Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao hơi bằng bộ điều khiển mờ lai

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN THỊ NAM THẮNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT BAO HƠI BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 60520216 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Lị thiết bị có mặt gần tất xí nghiệp, nhà máy, để sản xuất nước phục vụ cho trình sản xuất điện nhà máy điện; phục vụ cho trình đun nấu, chưng cất dung dịch, sấy sản phẩm q trình cơng nghệ nhà máy hóa chất, đường, rượu, bia, nước giải khát, thuốc lá, dệt, chế biến nông sản thực phẩm………… Mặt khác, số lò hệ cũ ( lò dây truyền I nhà máy nhiệt điện Phả Lại) có yêu cầu phải nâng cấp hệ thống điều khiển để cải thiện chất lượng, điều khiển đại Vì vậy, nghiên cứu thiết kế chỉnh định hệ thống điều chỉnh lò yêu cầu cần thiết thiết bị kỹ thuật thuộc đối tượng điều khiển tự động hóa, học viên chọn đề tài: “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao điều khiển mờ lai” Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế điều khiển PID để điều khiển q trình lị là: Điều khiển ổn định áp suất Mơ thực nghiệm để kiểm chứng kết thiết kế ( với đối tượng đối tượng điều khiển mơ hình lị Nhà máy nhiệt điện trung tâm thí nghiệm Trường ĐHKTCN Thái Nguyên) Đề xuất cải thiện chất lượng điều khiển điều khiển mới: Bô điều khiển mờ lai Nội dung luận văn Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm chương sau: Chương1: Giới thiệu hệ thống điều khiển mức nước bao nhà máy nhiệt điện Chương 2: Mơ tả tốn học phần điều khiển ổn định áp suất mơ hình lị Trung tâm thí nghiệm – Trường ĐHKTCN Thái Nguyên Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chương 3: Thiết kế điều khiển PID để điều khiển ổn định áp suất bao Chương 4: Thiết kế điều khiển mờ lai để cải thiện chất lượng điều khiển ổn định áp suất bao Kết luận kiến nghị Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC BAO HƠI TRONG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Tổng quan nhà máy nhiệt điện Đất nước ta q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa Trong điện đóng vai trị quan trọng Điện khơng cung cấp cho ngành công nghiệp mà nhu cầu sinh hoạt người dân tăng lên Chính lí nên ngành điện ln ngành mũi nhọn nhà nước Ở nước ta nhà máy nhiệt điện cung cấp lượng điện không nhỏ cho mạng lưới điện quốc gia Đối với nhà máy nhiệt điện nhiên liệu sử dụng than khí thiên nhiên, loại nhiên liệu lỏng sử dụng nhiên liệu hạn chế Vì việc nghiên cứu phương pháp điều khiển đại nhằm nâng cao chất lượng trình nhà máy nhiệt điện quan trọng Nhà máy nhiệt điện chiếm thị phần quan trọng ngành sản xuất điện đất nước Tùy theo loại lượng sử dụng mà người ta chia loại nhà máy điện như: nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện, nhà máy điện ngun tử, ngồi cịn khai thác nguồn lượng khác để sản xuất điện nguồn lượng mặt trời, sức gió với quy mơ nhỏ Hiện nay, giới nước ta nhà máy nhiệt điện tiếp tục xây dựng khơng ngừng đại hóa kỹ thuật công nghệ nhằm khai thác tối đa công suất giảm thiểu ô nhiễm môi trường Với nguồn nhiên liệu khai thác từ thiên nhiên than đá, dầu mỏ khí dầu mỏ sử dụng để tạo nhiệt cho nhà máy nhiệt điện Hiện có hai loại hình nhà máy nhiệt điện là: - Nhà máy nhiệt điện tuabin hơi; - Nhà máy nhiệt điện tuabin khí + Nhà máy nhiệt điện tuabin hơi: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Với nhà nhà máy nhiệt điện tuabin nhiên liệu hữu chủ yếu than bột đốt lị tạo nhiệt làm hóa nước giàn ống sinh hơi, sinh vận chuyển qua hệ thống phân ly, nhiệt… để đảm bảo nhiệt độ, áp suất, lưu lượng cần thiết cho việc sinh công tốt phù hợp với yêu cầu kĩ thuật cơng suất thiết kế Sau (bão hòa) đưa vào tầng cánh tuabin để sinh công tạo mômen quay hệ thống máy phát nối đồng trục với tuabin Sau qua tuabin nước thu hồi tuần hoàn lại + Nhà máy nhiệt điện tuabin khí: Ở nhà máy nhiệt điện tuabin khí khơng khí ngồi trời sau làm sạch, loại bỏ nước hệ thống ống dẫn đưa vào máy nén khí để nâng áp suất khí lên Khí có áp suất cao đưa vào buồng đốt đốt với nhiên liệu (thường khí gas) Chất khí sau đốt có nhiệt độ áp suất cao đưa vào tầng tuabin khí để sinh cơng Tuabin quay làm quay máy phát điện đầu cực máy phát ta thu lượng dạng điện 1.1.1 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện Nguyên lý sản xuất điện nhà máy nhiệt điện chuyển hoá nhiệt từ đốt cháy loại nhiên liệu lò thành quay tuabin, chuyển tuabin thành lượng điện máy phát điện Nhiệt dẫn đến tuabin qua môi trường dẫn nhiệt nước Hơi nước môi trường truyền tải nhiệt nước phải đảm bảo chất lượng ( phải đủ áp suất, đủ độ khô) trước vào tuabin để sinh cơng Nhiệt cung cấp nhiều lượng điện phát lớn ngược lại Điện áp phát đầu cực máy phát điện đưa qua hệ thống trạm biến áp để nâng lên cấp điện áp thích hợp trước hồ vào mạng lưới điện quốc gia Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Quá trình chuyển hố lượng từ hố chứa nhiên liệu thành nhiệt trình đốt cháy nhiên liệu Nhiệt trình đốt cháy nhiên liệu cấp cho q trình tạo bão hồ mang nhiệt Hơi bão hồ mơi trường truyền nhiệt từ lò đến tuabin Tại tuabin nhiệt biến đổi thành năng, sau từ chuyển hố thành điện Q trình chuyển hố lượng thể qua mơ hình sau: Hình 1.1 Q trình chuyển hóa lượng 1.1.2 Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện Nhà máy nhiệt điện hoạt động dựa nguyên tắc chuyển hóa nhiệt thành sau thành điện năng; nhiệt tạo thành từ việc đốt cháy nhiên liệu: than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ buồng đốt làm nước lị chuyển hóa thành nước Nước ngưng từ bình ngưng tụ tuabin bơm nước ngưng đưa vào bình gia nhiệt hạ áp Tại đây, nước ngưng gia nhiệt nước trích từ cửa trích qua tuabin Nước sau sấy nóng gia nhiệt hạ áp đến 1400C, đưa lên bình khử khí 6at, nước khử hết bọt khí cịn lẫn nước Nước sau khử khí, bơm cấp nước đưa qua bình gia nhiệt cao áp để tiếp tục gia nhiệt nước trích từ cửa trích xilanh cao áp tuabin đến nhiệt độ 230oC Sau gia nhiệt gia nhiệt cao áp, nước đưa qua hâm nước lị trước vào bao Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Nước bình bao theo vịng tuần hồn tự nhiên chảy xuống giàn ống sinh hơi, nhận nhiệt từ buồng đốt lị biến thành nước trở bình bao Trong bình bao phần bão hịa ẩm, phía nước ngưng Hơi bão hịa bình bao khơng đưa vào tuabin mà đưa qua nhiệt( sấy hơi) làm mát( phun giảm ôn) Hơi sau đảm bảo chất lượng đưa sang quay tuabin Sau sinh công tầng cánh tuabin nước ngưng tụ bình ngưng Cơng tuabin sinh làm quay máy phát điện Như vậy, nhiệt nhiên liệu biến đổi thành biến đổi tiếp thành điện năng, nước môi chất trung gian biến đổi theo vịng tuần hồn kín Hình1.2: Sơ đồ chu trình nhiệt tổ máy Lị nhà máy nhiệt điện 1.2.1 Vai trò lò nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện, lò sản xuất để làm quay tua bin, phục vụ cho việc sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có cơng suất lớn, q nhiệt có áp suất nhiệt độ cao Nhiên liệu đốt lị nhiên liệu rắn than nhiên liệu lỏng dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) nhiên liệu khí 1.2.2 Nguyên lý làm việc lò nhà máy nhiệt điện Trong lò nhà máy nhiệt điện, sản xuất nhiệt Hơi nhiệt nhận nhờ trình: đun nóng nước đến sơi, sơi để biến nước thành bão hòa nhiệt để biến bão hịa thành q nhiệt có nhiệt độ cao phận lị Cơng suất lị phụ thuộc vào Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ lưu lượng, nhiệt độ áp suất Các giá trị cao cơng suất lị lớn Hiệu q trình trao đổi nhiệt lửa khói với mơi chất lị phụ thuộc vào tính chất vật lý môi trường (sản phẩm cháy) mơi chất tham gia q trình (nước hơi) phụ thuộc vào hình dáng, cấu tạo, đặc tính phần tử lị Trên hình 1.3 trình bày ngun lý cấu tạo lị tuần hồn tự nhiên đại nhà máy điện Nhiên liệu khơng khí phun qua vịi phun số vào buồng lửa số 2, tạo thành hỗn hợp cháy đốt cháy buồng lửa, nhiệt độ lửa đạt tới 9000C Nhiệt lượng tỏa nhiên liệu cháy truyền cho nước dàn ống sinh 3, nước tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành bão hòa Hơi bão hòa theo ống sinh lên, tập trung vào bao số Trong bao số 5, phân li khỏi nước, nước tiếp tục xuống theo ống xuống đặt ngồi tường lị lại sang ống sinh để tiếp tục nhận nhiệt Hơi bão hòa từ bao số qua ống góp số vào ống xoắn nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động phía ngồi ống để biến thành nhiệt có nhiệt độ cao vào ống góp để sang tua bin biến đổi nhiệt thành làm quay tua bin Hình1.3: Ngun lý cấu tạo lị Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Ở đây, ống sinh số đặt phía tường lị nên mơi chất ống nhận nhiệt sinh liên tục ống sinh hỗn hợp nước, cịn ống xuống đặt ngồi tường lị nên môi chất ống không nhận nhiệt ống nước Khối lượng riêng hỗn hợp nước ống nhỏ khối lượng riêng nước xuống ống 4nên hỗn hợp ống lên, nước ống xuống liên tục tạo nên trình tuần hồn tự nhiên Buồng lửa hình 1.3 buồng lửa phun, nhiên liệu phun vào cháy lơ lửng buồng lửa Quá trình cháy nhiên liệu sảy buồng lửa đạt đến nhiệt độ cao, từ 13000C – 19000C, hiệu trao đổi nhiệt xạ lửa giàn ống sinh cao lượng nhiệt dàn ống sinh thu từ lửa chủ yếu tra đổi nhiệt xạ Để hấp thụ có hiệu nhiệt lượng xạ lửa đồng thời bảo vệ tường lò khỏi tác dụng nhiệt độ cao ảnh hưởng xấu tro nóng chảy, người ta bố trí dàn ống sinh xung quanh tường buồng lửa Khói khỏi buồng lửa, trước vào nhiệt làm nguội phần cụm phecston, khói chuyển động ống truyền nhiệt cho hỗn hợp nước chuyển động ống Khói khỏi nhiệt, có nhiệt độ cịn cao, để tận dụng phần nhiệt thừa khói khỏi nhiệt, phần lị người ta đặt thêm hâm nước sấy khơng khí Bộ hâm nước có nhiệm vụ gia nhiệt cho nước để nâng nhiệt độ nước từ nhiệt độ khỏi bình gia nhiệt lên đến nhiệt độ sôi cấp vào bao Đây giai đoạn trình cấp nhiệt cho nước để thực q trìnhhóa đẳng áp nước lị Sự có mặt phận hâm nước làm giảm tổng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 diện tích bề mặt đốt lị sử dụng triệt để nhiệt lượng tỏa cháy nhiên liệu Như hâm nước sấy không khí hồn trả lại buồng lửa phần nhiệt bị thải ngồi Chính người ta cịn gọi hâm nước sấy khơng khí tiết kiệm nhiệt Như vậy, từ vào hâm nước đến khỏi nhiệt lị hơi, mơi chất ( nước hơi) trải qua phận hấp thu nhiệt hâm nước đến sôi, sôi dàn ống sinh hơi, nhiệt nhiệt 1.2.3 Các đặc tính kỹ thuật lị Đặc tính kỹ thuật lò đại lượng thể số lượng chất lượng sản xuất Số lượng sản xuất xác định sản lượng cịn chất lượng xác định thơng số + Thơng số lị: Đối với lò nhà máy điện, sản xuất q nhiệt nên thơng số lị biểu thị áp xuất nhiệt độ nhiệt: P qn (Mpa), tqn(0C) + Sản lượng lò: Sản lượng lò lượng mà lò sản xuất đơn vị thời gian (Kg/h Tấn/h) Thường dùng khái niệm sản lượng: - Sản lượng định mức (Dđm): sản lượng lớn lị đạt được, đảm bảo vận hành thời gian lâu dài, ổn định với thông số cho mà không phá hủy gây ảnh hưởng xấu đến chế độ làm việc lò - Sản lượng cực đại (Dmax): sản lượng lớn lị đạt được, thời gian ngắn, nghĩa lị khơng thể làm việc lâu dài với sản lượng cực đại Sản lượng cực đại bằng: Dmax = (1,1 – 1,2) Dđm (2-1) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 Dựa nguyên tắc Mamdami: “Độ phụ thuộc kết luận không lớn độ phụ thuộc điều kiện” người ta đưa hai quy tắc hợp thành xác định hàm liên thuộc mệnh đề hợp thành AB Qui tắc MAX-MIN: AB(x,y) = MIN{A(x), B (y)} Qui tắc MAX-PROD: AB(x,y) = A(x) B (y) Luật hợp thành tên gọi mơ hình R biểu diễn hay nhiều hàm liên thuộc AB(x,y) cho hay nhiều mệnh đề hợp thành AB Theo tên quy tắc dùng để biểu diễn hàm liên thuộc mà người ta gọi tên luật hợp thành : luật hợp thành MAX-MIN, MAX- PROD, SUM-MIN, SUM-PROD 4.2.3.1 Các bước xây dựng luật hợp thành có nhiều điều kiện Rời rạc hoá miền xác định hàm liên thuộc A1(x1) An(xn) B(y) Xác định độ thoả mãn H cho vectơ giá trị rõ đầu ra, ci véc tơ tổ hợp d điểm mẫu thuộc miền xác định hàm liên thuộc Ai(xi) i =1 d H = MIN {A1(c1); A2(c2); , Ad(cd)} Lập luật hợp thành R gồm hàm liên thuộc giá trị mờ đầu cho véc tơ giá trị đầu vào theo nguyên tắc:  B’ (y) = MIN{H,B(y)} theo nguyên tắc MAX-MIN B’(y) = H B(y) theo nguyên tắc MAX-PROD Lúc luật hợp thành R lưới không gian (d+1) chiều 4.2.3.2 Thuật toán xây dựng luật hợp thành nhiều mệnh đề hợp thành Thực tế điều khiển mờ phải làm việc với nhiều mệnh đề hợp thành có tập điều khiển Rk Tức lúc mệnh đề có dạng: R1: x = A1 y = B1 R2: x = A2 y = B2 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 Rp: x = Ap y = Bp Ai có sở X Bi có sở Y Hàm liên thuộc Ak Bk Ak(x) Bk(y), k = 1,2, ,p; thuật toán triển khai: R = R1 R2   Rp là: Bước 1: Rời rạc hoá X  x1, x2, xn Y  y1, y2, ,yn Bước 2: Xác định vectơ Ak(x) Bk(y) k = 1, 2, , p theo: μ TAk  μ Ak x1  ; μ Ak x  ; μ Ak x n  (4.5) μ TBk  μ Bk y1  ; μ Bk y  ; μ Bk y m  Bước 3: Xác định mơ hình cho luật điều khiển: Theo qui tắc MAX-MIN:   R k  Min μ Ak ; μ TBk  (rijk ), i  1,2, n; j  1,2, , m (4.6) Theo qui tắc MAX-PROD: k R k  μ Ak μ T Bk  (rij ) (4.7) Bước 4: Thiết lập luật hợp thành: Theo qui tắc MAX-MIN:    R  MAX rijk , k  1,2, p (4.8) Theo Sum-Min Sum-Prod:  p  R  Min 1,  R k   k 1  (4.9) Qui tắc có tính chất thống kê hơn, tránh trường hợp đa số mệnh đề hợp thành có giá trị đầu khơng phải lớn nên khơng tính đến qui tắc quan tâm đến giá trị max 4.2.4 Bộ điều khiển mờ 4.2.4.1 Bộ điều khiển mờ động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 61 Bộ điều khiển mờ động điều khiển mờ có xét tới trạng thái động đối tượng Ví dụ hệ điều khiển theo sai lệch đầu vào điều khiển mờ ngồi tính hiệu sai lệch e theo thời gian cịn có đạo hàm, tích phân sai lệch giúp cho điều khiển phản ứng kịp thời với thay đổi đột xuất đối tượng Các điều khiển mờ hay dùng điều khiển mờ theo luật tỷ lệ tích phân, tỷ lệ vi phân tỷ lệ vi tích phân(I, PI, PD PID) * Bộ điều khiển PD Bộ điều khiển mờ PD mô tả sơ đồ sau: P et - d det dt Bộ điều khiển mờ Đối tượng Hình 4.7 Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ PD * Bộ điều khiển PI Bộ điều khiển mờ PI mô tả sơ đồ sau: et - d det dt Bộ điều khiển mờ P I Đối tượng Hình 4.8 Sơ đồ khối hệ thống với điều chỉnh mờ PI(1) Ta sử dụng mơ hình sau: Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 62 et -  I Đối tượng Bộ điều khiển mờ Hình 4.9 Sơ đồ khối hệ thống với điều khiển mờ PI(2) 4.2.4.2 Điều khiển mờ thích nghi Bộ điều khiển mờ thích nghi có phương pháp cấu trúc bản: + Bộ điều khiển mờ thích nghi theo phương pháp thích nghi trực tiếp tổng quát sơ đồ hình 4.10 + Bộ điều khiển mờ thích nghi theo phương pháp thích nghi gián tiếp tổng quát sơ đồ hình 4.11 x - Bộ chỉnh định mờ Nhận dạng tham số Bộ điều khiển Đối tƣợng y Hình 4.10 Phương pháp điều khiển thích nghi trực tiếp Bộ chỉnh định mờ x - Bộ điều khiển Nhận dạng tham số Đối tƣợng y Hình 4.11 Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 63 4.2.4.3 Điều khiển mờ lai Bộ điều khiển mà trình làm việc tự điều chỉnh thơng số cho phù hợp với thay đổi đối tượng gọi điều khiển thích nghi Một hệ thống điều khiển thích nghi, cho dù có hay khơng tham gia hệ mờ, hệ thống phát triển cao có tiềm đặc biệt, song gắn liền với ưu điểm khối lượng tính tốn thiết kế lớn Thực tế ứng dụng kỹ thuật mờ cho thấy: thay điều khiển mờ vào chỗ điều khiển kinh điển có hệ thống tốt Trong nhiều trường hợp, để hệ thống có đặc tính động học tốt bền vững cần phải thiết kế thiết bị điều khiển lai điều khiển mờ điều khiển kinh điển Hệ mờ lai (viết tắt F-PID) hệ thống điều khiển tự động thiết bị điều khiển bao gồm hai thành phần: - Thành phần điều khiển kinh điển - Thành phần điều khiển mờ * Các dạng hệ mờ lai phổ biến Hệ lai khơng thích nghi có điều khiển kinh điển Hãy quan sát hình 4.12 hệ lai có tiền xử lý mờ Nhiệm vụ điều khiển giải điều khiển kinh điển thông số điều khiển không chỉnh định thích nghi Hệ mờ sử dụng để điều chế tín hiệu chủ đạo cho phù hợp với hệ thống điều khiển Về nguyên tắc, tín hiệu chủ đạo hàm thời gian phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể Một cấu trúc cụ thể hệ mờ lai có tiền xử lý mờ biểu diễn hình 4.13 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 Hình 4.12 Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ Hình 13 Hệ mờ với học mờ cho tín hiệu chủ đạo x Tín hiệu chủ đạo đạo x đưa vào hệ thống điều chế qua mờ Tín hiệu vào x so sánh với tín hiệu y hệ thống sai lệch E đạo hàm DE đưa vào đầu vào lọc mờ tạo lượng hiệu chỉnh x, tín hiệu chủ đạo lọc có giá trị x + x Tác dụng lọc mờ toàn hệ thống làm cho hệ thống có đặc tính động tốt nâng cao khả bền vững hệ thông số hệ biến đổi Hệ mờ lai Cascade Một cấu trúc mờ lai khác biểu diễn hình 4.14, phần bù tín hiệu điều chỉnh u lấy từ điều khiển mờ Hình 14 Cấu trúc hệ mờ lai Cascade Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 65 Trong trường hợp hệ thống có cấu trúc việc chọn đại lượng đầu vào hệ mờ phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể Tất nhiên đại lượng thường sử dụng làm tín hiệu vào hệ mờ tín hiệu chủ đạo x, sai lệch E, tín hiệu y với đạo hàm tích phân đại lượng Về nguyên tắc sử dụng đại lượng khác đối tượng sử dụng nhiễu xác định Điều khiển cơng tắc thích nghi khóa mờ Điều khiển theo kiểu chuyển đổi khâu điều khiển có tham số cấu trúc phù hợp với điểm làm việc đối tượng đòi hỏi thiết bị điều khiển phải chứa đựng tất khâu có cấu trúc tham số khác cho trường hợp ( Hình3.23 ) Hệ thống tự chọn khâu điều khiển có tham số phù hợp với đối tượng Điều khiển công tắc chuyển đổi vị trí để chọn khâu điều khiển phù hợp thực khóa mờ Hình 15 Chọn điều khiển thích nghi khóa mờ Thơng thường khâu điều khiển dùng trường hợp khâu có cấu trúc tham số khác Khác với việc chỉnh định thông số thích nghi hệ tự chỉnh, thơng số chỉnh định cứng qua công tắc chuyển đổi Ưu điểm hệ thống điều khiển làm việc độc lập với nhau, kiểm tra tính ổn định hệ ứng với trường hợp riêng biệt Các đại lượng vào hệ mờ xác định theo ứng dụng cụ thể Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 66 4.3 Thiết kế điều khiển mờ lai 4.3.1 Đặt vấn đề Để áp dụng phương pháp điều khiển mờ lai cho hệ điều khiển áp suất bao nhà máy nhhiệt điện, tác giả sử dụng mơ hình mờ lai Cascade Việc thiết kế điều khiển mờ lai thực việc thiết kế khâu điều khiển mờ sau kết hợp với điều khiển PID: 4.3.2 Mờ hoá Ta thiết kế điều khiển mờ bao gồm biến trạng thái mờ đầu vào biến mờ đầu Mỗi biến lại chia thành nhiều giá trị tập mờ (Tập mờ con) Số giá trị mờ biến chọn để phủ hết khả cần thiết cho khả điều khiển lớn cần số tối thiểu luật điều khiển mờ Sự phân bố hàm liên thuộc đầu vào : Hình 4.16 Sự phân bố giá trị mờ biến vào Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 4.17 Sự phân bố giá trị mờ biến 67 Hình 18 Các luật điều khiển mờ 4.4 Mô điều khiển thiết kế * Luật điều khiển luật hợp thành Luật hợp thành xây dựng sở nguyên lý hợp thành MAX – MIN * Giải mờ Giải mờ thực theo phương pháp điểm trọng tâm, phương pháp trung bình hay phương pháp cực đại Do miền xác định giá trị mờ đầu miền liên thông nên ta giải mờ theo phương pháp trọng tâm Giá trị rõ x xác định theo phương pháp điểm trọng tâm công thức: x0   x. B (x)dx S μ B (x)dx S Trong đó: S miền xác định tập mờ B Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 68 4.5 Kết mô hệ thống 4.5.1 Sơ đồ mô Sơ đồ mô điều khiển mờ lai: Hình 19 Sơ đồ mô theo phương pháp mờ lai Sơ đồ mô so sánh điều khiển mờ lai PID Hình 20 Sơ đồ mơ theo phương pháp mờ lai phương pháp PID Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 69 4.5.2 Kết mô Dap ung ap suat cua he thong muc nuoc bao hoi (PID va Mo lai) 1.8 1.6 1.4 P dat P pid P mo lai Ap suat 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0 50 100 150 200 Time 250 300 350 400 Hình 21 Đáp ứng áp suất bao sử dụng điều khiển mờ lai PID với áp suất đặt Pdat = 1,5at(chưa thay đổi ) Hình 4.22 Đáp ứng áp suất bao sử dụng điều khiển mờ lai PID với áp suất đặt Pdat = 1,5at (thay đổi tham số) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 70 Hình 4.23 Đáp ứng áp suất bao sử dụng điều khiển mờ lai PID với áp suất đặt Pdat = 1,5at (thay đổi hai tham số) 4.5.3 Đánh giá kết Từ kết hình 4.21, 22 hình 4.23 cho thấy với điều khiển mờ lai cải thiện chất lượng đáng kể so với điều khiển PID Điều cho thấy với phương pháp điều khiển mờ lai đem lại khả quan cho việc phát triển ứng dụng phương pháp điều khiển kết hợp mờ PID cho hệ điều khiển trình mức nước cấp bao nhà máy nhiệt điện 4.6 Kết luận chƣơng Chương giải số vấn đề sau: - Tổng quan vấn đề hệ logic mờ điều khiển mờ - Đưa phương pháp thiết kế điều khiển mờ lai để thiết kế điều khiển cho đối tượng - Mô để khảo sát chất lượng hệ thống Matlab/ Simulik - Đánh giá chất lượng hệ thống điều khiển áp suất bao điều khiển mờ lai so với điều khiển PID Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Xây dựng điều khiển PID để điều khiển ổn định áp suất mơ hình lị nhà máy nhiệt điện, Trung tâm thí nghiệm Trường đại học KTCN Thái Nguyên Kết mô thực nghiệm chứng minh được, điều khiển thiết kế đáp ứng công nghệ điều khiển ổn định áp suất hệ thống mức nước bao Luận văn đề xuất phương án cải thiện chất lượng điều khiển áp suất hệ thống mức nước bao điều khiển mờ lai Kết mô cho thấy, thông số mơ hình điều khiển áp suất thay đổi ( chế độ làm việc lị thay đổi), giới hạn định đó, điều khiển mờ lai trì chất lượng làm vệc hệ thống Trong điều khiển PID chất lượng hệ thống thay đổi nhiều Kiến nghị Với việc, nghiên cứu điều khiển đại lượng áp suất bao điều khiển PID điều khiển mờ lai thiết kế đảm bảo làm việc đối tượng điều khiển Nhưng thực tế, hệ thống mức nước bao hệ thống phức tạp có tác động lẫn yếu tố: mức – áp suất – nhiệt độ - lưu lượng…… Nên điều khiển thực tế cần phải tính đến yếu tố đó, mà đề tài chưa tính Trong nội dung đề tài nói đến điều khiển thay mờ lai Để triển khai, áp dụng thay điều khiển nhằm ổn định áp suất bao cần phải nghiên cứu đến điều khiển khác như: Mờ chỉnh định tham số điều khiển PID mờ thích nghi … vv Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Công Hân, Nguyễn Quốc Trung, Đỗ Anh Tuấn; “Nhà máy nhiệt điện’’ Trường Đại học bách khoa Hà Nội [2] 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 [3] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quang Đăng, Điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2010 [4] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2001 [5] 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 [6] 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 [7] Nguyễn Doãn Phước: “Lý thuyết điều khiển tuyến tính” NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2007 [8] Nguyễn Dỗn Phước: “Phân tích điều khiển hệ phi tuyến” NXB Bách Khoa, 2012 [9] Phước, N D; Minh.X.P, Lý thuyết điều khiển mờ; NXB Khoa học & Kỹ thuật; 2006 [10] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab  Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [11] Nguyễn Mạnh Tùng, Nguyễn Như Hiển,: “Điều khiển logic PLC” NXB KH&KT, 20071 [12] B.G.Liptak (chủ biên); Process Control 3rd Edition; Chilton Book Co; 1996 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... tài: “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển ổn định áp suất bao điều khiển mờ lai? ?? Mục tiêu nghiên cứu Thiết kế điều khiển PID để điều khiển q trình lị là: Điều khiển ổn định áp suất. .. triển nghiên cứu Vì nghiên cứu thiết kế điều khiển mờ lai nhằm nâng cao chất lượng cho hệ thống ổn định áp suất bao cấp thiết Mục tiêu luận văn là: - Mô tả toán học cho hệ thống điều khiển áp suất. .. http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chương 3: Thiết kế điều khiển PID để điều khiển ổn định áp suất bao Chương 4: Thiết kế điều khiển mờ lai để cải thiện chất lượng điều khiển ổn định áp suất bao Kết luận kiến nghị Số hóa