TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC TRONG HỆ THỐNG MỨC NƯỚC BAO HƠI, ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

31 549 2
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC TRONG HỆ THỐNG MỨC NƯỚC BAO HƠI, ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LƯU VĂN SỞ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC TRONG HỆ THỐNG MỨC NƯỚC BAO HƠI, ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Thái Ngun – 2015 Cơng trình hoàn thành tại: MỞ ĐẦU Mục tiêu luận văn Mục tiêu nghiên cứu - Nguyên cứu sở lý thuyết tổng quan nhà máy nhiệt điện từ xây dựng mơ hình tốn cho hệ thống điều khiển mức nước cấp bình bao - Thiết kế điều chỉnh PID ứng dụng vào điều khiển mức nước hệ thống mức nước bao mơ hình lị trung tâm thí nghiệm trường Đại học Cơng nghiệp Thái Ngun Thực việc mô thực nghiệm để kiểm chứng điều khiển thiết kế - Đề xuất phương án cải thiện chất lượng điều khiển mức hệ thống mức nước bao điều khiển mờ 3.Nội dung luận văn Chương Tổng quan điều khiển mức nước bao nhà máy nhiệt điện Chương Mơ tả tốn học đối tượng điều khiển mức nước cấp bình bao nhà máy nhiệt điện Chương Khảo sát chất lượng điều khiển mức nước cấp bình bao sử dụng điều khiển PID mô thực nghiệm Chương Nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định mức nước hệ thống mức nước bao điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID Kết luận kiến nghị CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Tổng quan chung nhà máy nhiệt điện 1.1.1 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện 1.1.2 Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện Hình 1.2: Sơ đồ chu trình nhiệt tổ máy 1.2 Lò nhà máy nhiệt điện 1.2.1 Nhiệm vụ lò Lò có nhiệm vụ sau: - Chuyển hóa lượng nhiên liệu hữu than đá, dầu mỏ, khí đốt… buồng đốt nhiên liệu thành điện - Truyền nhiệt sinh cho môi chất tải nhiệt môi chất thông qua hệ thống dẫn đưa môi chất làm quay tua bin 1.2.2.Cấu tạo lò Như cấu tạo lò gồm hệ thống sau: - Hệ thống cung cấp đốt cháy nhiên liệu - Hệ thống cung cấp khơng khí thải sản phẩm cháy - Hệ thống sử lí nước cấp nước làm mát - Hệ thống sản xuất cấp nước nóng cho q trình sinh - Hệ thống đo lường điều khiển - Hệ thống an toàn - Hệ thống lò: Khung lò, tường lò, cách nhiệt… 1.2.3 Các loại lị - Lị có bao - Lò trực lưu 1.2.4 Hệ thống điều khiển lò 1.2.4.1 Lò đối tượng điều khiển 1.2.4.2 Giới thiệu chung hệ thống điều khiển lò 1.3 Hệ thống điều chỉnh mức nước bao nhà máy nhiệt điện 1.3.1 Đặt vấn đề Từ tiêu đặt ra, hệ thống điều khiển lò phải cấu thành từ số điều chỉnh tương đối độc lập với gồm: - Hệ thống điều chỉnh mức nước bao - Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ nhiệt - Hệ thống điều chỉnh trình cháy - Hệ thống điều chỉnh sản lượng - Hệ thống điều chỉnh áp suất bao 1.3.2 Hệ điều khiển bao Hệ thống điều khiển có hai hệ điều khiển phân ly: hệ điều khiển nhiệt độ hệ điều khiển áp suất – lưu lượng 1.3.3 Mục tiêu nghiên cứu Việc đưa phương pháp điều khiển đại áp dụng cho hệ thống điều khiển trình, cụ thể điều khiển mức nước cấp bình bao nhà máy nhiệt điện, đảm bảo khả hoạt động tốt chế độ làm việc địi hỏi nhà khoa học khơng ngừng phát triển nghiên cứu Vì đề tài tập trung vào việc nghiên cứu thiết kế điều khiển PID triển khai thí nghiệm sau đề xuất phương pháp thiết kế điều khiển mờ chỉnh định tham số PID nhằm nâng cao chất lượng cho hệ thống ổn định mức nước cấp bao kiểm chứng mô Matlab/Simulink 1.4 Kết luận chương Chương giải số vấn đề sau: - Tổng quan nét nhà máy nhiệt điện - Lựa chọn đối tượng nghiên cứu mức nước bao - Đề xuất phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số PID để điều khiển mức nước bao lò nhà máy nhiệt điện sở mơ hình nhà máy nhiệt điện trung tâm thí nghiệm trường Đại học kỹ thuật cơng nghiệp (Mơ hình giống nhà máy nhiệt điện) Trên sở tổng quan nhà máy nhiệt điện (mơ hình nhà máy nhiệt điện Trung tâm thí nghiệm), chương sâu nghiên cứu xây dựng mơ tả tốn học cho hệ điều khiển mức nước bao mô hình nhà máy nhiệt điện CHƯƠNG II MƠ TẢ TOÁN HỌC CHO ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI MƠ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 2.1 Đặt tốn 2.2 Mơ tả tốn học cho thành phần hệ thống điều khiển mức nước cấp bình bao nhà máy nhiệt điện 2.2.1 Cấu trúc mơ hình nhà máy nhiệt điện Cấu trúc hệ thống điều khiển trình minh họa hình 2.1: Van điều Bình chứa nước khiển CV02 Bao Bình nước Bơm nước B02 cấp bao Điện trở nhiệ Hình 2.1: Mơ hình NMTĐ TTTN trường ĐH kỹ thuật công nghiệp t 2.2.2 Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống mức nước cấp bình bao Cấu trúc điều khiển hệ thống điều khiển q trình nói chung minh họa hình 2.2: Hình 2.2: Sơ đồ khối vịng hệ thống điều khiển q trình 2.2.3 Hàm truyền thành phần hệ thống 2.2.3.1 Thiết bị đo a Cấu trúc bản: b Đặc tính động 2.2.3.2 Thiết bị chấp hành Một hệ thống/thiết bị chấp hành có chức can thiệp tới biến điều khiển Hình 2.5 minh hoạ cấu trúc bản của mợt thiết bị chấp hành Hình 2.5: Cấu trúc thiết bị chấp hành Cấu trúc Cơ cấu chấp hành van có nhiệm vụ cung cấp lượng và tạo chuyển động cho chốt van thông qua cầu van hoặc trục van Nếu van định cỡ tốt quan hệ lưu lượng độ mở van coi tuyến tính, phạm vi quan tâm Trong thực tế hàm truyền van thường coi khâu qn tính bậc có trễ, lấy gần xem khâu qn tính bậc nhất: WV (s) = K + Tv s Trong đó: K = Kv KT hệ số khuếch đại van T: thời gian trễ van, thường lấy T = 25 ms = 0,025s Khi tín hiệu vào thay đổi từ 0,32 ÷ 1KG/cm2 độ mở van thay đổi từ ÷ 85%, hệ số khuếch đại xác định sau: KV = 80  %®é më  = 125  2 − 0,32  KG / cm  Ta có độ mở van thay đổi từ ÷ 80% lưu lượng nước qua van thay đổi từ ÷ 40 T/h Từ hệ số truyền liên hệ lưu lượng nước qua van độ mở van là: KT =  T/h  120 = 1,6   80 −  %®é më  Kết hợp hàm truyền ta có hàm truyền đạt với tín hiệu vào áp suất khí nén tín hiệu lưu lượng nước cấp thơng qua cấu van: WV (s) = 200  % T / h  KG / cm %  1+ 0.025s   Việc xác định hệ số khuếch đại Kv số thời gian van tiến hành từ thực nghiệm Hằng số thời gian τv van phụ thuộc chủ yếu vào cấu chấp hành Thơng thường, τv τv có giá trị khoảng vài giây, van cỡ lớn tới ÷ 15 giây Hệ số khuếch đại Kv tính tốn sau: 10 Kv = dF dF dp = du dp du Cơ cấu chấp hành coi tuyến tính toàn dải làm việc, nên đạo hàm dp/du “1” cho van FC “-1” cho van FO Vì với việc chọn van FC ta có: Kv = dF dp Nếu van định cỡ tốt ta coi Kv số tồn dải làm việc 2.2.3.3 Bình bao Trên sở phân tích trên, xác định gần hàm truyền đạt đối tương Trong thực tế hàm truyền đạt đối tượng khơng có tính tự cân mô tả gần sau: K e −τ s Wdt (s) = s Tính hàm truyền đạt đối tượng mức nước bao Đối tượng điều chỉnh hệ thống mức nước bao hơi, thông qua việc tiến hành thí nghiệm lấy đường đặc tính động thực nghiệm hệ điều khiển lưu lượng nước bình bao với tác động điều chỉnh van đóng mở nước để xác định tham số 17 Hình 3.6: Cấu trúc mơ ĐK mức nước cấp bao 3.3.2 Các kết mô - Trường hợp mô với mức nước 70% D pu gmcn o c pb hb oh i a n u uc a in a o L d Lh c t u L% ( ) 0 10 10 10 10 10 ts ( ) Hình 3.7 Đáp ứng hệ thống với mức nước 70% - Trường hợp mô với mức nước thay đổi từ 70% lên 90% D pu gm c n o c pbn b oh i