệ vào điều khiển mờ động SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 64 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh 3.4 Chương trình Kết mô phỏng: 3.4.1 Sơ đồ kết mô điều khiển mạch vòng * Sơ đồ mạch vịng trong: Hình 3.12: Sơ đồ mạch vịng điều khiển lưu lượng nước * Kết mô mạch vịng Hình 3.13: Kết mơ mạch vịng 3.4.2 Sơ đồ kết mơ điều khiển mờ tĩnh SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 65 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh * Sơ đồ mơ phỏng: Hình 3.14: Sơ đồ mô điều khiển mờ tĩnh * Kết mơ Hình 3.15: Kết mơ mạch vịng ngồi có khâu trễ sử dụng điều khiển mờ tĩnh 3.4.3 Sơ đồ kết mô điều khiển mờ động * Sơ đồ mô phỏng: SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 66 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh Hình 3.16: Sơ đồ mơ điều khiển mờ động * Kết mô Hình 3.17: Kết mơ mạch vịng ngồi có khâu trễ sử dụng điều khiển mờ động 3.5.So sánh chất lượng dùng điều khiển PID điều khiển SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 67 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh thông minh mờ tĩnh, động Khi so sánh ta coi mạch vòng thiết kế cho chất lượng đảm bảo Hình 3.18 :Sơ đồ mơ so sánh chất lượng điều khiển SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 68 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh Hình 3.19 :kết mơ điều khiển *nhận xét: Ta thấy ba điều khiển có ưu điểm triệt tiêu sai lệch tĩnh - Đặc tính độ hệ thống có điều khiển mờ động tốt nhất Ở trạng thái xác lập khơng có sai lệch tĩnh, khơng có độ q điều chỉnh,thời gian để hệ tiến tới ổn định t = 50s - Bộ điều khiển mờ tĩnh cho chất lượng động nhất( điều khiển PID điều khiển mờ động) Mặc dù đáp ứng hệ thống khơng có độ q điều chỉnh thời gian để hệ tiến tới ổn định t = 80s, tác động chậm điều khiển mờ động - Bộ điều khiển PID cho chất lượng điều khiển mờ động tốt điều khiển mờ tĩnh Thể ở chỗ thời gian hệ tiến tới ổn định nhanh điều khiển mờ tĩnh t = 60s SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 69 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh 3.6 Kết luận Kết mô sử dụng hai điều khiển PID mờ chỉnh định tham số PID ta nhận thấy : Bộ điều khiển mờ động chỉnh định tham số PID cho chất lượng tốt hơn, độ điều chỉnh(sai lệch so với gia trị đặt) nhỏ hơn.Trong hai điều khiển mờ động điều khiển mờ tĩnh điều khiển mờ động cho chất lượng tốt Tuy nhiên, điều kiện cịn hạn chế thiết bị thí nghiệm, chưa thể tiến hành thực nghiệm, để có kết luận xác so sánh chất lượng điều khiển thực với Bộ điều khiển mờ dễ hiểu so với điều khiển khác dễ dàng thay đổi Điều khiển mờ sử dụng cho hệ thống khơng cần biết xác mơ hình đối tượng Đối với tốn thiết kế có độ phức tạp cao, giải pháp dùng điều khiển mờ cho phép giảm khối lượng tính tốn giảm giá thành sản phẩm SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 70 Đề tài khoa học GVHD: Th.s Nguyễn Thị Chinh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phước, N D; Minh.X.P, Lý thuyết điều khiển mờ; NXB Khoa học & Kỹ thuật; 2006 [2] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [3] Nguyễn Mạnh Tùng, Nguyễn Như Hiển,: “Điều khiển logic PLC” NXB KH&KT, 20071 [4].Bài giảng “ Hệ thống thông minh” TS Nguyễn Mạnh Tùng SVTH : Ngô Quang Nghiệp Trang: 71