0

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

30 545 2

Đang tải.... (xem toàn văn)

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

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 26/08/2015, 16:43

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 và Tự động hóa Thái Nguyên – 2015 Công trình được hoàn thành tại: 2 MỞ ĐẦU 1. Mục tiêu của luận văn 2. Mục tiêu của nghiên cứu - Nguyên cứu cơ sở lý thuyết và tổng quan nhà máy nhiệt điện từ đó xây dựng mô hình toán cho hệ thống điều khiển mức nước cấp bình bao hơi. - Thiết kế được bộ điều chỉnh PID ứng dụng vào điều khiển mức nước của hệ thống mức nước bao hơi của mô hình lò hơi tại trung tâm thí nghiệm trường Đại học Công nghiệp Thái Nguyên. Thực hiện việc mô phỏng và thực nghiệm để kiểm chứng bộ điều khiển được thiết kế. - Đề xuất phương án cải thiện chất lượng điều khiển mức của hệ thống mức nước bao hơi bằng bộ điều khiển mờ. 3.Nội dung của luận văn Chương 1. Tổng quan về điều khiển mức nước bao hơi của nhà máy nhiệt điện. Chương 2. Mô tả toán học của đối tượng điều khiển mức nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện. Chương 3. Khảo sát chất lượng điều khiển mức nước cấp bình bao hơi sử dụng bộ điều khiển PID bằng mô phỏng và thực nghiệm Chương 4. Nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển và ổn định mức nước trong hệ thống mức nước bao hơi bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID. Kết luận và kiến nghị 3 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1. Tổng quan chung về nhà máy nhiệt điện 1.1.1. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện 1.1.2. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện 1.2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện 1.2.1. Nhiệm vụ của lò hơi Lò hơi có các nhiệm vụ chính sau: - Chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu hữu cơ như than đá, dầu mỏ, khí đốt… trong buồng đốt nhiên liệu thành điện năng. - Truyền nhiệt năng sinh ra cho môi chất tải nhiệt hoặc môi chất và thông qua hệ thống dẫn đưa môi chất đi làm quay tua bin. 1.2.2.Cấu tạo của lò hơi Như vậy cấu tạo của lò hơi gồm các hệ thống chính như sau: - Hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu - Hệ thống cung cấp không khí và thải sản phẩm cháy - Hệ thống sử lí nước và cấp nước làm mát Hình 1.2: Sơ đồ chu trình nhiệt của một tổ máy 4 - Hệ thống sản xuất và cấp nước nóng cho quá trình sinh hơi - Hệ thống đo lường điều khiển - Hệ thống an toàn - Hệ thống lò: Khung lò, tường lò, cách nhiệt… 1.2.3. Các loại lò hơi chính - Lò hơi có bao hơi - Lò hơi trực lưu 1.2.4. Hệ thống điều khiển lò hơi 1.2.4.1. Lò hơi là một đối tượng điều khiển 1.2.4.2. Giới thiệu chung hệ thống điều khiển lò hơi 1.3. Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi trong nhà máy nhiệt điện 1.3.1. Đặt vấn đề Từ những chỉ tiêu đặt ra, hệ thống điều khiển lò hơi phải được cấu thành từ một số bộ điều chỉnh tương đối độc lập với nhau gồm: - Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi. - Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt. - Hệ thống điều chỉnh quá trình cháy. - Hệ thống điều chỉnh sản lượng hơi. - Hệ thống điều chỉnh áp suất bao hơi. 1.3.2. Hệ điều khiển bao hơi Hệ thống điều khiển hơi có hai hệ điều khiển được phân ly: hệ điều khiển nhiệt độ và hệ điều khiển áp suất – lưu lượng. 1.3.3. Mục tiêu của nghiên cứu Việc đưa ra phương pháp điều khiển hiện đại áp dụng cho một hệ thống điều khiển quá trình, cụ thể là điều khiển mức nước cấp trong bình bao hơi của nhà máy nhiệt điện, đảm bảo khả năng hoạt động tốt trong mọi chế độ làm việc đòi hỏi các nhà khoa học không 5 ngừng phát triển nghiên cứu. Vì vậy đề tài tập trung vào việc nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PID và triển khai thí nghiệm sau đó đề xuất phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID nhằm nâng cao chất lượng cho hệ thống ổn định mức nước cấp bao hơi và kiểm chứng bằng mô phỏng Matlab/Simulink. 1.4. Kết luận chương 1 Chương 1 đã giải quyết được một số vấn đề sau: - Tổng quan được những nét cơ bản nhất về nhà máy nhiệt điện. - Lựa chọn được đối tượng nghiên cứu là mức nước bao hơi - Đề xuất phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số PID để điều khiển mức nước bao hơi trong lò hơi của nhà máy nhiệt điện trên cơ sở mô hình nhà máy nhiệt điện tại trung tâm thí nghiệm của trường Đại học kỹ thuật công nghiệp (Mô hình này giống như nhà máy nhiệt điện). Trên cơ sở tổng quan về nhà máy nhiệt điện (mô hình nhà máy nhiệt điện tại Trung tâm thí nghiệm), trong chương 2 sẽ đi sâu nghiên cứu xây dựng mô tả toán học cho hệ điều khiển mức nước bao hơi của mô hình nhà máy nhiệt điện. 6 CHƯƠNG II MÔ TẢ TOÁN HỌC CHO ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 2.1. Đặt bài toán. 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 2.2.1. Cấu trúc mô hình nhà máy nhiệt điện Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điều khiển quá trình được minh họa như hình 2.1: Van điều khiển CV02 Bình chứa nước Bao hơi Bình nước cấp bao hơi Điện trở nhiệ t Bơm nước B02 Hình 2.1: Mô hình NMTĐ tại TTTN của trường ĐH kỹ thuật công nghiệp Hình 2.2: Sơ đồ khối một vòng của hệ thống điều khiển quá trình 7 2.2.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển hệ thống mức nước cấp bình bao hơi Cấu trúc điều khiển của hệ thống điều khiển quá trình nói chung được minh họa như hình 2.2: 2.2.3. Hàm truyền các thành phần của hệ thống 2.2.3.1. Thiết bị đo a. Cấu trúc cơ bản: b. Đặc tính động 2.2.3.2. Thiết bị chấp hành Một hệ thống/thiết bị chấp hành có chức năng can thiệp tới biến điều khiển. Hình 2.5 minh hoạ cấu trúc cơ bản của một thiết bị chấp hành Hình 2.5: Cấu trúc cơ bản của thiết bị chấp hành 8 Cấu trúc cơ bản Cơ cấu chấp hành van có nhiệm vụ cung cấp năng lượng và tạo ra chuyển động cho chốt van thông qua cầu van hoặc trục van. Nếu van được định cỡ tốt thì quan hệ giữa lưu lượng ra và độ mở van có thể được coi là tuyến tính, ít ra cũng trong phạm vi quan tâm. Trong thực tế hàm truyền của van thường được coi là khâu quán tính bậc nhất có trễ, lấy gần đúng thì xem là khâu quán tính bậc nhất: = + W ( ) 1 V v K s T s Trong đó: K = K v .K T hệ số khuếch đại của van T: thời gian trễ của van, thường lấy T = 25 ms = 0,025s Khi tín hiệu vào thay đổi từ 0,32 ÷ 1KG/cm 2 thì độ mở của van thay đổi từ 0 ÷ 85%, khi đó hệ số khuếch đại được xác định như sau: 9   = =   −   2 %®é ë 80 125 1 0,32 / V m K KG cm Ta có khi độ mở của van thay đổi từ 5 ÷ 80% thì lưu lượng nước qua van thay đổi từ 0 ÷ 40 T/h. Từ đó hệ số truyền của sự liên hệ giữa lưu lượng nước qua van và độ mở của van là:   = =   −   120 / 1,6 80 5 %®é ë T T h K m Kết hợp các hàm truyền ở trên ta có hàm truyền đạt với tín hiệu vào là áp suất khí nén và tín hiệu ra là lưu lượng nước cấp thông qua cơ cấu van:   =     2 200 % / W ( ) . 25 / % V T h s 1+ 0.0 s K G cm Việc xác định hệ số khuếch đại v K và hằng số thời gian v τ của van có thể tiến hành từ thực nghiệm. Hằng số thời gian v τ của van phụ thuộc chủ yếu vào cơ cấu chấp hành. Thông thường, v τ có giá trị khoảng một vài giây, đối với van cỡ lớn có thể tới 3 ÷ 15 giây. Hệ số khuếch đại v K cũng có thể được tính toán như sau: 10 v dF dF dp K du dp du = = Cơ cấu chấp hành có thể coi là tuyến tính trong toàn bộ dải làm việc, nên đạo hàm dp/du bằng “1” cho van FC và bằng “-1” cho van FO. Vì thế với việc chọn van FC ta có: v dF K dp = Nếu van được định cỡ tốt thì ta có thể coi v K là hằng số trong toàn dải làm việc. 2.2.3.3. Bình bao hơi Trên cơ sở phân tích ở trên, có thể xác định gần đúng hàm truyền đạt đối tương. Trong thực tế hàm truyền đạt của đối tượng không có tính tự cân bằng được mô tả gần đúng như sau: . ( ) s dt K e W s s τ − = Tính hàm truyền đạt của đối tượng mức nước bao hơi Đối tượng điều chỉnh của hệ thống là mức nước bao hơi, thông qua việc tiến hành thí nghiệm lấy đường đặc tính động hoặc thực nghiệm của hệ điều khiển lưu lượng nước bình bao hơi với tác động điều chỉnh là van đóng mở hơi nước để xác định tham số của [...]... về hệ logic mờ và điều khiển mờ - Đưa ra được phương pháp thiết kế bộ điều khiển chỉnh định tham số bộ điều khiển PID để thiết kế bộ điều khiển cho đối tượng - Mô phỏng hệ thống - Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển mức nước bao hơi bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID so với bộ điều khiển PID 28 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1 Kết luận: Nội dung cơ bản của luận văn tập trung vào... bao hơi với bộ điều khiển PID và bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID Trong đó bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID có cấu trúc mô phỏng: 25 Hình 4.17: Sơ đồ mô phỏng mức nước bao hơi với cấu trúc bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 4.3.2 Kết quả mô phỏng và so sánh bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID + Trường hợp mô phỏng với mức nước đặt 70%:... dụng điều khiển quá trình cho một đối tượng cụ thể là điều khiển mức nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện Nhiệm vụ cụ thể là Nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định mức nước cấp bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID Kết quả của luận văn đã đạt được là: - Thiết kế được bộ điều khiển mức nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện bằng bộ điều khiển PID, tiến hành đánh giá kết... định tham số bộ điều khiển PID 4.2.1 Phương pháp thiết kế 4.2.2 Nhận xét - Phương pháp thiết kế đơn giản và dễ dàng thay đổi luật mờ - Dùng để nâng cao chất lượng bộ điều khiển PID kinh điển 24 4.3 Khảo sát bằng mô phỏng Matlab/Simulink 4.3.1 Sơ đồ mô phỏng Sơ đồ mô phỏng hệ thống sử dụng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID và bộ điều khiển PID Hình 4.16: Sơ đồ mô phỏng mức nước bao. .. thuyết bằng mô phỏng và thực nghiệm Với kết quả này cho thấy tính đúng đắn của thuật toán điều khiển trên phương diện mô phỏng và thực nghiệm - Đề xuất thiết kế được bộ điều khiển mới đó là: Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID theo mô hình mẫu kiểu truyền thẳng Với kết quả mô phỏng cho thấy chất lượng điều khiển tốt hơn so với bộ điều khiển PID (kể cả tham số của đối tượng bị thay đổi trong. .. giải mờ theo hai bước: * Phương pháp trọng tâm: 4.1.3 Khối luật mờ và khối hợp thành 4.1.3.1 Các bước xây dựng luật hợp thành khi có nhiều điều kiện 4.1.3.2 Thuật toán xây dựng luật hợp thành của 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 bộ điều khiển PID 4.2 Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định. .. Matlab – Simulink và thực nghiệm Qua các kết quả đã nêu ở trên có thể thấy rằng: giữa lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm thì bộ điều khiển vẫn tiếp tục được hiệu chỉnh để phù hợp với thiết bị thực trong công nghiệp 23 Chương 4 ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BÌNH BAO HƠI BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ PID 4 1 Cấu trúc một bộ điều khiển mờ 4.1.1 Mờ hoá 4.1.2 Giải mờ (defuzzyfier)... tượng điều khiển và cả hệ thống hở Dựa vào thông số thực tế của thiết bị thí nghiệm ta đã xác định được thông số của đối tượng đó là hệ số khuếch đại và hằng số thời gian của quá trình và cơ cấu chấp L 13 hành Đây là, sự chuẩn bị cần thiết cho thiết kế cấu trúc điều khiển cho đối tượng ở các chương sau 14 Chương 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI Trong. .. tiêu chất lượng so với bộ điều khiển PID như độ quá điều chỉnh và thời gian xác lập Điều này cho thấy với phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID đem lại khả quan cho việc phát triển ứng dụng phương pháp điều khiển hiện đại cho hệ điều khiển mức nước bao hơi nhà máy nhiệt điện 4.4 Kết luận chương 4 Chương 4 đã giải quyết được một số vấn đề sau: 27 - Tổng quan được những vấn đề. .. đối tượng Trong chương này, ta đi thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống điều khiển áp suất bao hơi bằng bộ điều khiển PID kinh điển 3.1 Tổng quan bộ điều khiển PID 3.1.1 Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ h(t) 3.1.1.1 Phương pháp Ziegler – Nichols 3.1.1.2 Phương pháp Chien – Hrones – Reswick 3.1.1.3 Phương pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn 3.1.2 Thiết kế điều khiển ở miền tần số 3.1.2.1
- Xem thêm -

Xem thêm: 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, 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, , TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN, MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI MÔ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI