Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 106 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
106
Dung lượng
1,85 MB
Nội dung
Xâydựngmôhìnhđộnghọclòhơibằngphươngphápnhậndạngvòngkín MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 15 1.1. Đặt vấn đề 15 1.2.1. Nội dung thực hiện 16 1.2.2. Kết quả đạt được 17 Sau khi tiến hành nhậndạng theo từng phươngpháp với bậc của các môhình khác nhau, ta thu được kết quả tốt nhất như sau: Đối với môhình nhiệt độ, theo phươngpháp PEM với môhình ARMAX thu được môhình đa thức bậc 2, độ fit là 92.4% . Đối với môhình áp suất, theo phươngpháp PEM với môhình hàm truyền bậc 3, độ fit là 78.5% 17 1.3. Nội dung đồ án 17 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNGPHÁPNHẬNDẠNG 18 2.1. Sơ lược về vấn đề nhậndạng 18 2.1.1. Tổng quan về phươngpháp 18 2.1.2. Các bước tiến hành nhậndạng 20 2.1.3. Phân loại các phươngphápnhậndạng 21 Theo dạngmôhình sử dụng 21 Nhậndạng chủ động và nhậndạng bị động 21 Nhậndạngvòng hở và nhậndạngvòngkín 22 Nhậndạng gián tiếp và trực tiếp 23 Nhậndạng trực tuyến (online) và ngoại tuyến (offline) 23 Thuật toán ước lượng môhình 24 2.1.4. Đánh giá và kiểm chứng môhình 24 2.2. Các phươngpháp ước lượng môhình 24 2.2.1. Nhậndạngmôhình đáp ứng tần số 25 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 1 XâydựngmôhìnhđộnghọclòhơibằngphươngphápnhậndạngvòngkínHình 2.1. Đáp ứng tần số của hệ thống 25 2.2.1.1 Phươngpháp phân tích Fourier ( ETFE) 26 2.2.1.2.Phương pháp phân tích phổ 29 Hình 2.2. Đồ thị tín hiệu u1 34 Hình 2.3. Đồ thị phổ tần số của u1 34 Hình 2.4. Đồ thị tín hiệu ra y1 khi đầu vào là u1 35 Hình 2.5. Đáp ứng tần số ước lượng bằng 3 phươngpháp với tín hiệu vào và đầu ra không chịu ảnh hưởng của nhiễu 36 Hình 2.6. Đáp ứng tần sồ ước lượng được từ 3 phươngpháp với hàm độ rộng cửa sổ trong thuật toán ETFE và SPA là 100 37 Hình 2.7. Nhiễu ồn trắng Gauss 38 Hình 2.8. Đồ thị đầu ra khi bị ảnh hưởng của nhiễu 38 Hình 2.9. Môhình đáp ứng tần số ước lượng được khi có ảnh hưởng của nhiễu ồn trắng 39 Hình 2.10. Đồ thị tín hiệu vào u2 40 Hình 2.11. Đồ thị phổ tần số của tín hiệu u2 40 Hình 2.12. Đồ thị đáp ứng y2 của hệ thống với tín hiệu vào là u2 41 Hình 2.13. Môhình đáp ứng tần số ước lượng được từ bộ dữ liệu thu được khi đầu vào là u2 42 2.2.1.3. Ước lượng hàm truyền đạt liên tục từ đáp ứng tần số 43 Hình 2.14. Đồ thị bode của môhình đáp ứng tần số h13 44 Hình 2.15. Môhình hàm truyền ước lượng được từ dãy đáp ứng tần số của môhình h13 45 2.2.2. Hệ hồi quy tuyến tính và phươngpháp bình phương cực tiểu (LSE) 45 2.2.3. Phươngpháp sai số dự báo (PEM) 49 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 2 Xây dựngmôhìnhđộnghọc lò hơibằngphươngphápnhậndạngvòngkínHình 2.16. Ước lương (*) theo môhình ARX khi hệ thống không chịu ảnh hưởng của nhiễu 56 Hình 2.17. Kết quả ước lương môhình ARX khi hệ thống chịu ảnh hưởng của nhiễu trắng tới đầu ra sử dụngphươngpháp LSE 