ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN để CHỈNH ĐỊNH tối ưu THAM số PID

1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Cơng trình đư c hồn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS Nguy n Bê BÙI THANH TÂN NG D NG GI I THU T DI TRUY N Đ CH NH Đ NH T I ƯU THAM S CHO B T Ph n bi n 1: PGS.TS NGUY N H NG ANH PID Đ NG ĐI U CH NH ĐI N ÁP MÁY PHÁT Đ NG B Ph n bi n 2: TS TR N ĐÌNH KHƠI QU C Chun nghành: T Đ ng Hóa Mã s : 60.52.60 Lu n văn ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m lu n văn th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày tháng năm 2012 TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng; - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng Đà N ng - Năm 2012 M Đ U Tính c p thi t c!a ñ# tài Trong th i gian qua v i vi c phát tri n n n kinh t , xã ñ ng b , ñi sau vào nghiên c)u tác gi ñã m r ng ñ tài lên dùng b ñi u n PID ñ ñi u ch1nh t$ ñ ng ñi n áp theo đư ng đ.c n cơng su t máy phát phù h p v i yêu c!u ñi n áp h h i nên v n ñ ñi n ngày tr nên c!n thi t bao gi h t th+ng yêu c!u c#a cơng su t vơ cơng, d$a vào tín hi u ph n h i Vì th mà nhà nư c, ph# xây d$ng nhi u cơng trình th#y âm áp Cịn b u n PI s% d&ng cho phương pháp ñi u ch1nh ñi n nhà máy ñi n s% d&ng nhi u lo i ngu n nhiên li u khác b0ng tay dòng kích t' (FCR) đ u ch1nh n áp, d$a vào tín hi u Gi i pháp NMTĐ v'a nh( góp ph!n đáng k vi c ph n h i dòng Phương pháp FCR ch1 dùng ch ñ v n hành ñáp )ng nhu c!u ñi n c#a nư c ta nh*ng năm qua ñ.c bi t: th% nghi m t, máy, h(ng AVR, u ch1nh l y thơng s+ H th+ng kích t' m t h th+ng quan tr ng ph)c t p nhà máy th#y ñi n, v y mà có cơng ty hay t, ch)c Vi t Nam th$c hi n vi c thi t k , l-p ñ.t th% nghi m trình th% t,ng h p l y đ.c tính ng-n m ch máy phát Như v y, thi t k b ñi u n PID s2 ph)c t p r t nhi u so v i ñi thi t k b PI cho AVR, nên sau nghiên c)u k v Công ty C, ph!n th#y ñi n A Vương ñã ti n hành ch t o tài li u, tác gi quy t ñ/nh ñi thi t k b ñi u n PID cho AVR, thành công h th+ng Đi u n - Đi u t+c thi t b/ khác cịn b u n PI s2 th$c hi n cho FCR Tuy nhiên, dung lư ng ñư c l-p ñ.t th% nghi m thành cơng t i Nhà máy th#y n c#a lu n văn không cho phép nên tác gi ch1 th$c hi n PID cho AVR nh( H th+ng kích t' đư c tri n khai thi t k b0ng s$ k t tính tốn riêng b PI cho FCR đ đưa vào chương trình PLC h p gi*a nh*ng ki n th)c th$c t v i vi c )ng d&ng ti n b khoa h c mơ hình th$c t - k thu t, ñ ng th i )ng d&ng thu t tốn u n hi n đ i Vi c áp d&ng lý thuy t ñi u n kinh n hi n đ i vào Vì th , m&c đích nghiên c)u c#a đ tài xây d$ng c u trúc b AVR máy phát ñi n ñ ng b v'a nh( NMTĐ d$a b th$c t ln g.p khó khăn v gi i thu t ph!n m m l n ñáp )ng ph!n PID ñư c ch1nh ñ/nh b0ng phương pháp GA nh0m nâng cao ch t c)ng c#a thi t b/ B0ng cách s% d&ng PLC S7-1200 th$c hi n t t c lư ng ñi n s$ ,n ñ/nh c#a h th+ng ñi n Đ ng th i )ng ch)c ñi u ch1nh cho AVR, hy v ng ñ tài s2 ñem ñ n m t d&ng b thơng s+ t+i ưu tìm đư c vào mơ hình th$c t cách nhìn m i v v n ñ áp d&ng lý thuy t ñi u n vào th$c t Đ i tư'ng ph(m vi nghiên c%u M$c đích nghiên c%u Khi b-t ñ!u nghiên c)u v ñ tài, tác gi ñã ch n b ñi u n PI ñ th$c hi n tồn b q trình u ch1nh ñi n áp máy phát S% d&ng PLC S7-1200 SIMATIC HMI BASIC (màn hình c#a S7-1200) đ l p trình cho b AVR 5 S% d&ng gi i thu t di truy n GA ñ ch1nh ñ/nh tham s+ Kp, Chương - T-NG QUAN V H TH NG KÍCH T VÀ AVR Ki, Kd nh0m nâng cao ch t lư ng ñáp )ng ,n ñ/nh cho AVR Thi t k AVR v i ch)c c!n thi t cho máy phát MÁY PHÁT Đ NG B 1.1 Gi/i thi0u chung ñ ng b th#y ñi n v'a nh(, có th% nghi m mơ hình th$c t 1.1.1 Nhi m v c a h th ng kích t Phương pháp nghiên c%u 1.1.2 Tính ch y u c a h th ng kích t Nghiên c)u lý thuy t k t h p mô ph(ng ki m ch)ng 1.1.3 Thành ph n c a h th ng kích t Xây d$ng th% nghi m mơ hình 1.1.4 Đi u ch nh ñi n áp c a máy phát ñi n 1.1.5 Đi u n công su t vô cơng c a máy phát n Nghiên c)u, ch t o b AVR máy phát ñ ng b th#y ñi n 1.1.6 Bù ñi n áp suy gi m ñư ng dây máy bi n áp v'a nh( d$a thu t tốn u n hi n ñ i ñ t+i ưu tham 1.1.7 Tính c a AVR Ý nghĩa khoa h+c th c ti n c!a ñ# tài s+ PID ñ m b o ñáp )ng ñi n áp ,n ñ/nh t i giá tr/ mong mu+n T' k t qu s2 thi t k ch t o h th+ng kích t' 1.2 H0 th ng kích t1 tĩnh 1.3 Các b gi/i h(n b2o v0 cho máy phát ñ ng b th#y ñi n v'a nh( 1.3.1 C u trúc c!a lu,n văn Ngồi ph n m đ u k t lu n, b n lu n văn ñư c chia Gi i h n kh phát công su t ph n kháng 1.3.1.1 Đư ng cong kh phát cơng su t kháng 1.3.1.2 Đư ng cong n áp V t ng h p thành chương: 1.3.2 B gi i h n thi u kích thích Chương 1: T,ng quan v h th+ng kích t' AVR máy phát ñ ng b 1.3.3 B gi i h n q kích thích Chương 2: Ngơn ng* l p trình thu t tốn u n PID S7- 1.3.4 B gi i h n V/Hz b o v 1.3.5 Vùng làm vi c c a máy phát 1200 Chương 3: Thu t gi i di truy n Chương 4: T,ng h p mơ hình hóa ph!n t% h AVR – Máy phát Chương 5: T+i ưu b ñi u n PID Chương 6: Xây d$ng chương trình AVR S7-1200 1.4 K t lu,n Lu n văn trình bày m t cách r t chi ti t v s lý thuy t h th+ng kích t' AVR, t,ng quan v h th+ng kích t' tĩnh thơng d&ng hi n khái quát gi i h n b o v Chương - NGƠN NG3 L P TRÌNH VÀ THU T TỐN ĐI U vi c l p trình PLC hình HMI T t c t o m t gi i KHI N PID TRONG S7-1200 pháp tích h p, th+ng nh t cho th/ trư ng t$ đ ng hóa c7 nh( (Micro 2.1 Gi/i thi0u chung 2.2 C u trúc ph4n c%ng 2.3 2.4 2.2.1 Module CPU 2.2.2 Board tín hi u c a S7-1200 2.2.3 Module m r ng tín hi u vào/ra 2.2.4 Module truy n thông Ki5u d6 li0u phân chia b nh/ 2.3.1 Ki u d li u 2.3.2 Phân chia b nh Chương - GI I THU T DI TRUY N 3.1 Gi/i thi0u chung 3.2 Mã hoá nhi m s8c th5 3.3 Kh9i t(o qu4n th5 3.4 Hàm thích nghi (Fitness function) 3.5 Các phép toán c!a thu,t gi2i di truy#n C u trúc chương trình 2.4.1 L p trình n tính 2.4.2 L p trình có c u trúc 2.5 Các l0nh phép tốn đư'c s7 d$ng lu,n văn 2.6 Module m#m PID 2.7 Automation) 2.6.1 Nh ng module m m có S7-1200 2.6.2 Gi i thi u chung v PID_Compact 2.6.3 Tham bi n hình th c K t lu,n Chương mô t thi t b/ PLC S7-1200, dịng s n ph4m m i c#a siemens, v i tính đa d ng, giao di n thi t k r t ñ5p k t c u chương trình r t d6 ki m tra Đ.c bi t dịng s n ph4m có giá thành th p đư c tích h p s n c,ng truy n thông Profinet (Ethernet), s% d&ng chung m t ph!n m m Simatic Step Basic cho 3.5.1 Phép tái sinh (Reproduction) 3.5.2 Phép lai ghép (Crossover) 3.5.3 Phép ñ t bi n (Mutation) 3.6 Phương pháp ch+n l+c 3.7 Ngun lý v# xác đ:nh tính thích nghi 3.7.1 Đ thích nghi tiêu chu n 3.7.2 Đ thích nghi x p h ng (rank method) 3.8 Các tính ch t quan tr+ng c!a thu,t gi2i gen di truy#n 3.9 C u trúc t;ng quát c!a m t thu,t gi2i gen di truy#n 3.10 Đi#u ki0n k t thúc l

u tăng lên l i 23 24 6.6 K t lu,n K t qu mô ph(ng b PID phịng thí nghi m phù h p v i nghiên c)u lý thuy t, chưa có tín hi u ph n h i th t ñưa ñ n ñ!u vào PID tác gi ñã s% d&ng thi t b/ thí nghi m đ mơ ph(ng tín hi u ñi n áp ñ!u c$c máy phát v i đư ng tăng, gi m h p lý, hình d ng sóng DC c p vào rotor r t chu4n Giao di n lu n văn KAT LU N VÀ KIAN NGH Giao di n ñi u n Sau m t th i gian nghiên c)u làm vi c nghiêm túc, ñư c s$ giúp ñ7 nhi t tình c#a TS Nguy6n Bê th!y giáo khoa v i s$ h: tr t' đ ng nghi p Cơng ty, đ n lu n văn hồn thành th i gian Tác gi gi i quy t hồn ch1nh n i dung lu n văn: - Đ c p ñ n nh*ng v n ñ v t,ng quan c u trúc m t Giao di n cài đ.t thơng s+ làm vi c Giao di n NMTĐ, phương pháp u ch1nh kích t' Trình bày ngun lý phân tích đ.c m làm vi c c#a b ñi u ch1nh ñi n áp máy phát - Đi sâu vào nghiên c)u, phân tích mơ hình hóa máy phát n đ ng b , b AVR, khâu kích t', khâu ch1nh lưu, khâu ño lư ng ñi n áp dòng ñi n T,ng h p h th+ng, thi t k b ñi u n - Th hi n m t cách khái quát sát v i n i dung ñ tài khái ni m v thu t gi i di truy n PLC S7 1200, giúp cho ngư i đ c có m t thơng tin xác ti p t&c tìm hi u sau đ tài Giao di n trending d ng sóng Giao di n cài đ.t thơng s+ hi n th/ Hình 6.14: T ng h p giao di n ngư i máy - Tác gi đánh giá cao th# thu t tìm ki m GA, t o ñư c thông s+ xác l p t+t, ñáp )ng ñư c yêu c!u v ñ ,n ñ/nh ñi n áp, th i gian th$c hi n chương trình ñ h i t& chưa ñ!y 30 sec 25 26 - Đ có nhìn rõ v l$c c#a GA, tác gi l ng Vì u ki n s n xu t, Nhà máy th#y ñi n Đ i Đ ng có cơng vào vi c tìm ki m b u n PID b0ng phương pháp ñi u ch1nh su t 500kW ñang q trình Đ i tu, chưa đưa vào k/p th i theo Ziegler-Nichols, ñây m t phương pháp r t thông d&ng gian này, nên lu n văn m i d'ng l i ñư c dùng ph, bi n ch1nh ñ/nh PID ngành t$ ñ ng hóa T' d&ng thơng s+ b u n PID vào th$c t PLC S7-1200 đó, so sánh v i GA th$c t có ñư c nh*ng k t qu b t ng , dùng thi t b/ mơ ph(ng tín hi u thay ñ,i tr/ s+ ñ.t cho ñi n áp ñ!u GA ñã tìm ñư c b tham s+ PID t+t r t nhi u c$c máy phát ñ ng b , th$c hi n trình kh i ñ ng t$ ñ ng - Nhưng n i dung ch# y u lu n văn vi c ph i m)c đ thành cơng v m.t áp d'ng mơ ph(ng tác đ ng c#a gi i h n b o v , mơ làm th đ )ng d&ng lý thuy t vào th$c ti6n, t)c s% d&ng b hình th% nghi m ch1 m i d'ng l i ñ!u c!u ch1nh lưu t i thay thông s+ v'a tìm đư c đ đưa vào chương trình u n ñi n áp th cho cu n dây rotor máy phát Vi c ñưa h AVR vào làm vi c ñư c vi t PLC S7-1200 Sau mơ ph(ng đáp )ng n áp th$c t h th+ng kh+i máy phát th$c s$ v n đ mà tác gi có giao ñ ng trình kh i ñ ng d'ng kích t' d$ đ/nh ti p t&c th$c hi n th i gian t i Đ ng th i tính - Cu+i cùng, t i phịng thí nghi m Đi n – Đi n t% A Vương, tốn, thi t k b, sung b ,n dịng PI vào h th+ng kích t' nh0m tăng tác gi th% nghi m mơ hình th$c t k t qu ñáp )ng r t cư ng tính đ ng q trình th% nghi m l y thơng s+ máy phát t+t l trình nghiên c)u đ Thành cơng phịng ñi n v n hành b0ng tay h th+ng kích t' b PID có v n thí nghi m s2 s v*ng ch-c ñưa vào th% nghi m t i Nhà ñ thi t k thêm b AVR d$ phòng nh0m nâng cao tính ,n đ/nh máy th#y n Đ i Đ ng (500kW) nhà máy th#y ñi n cho h th+ng v'a nh(, t' ti n hành ch t o h th+ng kích t' có tính thương m i cao V i k t qu ñ t ñư c v y, cho phép kh