Thiết kế bộ điều chỉnh pid để điều khiển và ổn định mức nƣớc trong hệ thống mức nƣớc bao hơi đề xuất cải thiện chất lƣợng bằng bộ điều khiển mờ lai

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - PHẠM XUÂN SƠN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU CHỈNH PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƢỚC TRONG HỆ THỐNG MỨC NƢỚC BAO HƠI, ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN XUÂN MINH Thái Nguyên, 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực luận văn, Em nhận đƣợc quan tâm lớn nhà trƣờng, khoa, phịng ban chức năng, Thầy, Cơ giáo bạn học viên Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa sau đại học, giảng viên tạo điều kiện cho em trình học tập trƣờng Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến Thầy giáo Ts Trần Xuân Minh Trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên tận tình hƣớng dẫn trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn đến thầy, cô giáo khoa Điện, môn Điều khiển tự động hóa, trung tâm thí nghiệm trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên giúp đỡ tạo điều kiện tốt để em hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng, song thời gian, thiết bị, trình độ kinh nghiệm cịn hạn chế nên luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy, cô giáo bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hồn thiện có ý nghĩa ứng dụng thực tế Thái nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2014 Tác giả luận văn Phạm Xuân Sơn Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Phạm Xuân Sơn Sinh ngày: 16 tháng 09 năm 1970 Nơi sinh: Tiên Tiến - Tiên Lãng - Hải Phòng Học viên lớp Cao học khóa K15 - chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa - Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Cơng Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trƣờng Trung học Kinh tế - Kỹ thuật Tuyên Quang Địa chỉ: Trung Môn- Yên Sơn - Tun Quang Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu nêu luận văn trung thực Những kết luận khoa học luận văn chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Thái nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2014 Tác giả luận văn Phạm Xuân Sơn Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA vii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung luận văn Chƣơng TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC BAO HƠI CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 Tổng quan chung nhà máy nhiệt điện 1.1.1 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện 1.1.2 Chu trình nhiệt nhà máy nhiệt điện tuabin Lò nhà máy nhiệt điện 1.2.1 Nhiệm vụ lò 1.2.2 Các loại lò 1.2.3.Cấu tạo lò 1.2.4 Nguyên lý làm việc lò 10 1.2.5 Các hệ thống điều khiển lò 11 1.2.5.1 Lò đối tượng điều khiển 12 1.2.5.2 Giới thiệu chung hệ thống điều khiển lò 12 1.2.5.3 Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ nhiệt 14 1.2.5.4 Hệ thống điều chỉnh trình cháy 15 1.2.5.5 Hệ thống điều chỉnh sản lượng 16 1.2.5.6 Hệ thống điều chỉnh mức nước bao 16 1.3 Nghiên cứu hệ thống điều chỉnh mức nƣớc bao nhà máy nhiệt điện 18 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv 1.3.1 Đặt vấn đề 18 1.3.2 Mục tiêu nghiên cứu 18 1.3.3 Dự kiến kết đạt 19 1.4 Kết luận chƣơng 19 Chƣơng 20 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC NƢỚC CẤP BÌNH BAO HƠI MƠ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 20 2.1 Mơ hình đối tƣợng điều khiển mức nƣớc cấp bình bao 20 2.1.1 Đặt toán 20 2.1.2 Mơ tả tốn học cho đối tượng hệ thống điều khiển mức nước cấp bình bao mơ hình nhà máy nhiệt điện 22 2.1.2.1 Cấu trúc mô hình nhà máy nhiệt điện 22 2.1.2.2 Cấu trúc điều khiển hệ thống mức nước cấp bình bao 23 2.1.2.3 Xây dựng hàm truyền đối tượng hệ thống 23 2.1.3 Hàm truyền hệ thống 38 2.1.4 Kết luận: 39 2.2 Thiết kế điều khiển PID để điều khiển ổn định mức nước cấp bình bao mơ hình nhà máy nhiệt điện 39 2.2.1 Tổng quan điều khiển PID 39 2.2.1.1 Thiết kế điều khiển sở hàm độ h(t) 40 2.2.1.2 Thiết kế điều khiển miền tần số 43 3.1.2.3 Phương pháp tối ưu đối xứng 45 2.2.2 Thiết kế điều khiển mức nước cấp bình bao 46 2.2.3 Đánh giá chất lượng hệ thống mô Matlab Simulink 47 2.2.3.1 Sơ đồ mô matlab – Simulink 47 2.2.3.2 Các kết mô 48 2.2.4 Đánh giá chất lượng hệ thống thực nghiệm 49 2.2.4.1 Cấu hình thực nghiệm điều khiển mức trung tâm thí nghiệm: 49 2.2.4.2 Giới thiệu mơ hình thực nghiệm: 51 2.2.4.3 Các kết thực nghiệm 55 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 2.2.4.4 So sánh với kết mô 56 2.2.5 Kết luận chương 56 Chƣơng 57 ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC CẤP BÌNH BAO HƠI MƠ HÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI 57 3.1 Tổng quan hệ logic mờ điều khiển mờ 57 3.1.1 Hệ Logic mờ 57 3.1.1.1 Khái niệm tập mờ 57 3.1.1.2 Sơ đồ khối điều khiển mờ 58 3.1.2 Bộ điều khiển mờ [6] 66 3.1.2.1 Bộ điều khiển mờ động 66 3.1.2.2 Điều khiển mờ lai 67 3.2 Thiết kế điều khiển mờ lai 71 3.2.1 Đặt vấn đề 71 3.2.2 Mờ hoá 71 3.3 Mô điều khiển thiết kế 72 3.4 Kết mô hệ thống 73 3.4.1 Sơ đồ mô 73 3.4.2 Kết mô 74 3.4.3 Đánh giá kết 76 3.5 Kết luận chương3 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 Kết luận: 77 Kiến nghị: 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ CO Tín hiệu điều khiển MV Biến điều khiển CV Biến đƣợc điều khiển PM Tín hiệu đo SP Giá trị đặt GH Hàm truyền đạt K Hệ số khuếch đại đầu k I, Các hệ số khuếch đại đầu vào SISO Tín hiệu có đầu vào đầu 10 MIMO Tín hiệu có nhiều đầu vào nhiều đầu 11 SIMO Tín hiệu có đầu vào nhiều đầu 12 MISO Tín hiệu có nhiều đầu vào đầu 13 QTCN Mức nƣớc cấp bình bao 14 FC fail-closed - 15 AO air-to-open - 16 FO fail-open - 17 AC air-to-close - 18 PID Bộ điều khiển tỷ lệ vi tích phân 19 FLC Điều khiển logic mờ 20 FMRAFC Bộ điều khiển mờ thích nghi theo mơ hình mẫu truyền thẳng Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ MINH HỌA Số hiệu Nội dung Bảng 1.1 Quá trình sinh Bảng 2.1 Danh mục thiết bị mơ hình thực nghiệm 52 Hình 1.1 Q trình chuyển hóa lƣợng Hình 1.2 Sơ đồ chu trình nhiệt tổ máy Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo lị có bao Hình 1.4 Cấu trúc chung hệ thống điều khiển lò 13 Hình 2.1 Đối tƣợng điều khiển mức nƣớc cấp bình bao 23 Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển q trình mạch vịng 24 Trang Hình 2.3 24 Hình 2.4 Một số hình ảnh thiết bị đo cơng nghiệp 25 Hình 2.5 Cấu trúc thiết bị chấp hành 28 Hình 2.6 29 Hình 2.7 30 Hình 2.8 Bao nhà máy nhiệt điện 32 Hình 2.9 Hệ thống lọc khí, hâm nƣớc bơm nƣớc 33 Hình 2.10 Cơ cấu đo hiển thị mức nƣớc dùng ống kính 32 Hình 2.11 Đặc tính động mức nƣớc bao theo lƣợng nƣớc cấp 37 Hình 2.12 Đặc tính động mức nƣớc bao thay đổi lƣợng nƣớc cấp 37 Hình 2.13 Sơ đồ điều chỉnh mức nƣớc bao tín hiệu 39 Hình 2.14 Cấu trúc mơ tả tốn học tồn hệ thống 39 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii Sơ đồ khối điều khiển tuyến tính (PID) Sơ đồ cấu trúc điều khiển PID 40 Hình 2.17 Đồ thị độ 42 Hình 2.18 Sơ đồ hệ thống điều khiển 44 Hình 2.19 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển mức nƣớc cấp bình bao nhà máy nhiệt điện 47 Hình 2.20 Cấu trúc mơ điều khiển mức nƣớc cấp bao 48 Hình 2.21 Đáp ứng hệ thống với mức nƣớc 80% 49 Hình 2.22 Đáp ứng hệ thống với mức nƣớc nhảy cấp từ 80% xuống 60% Cấu trúc mơ hình nhà máy nhiệt điện 49 Hình 2.24 Bình cấp nƣớc thí nghiệm điều khiển mức nƣớc bao 50 Hình 2.25 Giao diện thí nghiệm điều khiển mức nƣớc cấp bao 51 Hình 2.26 Giao diện kết thí nghiệm điều khiển mức nƣớc cấp bao 51 Hình 2.27 Kết thí nghiệm điều khiển mức nƣớc cấp bao 80% 56 Hình 2.28 Kết thí nghiệm điều khiển mức nƣớc cấp bao nhảy cấp từ 80% xuống 60% 56 Hình 3.1 Hàm thuộc biến ngơn ngữ 59 Hình 3.2 Sơ đồ khối điều khiển mờ 59 Hình 3.3 Luật hợp thành 60 Hình 3.4 Mờ hố 62 Hình 3.5 a Thực phép suy diễn mờ 62 Hình 3.5 b Thực phép hợp mờ 64 Hình 2.15 Hình 2.16 Hình 2.23 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 41 50 ix Hình 3.6 Những nguyên lý giải mờ 65 Hình 3.7 Cấu trúc hệ logic mờ 66 Hình 3.8 Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ PD 67 Hình 3.9 Sơ đồ khối hệ thống với điều chỉnh mờ PI(1) 68 Hình 3.10 Sơ đồ khối hệ thống với điều khiển mờ PI(2) 68 Hình 3.11 Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ 69 Hình 3.12 Hệ mờ với học mờ cho tín hiệu chủ đạo x 69 Hình 3.13 Cấu trúc hệ mờ lai Cascade 70 Hình 3.14 Chọn điều khiển thích nghi khóa mờ 71 Hình 3.15 Sự phân bố giá trị mờ biến vào 72 Hình 3.16 Sự phân bố giá trị mờ biến 72 Hình 3.17 Các luật điều khiển mờ 73 Hình 3.18 Sơ đồ mơ theo phƣơng pháp mờ lai 74 Hình 3.19 Sơ đồ mơ phƣơng pháp mờ lai phƣơng pháp PID 74 Hình 3.20 Đáp ứng mức nƣớc với điều khiển mờ lai có nhảy cấp từ 80% xuống 60% 75 Hình 3.21 Đáp ứng mức nƣớc với điều khiển mờ lai PID có nhảy cấp từ 80% xuống 60% 75 Hình 3.22 Đáp ứng mức nƣớc với điều khiển mờ lai PID tham số đối tƣợng thay đổi 75 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 Sau có kết luật hợp thành tập mờ, trƣớc đƣa giá trị điều khiển ta phải giải mờ tập mờ Điều dễ hiểu đối tƣợng làm việc với giá trị cụ thể (giá trị rõ) không làm việc với giá trị mờ (tập mờ) Giải mờ trình xác định giá trị rõ y0 từ tập tập mờ B' để làm đại diện cho B' (là tập mờ kết luật hợp thành) Trong điều khiển thƣờng sử dụng ba phƣơng pháp giải mờ chính: + Điểm trung bình: Giá trị rõ y0 giá trị trung bình giá trị có độ thỏa mãn cực đại dƣới hàm B’(y) B’(y) Nguyên lý thƣờng đƣợc dùng miền miền lồi nhƣ y0 giá trị có độ phụ thuộc lớn Trong trƣờng hợp B' gồm hàm liên thuộc dạng đối xứng giá trị rõ y0 không phụ thuộc vào độ thỏa mãn đầu vào luật điều khiển + Điểm cực đại: Giá trị rõ y0 đƣợc lấy cận trái/phải cực đại B’(y) Giá trị rõ lấy theo nguyên lý cận trái/phải phụ thuộc tuyến tính vào độ thỏa mãn đầu vào luật điều khiển hình (3.6) + Điểm trọng tâm: Phƣơng pháp cho kết y0 hoành độ điểm trọng tâm miền đƣợc bao trục hoành đƣờng nguyên lý đƣợc dùng nhiều Hình 3.6: Những nguyên lý giải mờ * Cấu trúc hệ logic mờ B’(y) Đây 65 HƯ Logic Mê R1: nÕu  th×   xi Rq: Fuzzy hóa y B' Giải mê i Hình 3.7: Cấu trúc hệ logic mờ Giống nhƣ điều khiển kinh điển, hệ logic mờ có nhiều tín hiệu vào nhiều tín hiệu Ta phân chia chúng thành nhóm + Nhóm SISO có đầu vào đầu + Nhóm MIMO có nhiều đầu vào nhiều đầu + Nhóm SIMO có đầu vào nhiều đầu + Nhóm MISO có nhiều đầu vào đầu Do chất hệ thực luật hợp thành (kinh nghiệm điều khiển ngƣời) kinh nghiệm lại thể dƣới dạng ngơn ngữ có giá trị ngôn ngữ tập mờ nên hệ logic mờ phải có khâu nhƣ hình 3.7: + Khâu Fuzzy hóa có nhiệm vụ chuyển đổi giá trị rõ đầu vào x0 thành vector gồm độ phụ thuộc giá trị rõ theo giá trị mờ (tập mờ) định nghĩa cho biến ngôn ngữ đầu vào + Khâu thực luật hợp thành, có tên gọi thiết bị hợp thành, xử lý vector cho giá trị mờ B' biến ngôn ngữ đầu 66 + Khâu giải mờ, có nhiệm vụ chuyển đổi tập mờ B' thành giá trị rõ y' chấp nhận đƣợc cho đối tƣợng (tín hiệu điều chỉnh) 3.1.2 Bộ điều khiển mờ [6] 3.1.2.1 Bộ điều khiển mờ động Bộ điều khiển mờ động điều khiển mờ có xét tới trạng thái động đối tƣợng 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 tƣợng Các điều khiển mờ hay đƣợc 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 P Bộ điều khiển mờ et - d dt Đối tượng det Hình 3.8: Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ PD Bộ điều khiển mờ PD đƣợc mô tả nhƣ sơ đồ sau: 67 * Bộ điều khiển PI Bộ điều khiển mờ PI đƣợc mô tả nhƣ sơ đồ sau: P et - d dt det Bộ điều khiển mờ I Đối tượng Hình 3.9: Sơ đồ khối hệ thống với điều chỉnh mờ PI(1) Ta sử dụng mơ hình sau: et - I Bộ điều khiển mờ Đối tượng Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ thống với điều khiển mờ PI(2) 3.1.2.2 Điều khiển mờ lai 68 Bộ điều khiển mà trình làm việc tự điều chỉnh thơng số cho phù hợp với thay đổi đối tƣợng đƣợc 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 ƣu điểm khối lƣợng 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 trƣờng 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 a Các dạng hệ mờ lai phổ biến * Hệ lai khơng thích nghi có điều khiển kinh điển Hãy quan sát hình 3.9 hệ lai có tiền xử lý mờ Nhiệm vụ điều khiển đƣợc giải điều khiển kinh điển thông số điều khiển không đƣợc chỉnh định thích nghi Hệ mờ đƣợc 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 nhƣ đƣợc biểu diễn hình 3.10 69 Hình 3.11: Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ Hình 3.12: Hệ mờ với học mờ cho tín hiệu chủ đạo x Tín hiệu chủ đạo đạo x đƣa vào hệ thống đƣợc điều chế qua mờ Tín hiệu vào x đƣợc so sánh với tín hiệu y hệ thống sai lệch E đạo hàm DE đƣợc đƣa vào đầu vào lọc mờ tạo lƣợng hiệu chỉnh x, tín hiệu chủ đạo đƣợc 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 đƣợc biểu diễn hình 3.13, phần bù tín hiệu điều chỉnh u đƣợc lấy từ điều khiển mờ Hình 3.13: Cấu trúc hệ mờ lai Cascade 70 Trong trƣờng hợp hệ thống có cấu trúc nhƣ việc chọn đại lƣợng đầu vào hệ mờ phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể Tất nhiên đại lƣợng thƣờng đƣợc 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 lƣợng Về nguyên tắc sử dụng đại lƣợng khác đối tƣợng nhƣ sử dụng nhiễu xác định đƣợc * 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 tƣợng đòi hỏi thiết bị điều khiển phải chứa đựng tất khâu có cấu trúc tham số khác cho trƣờng hợp (Hình 3.14 ) Hệ thống tự chọn khâu điều khiển có tham số phù hợp với đối tƣợng Điều khiển cơng tắc chuyển đổi vị trí để chọn khâu điều khiển phù hợp đƣợc thực khóa mờ Hình 3.14: Chọn điều khiển thích nghi khóa mờ Thơng thƣờng khâu điều khiển đƣợc dùng trƣờng hợp khâu có cấu trúc nhƣ nhƣng tham số khác Khác với việc chỉnh định thơng số thích nghi hệ tự chỉnh, thông số đƣợc chỉnh định cứng qua cơng tắc chuyển đổi Ƣu điểm hệ thống điều khiển làm việc độc lập với nhau, kiểm tra tính ổn 71 định hệ ứng với trƣờng hợp riêng biệt Các đại lƣợng vào hệ mờ đƣợc xác định theo ứng dụng cụ thể 3.2 Thiết kế điều khiển mờ lai 3.2.1 Đặt vấn đề Để áp dụng phƣơng pháp điều khiển mờ lai cho hệ điều khiển mức nƣớc bao nhà máy nhiệt 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: 3.2.2 Mờ hoá Ta thiết kế điều khiển mờ bao gồm biến trạng thái mờ đầu vào biến mờ đầu Mỗi biến lại đƣợc chia thành nhiều giá trị tập mờ (Tập mờ con) Số giá trị mờ biến đƣợc 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 3.15: Sự phân bố giá trị mờ biến vào 72 Hình 3.16: Sự phân bố giá trị mờ biến Hình 3.17: Các luật điều khiển mờ 3.3 Mô điều khiển thiết kế * Luật điều khiển luật hợp thành Luật hợp thành đƣợc xây dựng sở nguyên lý hợp thành MAX – MIN * Giải mờ 73 Giải mờ đƣợc thực theo phƣơng pháp điểm trọng tâm, phƣơng pháp trung bình hay phƣơng pháp cực đại Do miền xác định giá trị mờ đầu miền liên thông nên ta giải mờ theo phƣơng pháp trọng tâm Giá trị rõ x đƣợc xác định theo phƣơng pháp điểm trọng tâm nhƣ công thức: x x0 B (x)dx S μ B (x)dx (3.14) S Trong đó: S miền xác định tập mờ B 3.4 Kết mô hệ thống 3.4.1 Sơ đồ mô Sơ đồ mơ điều khiển mờ lai Hình 3.18: Sơ đồ mô theo phương pháp mờ lai Sơ đồ mô so sánh điều mờ lai PID 74 Hình 3.19: Sơ đồ mơ phương pháp mờ lai phương pháp PID 3.4.2 Kết mô Dap ung muc nuoc binh bao hoi 90 Ld Lthuc 80 70 L(%) 60 50 40 30 20 10 0 50 100 150 200 t(s) 250 300 350 400 Hình 3.20: Đáp ứng mức nước với điều khiển mờ lai có nhảy cấp từ 80% xuống 60% 75 Dap ung muc nuoc binh bao hoi 90 Ld LPID LMo lai 80 70 L(%) 60 50 40 30 20 10 0 50 100 150 200 t(s) 250 300 350 400 Hình 3.21: Đáp ứng mức nước với điều khiển mờ lai PID có nhảy cấp từ 80% xuống 60% Dap ung muc nuoc cap binh bao hoi 100 90 80 70 L(%) 60 50 40 30 20 10 0 20 40 60 80 100 t(s) 120 140 160 180 200 Hình 3.22: Đáp ứng mức nước với điều khiển mờ lai PID tham số đối tượng thay đổi 76 3.4.3 Đánh giá kết Từ kết hình 3.21 hình 3.22 cho thấy với điều khiển mờ lai chất lƣợng điều khiển đƣợc cải thiện cách đáng kể nhƣ thời gian xác lập độ điều chỉnh Hơn tham số đối tƣợng thay đổi điều mờ lai trì đƣợc chất lƣợng cịn điều khiển PID có độ điều chỉnh thời gian xác lập tăng Điều cho thấy với phƣơng pháp điều khiển mờ lai đem lại khả quan cho việc phát triển ứng dụng phƣơng pháp điều khiển đại cho hệ điều khiển trình mức nƣớc cấp bao nhà máy nhiệt điện 3.5 Kết luận chƣơng Chƣơng giải đƣợc số vấn đề sau: - Tổng quan đƣợc vấn đề hệ logic mờ điều khiển mờ - Đƣa đƣợc phƣơng pháp thiết kế điều khiển mờ lai theo mô hình mẫu kiểu truyền thẳng để thiết kế điều khiển cho đối tƣợng - Mô để khảo sát chất lƣợng hệ thống Matlab/ Simulik - Chất lƣợng điều khiển mức nƣớc cấp bình bao điều khiển mờ lai theo mơ hình mẫu kiểu truyền thẳng so với điều khiển PID đƣợc cải thiện đáng kể 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Nội dung luận văn tập trung vào nghiên cứu ứng dụng điều khiển trình cho đối tƣợng cụ thể điều khiển mức nƣớc cấp bình bao mơ hình nhà máy nhiệt điện Từ kết mô Matlab/ Simulik thực nghiệm mơ hình nhà máy nhiệt điện trung tâm thí nghiệm cho thấy kết thực nghiệm tƣơng đối sát với kết mơ khẳng định là: điều khiển PID để điều khiển mức nƣớc cấp bình bao mơ hình nhà máy nhiệt điện, thiết kế hoạt động tƣơng đối tốt Nhƣng thời gian tác động chậm, độ điều chỉnh lớn Từ kết mô điều khiển PID điều khiển Mờ lai Matlab/ Simulik Có thể đánh giá kết điều khiển Mờ lai có chất lƣợng điều khiển tốt so với điều khiển PID Kể tham số đối tƣợng bị thay đổi giới hạn cho phép Với kết cho thấy tính đắn thuật tốn điều khiển phƣơng diện mô đạt kết tốt Kiến nghị: Với thời gian nghiên cứu ít, kiến thức kinh nghiệm thực tiễn hạn chế, nội dung luận văn số hạn chế Tác giả đề xuất, cần có thiết bị thí nghiệm thực để kiểm chứng, điều khiển mờ lai đƣa vào thực tế sản xuất Căn vào kết điều khiển mờ lai so sánh với điều khiển khác để tìm ƣu nhƣợc điểm điều khiển, từ tìm điều khiển tốt phục vụ cho trình sản xuất điều khiển đại áp dụng vào đối tƣợng thực tế sản xuất 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Quốc Khánh, Phạm quang Đăng, Điều khiển DCS cho nhà máy nhiệt điện đốt than, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2013 [2] Bùi Quốc Khánh, Phạm quang Đăng, Điều khiển nhà máy nhiệt điện đốt than, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2010 [3] Nguyễn Phùng Quang: “Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [4] Nguyễn Doãn Phƣớc: “Phân tích điều khiển hệ phi tuyến” NXB Bách Khoa, 2012 [5] Nguyễn Doãn Phƣớc: “Lý thuyết điều khiển tuyến tính” NXB Khoa học & Kỹ thuật, 2007 [6] Phƣớc, N D; Minh.X.P, Lý thuyết điều khiển mờ; NXB Khoa học & Kỹ thuật; 2006 [7] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội 2001 [8] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dƣơng Văn Nghi: “Điều chỉnh tự động truyền động điện” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [9] B.G.Liptak (chủ biên); Process Control 3rd Edition; Chilton Book Co; 1996 [10] Li-Xin Wang (1992), “Fuzzy systems as nonlinear dynamic system indentifiers Part 1: Stability Analysis and Simulations”, Proceedinge of the 31 st Conference on decision and control Tucson, Arizos, December 1992 pp 3418-3422 ... phần hệ thống điều khiển mức Xuất phát từ thực tiễn tác giả chọn đề tài Thiết kế điều chỉnh PID để điều khiển ổn định mức nƣớc hệ thống mức nƣớc bao hơi, đề xuất cải thiện chất lƣợng điều khiển mờ. .. cứu thiết kế điều khiển mờ lai nhằm nâng cao chất lƣợng cho hệ thống ổn định mức nƣớc cấp bao cấp thiết 1.3.3 Dự kiến kết đạt - Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống - Thiết kế điều khiển PID để điều. .. xuất cải thiện chất lƣợng hệ thống điều khiển mức nƣớc cấp bình bao mơ hình nhà máy nhiệt điện điều khiển mờ lai * Kết luận kiến nghị 3 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ LÒ HƠI VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MỨC NƢỚC