57 Hình 2.18. Kết quả ước lượng (*) theo môhình ARX sử dungphươngpháp PEM 58 Hình 2.19. Kết quả ước lương (*) theo môhình ARMAX khi đầu ra chịu tác động của nhiễu 59 Hình 2.20. Kết quả ước lương (*) theo môhình hàm truyền đạt khi đầu ra chịu tác động của nhiễu 60 CHƯƠNG 3: ĐỐI TƯỢNG LÒHƠI 62 Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo của lòhơi 62 3.2. Giải pháp điều khiển đang được sử dụng 63 3.2.1. Điều khiển mức nước trong bao hơi 64 Hình 3.2. Sơ đồ điều khiển mức trong bao hơi 65 3.2.2. Kiểm soát nhiệt độ hơi nước quá nhiệt 65 3.2.3. Áp suất hơi quá nhiệt ở đầu ra 66 3.2.4. Chất lượng quá trình cháy trong buồng lửa 67 3.3. Thu thập số liệu 70 3.3.1. Vòng điều khiển nhiệt độ 70 3.3.2. Vòng điều khiển áp suất 71 CHƯƠNG 4: NHẬNDẠNGMÔHÌNHLÒHƠI 73 4.1. Xử lý số liệu trước khi nhậndạng 73 Hình 4.1a. Đồ thị nhiệt độ khi chưa loại bỏ giá trị trung bình 76 Hình 4.1b. Đồ thị nhiệt độ sau khi loại bỏ giá trị trung bình 76 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 3 XâydựngmôhìnhđộnghọclòhơibằngphươngphápnhậndạngvòngkínHình 4.2a. Đồ thị áp suất khi chưa loại bỏ giá trị trung bình 77 Hình 4.2b. Đồ thị áp suất hơi quá nhiệt sau khi loại bỏ giá trị trung bình 77 4.2. Kết quả nhậndạng cho môhình nhiệt độ 78 Hình 4.3. Môhìnhnhậndạng nhiệt độ 78 4.2.1. Nhậndạngmôhình nhiệt độ theo phươngpháp dựa trên đáp ứng trên miền tần số 78 Hình 4.4. Phổ tần số của các biến vào trong môhình nhiệt độ 79 Hình 4.5a. Đáp ứng tần số của nhiệt độ ứng với biến vào lưu lượng nhiên liệu 80 Hình 4.5b. Đáp ứng tần số của nhiệt độ với biến vào lưu lượng nước làm mát 81 Hình 4.5c. Đáp ứng tần số của nhiệt độ với biến vào lưu lượng hơi quá nhiệt 81 4.2.2. Nhậndạngmôhình nhiệt độ theo phươngpháp LSE 82 Hình 4.6a. Nhậndạng nhiệt độ theo phươngpháp PEM cho môhình ARX với bậc môhình thấp 82 Hình 4.6b. Nhậndạng nhiệt độ theo phươngpháp PEM cho môhình ARX với bậc môhình cao 83 4.2.3. Nhậndạngmôhình nhiệt độ theo phươngpháp PEM cho các dạngmôhình khác nhau 84 Hình 4.7. Nhậndạng nhiệt độ theo phươngpháp PEM cho môhình ARMAX 85 Hình 4.8. Nhậndạng nhiệt độ theo phươngpháp PEM cho môhình SOPDT, không gian trạng thái và OE 89 Hình 4.11a. Đáp ứng tần số của áp suất với biến vào lưu lượng nhiên liệu 92 Hình 4.11b. Đáp ứng tần số của áp suất với biến vào lưu lượng nước làm mát 92 Hình 4.11c. Đáp ứng tần số của áp suất với biến nhiễu tải lưu lượng hơi quá nhiệt 92 4.3.2. Nhậndạngmôhình áp suất theo phươngpháp LSE với môhình ARX 93 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 4 Xây dựngmôhìnhđộnghọc lò hơibằngphươngphápnhậndạngvòngkínHình 4.13. Nhậndạng áp suất theo phươngpháp PEM áp dụng cho môhình ARMAX 96 compare(Pmhv,m6,m7,m8,m9); 97 Môhình hàm truyền liên tục bậc 2 có trễ, có điểm cực phức: 97 Process model with 3 inputs: y = G_1(s)u_1 + + G_3(s)u_3 97 where 97 Kp 97 G_1(s) = * exp(-Td*s) 97 1+2*Zeta*Tw*s+(Tw*s)^2 97 with Kp = 0.0033078 97 Tw = 58.759 97 Zeta = 2.4964 97 Td = 0 97 Kp 97 G_2(s) = * exp(-Td*s) 97 1+2*Zeta*Tw*s+(Tw*s)^2 97 with Kp = -2.8342 97 Tw = 9.424 97 Zeta = 3.4828 97 Td = 18.152 98 Kp 98 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 5 Xâydựngmôhìnhđộnghọclòhơibằngphươngphápnhậndạngvòngkín G_3(s) = * exp(-Td*s) 98 1+2*Zeta*Tw*s+(Tw*s)^2 98 with Kp = 0.00019435 98 Tw = 9.4162 98 Zeta = 8.4444 98 Td = 14.227 98 Estimated using PEM using SearchMethod = Auto from data set z 98 Loss function 0.00212907 and FPE 0.00215462 98 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 103 5.2. Các dạngmôhình sử dụng 103 5.3. Chất lượng môhìnhnhận được 104 5.4. Công cụ System Identification Toolbox 104 5.4. Bài học thu được 105 5.5. Hướng phát triển và nghiên cứu của đề tài 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 6 Xâydựngmôhìnhđộnghọclòhơibằngphươngphápnhậndạngvòngkín DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ARX AutoRegressive with eXternal input ARMAX AutoRegressive Moving Average with eXternal input BJ Box-Jenkins DSC Distributed Control System ETFE Empirical tranfer-function estimation SOPDT Second-oder plus dead-time LS Least Squares MV Manipulated variable OE Output-Error PEM Prediction Error Method SPA Spectral Analysis SPAFDR SPectral Analysis with Frequency Dependent Resolution Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 7 Xâydựngmôhìnhđộnghọclòhơibằngphươngphápnhậndạngvòngkín QUY ƯỚC VỀ TÊN TAGNAME CỦA CÁC BIẾN QUÁ TRÌNH Ký hiệu Ý nghĩa Ký hiệu Ý nghĩa A Analyzer P Pressure C Controller T Temperature/Transmitter F Flow V Valve I Indicator PV Process value L Level CPV Calculated Process value Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 8 Xâydựngmôhìnhđộnghọclòhơibằngphươngphápnhậndạngvòngkín DANH MỤC HÌNH CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 15 1.1. Đặt vấn đề 15 1.2.1. Nội dung thực hiện 16 1.2.2. Kết quả đạt được 17 Sau khi tiến hành nhậndạng theo từng phươngpháp với bậc của các môhình khác nhau, ta thu được kết quả tốt nhất như sau: Đối với môhình nhiệt độ, theo phươngpháp PEM với môhình ARMAX thu được môhình đa thức bậc 2, độ fit là 92.4% . Đối với môhình áp suất, theo phươngpháp PEM với môhình hàm truyền bậc 3, độ fit là 78.5% 17 1.3. Nội dung đồ án 17 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNGPHÁPNHẬNDẠNG 18 2.1. Sơ lược về vấn đề nhậndạng 18 2.1.1. Tổng quan về phươngpháp 18 2.1.2. Các bước tiến hành nhậndạng 20 2.1.3. Phân loại các phươngphápnhậndạng 21 2.1.4. Đánh giá và kiểm chứng môhình 24 2.2. Các phươngpháp ước lượng môhình 24 2.2.1. Nhậndạngmôhình đáp ứng tần số 25 Hình 2.1. Đáp ứng tần số của hệ thống 25 2.2.1.1 Phươngpháp phân tích Fourier ( ETFE) 26 2.2.1.2.Phương pháp phân tích phổ 29 Hình 2.2. Đồ thị tín hiệu u1 34 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 9 XâydựngmôhìnhđộnghọclòhơibằngphươngphápnhậndạngvòngkínHình 2.3. Đồ thị phổ tần số của u1 34 Hình 2.4. Đồ thị tín hiệu ra y1 khi đầu vào là u1 35 Hình 2.5. Đáp ứng tần số ước lượng bằng 3 phươngpháp với tín hiệu vào và đầu ra không chịu ảnh hưởng của nhiễu 36 Hình 2.6. Đáp ứng tần sồ ước lượng được từ 3 phươngpháp với hàm độ rộng cửa sổ trong thuật toán ETFE và SPA là 100 37 Hình 2.7. Nhiễu ồn trắng Gauss 38 Hình 2.8. Đồ thị đầu ra khi bị ảnh hưởng của nhiễu 38 Hình 2.9. Môhình đáp ứng tần số ước lượng được khi có ảnh hưởng của nhiễu ồn trắng 39 Hình 2.10. Đồ thị tín hiệu vào u2 40 Hình 2.11. Đồ thị phổ tần số của tín hiệu u2 40 Hình 2.12. Đồ thị đáp ứng y2 của hệ thống với tín hiệu vào là u2 41 Hình 2.13. Môhình đáp ứng tần số ước lượng được từ bộ dữ liệu thu được khi đầu vào là u2 42 2.2.1.3. Ước lượng hàm truyền đạt liên tục từ đáp ứng tần số 43 Hình 2.14. Đồ thị bode của môhình đáp ứng tần số h13 44 Hình 2.15. Môhình hàm truyền ước lượng được từ dãy đáp ứng tần số của môhình h13 45 2.2.2. Hệ hồi quy tuyến tính và phươngpháp bình phương cực tiểu (LSE) 45 2.2.3. Phươngpháp sai số dự báo (PEM) 49 Hình 2.16. Ước lương (*) theo môhình ARX khi hệ thống không chịu ảnh hưởng của nhiễu 56 Hình 2.17. Kết quả ước lương môhình ARX khi hệ thống chịu ảnh hưởng của nhiễu trắng tới đầu ra sử dụngphươngpháp LSE 57 Hình 2.18. Kết quả ước lượng (*) theo môhình ARX sử dungphươngpháp PEM 58 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 10 [...]... lượng hơi quá nhiệt 81 4.2.2 Nhậndạngmôhình nhiệt độ theo phươngpháp LSE 82 Hình 4.6a Nhậndạng nhiệt độ theo phươngpháp PEM cho môhình ARX với bậc môhình thấp 82 Hình 4.6b Nhậndạng nhiệt độ theo phươngpháp PEM cho môhình ARX với bậc môhình cao 83 4.2.3 Nhậndạngmôhình nhiệt độ theo phươngpháp PEM cho các dạngmôhình khác nhau 84 Hình 4.7 Nhận dạng. .. các phươngphápnhậndạng Chương này trình bày những vấn đề chung về nhận dạng, các phươngphápnhậndạng trong vòngkín mà đồ án sử dụng Chương 3: Đối tượng lòhơi Chương này trình bày tóm tắt quá trình công nghệ của lòhơi và làm rõ các vòng điều khiển cần nhậndạngmôhình Chương 4: Nhậndạnglòhơi Chương này trình bày từng bước làm cụ thể với 3 phươngpháp và các môhình khác nhau để nhận dạng. .. 4.3.2 Nhậndạngmôhình áp suất theo phươngpháp LSE với môhình ARX 93 Hình 4.13 Nhậndạng áp suất theo phươngpháp PEM áp dụng cho môhình ARMAX 96 compare(Pmhv,m6,m7,m8,m9); .97 Môhình hàm truyền liên tục bậc 2 có trễ, có điểm cực phức: 97 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 12 Xây dựngmôhìnhđộnghọc lò hơibằngphươngphápnhận dạng. . .Xây dựngmôhìnhđộnghọc lò hơibằngphươngphápnhậndạngvòngkínHình 2.19 Kết quả ước lương (*) theo môhình ARMAX khi đầu ra chịu tác động của nhiễu 59 Hình 2.20 Kết quả ước lương (*) theo môhình hàm truyền đạt khi đầu ra chịu tác động của nhiễu 60 CHƯƠNG 3: ĐỐI TƯỢNG LÒHƠI 62 Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo của lòhơi 62 3.2 Giải pháp điều khiển... hệ tuyến tính, nhậndạng hệ liên tục hoặc nhậndạng hệ gián đoạn, nhậndạng trên miền thời gian hoặc nhậndạng trên miền tần số, nhậndạngmôhình không tham số hoặc nhậndạngmôhình có tham số, nhậndạngmôhình rõ hoặc nhậndạngmôhình mờ, Trong điều khiển quá trình với các phươngpháp kinh điển, môhình tuyến tính bậc nhất hoặc bậc hai (có hoặc không có trễ, có hoặc không dao động, có hoặc không... Quyên 11 Xây dựngmôhìnhđộnghọc lò hơibằngphươngphápnhậndạngvòngkín 4.2.1 Nhậndạngmôhình nhiệt độ theo phươngpháp dựa trên đáp ứng trên miền tần số 78 Hình 4.4 Phổ tần số của các biến vào trong môhình nhiệt độ .79 Hình 4.5a Đáp ứng tần số của nhiệt độ ứng với biến vào lưu lượng nhiên liệu 80 Hình 4.5b Đáp ứng tần số của nhiệt độ với biến vào lưu lượng nước làm mát 81 Hình. .. hưởng lớn đến chất lượng dữ liệu thu thập được Nhậndạngvòng hở và nhậndạngvòngkín Từ phân tích ở phần trên (nhận dạng chủ động và bị động) ta có thể thấy rằng dữ liệu thu thập được hoặc trong vòng điều khiển hoặc khi hệ thống bị cách li khỏi vòng điều khiển Từ đó ta phân loại ra nhậndạngvòng hở và nhậndạngvòngkínNhậndạngvòng hở được thực hiện khi vòng điều khiển phản hồi bị cách ly ra khỏi... lượng môhình 2.2 Các phươngpháp ước lượng môhình Mục này trình bày về cơ sở lý thuyết của một số phươngpháp ước lượng môhình được sử dụng trong đồ án, và một số ví dụ áp dụng của mỗi phươngpháp với môhình trên Matlab Cơ sở lý thuyết được tham khảo và trích dẫn chính từ [3] và [4] CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNGPHÁPNHẬNDẠNG 2.2.1 Nhậndạngmôhình đáp ứng tần số Xét hệ thông tuyến tính ổn định có mô hình: ... Phân loại các phươngphápnhậndạng Các phươngphápnhậndạng vô cùng phong phú, vì thế trong khuôn khổ đề tài ta khó có thể đưa ra một cái nhìn tổng quan phù hợp Tuy nhiên, ta có thể phân loại các phươngpháp từ nhiều góc nhìn khác nhau: Theo dạngmôhình sử dụng Dựa theo dạngmôhình sử dụng trực tiếp, người ta có thể phân biệt các phươngpháp tương ứng như nhậndạng hệ phi tuyến hoặc nhậndạng hệ tuyến... Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các phươngphápnhậndạng trong vòng kín, cụ thể là các phươngpháp trên miền tần số bao gồm phươngpháp phân tích Fourier, phân tích phổ; phươngpháp bình phương tối thiểu (LSE); phươngpháp sai số dự báo (PEM) Sau đó tiến hành ước lượng cho một môhình đơn giản sử dụng các phươngpháp trên, từ đó rút ra những đánh giá nhận xét cho từng phươngpháp 2 Nghiên cứu khai thác sử . 4.3. Mô hình nhận dạng nhiệt độ 78 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 11 Xây dựng mô hình động học lò hơi bằng phương pháp nhận dạng vòng kín 4.2.1. Nhận dạng mô hình. theo phương pháp LSE với mô hình ARX 93 Sinh viên: Hoàng Lan Anh, Nguyễn Thị Hạnh, Nguyễn Minh Quyên 4 Xây dựng mô hình động học lò hơi bằng phương pháp nhận dạng vòng kín Hình 4.13. Nhận dạng. theo phương pháp PEM cho mô hình ARX với bậc mô hình cao 83 4.2.3. Nhận dạng mô hình nhiệt độ theo phương pháp PEM cho các dạng mô hình khác nhau 84 Hình 4.7. Nhận dạng nhiệt độ theo phương pháp