Phương pháp tổng hợp bộ điều khiển PID bền vững tối ưu cho các quá trình công nghệ nhiệt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Đỗ Cao Trung PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN PID BỀN VỮNG TỐI ƯU CHO CÁC Q TRÌNH CƠNG NGHỆ NHIỆT Chun ngành: Điều khiển - Tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Điều khiển-Tự động hóa NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh Hà Nội – Năm 2011 Luận văn tốt nghiệp Cao học    MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .5 LỜI CẢM ƠN .6 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU 11 Chương 1: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 13 1.1 Tổng quan điều khiển PID 13 1.2 Phân loại phương pháp thiết kế điều khiển PID 14 1.3 Các phương pháp dựa mơ hình mẫu 15 1.3.1 Phương pháp lựa chọn mơ hình hở Haalman 15 1.3.2 Phương pháp tổng hợp trực tiếp 16 1.3.3 Phương pháp tổng hợp trực tiếp ưu tiên kháng nhiễu 18 1.4 Phương pháp mơ hình nội 22 1.5 Phương pháp Ziegler-Nichols 25 1.5.1 Phương pháp Ziegler-Nichols thứ 25 1.5.2 Phương pháp Ziegler-Nichols thứ hai 27 Chương 2: NHẬN DẠNG VÀ MƠ HÌNH HĨA ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN 29 2.1 Tổng quan 29 2.2 Phương pháp mơ hình hóa đối tượng nhiệt 30 2.3 Nhận dạng đối tượng theo mơ hình qn tính bậc hai có trễ 32 Chương 3: ĐỘ ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 35 3.1 Các tiêu chuẩn tần số đánh giá ổn định hệ thống điều khiển 35 3.1.1 Tiêu chuẩn Nyquist 35 3.1.2 Tiêu chuẩn parabol 37 3.2 Dự trữ ổn định hệ thống điều khiển 40 3.2.1 Các khái niệm dự trữ ổn định 40 Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   Luận văn tốt nghiệp Cao học    3.2.2 Dự trữ ổn định pha biên độ theo tiêu chuẩn Nyquist 42 3.2.3 Dự trữ ổn định theo số biên độ 43 3.2.4 Dự trữ ổn định theo số ổn định η 44 3.2.5 Dự trữ ổn định theo số dao động “cứng” ( 3.2.6 Dự trữ ổn định theo số dao động “mềm” 48 3.2.7 Điều kiện đủ tiêu chuẩn dự trữ ổn định parabol 53 = const) 47 Chương 4: PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HỆ THỐNG THEO QUAN ĐIỂM BỀN VỮNG 56 4.1 Khái niệm chung toán tổng hợp hệ thống 56 4.2 Đặt toán tổng hợp hệ thống điều khiển bền vững 57 4.3 Chỉ số dao động cấu trúc bền vững hệ thống điều khiển 59 4.4 Xây dựng hệ thống bền vững chất lượng cao 61 4.4.1 Hàm truyền hệ thống điều chỉnh 61 4.4.2 Bản chất tối ưu hệ điều khiển bền vững chất lượng cao 62 4.5 Hệ thống điều chỉnh bền vững 63 4.5.1 Cấu trúc tựa bền vững điều chỉnh hệ thống 63 4.5.2 Tổng hợp điều chỉnh bền vững theo chất lượng cho trước 65 4.6 Tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển 67 4.7 Tổng hợp điều chỉnh hệ hai tầng 70 Chương 5: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH PID BỀN VỮNG TỐI ƯU ĐIỀU KHIỂN MỨC BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 73 5.1 Tổng quan hệ thống tự động điều chỉnh cấp nước lò 73 5.1.1 Vai trò nhiệm vụ hệ thống tự động điều chỉnh cấp nước lò hơi…… 73 5.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến thay đổi mức nước bao 73 5.1.3 Ảnh hưởng thay đổi lưu lượng nước cấp vào lò 75 5.1.4 Ảnh hưởng lượng nhiệt sinh buồng lửa 75 5.1.5 Ảnh hưởng cúa thay đổi áp suất 76 5.1.6 Ảnh hưởng thay đổi lưu lượng khỏi lò 76 5.1.7 Các sơ đồ tự động điều chỉnh mức nước bao 77 Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   Luận văn tốt nghiệp Cao học    5.1.8 Hệ thống điều chỉnh xung 77 5.1.9 Hệ thống điều chỉnh hai xung: H, D 79 5.1.10 Hệ thống điều chỉnh ba xung 81 5.2 Hệ thống điều chỉnh mức nước bao nhà máy nhiệt điện ng Bí mở rộng 83 5.2.1 Nguyên lý làm việc hệ thống cấp nước bao nhà máy 83 5.2.2 Thực trạng làm việc hệ thống điều khiển mức nước bao nhà máy… 84 5.3 Tổng hợp điều chỉnh mức nước bao theo quan điểm bền vững tối ưu 86 5.3.1 Sơ đồ khối điều khiển 86 5.3.2 Giới thiệu phần mềm thiết kế CASCAD 86 5.3.3 Nhận dạng đối tượng làm việc 87 5.3.4 Xử lý số liệu vận hành CASCAD 88 5.3.5 Trình tự tính tốn CASCAD kết .89 5.3.6 Nhận xét kết thu 96 KẾT LUẬN .97 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………… ……………………………………… …98 PHỤ LỤC………………………………………………………………………… 99 Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   Luận văn tốt nghiệp Cao học    LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, nội dung luận văn làm theo hướng dẫn PGS.TSKH.VS Nguyễn Văn Mạnh Không chép hay nội dung đề tài công bố Các số liệu thu thập nhà máy nhiệt điện ng Bí đưa luận văn hoàn toàn trung thực Các kết tính tốn đưa luận văn chưa công bố       Học viên         Đỗ Cao Trung                       Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   Luận văn tốt nghiệp Cao học    LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân thành cảm ơn Thầy giáo PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh nhiệt tình hướng dẫn tơi hồn thành Luận văn Tơi xin trân thành cảm ơn Thầy Cô Khoa, Viện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội truyền thụ kiến thức quý báu thời gian 02 năm học tập Trường Tôi xin trân thành cảm ơn giúp đỡ nhiệt tình kỹ sư Cơng ty Nhiệt điện ng Bí giúp đỡ tơi q trình tập hợp số liệu để hồn thành Luận văn                               Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   Luận văn tốt nghiệp Cao học    DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT P: Proportional – Tỷ lệ I: Integral – Tích phân D: Deviative – Vi phân P&ID: Piping Instrument Diagram – Bản vẽ đường ống thiết bị đo BĐ: Buồng đốt BĐC: Bộ điều chỉnh BH: Bao BHN: Bộ hâm nước BQN: Bộ nhiệt CV: Van điều khiển FT: Bộ truyền tín hiệu lưu lượng LT: Bộ truyền tín hiệu mức Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   Luận văn tốt nghiệp Cao học    DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Lựa chọn thông số cho điều khiển theo phương pháp tổng hợp trực tiếp ưu tiên kháng nhiễu 21  Bảng 1.2 Luật chỉnh định IMC-PID theo Chien&Fruehauf 25  Bảng 1.3 Xác định thông số PID theo phương pháp Ziegler-Nichols II 27  Bảng 4.1 Bảng thông số lựa chọn 65  Bảng 4.2: Bảng thông số lựa chọn tổng hợp điều chỉnh bền vững 66  Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   Luận văn tốt nghiệp Cao học    DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Điều khiển với điều khiển PID 13  Hình 1.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển IMC 22  Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc điều khiển thực 23  Hình 1.4: Đặc tính độ đối tượng quán tính có trễ 26  Hình 2.1 Đặc tính độ thực nghiệm 32  Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển 35  Hình 3.2 Đồ thị F(jω)-hình (a) H(jω)-hình (b) 36  Hình 3.3 Đặc tính tần số hệ hở, với bậc phi tĩnh q khác 37  Hình 3.4 Kiểm tra ổn định hệ thống theo Txứpkin 38  Hình 3.5 Đặc tính tần số H(jω) hệ hở đường cong parabol hệ tọa độ phức 39  Hình 3.6 Cách xác định dự trữ ổn định hệ thống theo tiêu chuẩn Mikhailov 41  Hình 3.7 Ví dụ cách xác định dự trữ ổn định hệ thống 42  Hình 3.8 Đặc tính biên độ hệ kín đặc tính biên độ pha hệ hở 43  Hình 3.9 Sự phân bố nghiệm đặc tính hệ thống 45  Hình 3.10 Các đường cong ánh xạ hệ tọa độ cực từ đường biên giới hạn nghiệm 46  Hình 3.11 Sự biến thiên số dao động mềm theo tần số, 50  ứng với hệ số mềm hoá: α2>α1>α 50  Hình 3.12 Nghiệm đặc tính bên trái đường biên mềm góc quay véc tơ 51  Hình 3.13 Đồ thị đánh giá dự trữ ổn định theo điểm cắt 54  cao đặc tính mềm parabol 54  Hình 4.1: Hệ thống điều khiển vịng – cấu trúc điển hình 58  Hình 4.2 Sự phân bố nghiệm đặc tính hệ thống 60  Hình 4.3 Cấu trúc điều chình bền vững chất lượng cao 64  Hình 4.4 Các đáp ứng hệ thống đối tượng có độ quán tính khác 68  Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   Luận văn tốt nghiệp Cao học    Hình 4.5 Đặc tính mềm hệ hở với điều chỉnh bề bổ sung thành phần tích phân 69  Hình 5.1 Sơ đồ biểu diễn mức tượng sôi bồng 76  Hình 5.2a, b Hệ thống điều chỉnh xung đặc tính tĩnh 77  Hình 5.3 Đặc tính động q trình điều chỉnh hệ xung 78  Hình 5.4a, b Hệ thống điều chỉnh xung đặc tính tĩnh 80  Hình 5.5 Đặc tính động q trình điều chỉnh hệ xung 80  Hình 5.6 Hệ thống điều chỉnh xung 81  Hình 5.7 Đặc tính động hệ thống điều chỉnh xung 82  Hình 5.8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp nước lò 83  Hình 5.9 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mức nước bao thiết kế 86  Hình 5.10 Đường cong đặc tính vận hành, 89  mầu tím-góc mở van, mầu xanh-lưu lượng nước cấp 89  Hình 5.11 Hàm truyền đối tượng van nước cấp 90  Hình 5.12 Đường cong đặc tính vận hành, 90  mầu đỏ-lượng nước cấp, mầu xanh-mức nước bao 90  Hình 5.13 Hàm truyền đối tượng bao 91  Hình 5.14 Sơ đồ điều khiển hệ thống 92  Hình 5.15 Xác định điều khiển tối ưu R2 92  Hình 5.16 Xác định điều khiển R1 93  Hình 5.17 Tối ưu hóa điều khiển R1 93  Hình 5.18 Đặc tính mềm hệ hở đầu vào R1 94  Hình 5.19 Đặc tính q độ hệ thống khơng có khử nhiễu 94  Hình 5.20 Tổng hợp khử nhiễu 95  Hình 5.21 Đặc tính q độ hệ thống đáp ứng theo kênh nhiễu chưa khử khử nhiễu khử nhiễu 95    Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   10 Luận văn tốt nghiệp Cao học    Hiện nay, bàn giao gần 02 năm, nhà máy chưa vận hành ổn định, thời gian vận hành liên tục ngắn so với yêu cầu Bộ điều chỉnh mức nước bao chế độ khởi động (0÷30)% cơng suất cho van khởi động, có giá trị đặt cho điều khiển -110 mm điều chỉnh dải (30÷100)% cơng suất cho van điều chỉnh chính, có giá trị đặt cho điều khiển -150 mm (mức thấp so với mức bao hơi) Tuy nhiên nhiều trường hợp vận hành thực tế, nhân viên vận hành nhà máy thường phải chuyển điều khiển sang chế độ vận hành tay để điều khiển có mức cảnh báo cao thấp (HHH, HH, LL, LLL) Điều đáp ứng điều khiển bị chậm khơng đảm bảo điều khiển tác động xác Xuất phát từ thực tế tác giả mong muốn thực thiết kế điều khiển mức nước bao sử dụng lý thuyết điều khiển tối ưu bền vững để so sánh với thông số thực tế tổng hợp nhà máy, kiểm tra chứng minh tính ưu việt phương pháp tổng hợp điều khiển tối ưu bền vững so với phương pháp tổng hợp điều chỉnh mà nhà thầu sử dụng Cấu trúc điều khiển mức nước bao sử dụng nhà máy nhiệt điện Uông Bí 300MW mở rộng điều khiển vịng, xung tín hiệu vào mức nước bao hơi, lưu lượng nước cấp vào bao lưu lượng khỏi bao (ngồi có cho phép lựu chọn cấu hình xung tín hiệu mức bao tổ máy chế độ khởi động, công suất ≤ 30% công suất định mức) Sơ đồ điều khiển mức nước bao nhà máy đính kèm phần Phụ lục Các thơng số điều khiển mức bao nhà máy gồm: − Bộ điều khiển sử dụng điều khiển PI với tham số K = 1,6001, KP = 0,4002, KI = 0,05002 − Tín hiệu điều khiển mức nước bao − Giá trị đặt -150mm (ở chế độ vận hành chính) − Các tín hiệu nhiễu: lưu lượng nước cấp cho bao hơi, lưu lượng từ bao tới nhiệt áp suất bao − Tín hiệu phản hồi mức nước bao Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   85 Luận văn tốt nghiệp Cao học    5.3 Tổng hợp điều chỉnh mức nước bao theo quan điểm bền vững tối ưu 5.3.1 Sơ đồ khối điều khiển Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mức nước bao nhà máy thiết kế mạch điều khiển hai vịng có khử nhiễu, sau: v1 C1 z - B1 ε2 ε1 - R1 - µ(t) R2 O2 Q(t) y O1 Hình 5.9 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển mức nước bao thiết kế Trong đó: − Đối tượng điều khiển O1: Mức nước bao − Đối tượng điều khiển O2: Van điều khiển cấp nước − Đối tượng nhiễu B1: Lưu lượng khỏi bao − R1, R2: Các điều chỉnh − C1: Bộ khử nhiễu Thực nhận dạng đối tượng O1, O2 qua đường cong đặc tính độ nhờ phần mềm CASCAD 5.3.2 Giới thiệu phần mềm thiết kế CASCAD Phần mềm CASCAD tác giả PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh viết dựa hệ thống lý thuyết tác giả nêu bao gồm: − Lý thuyết tối ưu hóa “vượt khe” − Lý thuyết điều khiển bền vững CASCAD cho phép thiết kế hệ thống điều khiển bền vững tối ưu, phổ biến q trình cơng nghiệp Có thể dùng để mô hệ thống, cải tiến phận, thiết kế hệ thống Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   86 Luận văn tốt nghiệp Cao học    CASCAD cho phép nhận dạng mơ hình hố đối tượng bất định, tổng hợp cấu trúc hệ thống, tổng hợp điều chỉnh khử nhiễu, giải toán tối ưu hoá tham số hệ thống phương pháp “vượt khe” Kết tính tốn liệu cấu trúc hệ thống hàm truyền khâu Chất lượng thiết kế thể đồ thị đặc tính tần số đáp ứng thời gian hệ thống theo kênh ứng với đầu vào đặt (z) đầu vào nhiễu (v) CASCAD cho phép mô thiết kế hệ thống điều khiển với cấu trúc tối đa tầng, tầng chứa khâu động học khâu dùng để mô bất định đối tượng Ngoài ra, ứng với tầng có khâu đầu vào nhiễu, cịn khâu đầu vào đặt để điều khiển hệ thống nói chung 5.3.3 Nhận dạng đối tượng làm việc Hệ thống điều khiển nhiệt độ nhiệt nhà máy hệ điều khiển nhiều vòng, làm việc Đối tượng xét bất định (có đặc tính khơng rõ ràng) Các tín hiệu hệ nhiều tầng nhiều chiều làm việc, có tương quan lẫn phức tạp Quá trình nhận dạng đối tượng hệ thống làm việc theo phương pháp chủ động thường thực cách tác động tín hiệu thử đầu vào điều chỉnh, ví dụ theo giá trị đặt Cách làm đơn giản việc tạo tác động tín hiệu thử đầu vào đối tượng Ngoài ra, việc cố ý thiết lập cho tín hiệu vào thực đối tượng xung định trước phía đầu vào đối tượng, ví dụ xung bậc thang, để đo trực tiếp đặc tính độ đối tượng đầu ra, thực tế không thực phức tạp tốn Trong hệ làm việc, dù áp đặt tín hiệu thử điểm hệ thống tín hiệu đo đầu đối tượng đáp ứng riêng đối tượng xung mà đáp ứng hệ thống nói chung Như vậy, hệ thống làm việc, nói chung tín hiệu vào đối tượng đo khơng thay đổi theo áp đặt trước Điều đó, gây khó khăn lớn cho phương pháp nhận dạng chủ động hệ thực tế tín hiệu đo đầu vào đối tượng khơng có dạng chuẩn đơn giản Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   87 Luận văn tốt nghiệp Cao học    Tuy nhiên, dù trường hợp tín hiệu vào tín hiệu khâu có liên quan chặt chẽ với theo nguyên tắc truyền tín hiệu Thật vậy, khâu có hàm truyền đựợc xác đinh là: O ( s ) = Y ( s ) U ( s ) , đó, U(s), Y(s) – ảnh tín hiệu vào u(t) y(t) (u(t)≡y(t)≡0 ∀ t≤0; O(s) – hàm truyền Nói chung, u(t) đường cong Như vậy, hàm truyền đối tượng hệ phức tạp xác định theo tín hiệu đo đầu vào đầu nó, hệ thống thay đổi tác động Ta có: U ( s) = lim Nu ∑ s N u →∞ i =1 ( k iu − k iu−1 )e −ti −1s , Y ( s) = Ny lim ∑ (kiy − kiy−1 )e −t i −1s s N y →∞ i =1 đó, Nu - số đoạn thẳng đường gấp khúc xấp xỉ u(t); k iu - hệ số góc đoạn i; Ny, k iy - tương tự, số đoạn xấp xỉ hệ số góc đoạn i y(t) Chia hai biểu thức cho nhau, ta hàm truyền đối tượng: O( s) = lim Ny ∑ (kiy − kiy−1 )e −ti−1s N y →∞ i =1 lim Nu ∑ (kiu − kiu−1 )e −t Nu →∞ i =1 i −1s đó, tín hiệu u(t) y(t) đo từ thời điểm xuất tác động làm hệ thống thay đổi khỏi trạng thái xác lập trước Nếu thay s = ρ +jω vào cơng thức tính O(s), đặc tính tần số đối tượng O(ρ +jω) Đây công thức tổng quát áp dụng để tiến hành nhận dạng CASCAD Phần mền tính tốn đặc tính tần số đối tượng thơng qua số liệu đầu vào đầu nhập Từ đặc tính tần số đối tượng xác định, từ xác định hàm truyền đối tượng 5.3.4 Xử lý số liệu vận hành CASCAD Đồ thị đặc tính làm việc nhà máy nhiệt điện ng Bí mở rộng đính kèm phần Phụ lục Thông số tập hợp từ đường đồ thị vận hành Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   88 Luận văn tốt nghiệp Cao học    Thực lấy số liệu công suất vận hành nhà máy 270MW (90% công suất tổ máy) Tại công suất tổ máy vận hành chế độ áp suất cố định (171kgf/cm2) Việc lựa chọn thông số điểm làm việc nhằn tránh ảnh hưởng nhiều yếu tố áp suất bao tới mức bao Các thông số cần tập hợp bao gồm: − Lưu lượng nước cấp − Mức nước bao − Lưu lượng khỏi bao − Góc mở van điều khiển cấp nước 5.3.5 Trình tự tính tốn CASCAD kết Nhận dạng đối tượng vòng van O2: Van điều khiển nước cấp nhận dạng thông qua hai thông số: đầu vào góc mở van, đầu lưu lượng nước cấp Thực nhận dạng phần mềm CASCAD thu hàm truyền đối tượng van Hình 5.10 Đường cong đặc tính vận hành, mầu tím-góc mở van, mầu xanh-lưu lượng nước cấp Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   89 Luận văn tốt nghiệp Cao học    Hình 5.11 Hàm truyền đối tượng van nước cấp Hàm truyền đối tượng van nước cấp thu được: 1,411 6,956 120,362 , Nhận dạng đối tượng vịng ngồi O1: Bao nhận dạng thông qua hai thông số: đầu vào lưu lượng nước cấp, đầu mức nước bao Thực nhận dạng phần mềm CASCAD thu hàm truyền đối bao Hình 5.12 Đường cong đặc tính vận hành, mầu đỏ-lượng nước cấp, mầu xanh-mức nước bao Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   90 Luận văn tốt nghiệp Cao học    Hình 5.13 Hàm truyền đối tượng bao Hàm truyền đối tượng bao thu được: 0,055 4,608 , Nhận dạng đối tượng nhiễu B1: Đối tượng phản ánh ảnh hưởng tín hiệu nhiễu lưu lượng tới mức nước bao Khi lưu lượng khỏi bao tăng, lưu lượng nước bao giảm ngược lại lưu lượng khỏi bao giảm mức nước bao tăng lên Tác động lưu lượng khỏi bao tác động trái dấu Mặt khác xét q trình cơng nghệ ta nhận thấy, tỷ trọng nước cấp vào bao tỷ trọng khỏi bao tương đương Khi có tác động biến đổi cơng suất biến đổi lưu lượng nước cấp vào bao lưu lượng khỏi bao gần đồng thời ta xác định hàm truyền đối tượng theo kênh nhiễu hàm truyền bao mang dấu “âm” Tín hiệu nhiễu đưa tín hiệu “âm” nên hàm truyền nhiễu xác định: 0,055 4,608 , Sơ đồ điều khiển xây dựng CASCAD sau: Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   91 Luận văn tốt nghiệp Cao học    Hình 5.14 Sơ đồ điều khiển hệ thống Sau xây dựng xong hệ thống điều khiển CASCAD, tiến hành tính tốn điều khiển R1, R2 theo trình tự từ vịng đến vịng ngồi Xác định điều khiển CASCAD sau: Bộ điều khiển R2: Hình 5.15 Xác định điều khiển tối ưu R2 Kết thu R2 dạng P(1, 2, 0) điều khiển PID: 0.151 1.048 Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   18.142 92 Luận văn tốt nghiệp Cao học    Bộ điều khiển R1: Hình 5.16 Xác định điều khiển R1 Kết thu R1 dạng P(1, 3, 0): 3,89 10 0,389 3,585 8,26 Đây chưa phải điều khiển PID Tiến hành tối ưu hóa điều khiển CASCAD: Hình 5.17 Tối ưu hóa điều khiển R1 Thu điều khiển R1 dạng P(1, 2, 0) điều khiển PID: Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   93 Luận văn tốt nghiệp Cao học    1.061 10 0.342 4.62 Đặc tính mềm hệ hở với điều khiển R1, R2 PID nêu trên: Hình 5.18 Đặc tính mềm hệ hở đầu vào R1 Đặc tính mềm không bao điểm (-1,j0), đảm bảo điều kiện cần đủ để nghiệm đặc tính hệ kín hệ hở nằm bên trái đường biên mềm cho trước Đặc tính độ hệ thống khơng có kênh khử nhiễu: Hình 5.19 Đặc tính q độ hệ thống khơng có khử nhiễu Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   94 Luận văn tốt nghiệp Cao học    Bộ khử nhiễu C1: Hình 5.20 Tổng hợp khử nhiễu Thu khử nhiễu C1 dạng B(0, 1, 1): 2,924 7,23 13,231 Hình 5.21 Đặc tính độ hệ thống đáp ứng theo kênh nhiễu chưa khử khử nhiễu khử nhiễu Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   95 Luận văn tốt nghiệp Cao học    5.3.6 Nhận xét kết thu − Các điều khiển thiết kế làm cho hệ đạt ổn định thời gian độ khoãng 300s − Thời gian độ hệ thống tương đối lớn so với thời gian trễ vận tải đối tượng − Độ điều chỉnh đạt ∞ ∞ 1,21 1 21% − Độ tắt dần đạt cao: ∆ ∆ 95,7% − Khả dập nhiễu hệ thống tốt Kết đạt từ việc tổng hợp điều chỉnh mức nước bao nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng cho kết tốt so với điều khiển cài đặt nhà máy Cụ thể điều khiển nhà máy đạt được: − Thời gian độ hệ thống 900s − Độ tắt dần đạt 0,5 Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   96 Luận văn tốt nghiệp Cao học    KẾT LUẬN Luận văn tổng hợp thành công điều khiển mức nước bao nhà máy nhiệt điện ng Bí mở rộng 1, dựa lý thuyết tối ưu bền vững phần mềm CASCAD Chất lượng điều chỉnh thu tốt rõ rệt so với điều chỉnh cài đặt nhà máy Lý thuyết tổng hợp điều khiển tối ưu bền vững phần mềm CASCAD công cụ hữu hiệu để tổng hợp điều khiển PID cho q trình cơng nghệ nhiệt Cơng đoạn lấy số liệu từ thực tế vận hành nhà máy công đoạn quan trọng việc nhận dạng đối tượng Điều ảnh hưởng trực tiếp tới kết tổng hợp điều chỉnh Kiến nghị nghiên cứu tiếp: Nghiên cứu sâu phương pháp tập hợp số liệu thực tế, nhằm xây dựng phương pháp nhận dạng “thụ động” hiệu Mở rộng áp dụng phương pháp tổng hợp điều chỉnh cho hệ thống điều khiển khác nhà máy nhiệt điện ng Bí để khẳng định thêm tính hiệu giải pháp đề xuất luận văn Xây dựng luận chứng kinh tế kỹ thuật để áp dụng kết nghiên cứu vào việc cải tạo nâng cấp hệ thống điều khiển nhà máy Nhiệt điện ng Bí mở rộng Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   97 Luận văn tốt nghiệp Cao học    TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh, Bài giảng điều khiển bền vững trình nhiệt lạnh PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh, Bài giảng tối ưu hóa q trình nhiệt-lạnh PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh, Tài liệu hướng dẫn sử dung CASCAD PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh (1999), Phương pháp tối ưu hóa hệ thống, Luận án Tiến sỹ khoa học, trường lượng Mátxcơva PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh (1992), Về tốn tối ưu hóa tham số hệ thống điều chỉnh tự động tuyến tính, Khoa học cơng nghệ, số 4, tr 26-32 PGS TSKH VS Nguyễn Văn Mạnh (1993), Lý thuyết điều chỉnh tự động trình nhiệt Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội PGS TS Nguyễn Doãn Phước, PGS TS Phan Xuân Minh (2001): Nhận dạng hệ thống điều khiển Nhà xuất Khoa học kỹ thuật PGS TS Hoàng Minh Sơn (2006): Cơ sở hệ thống điều khiển trình Nhà xuất Bách Khoa Hà Nội Cơng ty Cổ phần Nhiệt điện ng Bí (2008), Tài liệu thiết kế hướng dẫn vận hành Nhà máy nhiệt điện ng Bí mở rộng Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   98 Luận văn tốt nghiệp Cao học    PHỤ LỤC Bản vẽ đường đặc tính vận hành Nhà máy nhiệt điện ng Bí mở rộng Sơ đồ P&ID hệ thống cấp nước hệ thống sinh Nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng Đỗ Cao Trung CB090328/CHĐK-TĐH2009   99 ... đề tài: ? ?Phương pháp tổng hợp điều khiển PID bền vững tối ưu cho q trình cơng nghệ nhiệt? ?? Nội dung luận văn chia thành chương sau: Chương 1: Tổng quan phương pháp thiết kế điều chỉnh PID Nội dung... thống điều lý thuyết dự trữ ổn định hệ thống điều khiển Chương 4: Tổng hợp hệ thống điều khiển Nội dung chương nêu toán tổng hợp hệ thống điều khiển bền vững tối ưu Chương 5: Tổng hợp điều chỉnh PID. .. chất lượng cho trước 65 4.6 Tăng cường khả kháng nhiễu cho điều khiển 67 4.7 Tổng hợp điều chỉnh hệ hai tầng 70 Chương 5: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH PID BỀN VỮNG TỐI ƯU ĐIỀU KHIỂN MỨC BAO