Thông tin tài liệu
Ðây là phiên bản html của tệp http://tailieuso.ud.edu.vn/bitstream/TTHL_125/3741/2/Tomtat.pdf. G o o g l e tự động tạo ra những phiên bản html của các tài liệu khi chúng tôi crawl web. Page 1 1 B GIÁO DC VÀ À O TO I HC À NNG H HOÀNG CHÂU NG DNG LOGIC M I U KHIN QUÁ TRÌNH NHIT LÒ SY Chuyên nghành: T n g Hóa Mã s: 60.52.60 TÓM T T LU N V N TH C S K THU T à Nng - N m 2012 Page 2 2 Công trình c hoàn thành t i Ð I H C ÐÀ N NG Ng i h ng d n khoa h c: TS. Phan V n Hi n Ph n bi n 1: PGS.TS. Bùi Qu c Khánh Ph n bi n 2: TS. Võ Nh Ti n Lu n v n c b o v tr c H i ng ch m lu n v n th c s k thu t h p t i Ð i h c Ðà N ng vào ngày 9 tháng 6 n m 2012 Có th tìm hi u lu n v n t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Ð i h c Ðà N ng; - Trung tâm H c li u, Ð i h c Ðà N ng. Page 3 3 M Ð U 1. Lý do ch n tài H n sáu th p k qua, b i u khi n PID là b i u khi n thông d ng trong các h th ng i u khi n v i nhi u báo cáo a ra các con s th ng kê r ng h n 90% bài toán i u khi n quá trình công nghi p c gi i quy t v i b i u khi n PID, trong s ó kho ng trên 90% th c hi n b ng lu t PI, 5% th c hi n b ng lu t P thu n túy, và 3% th c hi n lu t PID y , còn l i là nh ng d ng d n xu t khác. Tuy nhiên, trong th c t nhi u gi i pháp t ng h p, thi t k b i u khi n PID th ng b b t c khi g p nh ng bài toán có ph c t p cao, phi tuy n l n, th ng xuyên thay i tr ng thái và c u trúc c a i t ng…V i nh ng khó kh n ó s không còn là v n nan gi i khi c thay th b ng b i u khi n m . So v i các gi i pháp trong k thu t i u khi n t tr c n nay, t ng h p các h th ng i u khi n thì ph ng pháp t ng h p h th ng i u khi n b ng logic m ch ra nh ng u i m rõ r t sau: - Kh i l ng công vi c thi t k c gi m i nhi u do không c n s d ng mô hình i t ng, v i các bài toán thi t k có ph c t p cao, gi i pháp dùng b i u khi n m cho phép gi m kh i l ng tính toán và giá thành s n ph m. - B i u khi n m d hi u h n so v i b i u khi n khác (c k thu t) và d dàng thay i. - Trong nhi u tr ng h p b i u khi n m làm vi c n nh h n và ch t l ng i u khi n cao h n. Page 4 4 - B i u khi n m c xây d ng trên kinh nghi m c a các chuyên gia. - Có th k t h p b i u khi n m v i các b i u khi n khác. Lò s y là m t i t ng t ng i ph c t p bao g m: Quá trình cháy, trao i nhi t - m, t c qu t, i l u, b c x v.v là nh ng quá trình có quán tính l n, th i gian ch t, nhi u, tr i t ng cao, các thông s thu th p ôi khi không y chính xác, i t ng phi tuy n v.v…… V i nh ng c i m c a i t ng c n i u khi n, c tính n i b t c a b i u khi n m , tôi ch n tài “ ng d ng logic m i u khi n quá trình nhi t lò s y” nghiên, c u kh o sát b i u khi n m , b c u kh o sát mô ph ng b i u khi n trên ph n m m Matlab & Simulink. Các thông s nhi t c kh o sát th c t t i lò s y xí nghi p lâm s n Hoà Nh n – Hòa Vang, Thành ph Ðà N ng. 2. M c í ch nghiên c u - Nghiên c u, ng d ng mô hình toán h c c a lò s y [13] vào quá trình i u khi n. - Nghiên c u logic m . - Kh o sát, thu th p thông s nhi t lò s y t i Xí nghi p ch bi n Lâm s n Hòa Nh n - Hòa Vang, Thành Ph Ðà N ng. - Xây d ng mô hình i u khi n nhi t lò s y trên ph n m m Matlab & Simulink. 3. Ð i t n g và ph m vi nghiên c u Page 5 5 - Ð i t ng nghiên c u: Nghiên c u v k thu t s y và lò s y, i u khi n quá trình, i u khi n nhi t , i u khi n PID, i u khi n m , mô ph ng b i u khi n trên ph n m m Matlab simulink. - Ph m vi nghiên c u ➢ Nghiên c u và ng d ng mô hình toán h c c a lò s y [13] vào quá trình i u khi n. ➢ Xây d ng và mô ph ng trên ph n m m Matlab & Simulink. 4. Ph n g pháp nghiên c u V i các m c tiêu trên tôi ch n ph ng pháp nghiên c u lý thuy t và ph ng pháp nghiên c u th c nghi m, th c hi n tài theo các b c sau: - Nghiên c u các mô hình: ➢ Nghiên c u h tuy n tính ➢ Nghiên c u v h phi tuy n ➢ Nghiên c u v i u khi n m - Tìm hi u v lò s y công nghi p ➢ Ð c tài li u liên quan v k thu t s y ➢ Thu th p các d li u i u khi n nhi t th t t t i lò s y Xí nghi p ch bi n Lâm s n Hoà Nh n – TP. Ðà N ng. ➢ Xây d ng mô hình và mô ph ng mô hình trên ph n m m Matlab & Simulink. 5. Ý ngh a khoa h c và th c ti n c a tài lu n v n Page 6 6 Nh m nâng cao ch t l ng c a v t li u c n s y thì quá trình i u khi n nhi t lò s y có tính ch t quy t nh n ch t l ng và b n c a s n ph m. Nên tài “ n g d ng logic m i u khi n quá trình nhi t lò s y” phát huy c u i m c a b i u khi n m , gi i quy t nh ng khó kh n mà b i u khi n kinh i n g p ph i và a ra các gi i pháp i u khi n h p lý, n nh. Ý ngha th c ti n: K t qu nghiên c u c a tài s óng góp thêm trong cách ti p c n và i u khi n i t ng phi tuy n, kh o sát m t s gi i pháp v i u khi n qua ó so sánh và ánh giá k t lu n l a ch n b i u khi n thích h p cho t ng i t ng c th . 6. B c c lu n v n M u Ch ng 1: T ng quan v lò s y Ch ng 2: Lý thuy t i u khi n m Ch ng 3: n g d ng logic m i u khi n quá trình nhi t lò s y Ch ng 4: K t qu và bàn lu n K t lu n và ki n ngh Tài li u tham kh o Page 7 7 CH NG 1: T NG QUAN V LÒ S Y 1.1. Gi i thi u t ng quan S y là m t trong nh ng khâu quan tr ng trong dây chuy n công ngh , c s d ng nhi u ngành ch bi n nông – lâm – h i s n là ph ng pháp b o qu n s n ph m n gi n, an toàn và d dàng. S y không n thu n là tách n c ra kh i v t li u m mà là quá trình công ngh ph c t p, òi h i v t li u sau khi s y ph i m b o ch t l ng theo ch tiêu nào ó v i m c chi phí n ng l ng ( i n n ng, nhi t n ng) t i thi u . Quá trình s y là quá trình làm khô các v t th , các v t li u, các s n ph m b ng ph ng pháp làm bay h i n c ra kh i VLS. Do v y, quá trình s y khô m t v t th di n bi n nh sau: V t th c gia nhi t a nhi t lên n nhi t bão hòa ng v i phân áp su t c a h i n c trên b m t v t th , v t th c c p nhi t làm bay h i m. 1.2. Phân lo i các th th ng s y (HTS) 1.2.1. H th ng s y t nhiên 1.2.2. H th ng s y nhân t o 1.2.3. Các d ng lò s y 1.2.3.1. Lò s y gia nhi t b ng khói lò 1.2.3.2. Lò s y gia nhi t b ng h i n c 1.2.3.3. Lò s y gia nhi t b ng nhi t i n tr 1.3. Ði u khi n quá trình 1.3.1. Quá trình và các bi n quá trình 1.3.2. c i m c a i u khi n quá trình Page 8 8 1.3.3. Các thành ph n c b n c a m t h th ng 1.4. Mô hình hóa i t ng lò s y 1.4.1. Ph ng trình tr ng thái c a h th ng 1.4.2. Mô hình toán h c c a lò s y K T LU N CH N G 1 Ch ng m t ã trình bày t ng quan các nh ngha trong h th ng s y. Các d ng lò s y và cách thi t k tính toán ch n thi t b s y thích h p. Ðnh ngha v quá trình và i u khi n quá trình, a ra mô hình toán h c c a lò s y, tính phi tuy n c a mô hình i t ng. Ðây là ph n chính và quan tr ng ng d ng b i u khi n m trong i u khi n i t ng phi tuy n và th a mãn bài toán i u khi n c n nghiên c u trong lu n v n này. Bên c nh ó, b i u khi n m s c trình bày m t cách t ng quan c b n s c trình bày trong ch ng ti p theo. CH NG 2: C S LÝ THUY T ÐI U KHI N LOGIC M 2.1. T ng quan v lý thuy t logic m [2] 2.1.1. T p h p kinh i n 2.1.2. n h ngh a t p m 2.1.3. Các d ng hàm thu c trong logic m 2.1.4. cao, mi n xác nh và mi n tin c y c a t p m 2.1.5. Các phép toán trên t p m Page 9 9 2.1.5.1. Phép h p hai t p m 2.1.5.2. Phép giao hai t p m 2.2. Bi n ngôn ng và giá tr c a nó 2.2.1. Bi n ngôn ng 2.2.2. Lu t h p thành 2.2.2.1. M nh h p thành 2.2.2.2. Mô t m nh h p thành 2.2.3. Lu t h p thành m 2.2.3.1. Thu t toán th c hi n lu t h p thành n max – MIN, max – PROD có c u trúc SISO 2.2.3.2. Thu t xác nh lu t h p thành có c u trúc MISO 2.3. Gi i m (rõ hóa) 2.3.1. Ph n g pháp c c i 2.3.2. Ph n g pháp tr ng tâm 2.4. T ng h p b i u khi n m 2.4.1. C u trúc c a b i u khi n m 2.4.2. Nguyên lý c a b i u khi n m 2.4.3. Nh ng nguyên t c t ng h p b i u khi n m 2.4.4. Các b c th c hi n khi xây d ng b i u khi n m K T LU N CH N G 2 Ch ng hai ã trình bày t ng quan nh t v lý thuy t i u khi n m . S ra i và phát tri n c a b i u khi n m và nh ng tính ch t hoàn h o nh ng Page 10 10 kh n ng m i trong quá trình l a ch n c a b i u khi n m so v i các b i u khi n kinh i n. Các b i u khi n m cho phép ng i thi t k t n d ng kinh nghi m c a mình xây d ng lu t i u khi n m t cách úng ng và t i u. Bên c nh ó làm cho con vi c thi t k c gi m i áng k và quá trình i u khi n c ng d dàng h n nhi u. CH NG 3: N G D NG LOGIC M ÐI U KHI N QUÁ TRÌNH NHI T LÒ S Y 3.1. Mô hình toán h c lò s y [13] Quay tr l i mô hình toán h c c a lò s y ta có: 〉 +− 〉 + − 〉 + − − ∆+ =+ p 2 p 1 p tn 0 Vc Q 3ku Vc G kTT Vc U kTT V 4kkv t ky1ky ) ( ))( ( ))( ( ) ( )() ( (3.1) Thu th p các s li u t i lò s y xí nghi p Lâm S n Hòa Nh n – Thành Ph Ðà N ng ta có các s li u sau: - Chi u cao lò s y :Hls = 4,1 (m) - Chi u r ng lò s y : Rls = 4,1(m) - Chi u dài lò s y : Lls = 6,1 (m) - Kh i l ng riêng :〉 = 1,2 (g/l) - Th i gian l y m u : t∆ = 0,5 (s) - Nhi t dung riêng : Cp = 1,025 (J/g 0 C) - Th tích c a lò s y : V = Rls.Hls.Lls.1000 (l) Page 11 11 - M t truy n nhi t : Utn = 9000 (J/ 0 C s) - Ði n áp : Up = 220/380 (V) - Nhi t l ng yêu c u : Q = 50000 (kJ/h) - Hi u su t c a thi t b c p nhi t : k = 0,95 - Công su t c a thi t b nóng : Wk6,14 95,0. 3600 50000 . 3600 Q P k = = = - N u b trí m i pha hai ph n t t nóng (hai cu n dây i n tr ), công su t c a m i ph n t : kW43,2 2.3 6,14 Ppt = = - Dòng i n qua m i ph n t t nóng: A1,11 220 43,2 phaU ptP ptI = = = Gi s ch n dây crôm-niken v i nhi t t nóng 600 0 C, tra b ng (1.2) ta có: ng kính dây i n tr d = 1,0 mm (ti t di n 0,7854 mm 2 ). Ch n t c gió 5 m/s, tính g n úng h s truy n nhi t : C. kJ/h.m 799 0,1 5000 3,11 α o2 = = - Chi u dài s i dây i n tr : ( ) [ ] 457,6 540.799.0,1.14,3 1000.43,2. 3600 70 505,0 600 dπ α .P 3600 l pt pt = = + − = (m) - Chi u dài toàn b dây i n tr : L = 3.n.6,457 = 3.2.6,457 = 38,74 (m) - Tính b c lò so: h = (24)d = 24 < 8 mm, ch n h = 8 mm. - Tính ng kính trung bình c a lò xo: Dtb = (58)d = 58 < 15 mm, ch n Dtb= 15 (mm) - Xác nh s vòng dây trong m t ph n t phát nhi t (cu n dât i n tr ) Page 12 12 ( ) ( ) 135 15.14,3 8 457,6. 1000 Dπ h l 1000 w 2 2 2 tb 2 pt = + = + = - Chi u dài c a lò xo s i t (ph n t phát nhi t): LPT = 1000.h.w = 1,08 (m) - H s qu t: k = 2000 (l/s) - Nhi t tr su t c a h p kim Crom và Niken :r0 =1,1.10 -6 ( m.Ω ) - Ti t di n dây: S = 2,0106.10 -6 (m 2 ) - Ði n tr dây : Rd=(ro.Lpt)/S (Ω ) - M t truy n nhi t theo th i gian: U = 9000 (J/ 0 C s) - Ði n d n: G = 1/Rd ( 1 − Ω ) - T bi u th c (3.1) bi n i và rút g n ta c mô hình sau: VCpρ Q T VCpρ U )3(k.u VCpρ G ).y(k) 4 .v(k V k t.Δ )4 v(kT V k t.Δ ) VCpρ U 1 y(k).( )1 y(k 1 tn 2 0 tn + + − + − −− + − =+ (3.2) - Ta t:T = t∆ ( th i gian l y m u) - a = (1-Utn/(p.V.Cp)) - b = (T.k.T0)/V - c = (T.k)/V - d = G/(p.V.Cp) - e = (Utn.T1)/(p.V.Cp)+Q/(p.V.Cp) - Thay các thông s vào ta có ph ng trình rút g n sau: Page 13 13 e)3(kd.u ).y(k) 4 c.v(k )4 b.v(k a.y(k) )1 y(k 2 +− + − −− + =+ (3.3) Ph ng trình (3.3) là m t ph ng trình phi tuy n. Cho v là m t h ng s m van 55 0 . Mô hình lò s y c mô t là m t hàm phi tuy n th hi n d i hàm quan h : 3)) u(k f(y(k), 1) y(k − =+ (3.4) Thay các tham s a, b, c, d, e tình t m.file ta có mô hình toán h c hoàn chnh 3915,5)3(k2u510. 3325,1 y(k).v. 0099,0 v. 4955,0 y(k). 9286,0)1 y(k +− − + − + =+ (3.5) Mô hình hóa h th ng trên ph n m m matlab Simulink, ta có mô hình i t ng sau: Hình 3.1: Mô hình i t ng c a lò s y Page 14 14 3.2. Ði u khi n quá trình nhi t lò s y b ng b i u khi n PID B i u khi n PID là b i u khi n kinh i n c s d ng r ng rãi trong các h th ng i u khi n công nghi p. Vi c l a ch n các thông s KP, KI, KD tùy thu c vào t ng i t ng. N u khâu t l làm thay i giá tr u ra, t l v i giá tr sai s hi n t i. Ðáp ng t l có th c i u chnh b ng cách nhân sai s ó v i m t h ng s KP thì khâu tích phân KI t l thu n v i c biên sai s l n qu ng th i gian x y ra sai s . T ng sai s t c th i theo th i gian (tích phân sai s ) cho ta tích l y bù ã c hi u chnh tr c ó. Khâu tích phân (khi c ng thêm khâu t l ) s t ng t c chuy n ng c a quá trình t i i m t và kh s d sai s n nh v i m t t l ch ph thu c vào b i u khi n v.v… Ð t ng h p các thông s i u khi n PID th ng s d ng các ph ng pháp sau: - S d ng mô hình x p x b c nh t có tr c a i t ng – Ph ng pháp th nh t c a Ziegler – Nichols. - Xác nh thông s PID b ng th c nghi m - Ph ng pháp Chien – Hrones – Reswich - Ph ng pháp t i u modul - Ph ng pháp t i u i x ng. Trong bài lu n v n này, v i các ph ng pháp trên tôi ch n ph ng pháp th c nghi m dùng b i u khi n PI. V i u i m là không c n tín toán ph c t p, nh ng c n kinh nghi m ch n các tham s cho phù h p t i u trong Page 15 15 i u khi n. Trong lu n v n chính là ng d ng b i u khi n m nên ph n PID s trình trình bày các ph ng pháp c b n và tóm t t. Các th ng s PI ch n c l y nh sau: - Thay b i u PID trong h kín b ng b khuy ch i, sau ó t ng d n h s khuy ch i t i giá tr t i h n Kth h kín ch biên gi i n nh. Xác nh chu k Tth c a h th ng. - Sau khi thay th vào h s khuy ch i, tôi ch n c Kth =0,0001 thì t biên gi i n nh. - Xác nh c chu k t i h n c a h th ng Tth = 2 giây. - Xác nh thông s KP = 0,45 Kth, TI = 0,85.Tth - Xác nh thông s KI = KP/TI - Cu i cùng ta có các thông s c a b i u khi n PI thích h p. Hình 3.2: Mô hình mô ph ng s d ng b i u khi n PI 3.3. i u khi n quá trình nhi t lò s y b ng b i u khi n m Mô hình m là mô hình m Mamdani Page 16 16 Tên g i cho b chnh nh m là: BO_DIEU_KHIEN_MO B i u khi n m c dùng i u khi n i t ng c a lò s y, theo kinh nghi m thì b i u khi n m g m có hai u vào và m t u ra. - Ð u vào th 1 là sai l ch nhi t gi a nhi t vào và nhi t ra c a lò s y, i l ng này c ký hi u ET. - Ð u vào th hai là t c bi n thiên theo th i gian c a nhi t dt dET i l ng này ký hi u là DET. - Ð u ra là tín hi u i u khi n i n áp a vào i t ng i u khi n, i l ng này ký hi u là U(t). Hình 3.3: C u trúc c a b i u khi n m 3.4. Xác nh t p m 3.4.1. Mi n giá tr v y lý cho bi n ngôn ng vào / ra D a vào kinh nghi m v n hành c a lò, c tính sai l ch nhi t c a b i u khi n PI, c tính v t lý và các s li u thu th p t i lò s y th c nghi m ta xây d ng b i u khi n theo lu t sau: Page 17 17 C n c vào nhi t sai l ch c a lò s y, ta quy i giá tr v t lý t ng ng, xác nh các mi n giá tr rõ t i h n cho các bi n vào/ ra nh sau: - Sai l ch nhi t u vào c ch n trong mi n giá tr: ET = [-20 20 ] - Ð o hàm bi n thiên nhi t c ch n trong mi n giá tr: DET = [- 30 30] - Ð u ra tín hi u i u khi n i n áp c ch n trong mi n giá tr: U(t) = [ -1.2 1.2 ] 3.4.2. Giá tr t p m Xác nh s l ng t p m (giá tr ngôn ng ) c n thi t cho các bi n. V i mô hình m Mamdani theo lu t max – Prod. V nguyên t c, s l ng các giá tr ngôn ng cho m i bi n ngôn ng nên n m trong kho ng 3 n 10 giá tr. N u s l ng giá tr ít h n 3 thì ít có ý ngha, vì không th c hi n c l y vi phân. N u l n h n 10, con ng i khó có kh n ng bao quát, thông tin y ng th i d phân bi t ta ch n kho ng 5 n 9 bi n ngôn ng khác nhau. Ð i v i quá trình i u khi n nhi t lò s y, ta có th ch n s l ng t p m cho m i bi n u vào, u ra nh sau: ➢ ET ∈{NM,NS,ZE,PS, PM}. ➢ DET∈{NM,NS,ZE,PS, PM}. ➢ U(t)∈{NM,NS,ZE,PS, PM} Trong ó: . ngh Tài li u tham kh o Page 7 7 CH NG 1: T NG QUAN V LÒ S Y 1.1. Gi i thi u t ng quan S y là m t trong nh ng khâu quan tr ng trong dây chuy n công ngh , c s d. c trình bày m t cách t ng quan c b n s c trình bày trong ch ng ti p theo. CH NG 2: C S LÝ THUY T ÐI U KHI N LOGIC M 2.1. T ng quan v lý thuy t logic m. n ➢ Nghiên c u v i u khi n m - Tìm hi u v lò s y công nghi p ➢ Ð c tài li u liên quan v k thu t s y ➢ Thu th p các d li u i u khi n nhi t th t t t i lò s
Ngày đăng: 29/06/2014, 13:20
Xem thêm: MINH QUAN pps, MINH QUAN pps