a n u uc a i h a o 10 L d Lh c t u L% ( ) 0 10 10 20 ts ( ) 20 30 30 40 Hình 3.8: Đáp ứng hệ thống với mức nước nhảy cấp từ 70% lên 90% 3.4 Đánh giá chất lượng hệ thống thực nghiệm 18 3.4.1 Mơ hình thực nghiệm điều khiển mức trung tâm thí nghiệm Hình 3.9: Cấu trúc thí nghiệm đk mức nước bao 19 Hình 3.10: Bình cấp nước thí nghiệm đk mức nước bao 20 Hình 3.11: Giao diện thí nghiệm điều khiển mức nước bao Hình 3.12: Giao diện kết thí nghiệm điều khiển mức nước bao 21 3.4.2 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm 3.4.3 Các kết thực nghiệm - Trường hợp mức nước 80% Hình 3.13: Kết thí nghiệm điều khiển mức nước bao 80% - Trường hợp mức nước thay đổi từ 80% xuống 60% Hình 3.14: Kết thí nghiệm điều khiển mức nước cấp bao nhảy cấp từ 80% xuống 60% 22 3.4.4 So sánh với kết mô Kết mô điều khiển mức hình 3.7, hình 3.8 kết thực nghiệm hình 3.13, hình 3.14 cho thấy kết tương tự chất lượng điều khiển Như vậy, thơng qua thực nghiệm mơ hình điều khiển mức trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp chứng tỏ mối liên hệ thực tiễn lý thuyết Qua đó, nâng cao nội dung kết cho luận văn tính ứng dụng vào thực tế 3.5 Kết luận chương Trong chương ba luận văn thực nội dung quan trọng là: Thiết kế điều khiển mức cấp bình bao hơi, đánh giá kết tính tốn lý thuyết thơng qua mơ Matlab – Simulink thực nghiệm Qua kết nêu thấy rằng: lý thuyết, mơ thực nghiệm điều khiển tiếp tục hiệu chỉnh để phù hợp với thiết bị thực công nghiệp 23 Chương ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BÌNH BAO HƠI BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID Cấu trúc điều khiển mờ 4.1.1 Mờ hoá 4.1.2 Giải mờ (defuzzyfier) * Phương pháp cực đại giải mờ theo hai bước: * Phương pháp trọng tâm: 4.1.3 Khối luật mờ khối hợp thành 4.1.3.1 Các bước xây dựng luật hợp thành có nhiều điều kiện 4.1.3.2 Thuật tốn xây dựng luật hợp thành nhiều mệnh đề hợp thành 4.1.4 Bộ điều khiển mờ 4.1.4.1 Bộ điều khiển mờ động 4.1.4.2 Điều khiển mờ thích nghi 4.1.4.3 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 4.2 Thiết kế điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 4.2.1 Phương pháp thiết kế 4.2.2 Nhận xét - Phương pháp thiết kế đơn giản dễ dàng thay đổi luật mờ - Dùng để nâng cao chất lượng điều khiển PID kinh điển 24 4.3 Khảo sát mô Matlab/Simulink 4.3.1 Sơ đồ mô Sơ đồ mô hệ thống sử dụng điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID điều khiển PID Hình 4.16: Sơ đồ mô mức nước bao với điều khiển PID điều khiển mờ chỉnh định tham số PID Trong điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID có cấu trúc mơ phỏng: 25 Hình 4.17: Sơ đồ mơ mức nước bao với cấu trúc điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 4.3.2 Kết mô so sánh điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID + Trường hợp mô với mức nước đặt 70%: D pu gm c n o b oh i a n u uc a o L a dt L I PD L o h hd h M c in in L ( %) 0 10 t( ) s 10 10 10 10 Hình 4.18 Đáp ứng mức nước bao đặt 70% 26 Dap ung muc nuoc bao hoi 100 90 Ldat LPID LMochinh dinh 80 70 L(%) 60 50 40 30 20 10 0 50 100 150 200 t(s) 250 300 350 400 Hình 4.19 Đáp ứng áp suât bao mức nước đặt thay đổi từ 70% lên 90% 4.3.3 Nhận xét Từ kết mô hình 4.18 hình 4.19 khẳng định điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID cải thiện số tiêu chất lượng so với điều khiển PID độ điều chỉnh thời gian xác lập Điều cho thấy với phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID đem lại khả quan cho việc phát triển ứng dụng phương pháp điều khiển đại cho hệ điều khiển mức nước bao nhà máy nhiệt điện 4.4 Kết luận chương Chương giải số vấn đề sau: 27 - Tổng quan vấn đề hệ logic mờ điều khiển mờ - Đưa phương pháp thiết kế điều khiển chỉnh định tham số điều khiển PID để thiết kế điều khiển cho đối tượng - Mô hệ thống - Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển mức nước bao điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID so với điều khiển PID 28 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Nội dung luận văn tập trung vào nghiên cứu ứng dụng điều khiển trình cho đối tượng cụ thể điều khiển mức nước cấp bình bao nhà máy nhiệt điện Nhiệm vụ cụ thể Nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định mức nước cấp điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID Kết luận văn đạt là: - Thiết kế điều khiển mức nước cấp bình bao nhà máy nhiệt điện điều khiển PID, tiến hành đánh giá kết nghiên cứu lý thuyết mô thực nghiệm Với kết cho thấy tính đắn thuật tốn điều khiển phương diện mô thực nghiệm - Đề xuất thiết kế điều khiển là: Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID theo mơ hình mẫu kiểu truyền thẳng Với kết mô cho thấy chất lượng điều khiển tốt so với điều khiển PID (kể tham số đối tượng bị thay đổi giới hạn cho phép) Kiến nghị: Với thời gian nghiên cứu cịn ít, kiến thức kinh nghiệm thực tiễn có hạn, nội dung luận văn số hạn chế Tác giả tiếp tục nghiên cứu hồn thiện để áp dụng tốt kết nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, áp dụng điều khiển đại vào đối tượng thực tế sản xuất 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Phạm quang Đăng, Điều khiển DCS cho nhà máy nhiệt điện đốt than, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2013 [2] Bùi Quốc Khánh, Phạm quang Đăng, Điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2010 [3] Lại Khắc Lãi (2003), “Một số phương pháp tổng hợp điều khiển sở logic mờ thích nghi”, Luận án tiến sĩ kĩ thuật, Trường đại học Bách khoa Hà Nội [4] Nguyễn Doãn Phước: “Phân tích điều khiển hệ phi tuyến” NXB Bách Khoa, 2012 [5] Nguyễn Doãn Phước: “Lý thuyết điều khiển tuyến tính” NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2007 [6] Phước, N D; Minh.X.P, Lý thuyết điều khiển mờ; NXB Khoa học & Kỹ thuật; 2006 [7] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2001 [8] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi: “Điều chỉnh tự động truyền động điện” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [9] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [10] Nguyễn Mạnh Tùng, Nguyễn Như Hiển,: “Điều khiển logic PLC” NXB KH&KT, 20071 30 [11] B.G.Liptak (chủ biên); Process Control 3rd Edition; Chilton Book Co; 1996 [12] Li-Xin Wang (1992), “Fuzzy systems as nonlinear dynamic system indentifiers Part 1: Stability Analysis and Simulations”, Proceedinge of the 31 st Conference on decision and control Tucson, Arizos, December 1992 pp 3418-3422

Ngày đăng: 26/08/2015, 16:43

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • MỞ ĐẦU

    • 1. Mục tiêu của luận văn

    • CHƯƠNG I

    • TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

    • CHƯƠNG II

    • MÔ TẢ TOÁN HỌC CHO ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN

    • MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN

      • 2.2. Mô tả toán học cho các thành phần trong hệ thống điều khiển mức nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện

      • 2.2.3.3. Bình bao hơi

      • Chương 3

      • THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI

        • 4.4. Kết luận chương 4

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan