Luận án tiến sĩ kỹ thuật nhiệt phương pháp nhận dạng và hiệu chỉnh các mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Tiến Sáng PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG VÀ HIỆU CHỈNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Tiến Sáng PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG VÀ HIỆU CHỈNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN Ngành: Kỹ thuật nhiệt Mã số: 9520115 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Đức Dũng PGS.TS Bùi Quốc Khánh Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận án “Phương pháp nhận dạng hiệu chỉnh mạch vòng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than phun” nghiên cứu tơi hồn thành hướng dẫn TS Lê Đức Dũng PGS.TS Bùi Quốc Khánh Các số liệu nêu luận án hoàn toàn trung thực Những kết luận án chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 04 tháng 01 năm 2022 Tập thể hướng dẫn TS Lê Đức Dũng Nghiên cứu sinh PGS.TS Bùi Quốc Khánh i Nguyễn Tiến Sáng LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới tập thể hướng dẫn TS Lê Đức Dũng PGS.TS Bùi Quốc Khánh tận tâm, tận lực hỗ trợ, động viên, hướng dẫn mặt chuyên mơn suốt q trình tơi thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ, góp ý, thời gian thầy Viện Khoa học Công nghệ Nhiệt-Lạnh, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn báo cho tơi vấn đề có liên quan đến luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, lãnh đạo Viện liên quan hỗ trợ tơi hồn thành chương trình học nghiên cứu sinh Tơi chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Tổng công ty Phát điện hỗ trợ nhiều điều kiện trình tìm hiểu thực tế bố trí cơng việc hợp lý để tơi hồn thành chương trình học tập nghiên cứu sinh Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè người thân ln bên cạnh quan tâm, động viên tạo điều kiện thuận lợi để tơi giành thời gian thực luận án, đồng thời ln sẻ chia khó khăn động viên tơi q trình nghiên cứu Hà Nội, ngày 04 tháng 01 năm 2022 Nghiên cứu sinh Nguyễn Tiến Sáng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CƠ BẢN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN 1.1.1 Lò nhà máy nhiệt điện đốt than phun 1.1.2 Tuabin nhà máy nhiệt điện 1.2 NGUYÊN NHÂN DẪN ĐẾN CẦN PHẢI HIỆU CHỈNH VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN CÔNG NGHỆ CẬN TỚI HẠN 1.2.1 Đặc trưng trình nhiệt nhà máy nhiệt điện 1.2.2 Công tác sửa chữa bảo dưỡng hệ thống thiết bị 1.2.3 Thành phần nhiên liệu than 1.2.4 Những ví dụ thực trạng vận hành NMNĐ Duyên Hải 10 1.3 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG THAM SỐ CỦA CÁC MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN TRONG CƠNG NGHIỆP 14 1.3.1 Phương pháp mơ hình đối tượng 14 1.3.2 Nguyên tắc nhận dạng đối tượng điều chỉnh công nghiệp 16 1.4 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN 17 1.4.1 Chỉnh định hệ thống điều khiển 18 1.4.2 Đánh giá mạch vòng cần chỉnh PID 23 1.4.3 Hiệu chỉnh lượng đặt, thơng số khởi tạo tồn trình nhiệt nhà máy điện theo thời gian 24 1.5 KHÁI QT CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN TRONG CÔNG NGHIỆP 25 1.5.1 Khái quát nhận dạng đối tượng điều khiển công nghiệp 25 1.5.2 Khái quát chỉnh định PID NMNĐ 26 1.5.3 Nghiên cứu ứng dụng mạng nơron nhận dạng điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than 31 iii 1.6 ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN DẠNG VÀ CHỈNH ĐỊNH HỆ ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN CÔNG NGHỆ CẬN TỚI HẠN 34 1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 36 CHƯƠNG 37 PHÂN TÍCH YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN 37 CHƯƠNG 37 2.1 SƠ ĐỒ CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN 37 2.2 PHÂN TÍCH MẠCH VỊNG CẤP NƯỚC 40 2.3 PHÂN TÍCH MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN KHÓI GIÓ 44 2.3.1 Thành phần vai trị hệ thống khói gió 44 2.3.2 Mạch vịng điều khiển nồng độ oxy dư khói thải 47 2.3.3 Mạch vòng điều khiển áp suất âm buồng đốt 49 2.4 PHÂN TÍCH MẠCH VỊNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ HƠI 51 2.5 HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT 54 2.5.1 Phân tích cấu trúc điều khiển phụ tải nhiệt 56 2.5.2 Phân tích mạch vịng điều khiển phụ tải nhiệt 61 2.6 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC THỐNG SỐ Q TRÌNH 68 2.6.1 Mơ hệ điều khiển 68 2.6.2 Kiểm chứng kết hoàn thiện mơ hình theo số liệu NMNĐ Dun Hải 70 2.6.3 Đánh giá chất lượng điều khiển 72 2.6.4 Đánh giá tác động thơng số q trình tới đáp ứng hệ thống 73 1.8 KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 CHƯƠNG 78 NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN TỬ DỰ BÁO KẾT HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỂ CHỈNH ĐỊNH CÁC MẠCH VÒNG ĐIỀU KHIỂN 78 3.1 PHƯƠNG PHÁP KẾT HỢP KHÂU DỰ BÁO VỚI BỘ ĐIỀU KHIỂN 78 3.1.1 Phương pháp luận 78 3.1.2 Thiết kế hệ thống điều khiển kết hợp dự báo theo tín hiệu số 80 3.2 PHẦN MỀM HỖ TRỢ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN 85 3.2.1 Chức phần mềm 85 3.2.2 Các cửa sổ phần mềm 87 3.3 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM CHỈNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN 89 3.3.1 Thiết kế điều khiển PI 89 3.3.2 Thiết kế điều khiển PID dạng thực 92 3.3.3 Thiết kế mạch vòng điều khiển nồng độ oxy dư tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 94 iv 3.3.4 Thiết kế điều khiển Fuel Master Boiler Master tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 96 3.4 CHUYỂN ĐỔI THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀO THỰC TẾ 99 3.4.1 Cấu trúc điều khiển thực tế NMNĐ Duyên Hải 99 3.4.2 Phương pháp chuyển đổi tham số điều khiển 100 3.5 MỘT SỐ NỘI DUNG CẦN PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI 102 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 103 CHƯƠNG 104 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO NHẬN DẠNG VÀ HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 104 4.1 VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 104 4.1.1 Nguyên lý ứng dụng mạng nơron nhân tạo nhận dạng hiệu chỉnh hệ điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than 104 4.1.2 Phương án triển khai nghiên cứu thực tế 106 4.2 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHẬN DẠNG TRẠNG THÁI VẬN HÀNH HỆ ĐIỀU KHIỂN NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 106 4.2.1 Thiết kế mạng nơron nhận dạng hệ điều khiển 106 4.2.2 Kết mô 109 4.3 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐỂ HIỆU CHỈNH LƯỢNG ĐẶT HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN 112 4.3.1 Điều chỉnh lưu lượng than nhiệt trị thay đổi 112 4.3.2 Phương pháp luận sử dụng mạng nơron 114 4.3.3 Nhận dạng thời gian thực 116 4.3.4 Tác động theo thời gian dự báo 119 4.4 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON ĐÁNH GIÁ CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU KHIỂN PHỤ TẢI NHIỆT 120 4.4.1 Kịch mô 120 4.4.2 Kết Matlab/Simulink 122 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 126 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 127 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa STT Ký hiệu a0 ,a1 , ,an  A ( ) BF CCS C CFB Lị tầng sơi (Circulating Fluidized Boiler) c,u, Vận tốc tuyệt đối, vận tốc quay, vận tương tương đối tuabin DCS Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed control system) 10  Sai lệch điều khiển 11 i Biến đếm, chạy thuật toán 12 IDF 13 j 14 F ( ) Hàm hỗ trợ xây dựng tham số điều khiển 15 FDF Quạt gió cấp 2, gió (Forced Draft Fan) 16  Tần số phi thứ nguyên 17 G Hàm truyền trình 18 Gc ( s ) Hàm truyền điều khiển (controller) 19 Gp ( s ) Hàm truyền đối tượng trình (process) 20 GD ( s ) Hàm truyền nhiễu trình 21 H(s) 22 Hf Nhiệt trị làm việc nhiên liệu 23 Im Phần ảo số thực đặc tính tần số 24 L Cơng có ích 25 m0 Hằng số tỉ lệ, tích phân, vi phân điều khiển PID 26  Tín hiệu điều khiển 27 m0 Chỉ số dao động cứng Hằng số quán tính mẫu thức Hệ số hàm truyền Biên độ dao động hệ kín Chế độ điều khiển lị theo tuabin Hệ thống điều khiển phối hợp lò – tuabin (Coordinated control system) Nhiệt dung riêng vật chất Quạt khói (Induced Draft Fan) Đơn vị ảo j = −1 Hàm truyền hệ hở vi 28 m ( ) ,m0 29 M 30 MV Tín hiệu tác động điều khiển 31 Ne Công suất điện 32 NMNĐ Nhà máy nhiệt điện 33 MISO Nhiều vào - (Multi input - Single output) 34 P 35 PC Lò than phun (Pulverized Coal) PID Bộ điều khiển tỉ lệ, tích phân, vi phân (Proportional Integral Derivative) hệ số điều khiển 36 kp, Ti, Td, kd Chỉ số dao động mềm giá trị ban đầu Giá trị dự trữ biên độ dao động Áp suất 37 Q Nhiệt lượng 38 Re Phần thực số thực đặc tính tần số 39 RH1,2 Bộ tái nhiệt 1, (Reheater 1,2) 40 SISO Một vào - (Single input - Single output) 41 SH1,2,3 Bộ nhiệt 1, 2, (Superheat) 42 s Toán tử Laplace 43  Hằng số quán tính hệ 44 t Biến thời gian 45 t Khoảng thời gian lấy mẫu 46 TF Chế độ tuabin theo lò 47 T Nhiệt độ 48 Tf Hệ số lọc hệ điều khiển 49 x Tín hiệu đầu vào khâu 50 y Tín hiệu đầu khâu 51  Tần số dao động 52 W Lưu lượng vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Phân tích đánh giá dao động nhiên liệu áp suất 12 Bảng 1.2 Tổng hợp thống kê suất hao than đầu cực tổ máy S1 NMNĐ Duyên Hải 13 Bảng 1.3 Mơ hình đặc trưng đối tượng q trình công nghiệp 15 Bảng 2.1 Thời gian đáp ứng độ điều chỉnh theo ba chế độ 72 Bảng 2.2 Sai lệch công suất theo ba chế độ vận hành 72 Bảng 2.3 Giá trị tiêu JN (MWh), Jf (kgthan/kWh) từ kết mô 73 Bảng 3.1 Mơ hình số khâu động học 82 Bảng 3.2 Đánh giá tiêu mạch điều khiển áp suất theo lượng đặt 98 Bảng 3.3 Công thức quy đổi hệ số PID mô sang điều khiển thực tế 102 Bảng 4.1 Tổng hợp chất lượng mạng nơron 110 Bảng 4.2 Phân tích rời rạc dao động sai lệch đầu mạng nơron 111 Bảng 4.3 Sai lệch công suất theo ba chế độ vận hành 121 Bảng 4.4 Sai lệch công suất kết hợp mạng nơron 124 viii this.tbxTd_F_S.Text = TdR.ToString(); this.tbxTf_F_S.Text = TfR.ToString(); this.nudKp_Y_S.Value = Math.Round(Convert.ToDecimal(kпR), this.nudTi_Y_S.Value = Math.Round(Convert.ToDecimal(TiR), this.nudTd_Y_S.Value = Math.Round(Convert.ToDecimal(TdR), this.nudTf_Y_S.Value = Math.Round(Convert.ToDecimal(TfR), 3); 3); 3); 3); //Kp_S, Ti_S, Td_S, Tf_S, MR_S; Kp_S = kпR; Ti_S = TiR; Td_S = TdR; Tf_S = TfR; MR_S = MR; toolTip.SetToolTip(this.tbxKp_F_S, "EMERSON: Kp(PGANIN) = " + kпR); toolTip.SetToolTip(this.tbxTi_F_S, "EMERSON: ti(INTG) = " + TiR / kпR); toolTip.SetToolTip(this.tbxTd_F_S, "EMERSON: Kd(INTG) = " + TdR * kпR); toolTip.SetToolTip(this.tbxTf_F_S, "EMERSON: td(INTG) = " + TfR); toolTip.SetToolTip(this.nudKp_Y_S, "EMERSON: Kp(PGANIN) = " + kпR); toolTip.SetToolTip(this.nudTi_Y_S, "EMERSON: ti(INTG) = " + TiR / kпR); toolTip.SetToolTip(this.nudTd_Y_S, "EMERSON: Kd(INTG) = " + TdR * kпR); toolTip.SetToolTip(this.nudTf_Y_S, "EMERSON: td(INTG) = " + TfR); toolTip.SetToolTip(this.nudKp2_Y_K, "EMERSON: Kp(PGANIN) = " + kпR); toolTip.SetToolTip(this.nudTi2_Y_K, "EMERSON: ti(INTG) = " + TiR / kпR); toolTip.SetToolTip(this.nudTd2_Y_K, "EMERSON: Kd(INTG) = " + TdR * kпR); toolTip.SetToolTip(this.nudTf2_Y_K, "EMERSON: td(INTG) = " + TfR); } private void CodeGraph_F_S() // Hàm đặc tính tần số mạch hở ПИ и ПИД одноконтурного регулятора { // Vẽ vòng tròn trữ ổn định uint число_mr = 100; double MR = Convert.ToDouble(this.nudM_S.Text); double[] MRRe = new double[число_mr]; for (int i = 0; i < число_mr; i++) { double a = / Convert.ToDouble(число_mr); MRRe[i] = MRRe_Rotach(i * a, MR); } double[] MRIm = new double[число_mr]; for (int i = 0; i < число_mr; i++) { double a = / Convert.ToDouble(число_mr); MRIm[i] = MRIm_Rotach(i * a, MR); } // Vẽ đặc tính cứng hệ hở double OMEGAstart = Convert.ToDouble(this.nudStartwFW_S.Text); double OMEGAend = * Convert.ToDouble(this.nudEndwFW_S.Text); UInt32 nw = * Convert.ToUInt32(this.nudPointFW_S.Text); double DeltaOMEGA = (OMEGAend - OMEGAstart) / Convert.ToDouble(nw); double OMEGAr = Convert.ToDouble(this.nudwFW_S.Text); // Vẽ đặc tính cứng hệ hở double[] HRe_S = new double[nw]; // Mảng giá trị đặc tính cứng trục thực for (int i = 0; i < nw; i++) { double w = OMEGAstart + i * DeltaOMEGA; HRe_S[i] = GraphHRe_S(w); } double[] HIm_S = new double[nw]; // Mảng giá trị đặc tính cứng trục ảo for (int i = 0; i < nw; i++) { double w = OMEGAstart + i * DeltaOMEGA; HIm_S[i] = GraphHIm_S(w); 36 } ///////////////////////////////////////////////////////////// chart_F_S.Series.Clear(); // Vẽ vòng tròn trữ ổn định graph(chart_F_S, "Контур Ротач", MRRe, MRIm, colorLevels[23], typeLevels[0]); // Vẽ điểm (-1j,0) graphPoint(chart_F_S, "Точка-1j0", -1, 0, colorLevels[23]); // Vẽ đặc tính cứng hệ hở kiểm tra việc có tiếp xúc đường trịn dự trữ graph(chart_F_S, "Разомкнутой КЧХ", HRe_S, HIm_S, colorLevels[0], typeLevels[0]); } private void CodeGraph_Y_S() // Đáp ứng độ đầu { if (this.ch_Y_S.Checked == true) { double I2 = 0; double tstart = Convert.ToDouble(this.nudSt_t_S.Text); double tend = Convert.ToDouble(this.nudEn_t_S.Text); UInt32 nt = Convert.ToUInt32(this.nudP_y_S.Text); double Deltat = tend / Convert.ToDouble(nt); double[] YOt = new double[nt]; for (int i = 0; i < nt; i++) { double tO = tstart + i * Deltat; YOt[i] = tO; } double OMEGAend = Convert.ToDouble(this.nud_W_S.Text); UInt32 nOMEGA = Convert.ToUInt32(this.nudP_W_S.Text); double DeltaOMEGA = OMEGAend / Convert.ToDouble(nOMEGA); double[] YOy = new double[nt]; for (int i = 0; i < nt; i++) { double y = 0; // Tính giá trị đáp ứng đầu hệ thống for (int ik = 0; ik < nOMEGA; ik++) { double ikk; if (ik == 0) ikk = 0.00001; else ikk = Convert.ToDouble(ik); double a = 0; a = / Math.PI * (MYRe_S(ikk * DeltaOMEGA) / ikk) * Math.Sin(ikk * DeltaOMEGA * (Deltat * i)); y = y + a; } // Tính tiêu bình phương tích phân sai số điều khiển if (this.cbx_S_TrP.SelectedIndex == 0) { YOy[i] = y; I2 = I2 + YOy[i] * YOy[i] * Deltat; } else { YOy[i] = y; I2 = I2 + (YOy[i] - 1) * (YOy[i] - 1) * Deltat; } } if (this.ch_MY_S.Checked == true) { число_graficYO = число_graficYO + 1; graph(chart_Y_S, "YO" + число_graficYO, YOt, YOy, colorLevels[число_colorYO], typeLevels[0]); } 37 else { chart_Y_S.Series.Clear(); число_colorYO = 0; graph(chart_Y_S, "YO", YOt, YOy, colorLevels[число_colorYO], typeLevels[0]); } число_colorYO = число_colorYO + 1; this.tbxI_S.Text = String.Format("{0:0.00000}", I2); } } PL4 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỐI TƯỢNG QUÁ TRÌNH NHIỆT 3.1 Thiết kế điều khiển PID theo phương pháp Rotach V.Y Giả sử đối tượng cần điều khiển có hàm truyền dạng qn tính bậc hai có trễ sau [24]: Gp ( s ) = k e −  s = 9,6e−18 s (T1s + 1)(T2 s + 1) ( 54s + 1)2 Bằng phương pháp Mạnh N.V., điều khiển thiết kế buộc phải dạng PID, đó, với phương pháp Rotach V.Y thiết kế điều khiển PI Sử dụng phần mềm, thu hai điều khiển tương ứng theo hai phương pháp:   1   G pM ( s ) = k p  + + Td s  = 0, 642  + + 27 s  Ti s 108s         G pR ( s ) = k p  +  = 0,151 + Ti s  74, 647 s    Trường hợp cần thiết kế điều khiển PID theo phương pháp Rotach V.Y., bước thực cụ thể sau: - Tại cửa sổ “Begin” chọn: Phương pháp turning “Ротач Виталий Яковлевич”; mạch thiết kế hệ thống “Single Outline”; điều khiển “PID”; chọn mô hình đối tượng “First order plus dead time”; nhập tham số hàm truyền đổi tượng Tích chuột vào nút “Next” nhấn “Enter” bàn phím để cửa sổ thiết kế vẽ đặc tính cứng mạch vịng hở - Tại cửa sổ “Method professor Ротач Виталий Яковлевич” nhập: tiêu trự tần số M Nhấn chọn “Build a support function” để vẽ hàm bổ sung Hiệu chỉnh tham số trục tọa độ chọn “Clear” để thu giao điểm đồ thị với trục tần số (trục hoành) - Sử dụng chuột tính “Current position” để xác định giá trị tần số giao điểm - Nhập giá trị cộng hưởng vào “Resonance frequency” tích chọn “Build a support function” nút “Clear” để thu tham số điều khiển PID đặc tính cứng hệ hở tiếp xúc với đường tròn dự trữ dao động   1   Gc ( s ) = k p  + + Td s  = 0, 432 1 + + 26, 017  51,572 s    Ti s  38 Hình 20 Hàm bổ sung đặc tính cứng mạch hở Hình 21 Đáp ứng hệ thống theo điều khiển PID Rotach V.Y Nhận xét: - Phương pháp Rotach V.Y cho phép thiết kế linh hoạt điều khiển PI PID hàm truyền đối tượng dạng qn tính bậc hai có trễ - Với đối tượng quán tính bậc 2, điều khiển Rotach V.Y đưa lượng đặt xác 3.2 Thiết kế điều khiển mạch tầng theo Mạnh N.V Thiết kế điều khiển mạch hai vòng điều khiển nhiệt độ q nhiệt NMNĐ ng Bí MR Hàm truyền đối tượng vịng ngồi lấy theo [8] Gp ( s ) = G p1 ( s ) = 0,9424 (1 + 0,05244s ) e −0,4219 s 1,923 e−0,8826 s ( 0,5671s + 1)( 2,9056s + 1) Trình tự thiết kế điều khiển theo phương pháp Mạnh N.V sau: 39 - Tại cửa sổ “Begin” chọn dạng mạch vòng “Cascade”, điều khiển vịng vịng ngồi dạng “PID”, chọn mơ hình đối tượng vịng vịng ngồi dạng “Second order plus dead time” Sau đó, nhập tham số hàm truyền đối tượng vòng trong, vòng trước nhấn “Next” - Tại cửa sổ “Method professor NGUYEN VAN MANH” nhập giá trị tần số cắt mong muốn trước nhấn “Enter” để thu tham số điều khiển theo đặc tính xấu hình dáng đặc tính mềm hệ hở vịng trong, vịng ngồi Tham số hai điều khiển: 1     Gc ( s ) = 0,196 1 + + 0,026s  Gc1 ( s ) = 1,518 1 + + 0,474s   0,105s   3,473s  Hai điều khiển tương tự trích dẫn [18] Tuy nhiên, phần mềm cung cấp khả tính tốn tối ưu hóa nghiệm đặc tính mềm vịng trục thực cách nhấn chọn “Optimization”, từ đưa giá trị hiệu chỉnh hệ số khuếch đại điều khiển vịng ngồi giúp hai đặc tính mềm hệ hở qua điểm ( −1 j,0) Hai điều khiển thu đặc tính mềm hệ hở dẫn Hình 22   Gc1 ( s ) = 0,196 1 + + 0,026s   0,105s    Gc1 ( s ) = 0,8088 1 + + 0,474s   3,473s  Hình 22 Đặc tính mềm hệ hở vịng ngồi Nhận xét: Tham số điều khiển vịng trùng khớp với kết [8] 40 Phương pháp cho phép thiết kế điều mạch hai vịng dễ dàng với thao tác, nhiên, độ tin cậy độ trễ đối tượng vòng nhỏ nhiều đối tượng vịng ngồi Hình 23 Đáp ứng bước đầu theo lượng đặt nhiễu đối tượng dao động Nhận xét: Đáp ứng đầu hệ thống tương đồng nói khớp với phần mềm trước Thời gian dự báo 1s phát huy tác dụng 3.3 Hiệu chỉnh điều khiển vịng ngồi theo Mạnh N.V Tiến hành thiết kế điều khiển mạch điều khiển mức nước bao NMNĐ ng Bí MR với mơ hình hàm truyền đối tượng vòng vòng sau [8]: Gp2 ( s ) = G p1 ( s ) = 1, 411 e −3,488 s + 6,956s + 120,362s 0,055 e−34,671s s ( 4,608s + 1)( 4,608 + 1) Với phương pháp Mạnh N.V., cần xấp xỉ hàm truyền đối tượng vịng ngồi sang dạng chuẩn, thu kết sau: G p1 ( s ) = 0,055 e−43,086 s s ( 5,517 s + 1) Thực thao tác theo hướng dẫn tính tốn với phương pháp Mạnh N.V thu kết sau:   Gc ( s ) = 1,048 1 + + 17,303s   6,956s  Gc1 ( s ) = 0.313(1 + 5.517s ) 41 Hình 24 Đặc tính mềm hệ hở sau kéo dãn điều khiển vịng ngồi Tiến hành “Optimization” thu điều khiển vịng ngồi: Gc1 ( s ) = 0.2743(1 + 5.517s ) Nhận xét: - Phần mềm tính tốn điều khiển bền vững mơ phịng đáp ứng đầu hệ thống tương tự tài liệu [8]; - Phương pháp Mạnh N.V chưa thể áp dụng phần mềm với tham số điều khiển thiếu thuật tốn tối ưu hóa “Vượt khe” nên hàm truyền tương đương vòng ngồi khơng thể tối ưu hóa Vì thế, cần sử dụng phương áp thiết kế tham số điều khiển khác (ở phương án Rotach V.Y.) 3.4 Thiết kế điều khiển hệ hai tầng theo Rotach V.Y Sử dụng phần phềm thiết kế điều khiển PI PID mạch hai vòng điều khiển phụ tải nhiệt NMNĐ Mông Dương biến đổi mạnh [9] theo phương pháp [24] với hàm truyền đối tượng phần sở1 sau: Gp2 ( s ) = 7,832 4,873 −0,786 s G p1 ( s ) = e−3,512 s e + 1,685s (1 + 6,934s ) Trình tự thiết kế điều khiển vịng ngồi theo phương pháp [24]: - Thiết kế điều khiển vịng theo trình tự 3.3.1 thu tham số điều khiển PI đặc tính cứng sau:     Gc ( s ) = k p 1 +  = 0, 28966 1 +   1, 23654 s   Ti s  Khi xây dựng theo phương pháp Nguyễn Văn Mạnh cần có thành phần bất định mơ hình hàm truyền 42 Hình 25 Đặc tính cứng hàm bổ sung đối tượng vòng - Chuyển sang trang “Configure PID Two-ACP”, chọn “Build a support function” để thu đồ thị hàm bổ sung với đối tượng tương đương sau có tham số điều khiển vịng - Hiệu chỉnh tham số trục đồ thị ( , F ( ) ) , giá trị “Resonance fre- quency” để thu điểm cực đại (đối với điều khiển PI nghiệm giao trục hoành điều khiển PID) tham số điều khiển vịng ngồi     Gc ( s ) = k p 1 +  = 0,12699 1 +   9,75482 s   Ti s  Hình 26 Đặc tính cứng hàm bổ sung đối tượng tương đương 43 Hình 27 Đáp ứng bước đầu hệ thống theo nhiễu Nhận xét: - Với tham số hai điều khiển nhận từ phần mềm, đặc tính cứng hệ hở hệ thống không vi phạm vùng cấm, đảm bảo độ dự trữ ổn định biên độ dao động không vượt giá trị 1,55 cho trước - Đáp ứng đầu hệ thống mạch vịng kín hệ hai tầng dễ dàng xây dựng với tiêu bình phương sai số điều khiển đạt 51,4135 đơn vị PL5 CODE CHƯƠNG TRÌNH TẠO VÀ HUẤN LUYỆN CÁC MẠNG NƠRON MISO NHẬN DẠNG QUÁ TRÌNH NHIỆT NMNĐ MISO Áp suất MISO Lưu lượng MISO Công suất điện MISO Nồng độ Oxi dư MISO Lưu lượng khói Nhiên liệu Khơng khí Nước cấp Hình 28 Mơ hình tạo mạng nơron MISO net = network (1,2, [1; 0], [1 ;0 ],[0 0; 0], [0 1] ); net.layers{1}.size = 200; net.layers{2}.size = 1; 44 % hidden layer transfer function net.layers{1}.transferFcn = 'logsig'; % liệu a (ví dụ x đầu vào, y đầu ra) dạng cột thêm câu lệnh x = MW'; y = Nnc' để chuyển vị x = INPUT'; y = Pbl'; view(net); %để xem cấu hình mạng net = configure(net,x,y); initial_output = net(x); net.trainFcn = 'trainlm'; net.performFcn = 'mse'; net.trainParam.epochs = 10000; net = train(net,x,y); final_output = net(y); net.inputconnect = [2 ; 0]; gensim(net, 1); %tạo mạng noron simulink NNout = sim(net,[MWS1';BTHAN';]) % Tính đầu Nơron theo đầu vào PL6 CODE CHƯƠNG TRÌNH TẠO VÀ HUẤN LUYỆN CÁC MẠNG NƠRON NHẬN DẠNG VÀ HIỆU CHỈNH LƯỢNG ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CẤP NHIÊN LIỆU Ne(t) Wf(t) NN aNN(t) Pq.n(t) Hình 29 Mơ hình tạo mạng nơ ron đầu vào đầu net = network (1,2, [1; 0], [1 ;0], [0 0; 0], [0 1]); net.layers{1}.size = 50; net.layers{2}.size = 50; % hidden layer transfer function net.layers{1}.transferFcn = 'logsig'; x = BTUIMPUT'; y = Alpha'; view(net); %để xem cấu hình mạng net = configure(net,x,y); initial_output = net(x); net.trainFcn = 'trainlm'; 45 net.performFcn = 'mse'; net.trainParam.epochs = 100000; net = train(net,x,y); final_output = net(y); net.inputconnect = [2 ; 0]; gensim(net, 250); %tạo mạng noron simulink NNout = sim(net,[MWS1';BTHAN';Pqn’;]) % Tính đầu Nơron theo đầu vào PL7 ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHẬN DẠNG ẢNH HƯỞNG DAMPER TỚI ÁP SUẤT BUỒNG LỬA CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN NMNĐ ĐỐT THAN Hiện nay, lò vận hành thường khơng có thiết bị đo, truyền dẫn trực tuyến nhiệt độ tâm buồng đốt hệ thống DCS Tâm lửa thường đánh giá thông qua dụng cụ cầm tay lần sửa chữa Trong trình vận hành, đại lượng sử dụng để nhận định tương đối tâm lửa nhiệt độ cuối buồng đốt, đầu vào nhiệt cấp Do để đánh giá ảnh hưởng damper quạt khói tới áp suất buồng đốt, luận án nghiên cứu ba mơ hình nhận dạng minh họa Hình 30 %DID_A(t) NN Pbl(t) NN Pbl(t) a) %DID_A(t) b) %DID_B(t) %DID_A(t) %DID_B(t) c) NN Pbl(t) Wair2(t) Hình 30 Mơ hình nhận dạng áp suất buồng đốt a) Một tín hiệu đầu vào; b) Hai tín hiệu đầu vào; c)Ba tín hiệu đầu vào Cả ba mơ hình thực có điểm chung có tín hiệu đầu áp suất buồng đốt Điểm khác nằm số tín hiệu đầu vào: 46 - Phương án 1: Mô hình thứ với đại lượng đầu vào độ mở damper cánh tĩnh quạt khói IDF A; - Phương án 2: Mơ hình thứ hai với hai tín hiệu độ mở quạt khói IDF A B; - Phương án 3: Mô hình thứ bổ sung tín hiệu lưu lượng gió cấp hai với vai trị nhiễu q trình a) b) c) Hình 31 Dữ liệu phục vụ huấn luyện mạng nơron nhận dạng áp suất buồng lửa a) Độ mở damper quạt khói A,B; b) Lưu lượng gió 2; c) Áp suất buồng lửa 47 Kịch mô phỏng, phương pháp số liệu sử dụng tương thích với mục 4.2 Sử dụng mạng nơron có hai lớp ẩn (lớp thứ gồm 100 nơron, lớp thứ có nơron) Dữ liệu phục vụ huấn luyện mạng nơron trích suất từ tập liệu vận hành tổ máy số Duyên Hải ngày 30/7/2018 (Phụ lục 1) mơ Hình 32 Bao gồm: lưu lượng gió cấp cấp vào lò hơi, độ mở damper cánh tính đầu hút quạt khói số 1,2 áp suất buồng lửa Kết trả mạng nơron, giá trị áp suất chân không buồng lửa thực tế minh họa Hình 32 a) b) c) Hình 32 Kết mơ hình mạng nơron theo phương án a) Phương án 1; b) Phương án 2; c) Phương án 48 Bảng tổng hợp kết huấn luyện mạng nơron: Nơron STT Performance Gradient Mu Phương án 874 8,46 e-6 0,01 Phương án 871 2,20 e-7 100 Phương án 863 12,8 e-7 1000 Kết so sánh sai lệch đầu mạng nơron giá trị lượng đặt -50Pa mơ tả Hình 33 Hình 33 Kết sai lệch đầu mạng nơron lượng đặt Nhận xét: - Khi thay đổi bổ sung tín hiệu đầu vào, sai lệch đầu mạng nơron với giá trị đặt ngày lớn Đầu mạng nơron dao động qua giá trị đặt mạch vòng điều khiển áp suất buồng lửa -50 Pa Xu hướng trả mơ hình mạng nơron tuân theo xu hướng trình cháy - Với tác động bổ sung nhiễu trình lưu lượng gió cấp 2, áp suất buồng đốt ngày lệch khỏi giá trị đặt mạch vòng Đặt yêu cầu cho điều khiển tác động lại độ mở damper, dẫn tới tín hiệu áp suất buồng đốt có dao động lớn đảm bảo bao quanh giá trị đặt - Sử dụng mạng nơron đánh giá tình trạng vận hành thiết bị thực nguyên tắc sau: + So sánh có sai lệch độ mở damper quạt khói A, B dẫn tới áp suất buồng đốt trả mạng nơron thay đổi bất thường so với vận hành đưa cảnh báo hai thiết bị xảy cố + Sử dụng tập liệu mẫu từ lịch sử vận hành phục vụ huấn luyện mạng nơron để nhận dạng đại lượng đặc trưng phản ánh tính trạng thiết bị thơng qua đại lượng đầu vào tác động tới chế độ vận hành thiết bị, gọi giai 49 đoạn học Thời gian học lâu liệu phục vụ huấn luyện nhiều thì thể tính xác mơ hình mạng nơron, đồng thời giảm sai số nhiễu không mong muốn + Giai đoạn đánh giá & dự báo xác định theo nguyên tắc sử dụng liệu đầu vào thực tế để kiểm chứng đầu mạng, sau đó, so sánh với nguồn sở liệu mẫu (được xác định thời điểm vận hành ổn định) để nhận biết tình trạng thiết bị vận hành dự kiến thời gian xảy cố 50