Phương pháp tổng hợp bộ điều khiển nước bao hơi trong nhà máy nhiệt điện

Phương pháp tổng hợp bộ điều khiển nước bao hơi trong nhà máy nhiệt điện

LỜI NÓI ĐẦU

Với nhu cầu nâng cao chất lượng điều khiển quá trình công nghệ, các

hệ điều khiển nhiều vòng được áp dụng rộng rãi Chất lượng điều chỉnh của

hệ nhiều vòng đã đem đến kết quả rất khả quan trong điều chỉnh công nghiệpđặc biệt là trong các quá trình nhiệt, khi đối tượng điều khiển có quán tính lớn

và chịu ảnh hưởng mạnh của tác động nhiễu Từ khi kỹ thuật vi xử lý và điềukhiển số ra đời người ta càng quan tâm nhiều hơn đến việc tổng hợp hệ thốngđiều khiển số nhiều vòng, song vì tính phức tạp của đối tượng (nhất là đốitượng nhiệt) cho nên lời giải nhận được của hệ thống không đem lại kết quảmong muốn hoặc kết quả không tối ưu do đó khi đặt tham số hệ thống người

ta phần lớn dựa trên kinh nghiệm là chính Trong bối cảnh đó quan điểm tổnghợp cấu trúc bền vững cao [1] ra đời là cơ sở lý luận để tổng hợp hệ thốngđiều chỉnh liên tục Theo phương pháp này cho phép thiết kế bộ điều chỉnh có

độ ổn định rất cao, sai số điều chỉnh nhỏ, quá trình quá độ đảm bảo hệ số tắtcao trong trường hợp đối tượng có sự thay đổi Đối với bộ điều chỉnh số,chúng ta cũng có thể áp dụng được quan điểm trên, song chúng ta cần pháttriển một số vấn đề cho phù hợp với đặc điểm của bộ điều khiển số

Xuất phát từ thực tế quá trình điều khiển mức nước bao hơi của nhàmáy nhiệt điện Phả Lại 2 không tốt Biên độ dao động lớn, thời gian điềuchỉnh kéo dài nhất là khi có sự thay đổi về phụ tải Độ quá điều chỉnh lớn dẫnđến mức nước bao hơi vượt ngoài khoảng cho phép, do đó hệ thống bảo vệtác động có khi phải dừng cả tổ máy đem lại thiệt hại lớn về kinh tế Mặt khácthời gian điều chỉnh kéo dài làm hư hỏng thiết bị Một trong những nguyênnhân chính đó là quá trình hiệu chỉnh tham số điều chỉnh không tốt Hệ thốnghiệu chỉnh mức nước bao hơi ở nhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 sử dụng phươngpháp truyền thống mà chủ yếu sử dụng phương pháp Ziegle – Nichols có đôichỗ sử dụng thuật toán thích nghi nhưng kết quả mức nước vẫn dao động lớn.Trong đồ án này sẽ trình bày phương pháp phân tích và tổng hợp hệ thống

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

-1-điều khiển số mức nước trong nhà máy nhịêt điện, cụ thể chọn nhà máy nhiệtđiện Phả Lại 2 Phương pháp này, dựa trên quan điểm tổng hợp bền vững tối

ưu chất lượng cao Đề tài “Phương pháp tổng hợp bộ điều khiển nước bao hơitrong nhà máy nhiệt điện” giải quyết những vấn đề sau:

- Chương 1: Tổng quan về phương pháp điều chỉnh

- Chương 2: Phương pháp hiệu chỉnh hệ thống đang làm việc

- Chương 3: Tổng hợp bộ điều chỉnh

- Chương 4: Thí nghiệm trên mô hình vật lý

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH.

1.1 ĐIỀU CHỈNH MỨC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH.

1.1.1 Vai trò và nhiệm vụ của hệ thống tự động điều chỉnh cấp nước lò hơi.

Hệ thống điều chỉnh cấp nước vào lò hơi đóng vai trò rất quan trọngtrong các hệ thống điều chỉnh của lò hơi Nhiệm vụ của hệ thống tự động điềuchỉnh cấp nước vào lò hơi là đảm bảo sự cân bằng vật chất giữa lưu lượng hơi

ra khỏi lò hơi và lưu lượng nước cấp vào lò

Trong quá trình hoạt động của lò hơi, sự cân bằng vật chất giữa lưulượng hơi ra khỏi lò và lưu lượng nước cấp vào lò bị phá vỡ do nhiều nguyênnhân Một trong những nguyên nhân chính như sau: sự thay đổi lưu lượng hơicấp vào TuaBin; sự thay đổi nước cấp vào lò; sự thay đổi áp suất bao hơi; sựthay đổi lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa, v.v…Những lý do trên dẫn đếnlàm thay đổi mức nước trong bao hơi Mức nước tăng hoặc giảm quá mức quyđịnh sẽ ảnh hưởng đến chất lượng hơi hoặc sự cố lò hơi

Khi mức nước bao hơi tăng quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến chấtlượng hơi Vì khi đó ảnh hưởng tới quá trình phân ly hơi trong bao hơi, cácgiọt ẩm sẽ theo hơi tràn sang bộ quá nhiệt, làm giảm quá trình truyền nhiệtgiữa hơi và khói, dẫn đến những tầng cuối của TuaBin sẽ có độ ẩm cao sẽ làmhỏng tầng cánh TuaBin Còn khi mức nước bao hơi thấp hơn mức yêu cầulàm mất sự tuần hoàn tự nhiên của nước trong hệ thống Trong khi đó lượngnhiệt sinh ra trong buồng lửa vẫn không đổi dẫn đến có thể làm biến dạnghoặc phình nổ các ống sinh hơi

Chính vì vậy, hệ thống điều chỉnh tự động cấp nước bao hơi có vai tròrất quan trọng trong hệ thống điều chỉnh của lò hơi Có nhiệm vụ đảm bảomức nước bao hơi thay đổi trong một giới hạn cho phép hay nói cách khác làđảm bảo sự cân bằng vật chất giữa lưu lượng hơi ra khỏi lò và lưu lượng nướccấp vào lò

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

-3-1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự thay đổi mức nước bao hơi.

Quá trình thay đổi mức nước trong lò có bao hơi là một quá trình rấtphức tạp Không những bị thay đổi do cân bằng vật chất bị phá vỡ (ảnh hưởngcủa sự thay đổi lưu lượng hơi ra khỏi lò, của sự thay đổi lưu lượng nước cấpvào lò…) mà còn bị thay đổi do ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất trong baohơi, ảnh hưởng của hiện tượng sôi bồng…Những ảnh hưởng này lại có tácđộng tương hỗ lẫn nhau và làm cho quá trình thay đổi mức nước càng trở nênphức tạp

Sự ảnh hưởng đó có thể được biểu diễn bằng phương trình sau:

W, D: Lưu lượng nước cấp và sản lượng của lò, kg/s

Vn, Vh: Thể tích phần chứa nước và hơi của lò, m3

’, ”: Mật độ của nước và hơi trong lò,

Vh0: Thể tích hơi trong hệ thống ống lò, m3

Vhbh: Thể tích hơi trong bao hơi, m3

V = Vh + Vn: Tổng thể tích chứa môi chất trong lò, m3

Fbh: Diện tích mặt bốc hơi trong bao hơi, m2

Thành phần thứ nhất vế phải phương trình (1.1) thể hiện ảnh hưởng củaviệc phá huỷ cân bằng vật chất; thành phần thứ hai là ảnh hưởng của sự thayđổi áp suất còn thành phần thứ ba kể đến ảnh hưởng của sôi bồng mức nước.Phương trình (1.1) còn có thể viết dưới dạng sau:

(1.2)

Trong đó:

F bh(ρ'−ρ \) ital QT} } left lbrace V rSub { size 8{n} } left (ρ' { { partial i'} over { partial p} } +*i { { partial ρ'} over { partial p} } right )+V - V rSub { size 8{n} } left [ρ' { { partial i

∂p +(i - i rSub { size 8{ ital nc} } \) { { partial ρ'} over { partial p} } +G rSub { size 8{ ital kl} } C rSub { size 8{ ital kl} } { { partial t rSub { size 8{ ital kl} } } over { partial p} } right ] right rbrace } {¿

Fbh( ρ'−ρ \) ital QT} } left [V rSub { size 8{n} } left (ρ' { { partial i'} over { partial p} } - r { { partial ρ'} over { partial p} } right )+ \( V - V rSub { size 8{n} } \) ρ∂i} over { partial p} } right ]+G rSub { size 8{ ital kl} } C rSub { size 8{ ital kl} } { { partial t rSub { size 8{ ital kl} } } over { partial p} } } { ¿¿¿ ¿¿

Q: Lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa, J

Hoặc công thức (1.2) cũng có thể biểu diễn dưới dạng sau:

1.1.2.1 Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò.

Từ phương trình (1.2) ta thấy, khi thay đổi lưu lượng nước cấp vào lònhưng vẫn không thay đổi lượng nhiệt sinh ra trong lò thì lưu lượng hơi rakhỏi lò không thay đổi và các thông số của nó cũng không thay đổi mà chỉthay đổi mức nước trong bao hơi Khi lưu lượng nước cấp vào lò tăng thì mứcnước trong bao hơi tăng và ngược lại, khi lưu lượng nước cấp vào lò giảm thìmức nước trong bao hơi giảm Về lý thuyết thì quan hệ này là tuyến tínhnhưng thực tế do ảnh hưởng của chiều dài đường ống từ van điều chỉnh tớibao hơi nên bị chậm trễ một khoảng thời gian  nào đó và đặc điểm của đối

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

-5-tượng nhiệt là quán tính lớn nên đặc tính động của lò hơi khi đại lượng điềuchỉnh là mức nước thường là một khâu tích phân quán tính có trễ.

1.1.2.2 Ảnh hưởng của lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa.

Sự thay đổi lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa trong điều kiện lưulượng nước cấp vào lò không thay đổi cũng làm thay đổi mức nước trong baohơi Thực vậy theo phương trình (1.2):

dH

dτ =a1Q+a2W−a3D+ 1

F bh.

dV h 0 dτ

Ta thấy, khi lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa tăng lên thì mức nướctrong bao hơi tăng lên do khi lượng nhiệt sinh ra trong buồng lửa tăng trongkhi đó áp suất lò vẫn không thay đổi tương ứng nhiệt độ bão hoà của nướckhông thay đổi đẫn đến lượng hơi sinh ra trong hệ thống tăng lên, dẫn đếnviệc tách tương ứng một lượng nước đưa vào bao hơi dẫn tới mức nước baohơi tăng Mặt khác theo phương trình tốc độ thay đổi áp suất:

bằng vật chất làm giảm mức nước Người ta chứng minh được rằng, ảnhhưởng tổng hợp của hai hiện tượng như sau: lúc đầu mức nước tăng (khoảng

30 giây) sau đó giảm dần

1.1.2.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi áp suất.

Khi áp suất thay đổi thì mức nước bao hơi cũng thay đổi theo Từphương trình (1.2) ta thấy rằng: khi áp suất bao hơi tăng lên thì mức nước baohơi giảm, vì khi áp suất bao hơi tăng thì đồng thời nhiệt độ nước bão hoàtrong lò tăng trong khi đó nhiệt lượng sinh ra trong buồng lửa vẫn không thayđổi dẫn đến lượng hơi sinh ra trong hệ thống giảm, điều này dẫn đến mứcnước trong bao hơi sẽ giảm Còn khi áp suất bao hơi giảm thì hiện tượng xảy

ra nguợc lại làm cho mức nước bao hơi tăng lên Khi áp suất thay đổi thìkhông những ngoài chính bản thân nó làm thay đổi mức nước nó còn gây rahiện tượng sôi bồng làm thay đổi mức nước

1.1.2.4 Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng hơi ra khỏi lò.

Khi thay đổi sản lượng hơi ra khỏi lò tốc độ quy dẫn của hơi và tốc độtuần hoàn trong vòng tuần hoàn (0”,0) sẽ thay đổi dẫn đến ảnh hưởng tớichế độ tuần hoàn của môi chất trong hệ thống lò

Theo phương trình (1.4) ta thấy: khi tăng đột ngột sản lượng hơi ra khỏi

lò áp suất bao hơi sẽ giảm, điều này dẫn đến xảy ra hiện tượng sôi bồng làmtăng mức nước bao hơi Mặt khác theo phương trình (1.2) thì khi tăng sảnlượng hơi ra khỏi lò lại làm cân bằng vật chất bị phá huỷ về phía sản lượnghơi Do đó làm giảm mức nước Đặc tính động của lò hơi khi sản lượng hơithay đổi đột ngột được biểu diễn như hình 1.1 sau:

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

tD

T

tH2

H1

H3 = H1+H2

Hình 1.1: Sơ đồ biểu diễn mức trong hiện tượng sôi bồng

Trong đó: H1 - đường nước giảm; H2 - đường sôi bồng; H3 - đường thực tế,

H3=H1+H2

Ta thấy lúc đầu mức nước tăng do hiện tượng sôi bồng (khoảng 30giây) sau giảm tuyến tính do ảnh hưởng của hiện tượng sôi bồng tạo mứcnước giả

1.1.3 Các sơ đồ tự động điều chỉnh mức nước bao hơi.

Hình 1.3 Đặc tính tĩnh hệ 1 xung

HBQN

ta có thể chia các sơ đồ điều khiển mức nước bao hơi thành ba dạng cơ bảnsau:

1.1.3.1 Hệ thống điều chỉnh một xung.

Sơ đồ nguyên lý được thể hiện ở hình 1.2 sau:

Trong đó: BH – bao hơi; BQN - bộ quá nhiệt; BĐC - bộ điều chỉnh; BHN - bộhâm nước;

Hệ thống điều chỉnh này có một tín hiệu vào bộ điều chỉnh, đó là mứcnước bao hơi (H), nó phụ thuộc vào giá trị đặt và dấu của độ sai lệch mứcnước bao hơi, bộ điều chỉnh sẽ thay đổi độ mở của van cấp nước để thay đổilưu lượng nước cấp vào lò

Từ đường đặc tính tĩnh biểu diễn trên hình 1.3 cho ta thấy quan hệ giữamức nước bao hơi với độ không đồng đều dương của phụ tải hơi D Phụ tảihơi D tăng thì mức nước bao hơi ở trạng thái ổn định giảm

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

WbD2

W2D1

HbH2

HaH1H

Hình 1.4 Đặc tính động quá trình điều chỉnh hệ 1 xung

Ở hình dưới đây biểu diễn các đồ thị của quá trình quá độ quá trìnhđiều chỉnh được xây dựng không kể đến chậm trễ trong hệ thống và sự daođộng của quá trình

Quá trình điều chỉnh như sau:

Trước thời điểm t1 là đang vận hành bình thường ở phụ tải giữ khôngđổi, D1 tương ứng lưu lượng nước cấp W1 và mức nước ổn định trong bao hơi

H1

Tại thời điểm t1 vì một lý do nào đó phụ tải hơi giảm đột ngột tới giá trị

D2, điều này dẫn đến giảm mức nước bao hơi từ H1 xuống Ha do giảm thể tíchhỗn hợp hơi và nước chứa trong bao hơi và hệ thống dàn ống sinh hơi trongbuồng lửa của lò Nhận được tín hiệu về sự giảm mức nước bao hơi, bộ điềuchỉnh bắt đầu tác động tăng độ mở của van nước cấp và từ đó tăng lưu lượngnước cấp từ W1 đến Wa

D3

Sự tăng lưu lượng nước cấp vượt hơn sự tăng của lưu lượng hơi dẫnđến cân bằng vật chất bị phá vỡ và từ đó làm tăng mức nước Theo độ tăngdần của mức nước mà bộ điều chỉnh giảm dần độ mở của van nước cấp tươngứng giảm lưu lượng nước cấp vào lò từ giá trị Wa xuống W2, tương với phụ tảihơi mới ra D2 Khi này phương trình cân bằng vật chất lại được xác lập và từ

đó mức nước bao hơi lại ổn định tại vị trí mới là H2 Giá trị H2 này thường lớnhơn giá trị mức nước ổn định ở chế độ xác lập trước H1

Và ngược lại, giả sử khi lò đang làm việc ổn định ở chế độ xác lập mớiứng với phụ tải hơi không đổi D2, tương ứng với lưu lượng nước cấp vào lò

W2 và mức nước ổn định H2 Thì ở tại thời điểm t2 vì một lý do nào đó phụ tảihơi lại tăng đột ngột từ giá trị D2 lên giá trị D3 Do đó dẫn đến sự giảm áp suấtbao hơi, làm tăng thể tích hỗn hợp hơi và nước trong bao hơi và hệ thống dànống sinh hơi, làm tăng mức nước trong bao hơi từ H2 lên H3 Tín hiệu thay đổimức nước này được đưa về bộ điều chỉnh, từ đó bộ điều chỉnh cho tín hiệuđóng bớt độ mở van nước cấp giảm lưu lượng nước cấp vào lò từ giá trị W3

xuống Wb Sự không tương úng giữa lưu lượng nước cấp vào lò và lưu lượnghơi ra khỏi lò sẽ dẫn đến làm giảm mức nước trong bao hơi Tín hiệu hiệugiảm mức nước bao hơi này lại được truyền đến bộ điều chỉnh và từ đó bộđiều chỉnh cho tín hiệu ra tăng dần độ mở của van nước cấp và tương ứngtăng lưu lượng nước cấp vào lò cân bằng với lưu lượng hơi lấy ra Kết quảcủa quá trình điều chỉnh là: lò lại làm việc ổn định ở chế độ làm việc mới ứngvới phụ tải hơi được giữ không đổi D3 ứng với lưu lượng nước cấp W3 và mứcnước ổn định H3 Giá trị H3 này thường khác với H1 và H2

Như vậy, quá trình phân tích ở trên ta có thể kết luận rằng: Quá trìnhđiều chỉnh của hệ thống một xung luôn kèm theo dao động rất lớn của mứcnước bao hơi khi phụ tải hơi ra khỏi lò thay đổi đột ngột, do đó hệ thống điều

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

D

DBQN

Hình 1.5 Hệ thống điều chỉnh hai xung

Nước cấp

Định trịBĐC

BHN

BH

Pmin

DPmax

H

Hình 1.6 Đặc tính tĩnh hệ hai xung

chỉnh một xung chỉ được sử dụng với các lò hơi có sản lượng hơi nhỏ.Thường dùng cho các lò trung áp và hạ áp

1.1.3.2 Hệ thống điều chỉnh hai xung: H, D.

Sơ đồ nguyên lý được thể hiện ở hình 1.5 Đặc tính tĩnh hệ điều chỉnhhai xung thể hiệ ở hình 1.6

Bộ điều chỉnh nước cấp có hai xung lượng có hai tín hiệu vào đó là tínhiệu mức nước H và tín hiệu hơi ra khỏi lò D

Đặc tính tĩnh của hệ thống điều chỉnh hai xung lượng được biễu diễntrên hình1.6 nhận được bằng cách cộng tổng các đặc tính điều chỉnh tĩnh của

bộ điều chỉnh có độ không đồng đều với đặc tính của tín hiệu theo lưu lượnghơi Tín hiệu theo mức nước bao hơi có quan hệ bậc hai với phụ tải hơi của lò

do đó đặc tính tĩnh của quá trình điều chỉnh có dạng như trên

tHình 1.7 Đặc tính động của hệ thống điều chỉnh hai xung

Trong đó: BH – bao hơi; BQN - bộ quá nhiệt; BĐC - bộ điều chỉnh; BHN - bộhâm nước;

Bộ điều chỉnh hai xung lượng nhận được sự thay đổi về lưu lượng nướcchỉ qua sự thay đổi về mức nước trong bao hơi, vị trí mức nước trong bao hơichủ yếu phụ thuộc vào phụ tải, nhưng nó còn chịu ảnh hưởng của lưu lượngnước cấp vào lò được xác định bằng độ chênh lệch áp suất trên van điều chỉnhnước cấp

Do đó, trong những điều kiện như sau vị trí của mức nước phụ thuộcvào giáng áp trên van điều chỉnh trên hình 1.6 biểu thị hai đường đặc tính ứngvới giáng áp Pmax và Pmin Vùng mà vị trí mức nước có thể rơi vào nằm giữahai đường đặc tính này

Như vậy, khi lưu lượng hơi từ lò thay đổi bộ điều chỉnh trên sẽ tác độngtrước khi mức nước trong bao hơi thay đổi, vì vậy nâng cao được chất lượngcủa quá trình điều chỉnh

Đặc tính động của hệ thống điều chỉnh hai xung được biểu diễn nhưhình 1.7 sau:

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

W

DBQN

Định trịBĐC

BH

Nước cấp

Quá trình điều chỉnh như sau: Khi phụ tải của lò hơi thay đổi tăng độtngột, tín hiệu thay đổi lưu lượng hơi được truyền đến bộ điều chỉnh và từ đótín hiệu ra tăng độ mở của van nước cấp, tăng lưu lượng nước cấp vào lò.Điều này dẫn đến làm tăng mức nước bao hơi vì ảnh hưởng của hiện tượngsôi bồng mức nước (khi lưu lượng hơi tăng thì áp suất bao hơi giảm) và dolưu lượng nước cấp tăng Mặt khác khi tín hiệu mức nước tăng lên sẽ truyềnđến bộ điều chỉnh, từ đó cho tín hiệu ra giảm lưu lưọng nước cấp vào lò Sựgiảm lưu lượng nước cấp so với lưu lượng hơi ra khỏi lò sẽ làm phá vỡ cânbằng vật chất càng làm giảm mức nước, tín hiệu giảm mức nước này lại đượctruyền đến bộ điều chỉnh tăng lưu lượng nước cấp vào lò tương ứng với sảnlượng hơi ra khỏi lò và mức nước trong bao hơi lại ổn định ở vị trí ban đầu.Quá trình điều chỉnh kết thúc

Hệ thống điều chỉnh hai xung lượng có nhược điểm là: nó chỉ có thểnhân biết được sự thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò thông qua sự thay đổimức nước trong bao hơi nên quá trình điều chỉnh có sự dao động mức nước.Nhưng hệ thống này lại khắc phục được sự dao động mức nước về phía thayđổi phụ tải hơi

Bộ điều chỉnh hai xung này được sử dụng với các lò hơi mà trong đó sựthay đổi mức nước xảy ra rõ rệt, còn dao động áp suất trong đường ống cấpnước là không lớn (ít sử dụng trong các lò có bộ giảm ôn bề mặt)

1.1.3.3 Hệ thống điều chỉnh ba xung.

Sơ đồ nguyên lý được thể hiện ở hình 1.8 sau:

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

-14-Trong đó: BH – bao hơi; BQN - bộ quá nhiệt; BĐC - bộ điều chỉnh; BHN - bộhâm nước;

Bộ điều chỉnh ba xung lượng có ba tín hiệu vào đó là: tín hiệu mứcnước bao hơi H, tín hiệu lưu lượng hơi D, tín hiệu lưu lượng nước cấp vào

lò W

Đây là bộ điều chỉnh tổng hợp có ba xung lượng đưa đến bộ điều chỉnh

đó là mức nước trong bao hơi (H), lưu lượng hơi ra khỏi lò (D), lưu lượngnước cấp vào lò hơi (W)

Sơ đồ này khác với sơ đồ hai tín hiệu ở chỗ nó có thêm tín hiệu lưulượng nước cấp đưa trực tiếp vào bộ điều chỉnh, do đó khi lưu lượng nước cấpvào lò thay đổi nó sẽ truyền tới bộ điều chỉnh tác động trước khi mức nướcthay đổi, như vậy sơ đồ điều chỉnh ba xung lượng đã khắc phục được nhượcđiểm của sơ đồ hai xung

Bộ điều chỉnh được hiệu chỉnh sao cho khi lưu lượng nước cấp và lưulượng hơi ra khỏi lò thay đổi một lượng như nhau thì chúng làm cho van điềuchỉnh di chuyển đi một lượng cũng như nhau nhưng ngược chiều nhau Khihiệu chỉnh như vậy, sự thay đổi lưu lượng hơi sẽ dẫn đến sự thay đổi tươngứng một lượng nước cấp và mức nước bao hơi sẽ không thay đổi cho tới khiquá trình điều chỉnh kết thúc, trong trạng thái ổn định bộ điều chỉnh sẽ giữmức nước không thay đổi và không phụ thuộc vào phụ tải hơi của lò Đó là ưuđiểm của bộ điều chỉnh này Với hệ thống điều chỉnh ba xung đảm bảo chấtlượng cao, chính xác trong quá trình điều chỉnh

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

Hình 1.9 Đặc tính động của hệ thống điều chỉnh ba xung

Như vậy, từ đặc tính quá độ ta thấy: quá trình điều chỉnh mức nước baohơi bằng hệ thống ba xung luôn giữ mức nước trong bao hơi ổn định Vì vậytrong các lò bao hơi nó được sử dụng rất phổ biến

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG VỚI ĐỐI TƯỢNG KHÔNG

CÓ TỰ CÂN BẰNG

1.2.1 Tổng hợp và thiết kế theo phương pháp thứ nhất của Ziegler– Nichols.

Tổng hợp hệ thống điều khiển theo phương pháp thứ nhất của Ziegler –

Nichols thì trước hết phải nhận dạng đối tượng theo mô hình O(s)= ke

−Ls

Hơn nữa, điều kiện để áp dụng được phương pháp xấp xỉ mô hình bậc nhất cótrễ của đối tượng là đối tượng phải ổn định, không có dao động và ít nhất hàm

quá độ của nó phải có dạng hình chữ S, tức đối tượng phải có tự cân bằng.Trong trường hợp này, đối tượng đối tượng là mức nước (đối tượng không có

tự cân bằng) thì phương pháp Ziegler – Nichols không áp dụng được Tuynhiên, nếu ta dùng một thủ thuật nhỏ là tách phần tích phân tích phân của đốitượng và nhấp nó vào bộ điều khiển thì đối tượng trở thành có tự cân bằng vàkhi đó phương pháp xấp xỉ mô hình bậc nhất có trễ của đối tượng trở nêndùng được nhưng chỉ đúng với bộ điều khiển P hoặc PD

1.2.2 Tổng hợp, thiết kế theo phương pháp Chien–Hrones–Reswick– Kuhn.

Phương pháp tổng hợp và thiết kế theo Chien – Hrones – Reswick –Kuhn cũng phải giả thiết rằng đối tượng là ổn định tức có tự cân bằng, trongtrường hợp này cũng không áp dụng được vì đối tượng là mức nước là đốitượng không có tự cân bằng Tuy nhiên, nếu dùng thủ thuật như trên thìphương pháp này cũng sẽ áp dụng được nhưng bộ điều chỉnh cũng chỉ đúngvới trường hợp là P hoặc PD

1.2.3 Tổng hợp và thiết kế theo phương pháp Reinisch.

Phương pháp thiết kế thuật điều khiển của Reinisch dựa trên cơ sở môhình toán học của đối tượng đã xác định một cách tường minh Mô hình độnghọc của đối tượng được đưa về hai dạng cơ bản sau:

* Dạng khâu nguyên hàm với mô hình đặc trưng (dạng 1):

-17-Cho đối tượng dạng 1Cho đối tượng dạng 2

Với Ti là các số thực thoã mãn T1  T2   Tn  0 và hằng thời gian trễ 

là một số thực hữu hạn không âm Không mất tính tổng quát nếu ta giả thiết 1

hằng số thời gian lớn nhất và 2 là hằng số thời gian thứ hai

Nếu 0  b 3 thì bộ điều chỉnh thích hợp sẽ là P hoặc PI Trongtrường hợp 0b4 người ta lại thường hay chọn bộ điều khiển PD hoặc PID

Để thuận lợi cho việc thiết kế hệ thống với luật điều khiển I cho đốitượng dạng 1 và không có luật điều khiển I cho đối tượng dạng 2, Reinisch đã

đề nghị đưa hàm truyền phải có của hệ hở về dạng gần đúng sau:

sT (1+c1s+c2s2)(1.7)

Với hai trường hợp phân biệt c2 = 0 hoặc c2  0 Tham sô T được tính bởi:

Tham số ki của bộ điều khiển PID sẽ xác định từ T theo (1.8) Các tham

số TD1, TD2 còn lại thì được tính đơn giản là TD1 = T1 và TD2 = T2

1.2.3.1 Điều khiển đối tượng dạng 1.

Để chọn T cho đối tượng dạng 1 ta đi từ độ quá điều chỉnh cực đạimong muốn max thông qua hệ số chỉnh định  = f(max) theo công thức:

c2=a2+(T1−b )(a1−b )+ τ2

2 , c2,=c2−T1c1, , c2,,=c2−T1c1,−T2c1,,

(1.16)

1.2.3.2 Điều khiển đối tượng dạng 2.

Ưu điểm của phương pháp Reinisch là ngay khi cả trong trường hợpđối tượng có thành phần tích phân (dạng 2), các giá trị cần thiết cho công việctính toán tham số bộ điều chỉnh như c1, c1, , c1,,, c2, c2, , c2,, cũng được tính

giống như cho đối tượng dạng 1

Đối với vấn đề điều khiển đối tượng dạng 2, Reinisch đề xuất phươngpháp sử dụng bộ điều khiển P hoặc PD (không có I) và do đó theo công thứchàm truyền đạt của bộ điều khiển thì chỉ còn hai tham số kP và TD là phải xácđịnh

Với những giá trị trung gian c1, c1, , c1,,, c2, c2, , c2,, , tính theo (1.12) 

L

B(s)

Hình 1.10: Sơ đồ cấu trúc điển hình của hệ thống điều khiển

Trong đó:  = a + c và a, c được tính từ bộ quá điều chỉnh cực đại mongmuốn max theo bảng cho ở trên

1.3 TỔNG QUAN SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH BỀN VỮNG.

Các phương pháp tổng hợp hệ thống điều chỉnh đã trình bày ở trên có

ưu điểm là khá đơn giản dễ thực hiện Tuy nhiên chất lượng điều chỉnh của hệthống không cao do không đánh giá đầy đủ các chỉ tiêu đánh giá chất lượngđiều chỉnh và gặp khó khăn khi đối tượng có trễ vận tải, có thành phần tíchphân, đối tượng bất định Để khắc phục hạn chế trên, năm 1999 PGS.TSKH.VS.Nguyễn Văn Mạnh đã xây dựng phương pháp tổng hợp bền vữngtối ưu chất lượng cao cho các hệ thống điều chỉnh Quan điểm của phươngpháp này như sau:

1.3.1 Cấu trúc chất lượng cao.

Xét hệ tuyến tính có sơ đồ cấu trúc điển hình như hình 1.10:

R(s), O(s), B(s): Lần lượt là các hàm truyền của bộ điều chỉnh, của đốituợng

theo kênh điều chỉnh và theo kênh tác động nhiễu

Là đáp ứng thành phần gây ra bởi tác động điều khiển z; yL - gây ra bởi tácđộng nhiễu L Ta có:

Từ đây dễ thấy rằng, nếu cho WK(s)  1, thì đại lượng ra sẽ là y = g.1 +LB(s)[1-1]  g Điều này chứng tỏ rằng, nếu hàm truyền hệ thống bằng 1, thìđại lượng đầu ra bám theo tín hiệu điều khiển đầu vào một cách chính xáctuyệt đối, đồng thời khử hoàn toàn nhiễu tác động vào đối tượng Để xâydựng một hệ thống lý tưởng như vậy, theo sơ đồ điều khiển hình 1.8, đòi hỏi

hệ số khuếch đại của bộ điều khiển lớn vô cùng, vì:

WH(s) =

W K(s)

1−W K(s )=

1 1−1=∞ Điều này phi vật lý, trong thực tế không thể thực hiện được Với khảnăng tốt nhất, chỉ có thể xây dựng một hệ thống tiến gần đến lý tưởng, tức làthực hiện: WK(s)1

1.3.2 Cấu trúc bền vững cao.

Có thể xây dựng hệ gần lý tưởng như trên, nếu dựa trên cơ sở những luận

cứ sau đây:

- Xét về tính ổn định, hệ thống có dự trữ ổn định càng lớn, nếu chỉ số daođộng m hay độ tắt dần tương ứng  = 1 – e-2m càng lớn Khi đó, cácnghiệm của đa thức đặc tính của hệ thống nằm càng gần về phía phần

âm trục thực Nếu m   (  1), thì các nghiệm trở thành các số thực

âm và hệ thống trở thành quán tính thuần tuý Xét theo độ đo là chỉ sốdao động, thì hệ thống như vậy sẽ nằm cách vùng không ổn định mộtkhoảng vô cùng lớn Như vậy, hệ quán tính thuần tuý có cấu trúc bềnvững nhất

- Xét về bản chất vật lý, thì quá trình động học xảy ra trong một hệ thốngbất kỳ nào dều có tốc độ hữu hạn, tức là có quán tính với hằng số quántính khác không

- Xét về khả năng thực thi và độ tin cậy, v.v…thì hệ thống có cấu trúccàng đơn giản càng tốt

Từ đó đi đến kết luận rằng, hệ điều khiển thực ổn định bền vững nhất

và đơn giản nhất là khâu quán tính: WK(s) =

K

WH(s) =

K 1−K +θss

Ở đây, nếu K >1 thì hệ hở sẽ có cấu trúc không ổn định Vậy, chỉ có thể K  1

1.3.3 Cấu trúc bền vững chất lượng cao.

Để cho hàm truyền của hệ thống có khả năng tiến tới 1 có nghĩa phải cóK1, 0 Phương án tốt nhất, có thể cho K = 1, còn hằng số quán tính chọn nhỏ nhất có thể Từ đó, hàm truyền của hệ điều khiển bền vững chấtlượng cao có dạng:

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

-23-WK(s) =

1

(1.19)Dạng (1.19) gọi là cấu trúc bền vững tối ưu của hệ điều khiển thực Từcấu trúc (1.19), ta có các hàm truyền tương ứng, của hệ hở và bộ điều chỉnhlà:

WH(s) = [1 – WK(s) ] –1WK(s) =

1

θss , R(s) = WH(s)O(s) – 1

(1.20)

1.3.4 Thực thi bộ điều chỉnh bền vững cao.

Các đối tượng điều khiển tuyến tính có mô hình tổng quát sau:

O(s) = e – sOPT(s), OPT(s) =

A(s) B(s) (1.21)

Trong đó  - độ trễ vận tải; A(s), B(s) – các đa thức của s Thay (1.21) vào(1.20) ta được:

R(s) =

eτsθss OPT( s)−1= eτs

Dễ nhận thấy rằng, khi đối tượng có trễ vận tải, mặc dù hệ thống bềnvững tối ưu ban đầu là hệ vật lý khả thực, song bộ điều chỉnh có thể khôngkhả thực, vì để thực hiện hàm dự báo es phải đo được đại lượng vật lý trướckhi nó xảy ra một khoảng thời gian  Khâu dự báo chỉ có thể thực hiện gần

đúng bằng cách phân tích thành chuỗi Taylor hoặc chuỗi Pade rồi cắt bỏ phầnđuôi bậc cao Cách đơn giản hơn là bỏ es Khi đó:

θss x

B (s) A( s).

(1.22)

Trong thực tế, hầu hết các đối tượng là những hệ vật lý ổn định hoặctrung tính nên đa thức B(s) không có nghiệm nằm bên phải trục ảo Ngoài ra,A(s) cũng thường không có nghiệm phải Trong trường hợp đó, cấu trúc(1.22) thực hiện dễ dàng

1.3.5 Tham số tối ưu của bộ điều chỉnh bền vững cao.

Với luật điều chỉnh (1.22), tham số duy nhất cần xác định là hệ số quántính  tối ưu Có thể xác định được giá trị này nếu dựa trên khái niệm “chỉ sốdao động mềm”

Lưu ý rằng, không thể áp dụng khái niệm chỉ số dao động m theo nghĩakinh điển (m=const) Vì trong trường hợp đối tượng có trễ vận tải (>0), thìvới m=const, sự phát biểu mở rộng tiêu chuẩn ổn định Nyquist cho trườnghợp dự trữ ổn định trở nên vô nghĩa Thật vậy, với đối tượng (1.21) hàmtruyền của hệ hở có dạng:

W H(−mωω+ jωω)= e−τ(−mωω+ jωω )

e τmωω θsω√1+mω2 e

Tuy nhiên, nếu mềm hoá chỉ số m, có thể làm cho em0 khi tần số 

 Nhờ vậy đặc tính tần số mở rộng của hệ hở sẽ hội tụ và cho phép ápdụng tiêu chuẩn Nyquist mở rộng một cách bình thường Theo ta biết m làmột hàm đơn điệu giảm theo tần số và gọi là “chỉ số dao động mềm”(CDM):

mω= mω0(1−e

−αω

)

αω , 0   .

Trong đó: m0 – giá trị đầu (ở tần số  = 0) của CMD;  hệ số mềm hoá; 

-độ trễ vận tải của đối tượng Với m là CDM, thì hàm WH( -m +j) gọi là

“đặc tính mềm” (ĐTM)

Theo định nghĩa, chỉ số dao động mềm xác định theo công thức:

mω=mω1f (α , ω) , trong đó hàm mềm hóa: f (α ,ω)= 1−e

−αω

Giả sử s i =  i  j i là nghiệm thứ i nào đó của đa thức đặc tính D(s) Ta biết rằng, chỉ số dao động của nghiệm s i chính là tỷ số: m i = i / i Ta có thể

viết s i = m i   j i Nếu các nghiệm của đa thức đặc tính có chỉ số dao động

không nhỏ hơn m0>0, có nghĩa là m i  m 0

Ta vẽ trên mặt phẳng nghiệm (h 22) đường gấp khúc AOB tạo với nửa

trục thực âm hai góc đối xứng  sao cho ctg = m0 Hiển nhiên rằng s i phải

Hình 1.11 Mặt phẳng nghiệm và các đường giới hạn nghiệm khác nhau.

j

m0 f(,) m1 f(,)

M M1A

N N1

OB

x

sii

i

nằm trong AOB, vì i / i  ctg Như vậy, đường gấp khúc AOB là biên

hạn chế và các nghiệm nằn bên phải nó có chỉ số dao động không nhỏ hơn m 0

cho trước Có thể viết những nghiệm nằm trên đường gấp khúc AOB là: s =

m 0   j.

Bây giờ ta xét ý nghĩa đường biên “mềm” Theo định nghĩa của chỉ sốdao động mềm thì đường biên giới hạn nghiệm được bẻ cong (làm mềm) về

phía tần số cao, sao cho tiến tới tiệm cận đứng khi   Theo yêu cầu đó,

chỉ số dao động để tạo đường biên, phải giảm theo tần số theo quy luật:

mω=mω0f (α , ω) , f (α ,ω)=

1−e−αω

trong đó, f(,) - gọi là hàm mềm hóa.

Đường giới hạn nghiệm theo chỉ số dao động mềm là đường cong gẫykhúc MON với hai nhánh đối xứng (OM và ON) dường như tạo thành do uốncong từ hai nửa đường thẳng giới hạn đối xứng (OA và OB) theo chỉ số dao

động “cứng” (m 0 = const)

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

jQ

PH(m j)

s

e )

s ( H

phân tích dự trữ ổn định của hệ thống Nếu áp dụng chỉ số dao động mềm, thì

ta làm việc với đặc tính mềm H(m  j) Khi đó, mọi khó khăn vừa nói

trên được giải quyết trọn vẹn Trong [Mạnh-1999] đã mở rộng và chứng minhtiêu chuẩn Nyquist áp dụng cho dự trữ ổn định hệ thống theo chỉ số dao độngmềm và gọi nó là tiêu chuẩn dự trữ ổn định Tiêu chuẩn này được phát biểu

như sau: Điều kiện cần và đủ để cho hệ kín (nhận được sau khi khép kín một

hệ hở) bảo tồn độ dự trữ ổn định của hệ hở tương ứng là đặc tính mềm H(m  j) của hê hở không bao điểm (-1,j0) trên mặt phẳng phức

Nếu hệ hở ban đầu có chỉ số dao động mềm không nhỏ hơn mω=mω0f (α ,ω) ,

thì để đảm bảo chỉ số đó sau khi khép kín hệ đó, chỉ cần hiệu chỉnh bộ điều chỉnh sao cho đặc tính mềm H(m  j) = O(m  j) R(m  j) khôngbao điểm (-1,j0)

* Với đối tượng không đổi:

Theo tiêu chuẩn Nyquist, điều kiện cần và đủ để hệ kín bảo tồn độ dựtrữ ổn định của hệ hở tương ứng là đặc tính mềm H(-m + j) của hệ hởkhông bao điểm (-1,j0) trên mặt phẳng phức, mà tốt nhất là đi qua điểm đó,

vì khi đó hệ số truyền của bộ điều chỉnh đạt lớn nhất (h 1.11)

213

O(s)

Im ui

vi uiq

viq

Dễ thấy rằng đặc tính mềm nói trên có biên độ và fa đều đơn điệu giảmtheo  Do vậy, để đảm bảo đặc tính mềm đi qua mà không bao điểm (–1,j0),phải thỏa mãn điều kiện:

−(τω+ π

2 +arctg mω)=−π ;

eτmωωθsω √ mω2+1 ≤1 .

Rút  từ phương trình (thứ nhất), sau đó thay vào bất phương trình (thứhai), ta nhận được điều kiện xác định hằng số quán tính bé nhất:

trong đó, m – chỉ số dao động mềm xác định tại tần số khi đặc tính mềm đi

qua điểm (-1,j0)

Giả sử tại tần số đó, m = 0,367, ta có thể xác định xấp xỉ:

min  1,203 Thay giá trị này vào bộ điều chỉnh tối ưu:

1,203τsOPT( s) (1.26)

* Với đối tượng bất định

Nếu đối tượng biến thiên tuỳ ý trong khoảng nào đó sẽ làm thay đổi độ

dự trữ ổn định của hệ thống Ta gọi là biến thiên “xấu nhất”, khi độ dữ trự ổn định của hệ thống đạt giá trị bé nhất Khi đó, tương ứng ta có ĐTM “xấu nhất” (Hình 1.11) Vấn đề đặt ra là phải xác định hệ số quán tính bé nhất, sao cho hệ thống có dự trữ ổn định đảm bảo cho trước đối với tập hợp các biến thiên bất định, tức đảm bảo đối với trường hợp xấu nhất ĐTM xấu nhất của

hệ hở là đường bao ngoài của tập các biến thiên bất định Vậy, chỉ cần xác định  sao cho đường bao đó cắt trục thực xa nhất về bên trái tại điểm (-1,j0)

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

-29-Hình 1.13 Mô hình đối tượng bất định

Trong đó: O(s) – hàm truyền cơ sở; (s) – thành phần biến thiên; M(s) hàm biên độ của phần bất định;  [01] – bán kính bất định;  [0 - 2]– fa bất định

-Ta có hàm truyền bất định của hệ hở là:

W~ H(s) = R(s)[O(s) + M(s)ej] = R(s)O(s) + R(s)M(s)ej

= WH(s) + R(s)ejM(s)ej = WH(s) + R(s)M(s)ej(r+)

W~ H(s) = WH(s) + RM(s)ej, RM(s) = R(s)M(s)

Trong đó, WH(s) =

e−τsθss ;  = r + [r  r - 2].

Thay s = - m + j và dùng cách viết (m,j)  (-m + j), ta được ĐTM bấtđịnh:

W~ H(m,j) = WH(m,j) + RM(m,j)ej (1.27)Tập hợp các đường (1.27) tạo thành một dải bất định với tâm là ĐTM cơ sở

Gỉa sử, tập hợp các đối tượng bất định có chỉ số dao động không tồihơn CDM cho trước Khi đó, giá trị min xác định theo (1.29) đảm bảo cho hệkín có dự trữ ổn định, tức chỉ số dao động không nhỏ hơn CDM cho trước.

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

-31-Lời giải của bài toán (1.29) xác định biểu thức căn có nghĩa và có thể xácđịnh bằng phương pháp quét theo biến tần số.

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP HIỆU CHỈNH HỆ THỐNG

ĐANG LÀM VIỆC

2.1 PHƯƠNG PHÁP NHẬN DẠNG MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG ĐANG LÀM VIỆC.

Trong chương này trình bầy phương pháp nhận dạng trực tiếp các đốitượng của hệ thống điều khiển tầng (nhiều vòng), đang làm việc Đối tượngđược xét là bất định (có đặc tính không rõ ràng) và được mô hình hoá dưới dạnghàm truyền gồm thành phần cơ sở và phần bất định cộng tính kiểu vòng tròn

Nhận dạng là bài toán quan trọng xác định mô hình đối tượng hay quátrình, cần thiết cho việc tổng hợp hệ thống có hiệu quả Lý thuyết nhận dạng

cơ bản đã được trình bầy một cách hệ thống và khá đầy đủ trong các tác phẩmkinh điển của Eykhoff [10,11], trong đó chủ yếu tập trung vào các phươngpháp nhận dạng hệ thống không có liên hệ nghịch Nhưng trong thực tế,thường không mong muốn hoặc không cho phép ngắt tín hiệu phản hồi vì lý

do an toàn hoặc nhiều lý do khác

Từ cuối những năm 1970, vấn đề nhận dạng đối tượng trong hệ kín, đặcbiệt là các hệ công nghiệp, được quan tâm nhiều, trong đó coi trọng phươngpháp nhận dạng chủ động vì tính hiệu quả và độ tin cậy cao của nó Trong[12] xét mô hình hàm truyền tổng quát và xác định mô hình nhờ thuật toán

“tối ưu hoá vượt khe” Tuy nhiên, cho đến nay vấn đề nhận dạng đối tượngxét chủ yếu cho hệ một vòng

Với nhu cầu nâng cao chất lượng điều khiển quá trình công nghệ, các

hệ điều khiển nhiều vòng được áp dụng rộng rãi Trong khi đó, vấn đề nhậndạng nhiều đối tượng đồng thời trong hệ thống đang làm việc còn ít được chú

ý Trong chương này nêu phương pháp nhận dạng các đối tượng của hệ nhiềutầng trong điều kiện làm việc bình thường

Một lý do hết sức khó khăn để nhận dạng đối tượng trong nhà máynhiệt điện là nhà máy vẫn hoạt động bình thường không cho phép dừng lạicũng không cho phép khởi động lại từ đầu để lấy được đặc tính của đối tượng

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

Hình 2.1 Hệ điều khiển hai vòng.

Cũng có thể nhà sản xuất cũng cho chúng ta đường đặc tính đó Song sau mộtthời gian hoạt động thì đối tượng đã thay đổi không còn chính xác giống nhưban đầu nữa cho nên nếu tổng hợp hệ thống điều khiển theo số liệu đó thì hệthống hoạt động sẽ kém chất lượng Vấn đề ở đây đặt ra là chúng ta phải xácđịnh mô hình của đối tượng trong điều kiện thực tế hệ thống đang làm việctức là chúng ta chỉ biết được số liệu đo được ở đầu vào và đầu ra của đốitượng Trong thực tế, các tín hiệu tác động và hệ thống có sự tương quan lẫnnhau rất phức tạp Do đó, phương pháp nhận dạng dựa vào tác động ngẫunhiên thường cho kết quả rất kém tin cậy

Tuy nhiên phương pháp nhận dạng đối tượng trong hệ điều khiển nhiềuvòng của tác giả PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh đưa ra trong tạp chíKhoa Học Và Công Nghệ Nhiệt số 68 tháng 3 năm 2006 đã gải quyết đượcvấn đề này Căn cứ vào phương pháp này áp dụng để nhận dạng đối tượng ởnhà máy nhiệt điện Phả Lại 2 Phương pháp nhận dạng sử dụng ở đây dựa vàotác động bất kỳ làm hệ thống thay đổi từ chế độ xác lập này sang chế độ khác.Bài toán nhận dạng này có thể giải bằng thuật toán tối ưu hoá “Vượt khe”được cài sẵn trong chương trình CASCAD [8] Ta có thể sử dụng để tìm được

mô hình đối tượng cần xác định

2.1.1 Đặt bài toán nhận dạng hệ nhiều tầng.

Không làm mất tính tổng quát, để đơn giản ta xét hệ hai vòng (hình 2.1),

y1(t), y2(t), y3(t): Các tín hiệu ra đo được của hệ thống

t : Biến thời gian.

Vấn đề nhận dạng ở đây đặt ra là, hãy xác định mô hình của các đốitượng chỉ dựa trên các số liệu đo được ở đầu vào và đầu ra của chúng Trongthực tế, các tín hiệu tác động vào hệ thống có sự tương quan lẫn nhau rất phứctạp Do đó, phương pháp nhận dạng dựa vào các tác động ngẫu nhiên thườngcho kết quả rất kém tin cậy

Dưới đây, xét phương pháp nhận dạng dựa vào tác động bất kỳ làm hệthống thay đổi từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác, ví dụ khi thayđổi giá trị đặt hoặc có nhiễu mạnh Theo hình 2.1, có thể viết hàm truyền theocác kênh từ đầu vào z, như sau:

bất kỳ trong một hệ phức tạp có thể xác định theo tín hiệu đo được ở đầu vào

và đầu ra của đối tượng đó

2.1.2 Xác định ảnh của tín hiệu hàm thời gian.

Ở đây có thể dùng mô hình trạng thái chứa trễ vận tải Nhưng, để tổnghợp hệ thống theo quan điểm bền vững chất lượng cao [6], thì tốt hơn nếu mô

hình sẵn có dưới dạng hàm truyền Giả sử có đường cong thực nghiệm y(t),

t0 (hình 2.2)

Ta có thể xấp xỉ nó bởi một đường gấp khúc với N đoạn thẳng: A0-A1

-A2- -AN, trong đó, đoạn cuối cùng AN-1-AN kéo dài tới vô tận Tọa độ của cácđiểm Ai là [ti , y(ti)], trong đó, điểm gốc A0 với [t0=0, y(t0)=0] Hệ số góc củamỗi đoạn Ai-1-Ai là:

k i=

y (t i)−y (t i−1)

t i−t i−1 , i=1 , N , k0=0

.(2.5)

Ta định nghĩa một hàm thực như sau:

f ( t−t i ) = ¿ { 0,t<t i , ¿¿¿¿

.(2.6)

Khi đó, có thể biểu diễn đường gấp khúc xấp xỉ của y(t) theo công thức:

Thực hiện phép biến đổi Laplace đối với công thức (2.7), để ý đến tính chất(2.6), ta được:

Áp dụng công thức (2.8) đối với (2.4), sau khi giản ước, ta được hàm truyềncủa đối tượng:

trong đó, x(t) – tín hiệu vào; N x, k i x , t i−1 x – số đoạn xấp xỉ, hệ số góc và

điểm đầu đoạn xấp xỉ thư i của đường cong x(t); y(t) – tín hiệu ra; N y, k i y ,

t i−1 y – các đại lượng tương tự của y(t).

2.1.3 Xác định hàm truyền của đối tượng.

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

-37-Công thức hàm truyền (2.9) của đối tượng có dạng phi cấu trúc, chưadùng được trong bài toán tổng hợp hệ thống Do vậy, phải đưa nó về dạng cócấu trúc, ví dụ:

trong đó: (m,n,q) – là cấu trúc của mô hình bao gồm: bậc tử thức, mẫu thức và

bậc phi tĩnh; X={b0,b1,…,bm,a1,a2,…,an,} – véctơ tham số, trong đó,  – trễ

Để xác định cấu trúc và các tham số của mô hình, có thể đặt bài toán

mô hình hoá tối ưu theo điều kiện tổng bình phương sai lệch tối thiểu trongmiền phức:

Nếu cho s=j; jω= √ −1 - đơn vị ảo,  - tần số, ta có bài toán tối ưu hóa mô

affine” [13] với nhiều cấu trúc (m,n,q) khác nhau Sau đó, chọn lời giải tốt

nhất W yx(s, X¿

) - ứng với tổng bình phương sai lệch nhận được bé nhất Tagọi đó là mô hình cơ sở, nó mang ý nghĩa “trung bình” tối ưu trong miền sai

số của đối tượng

2.1.4 Sai số mô hình hóa và mô hình bất định.

Vì đặc tính của đối tượng thực có thể chiếm vị trí bất kỳ trong miền sai

số, do vậy nói chung đối tượng thực không trùng với mô hình cơ sở Theoquan điểm tổng hợp bền vững [5,6,13], để lường trước các biến thiên đó, cóthể dùng mô hình bất định như sau:

W~yx( s)=Wo yx( s)+|M( s)|ρejωϕ , (2.15)

trong đó, Wo yx( s) = Wyx( s, X¿

) – mô hình cơ sở; | M (s)|ρejωϕ –

thành phần bất định kiểu đĩa tròn;  - bán kính bất định trong khoảng

“nhân” bất định, có thể chọn một trong những dạng (2.10)-(2.12) với  0 Vì

| e−τs | 1 nên giá trị  không ảnh hưởng đến |M(s)| của thành phần bất định.

Cho s = j, ta được đặc tính tần số bất định:

W~yx( jωω)=Wo yx( jωω)+|M ( jωω)|ρejωϕ (2.16)

Lê Phấn Dũng Lớp KTNL2 – K46

-39-Ta thấy, ứng với mỗi  xác định, cặp biến , sẽ tạo ra một điểm của

đường cong W~yx(jωω) nằm trên đĩa tròn, tâm là W o yx(jωω) và bán kính bằng

đặc tính tần số biến thiên bất định

Vậy, để mô hình (2.15) mô tả được toàn bộ dải bất định của đối tượng,nhờ đó đảm bảo hiệu quả giải bài toán tổng hợp, thì tập các thể hiện (2.16)phải bao trùm các trường hợp biến thiên có thể của đối tượng Yêu cầu đóđược thể hiện bằng bài toán tối ưu hóa sau:

| 1, không làm thay đổi |M(s)|; (j)

-sai lệch giữa đặc tính thực nghiệm (2.9) và mô hình cơ sở, xác định theo côngthức:

Δi( jωωi)= Oyx( jωωi)− Wo yx( jωωi) , i=1,N (2.19)

Ở đây, điều kiện ràng buộc (2.18) đảm bảo cho tập hợp các đặc tính bấtđịnh (2.16) phủ lên các biến thiên bất định có thể của số liệu thực nghiệm Đểgiải bài toán (2.17)-(2.18), cách hiệu quả nhất là đưa nó về dạng bài toán tối

ưu hóa vô điều kiện tương đương [13], như sau:

trong đó, (A) – “hàm phạt” luôn dương, xác định theo quan hệ: