nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG CÁN THÉP LIÊN TỤC ĐỖ THỊ HƢƠNG THÁI NGUYÊN 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG CÁN THÉP LIÊN TỤC Học viên: Đỗ Thị Hương Người HD Khoa Học: PGS.TS Lại Khắc Lãi THÁI NGUYÊN 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP Độc lập - Tự - Hạnh phúc *** -o0o - THUYẾT MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ĐỂ ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG CÁN THÉP LIÊN TỤC Học viên: Đỗ Thị Hương Lớp: CHK10 Chuyên ngành: Tự động hoá Ngƣời HD Khoa học: PGS.TS Lại Khắc Lãi Ngày giao đề tài: 05/02/2009 Ngày hoàn thành: 30/07/2009 KHOA ĐT SAU ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN HỌC VIÊN PGS.TS Lại Khắc Lãi Đỗ Thị Hƣơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com LuËn v¶n th¹c sÜ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1: Hệ thớng điều khiển quá trì nh Hình 1-2: Quá trình phân loại biến trình Hình 1-3: Bình chứa chất lỏng biến trình Hình 1.4: Ví dụ thiết bị khuấy trộn đơn giản Hình 1.5 Phân cấp chức điều khiển trình Hình 1.6: Các thành phần hệ thống điều khiển trình Hình 2.1 Sơ đồ cung cấp khí nén vào lị Hình 1.7: Các thành phần hệ thống điều khiển nhiệt độ Hình 1.8 Các nhiệm vụ phát triển hệ thống Hình 9: Diễn dải ý nghĩa nhãn thiết bị ký hiệu chức Hình 1.10: Lưu đồ P&ID cho điều khiển mức bình chứa Hình 1.11: Lưu đồ P&ID cho hệ thống trao đổi nhiệt Hình 1.12: (a) Sơ đồ khối hệ thống điều khiển dự báo (b) Chiến lược điều khiển dự báo Hình 1.13 Thuật toán Hình 1.14 Cấu trúc MPC Hình 1.15: Mô hình tổng quát điều khiển dự báo Hình 1.16: Chiến lược điều khiển RHC Hình 1.17: Mơ hình vào (IO) Hình 1.19: Mô hình đa thức Hình 1.18: Mô hình IO sử dụng biến trạng thái Hình 1.20.a Hình 1.20.b Hình 1.21: Bộ ước lượng khơng lệch mơ hình có nhiễu Hình 1.22 Điều khiển nhiệt độ bình Hình 1.23 Mô hình dự báo Smith dựa cấu trúc điều khiển Hình 1.24 Phạm vi dự báo Hình 2.2 Sơ đồ cấp dầu FO vào lị Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Luận vản thạc sĩ Hình 2.3 Cấu tạo thiết bị trao đổi nhiệt Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép Hình 3.2 Sơ đồ điều khiển nhiệt độ Hình 3.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chưa có tín hiệu Hình 3.4 Sơ đồ mơ điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục dùng điều khiển dự báo Hình 3.5 Dữ liệu đầu vào đầu đối tượng nhận dạng Hình 3.6 Dữ liệu huấn luyện vào / đối tượng, liệu huấn luyện đầu mạng sai số Hình 3.7 Tập liệu kiểm tra Hình 3.8 Tập liệu chấp nhận Hình 3.9 Tín hiệu hệ thống chưa có nhiễu điện áp đặt đầu vào 2v Hình 3.10 Tín hiệu hệ thống chưa có nhiễu điện áp đặt đầu vào 4v Hình 3.11 Tín hiệu hệ thống có nhiễu đầu vào điện áp đặt đầu vào 2v Hình 3.12 Tín hiệu hệ thống có nhiễu đầu vào điện áp đặt đầu vào 4v Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com LuËn v¶n th¹c sÜ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT I Danh mục ký hiệu - e(k) nhiễu trắng có trung bình zero - Fi lưu lượng vào - Fo lưu lượng - Go(q): mơ hình hệ thống - h mức chất lỏng - Hp tầm dự báo - Hc tầm điều khiển - r(k) tín hiệu tham chiếu mơ hình thời điểm k trạng thái ngõ mong muốn đối tượng điều khiển - xss trạng thái xác lập hệ thống - x (k) trạng thái hệ thống - Pq    p1q 1   p np q  np đa thức với cực vịng kín mong muốn - q: toán tử dịch chuyển, q-1y(k) = y(k-1) - y(k) tín hiệu ngõ hệ thống thực - yM(k) ngõ mơ hình - u(k) tín hiệu điều khiển đối tượng thời điểm k - xˆ trạng thái dự báo - uˆ , yˆ tín hiệu điều khiển dự báo ngõ dự báo tương lai tương ứng hệ thống dựa sở mơ hình - k  thơng tin biết trước hệ thống bao gồm phân bố nhiễu - v(k) tín hiệu ngõ vào hệ thống - J  , k  Hàm mục tiêu - zˆ k  : vector tín hiệu xác định hệ thống -  j : ma trận lựa chọn chéo (diagonal selection matrix) với giá tri zero đường chéo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc LuËn vản thạc sĩ - l trng s trờn tín hiệu điều khiển - Fo(q): mơ hình phân bố nhiễu (disturbance) - Ho(q): mơ hình nhiễu (noise) - u(k): tín hiệu vào - do(k): tín hiệu phân bố nhiễu biết II Danh mục chữ viết tắt DCS: hệ thống điều khiển phân tán PCS: ( Process Control System) Model Prediction Control (MPC) Thuật toán MPC (MPC stragegy) Receding horizon control (RHC) Input Output Models (IOM) Direct Input Output models (IO) Increment Input Output models (IIO) Dynamical Matrix Control (DMC) 10 Generalized Predictive Control (GPC) 11 Neural Network (NN) 12 Điều khiển dự báo (ĐKDB) 13 Tagaki-Sugeno (TS) 14 Quadratic Programing (QP) 15 Long-Range Predictive Control (LRPC) 16 Linear programming (LP) 17 Branch and Bound (BB) 18 MIMO 19 SISO 20 Universal Dynamic Approximator_UDA Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc Luận vản thạc sĩ LI NểI ĐẦU Điều khiển dự báo đời cách vài thập niên năm gần phát triển mạnh mẽ có nhiều thành cơng cơng nghiệp Điều khiển dự báo theo mơ hình (Model Predictive Control MPC) kỹ thuật điều khiển tiên tiến nhiều người ưa chuộng công nghiệp, có điều khả triển khai điều kiện ràng buộc vào thuật toán điều khiển cách dễ dàng mà phương pháp điều khiển kinh điển khác khơng có Điều khiển dự báo chiến lược điều khiển sử dụng phổ biến điều khiển q trình cơng thức MPC bao gồm điều khiển tối ưu, điều khiển trình ngẫu nhiên, điều khiển trình có thời gian trễ, điều khiển biết trước quỹ đạo đặt Một ưu điểm khác MPC điều khiển q trình có tín hiệu điều khiển bị chặn, có điều kiện ràng buộc, nói chung q trình phi tuyến mà ta thường gặp cơng nghiệp, đặc biệt q trình phi tuyến phức tạp Việc nghiên cứu ứng dụng điều khiển dự báo công nghiệp luyện kim giải pháp quan trọng, có ý nghĩa thực tiễn, kỹ thuật kinh tế Cùng với phát triển lĩnh vực khoa học kỹ thuật điện tử, công nghệ tin học, công nghệ vật liệu cho phép tạo thiết bị điều khiển có độ xác cao, đáp ứng luật điều khiển u cầu Tuy nhiên ngồi thiết bị điều khiển luật điều khiển phần quan trọng để hệ thống đáp ứng tiêu chất lượng đề Vì việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết điều khiển thông minh vào thực tế với mục đích giải phóng sức lao động, tăng suất hạ giá thành sản phẩm việc làm cần thiết quốc gia giới Một lý thuyết mà nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu ứng dụng vào thực tế mạng nơron Đây vấn đề khoa học có từ vài thập niên việc ứng dụng vào ngành khoa học khác lĩnh vực khoa học cần quan tâm nghiên cứu giới nước ta Với ý nghĩa định hướng thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi em lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc Luận vản thạc sĩ iu khin nhiệt độ lị nung cán thép liên tục” sử dụng mạng nơron để nhận dạng đối tượng Được giúp đỡ hướng dẫn tận tình Thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi số đồng nghiệp, đến em hoàn thành luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng thời gian có hạn nên khơng tránh khỏi số thiếu sót định Em mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn đồng nghiệp luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc 104 Luận vản thạc sĩ Chương XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ LÒ NUNG 3.1 Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nung lườngườn Đo lường Đặt dầu g LịNung nung nung LịLị U/I I/P Đường gió Đường dầu Van Đo lưu lượng dầu I/P Đặt gió Hình 3.1 Sơ đồ khối điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép Trong đó: Đo lường Cảm biến đo lường U/I Bộ chuyển đổi tín hiệu điện áp sang dịng điện I /P Bộ chuyển đổi dòng điện sang áp suất Để điều khiển nhiệt độ cho lò nung ta điều khiển cho vùng với trị số đặt trước Khi điều khiển nhiệt độ cho vùng ta phải điều chỉnh tỉ lệ dầu, gió khí Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc 105 LuËn v¶n th¹c sÜ nén theo tỉ lệ định tùy thuộc vào giá trị nhiệt độ cần đặt Tuy nhiên ta xem dầu kết hợp với khí nén có đủ áp lực để mù hóa dầu lượng gió đặt theo lượng dầu nên ta coi việc điều khiển nhiệt độ lị nung có tín hiệu vào lưu lương dầu tín hiệu nhiệt độ Việc đo lường điều khiển nhiệt độ cho ba vùng nung hồn tồn tương ta xét điều khiển nhiệt độ cho vùng đồng nhiệt Ta có sơ đồ khối hình 3.2 Đặt ToC - W1 W3 W2 W4 W5 Hình 3.2 Sơ đồ điều khiển nhiệt độ Trong đó: W1 hàm truyền chuyển đổi điện áp / dòng điện W2 hàm truyền chuyển đổi dòng điện sang áp suất W3 hàm truyền van dầu W4 hàm truyền đối tượng điều khiển W5 hàm truyền khâu đo lường 3.1.1 Hàm truyền đạt thiết bị đo nhiệt độ Thiết bị đo nhiệt độ chuyển đổi sử dụng can nhiệt R Nhật sản xuất có dải tín hiệu đầu vào nhiệt độ 0oC ÷ 1400oC tín hiệu điện áp 1V † V Như vậy, thiết bị có hàm truyền khâu qn tính bậc nhất: W5  s   K Ts  Trong đó: K: Hệ số khuếch đại thiết bị đo, xác định sau: K U max 1   0.003 V / oC  Tmax 1400  Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc 106 Luận vản thạc sĩ T: Thi gian ly trễ thiết bị đo, thường lấy T = 0, 005 (s)  W5  s   0.003 0.005s  3.1.2 Hàm truyền đạt chuyển đổi điện áp / dòng điện Bộ chuyển đổi điện áp / dịng điện có tín hiệu đầu vào điện áp từ 1V † 5V tín hiệu đầu dòng điện 4mA † 20mA Thiết bị khâu khuếch đại với hệ số khuếch đại xác định sau: W1  K  I max 20     mA / V  U max 1 3.1.3 Hàm truyền đạt chuyển đổi dịng điện / khí nén Bộ chuyển đổi dịng điện khí nén có tín hiệu vào dịng điện từ 4mA † 20mA tín hiệu áp suất khí nén P: 0.8 † kg / cm2 Như thiết bị có hàm truyền khâu khuếch đại xác định sau:  kg   max  0.8 W2  K    0.325 cm I max 20   mA       3.1.4 Hàm truyền đạt van dầu Trong thực tế hàm truyền van thường coi khâu quán tính bậc có trễ, lấy gần xem khâu quán tính bậc W3  s   Kv  Tv s Trong đó: KV hệ số khuếch đại van TV thời gian van, thường lấy T = 10ms = 0.01s Khi tín hiệu vào thay đổi từ 0.8 † kg/ cm2 độ mở van thay đổi từ † 100%, hệ số khuếch đại xác định sau: K 100   19  0.8 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc 107 Luận vản thạc sĩ Khi m thay đổi từ † 100% lưu lượng dầu qua van thay đổi từ 0†1000L.Từ ta có hệ số truyền liên hệ lưu lượng dầu qua van độ mở van là: K 1000   10 100  Kết hợp hàm truyền ta có hàm truyền đạt với tín hiệu vào áp suất khí nén tín hiệu lưu lượng dầu qua van: W3  s   190 0.01s  3.1.5 Hàm truyền đạt đối tượng điều chỉnh Đối tượng điều chỉnh nhiệt độ lò nung cán thép liên tục Khi lưu lượng dầu tới mỏ đốt thay đổi từ † 1000L/h nhiệt độ vùng nung thay đổi từ † 1400 oC Thường gần xem hàm truyền đạt khâu qn tính bậc có trễ: Ke  τs W Ts  Trong đó: K hệ số khuếch đại  thời gian trễ trình điều khiển, thường chọn  = 30s T số thời gian trình điều khiển, chọn T = 100s Hệ số khuếch đại K xác định sau: K  oC  1400   1.4  L 1000   h Khâu trễ e-s biến đổi gần sau: e  s  1  30s Vậy hàm truyền đối tượng điều chỉnh là: W4  1.4 0.001  1  30s 1  100s  s  0.043s  0.0003 Từ ta có sơ đồ cấu trúc hệ thống thể dạng mô hình Simulink hình 3.3 Trong tín hiệu vào điện áp thơng qua khâu chuyển đổi tín hiệu thành dịng điện điều khiển cấu đóng mở van dầu để đóng mở van dầu, Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc Luận vản thạc sĩ 108 điều khiển nhiệt độ lị nung cho tín hiệu hiệu nhiệt độ, thiết bị đo lường biến đổi tín hiệu nhiệt độ thành điện áp để so sánh với tín hiệu đặt 3.2 Xây dựng hệ thống điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục Từ sơ đồ cấu trúc hệ thống hình 3.3, ta có sơ đồ mơ hệ thống điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục dùng điều khiển dự báo thiết kế công cụ MPC ( Model Predictive Control Toolbox) Matlab hình 3.4 Hình 3.4 Sơ đồ mơ điều khiển nhiệt độ lị nung cán thép liên tục dùng điều khiển dự báo 3.3 Mạng nơ ron toán nhận dạng Một mạng nơ ron có khả nhận dạng mơ hình đối tượng cho Trong phạm vi đề tài tác giả dùng mạng nơ ron để nhận dạng đối tượng điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục Với đối tượng cụ thể điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục tác giả tiến hành lựa chọn thơng số sau q trình nhận dạng huấn luyện mạng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc Luận vản thạc sĩ 109 Size of Hidden layer: Sampling Iterval (sec): 70 No Delayed Plant Inputs: No Delayed Plant Outputs: Training Samples: 50 Maximum Plant Inputs: Minimum Plant Inputs: Maximum Plant Outputs: Minimum Plant Outputs: Maximum Interval Value (sec): 100 Minimum Interval Value (sec): Training Epochs: 3.4 Kết mô Sau xây dựng hệ thống điều khiển, ta chuyển thơng số mơ hình vào điều khiển tiến hành huấn luyện mạng Sau kỳ huấn luyện sai số đầu mơ hình đối tượng đầu mơ hình mạng nơ ron 10 -3 Kết nhận dạng hình 3.5 kết huấn luyện hình 3.6 đến 3.8 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc LuËn vản thạc sĩ 110 Hỡnh 3.5 D liu u vo đầu đối tượng nhận dạng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc LuËn v¶n th¹c sÜ 111 Hình 3.6 Dữ liệu huấn luyện vào / đối tượng, liệu huấn luyện đầu mạng sai số Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc Luận vản thạc sĩ 112 Hình 3.7 Tập liệu kiểm tra Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc Luận vản thạc sÜ 113 Hình 3.8 Tập liệu chấp nhận Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc 114 LuËn vản thạc sĩ Sau ó hun luyn v xõy dựng mơ hình nhận dạng đối tượng, ta sử dụng mơ hình để điều khiển hệ thống với chế độ làm việc khác Kết mô hình 3.9, hình 3.10, hình 3.11 hình 3.12 Ket qua mo phong chua co nhieu, dien ap dat 2v 2.5 Dien ap 1.5 0.5 0 200 400 600 800 1000 1200 Thoi gian 1400 1600 1800 2000 Hình 3.9 Tín hiệu hệ thống chưa có nhiễu điện áp đặt đầu vào 2v Ket qua mo phong chua co nhieu, dien ap dat 4v 4.5 3.5 Dien ap 2.5 1.5 0.5 0 200 400 600 800 1000 1200 Thoi gian 1400 1600 1800 2000 Hình 3.10 Tín hiệu hệ thống chưa có nhiễu điện áp đặt đầu vào 4v Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc 115 Luận vản thạc sĩ Ket qua mo phong co nhieu, dien ap dat 2v Dien ap 0 200 400 600 800 1000 1200 Thoi gian 1400 1600 1800 2000 Hình 3.11 Tín hiệu hệ thống có nhiễu đầu vào điện áp đặt đầu vào 2v Ket qua mo phong co nhieu , dien ap dat 4v Dien ap 0 200 400 600 800 1000 1200 Thoi gian 1400 1600 1800 2000 Hình 3.12 Tín hiệu hệ thống có nhiễu đầu vào điện áp đặt đầu vào 4v 3.5 Kết luận Từ kết mơ ta rút số nhận xét sau: Khi sử dụng mạng noron để xây dựng mơ hình đối tượng hệ thống điều khiển dự báo cho độ xác cao ( sai số 10 -3 qua kỳ huấn luyện), chất lượng hệ điều khiển dự báo tăng lên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc Luận vản thạc sĩ 116 Phương pháp điều khiển dự báo theo mơ hình áp dụng để điều khiển nhiệt độ lò nung dây truyền cán thép liên tục với chất lượng tương đối tốt vùng nhiệt độ, hệ thống làm việc ổn định có nhiễu đầu vào, việc thiết kế chỉnh định thông số điều khiển tương đối đơn giản Tuy nhiên có nhiều nhiễu đầu vào việc điều khiển phức tạp thời gian ngắn nên tác giả chưa giải được, hướng đề tài sau tiếp tục nghiên cứu Bên cạnh ưu điểm trên, xây dựng điều khiển dự báo gặp khó khăn như: Xây dựng liệu nhận dạng từ hệ thống thực phản ánh tồn tính chất hệ thống; Giải tốn tối ưu hóa cần phải cần đến hỗ trợ máy tính mạnh, tốc độ cao Đây cản trở lớn áp dụng thuật toán điều khiển nhỏ Để chạy nhận dạng mô phải thời gian tương đối lâu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc 117 Luận vản thạc sĩ TI LIU THAM KHO A Tiếng Việt [1] Đỗ Trung Hải (2005), Nghiên cứu lý thuyết điều khiển mờ mạng nơron ứng dụng giải toán phi tuyến hệ truyền động điện, Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp bộ, Trường Đại học Kỹ Thuật Công nghiệp Thái Nguyên [2] Đỗ Văn Chung (2007), Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển đối tượng phi tuyến, Đại học Kỹ Thuật Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, Luận văn thạc sỹ [3] Hoàng Minh Sơn (2006), Cơ sở hệ thống điều khiển trình, nhà xuất Bách khoa Hà Nội, Hà Nội [4] Hoàng Ngọc Sơn (2006 ), Một vài phương pháp xác định thơng số cho mạng nơron mơ hình mờ, tạp chí Tự động hố ngày nay, số (68), từ trang – 11, Bài báo [5] Nguyễn Công Hiền (2006), Giáo trình Mơ hình hố hệ thống mơ phỏng, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội [6] Nguyễn Đăng Khang (2005), Nghiên cứu điều khiển trình theo mơ hình dự báo, Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, Luận văn thạc sỹ [7] Nguyễn Hữu Cơng, Nguyễn Hồi Nam (2006), Nghiên cứu ứng dụng mạng nơron để nhận dạng điều khiển đối tượng phi tuyến, Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp bộ, Trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên [8] Nguyễn Như Hiển  Lại Khắc Lãi (2007), Điều khiển mờ  mạng nơron kỹ thuật điều khiển, nhà xuất Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội [9] Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab  Simulink, nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [10].Lê Huyền Linh, Lại Khắc Lãi "Điều khiển mức nước bao điều khiển dự báo" Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Thái Ngun số 2/ 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc http://www.lrc-tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc nghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tucnghien.cuu.ung.dung.he.dieu.khien.du.bao.de.dieu.khien.nhiet.do.lo.nung.can.thep.lien.tuc