Điều khiển bền vững cột chưng cất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH HỒNG TUẤN HÙNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG CỘT CHƯNG CẤT LUẬN VĂN CAO HỌC CHUN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HĨA NĂM 2004 Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên: HOÀNG TUẤN HÙNG Phái : Nam Ngày sinh: 10-08-1979 Nơi sinh: Nghệ An Chuyên ngành: Điều khiển học kỹ thuật Mã số :2.05.01 Khoá học: 13 MSHV :ĐKKT13.005 I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG CỘT CHƯNG CẤT II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG ĐỀ TÀI: • Nghiên cứu lý thuyết cột chưng cất xây dựng mô hình toán cho cột • Nghiên cứu lý thuyết điều khiển bền vững quy trình thiết kế nắn vòng H ∞ theo phương pháp: không gian trạng thái phân tích coprime bên trái chuẩn • Mô điều khiển Simulink/ Matlab • Ứng dụng thiết kế bôï điều khiển bền vững cho mô hình giả lập cột chưng cất nhà máy xử lý khí Dinh Cố ( Bà Rịa - Vũng Tàu) III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THỊ PHƯƠNG HÀ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký tên) CHỦ NHIỆM NGÀNH (Ký tên) BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH (Ký tên) Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày tháng năm 2004 PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thị Phương Hà tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức giúp em hoàn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Điều Khiển Tự Động tận tình giảng dạy suốt khoá học vừa qua Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp, bạn đồng môn giúp đỡ nhiều trình học trình thực luận văn Con xin gửi lời cảm ơn trân trọng tới Cha- Mẹ, người bên cạnh để động viên giúp đỡ lúc khó khăn Tp.HCM, ngày tháng năm 2004 Hoàng Tuấn Hùng TÓM TẮT Cột chưng cất sử dụng nhiều ngành công nghiệp nước ta giới, đặc biệt lónh vực dầu khí Cột chưng cất hoạt động dựa đặc tính nhiệt động học chất để phân tách chúng khỏi hỗn hợp Cột chưng cất có đặc tính động phức tạp, ảnh hưởng nhỏ môi trường bên làm cho đặc tính cột thay đổi Mục đích thiết kế điều khiển bền vững có khả trì ổn định chất lượng hệ thống có sai số mô hình nhiễu tác động lên hệ thống Việc thiết kế điều khiển cho cột chưng cất gặp nhiều khó khăn tính phức tạp đối tượng Luận văn thực việc nghiên cứu đề số phương pháp điều khiển cho cột chưng cất Trong luận văn tác giả tiếân hành giải toán thiết kế sử dụng phương pháp không gian trạng thái đồng thời thiết kế điều khiển bền vững theo phương pháp phân tích coprime bên trái chuẩn để so sánh đánh giá Sau tiến hành thiết kế điều khiển bền vững cho mô hình giả lập hoạt động cột chưng cất nhà máy xử lý khí Dinh Cố MỤC LỤC Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan 1.3 Nội dung luận văn 2.1 2.2 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Điều khiển bền vững 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Mô tả không gian H ∞ R H ∞ 10 2.1.3 Sai số mô hình phân tích coprime 10 2.1.4 Bài toán ổn định bền vững 13 2.1.4.1 Ổn định nội 13 2.1.4.2 Ổn định bền vững 14 2.1.4.3 Định lý độ lợi nhỏ 15 2.1.4.4 Bài toán ổn định bền vững H ∞ 17 Nắn dạng vòng H ∞ ( Loop Shaping) 22 2.2.1 Tính chất hệ thống hồi tiếp 22 2.2.2 Thủ tục thiết kế nắn dạng vòng H ∞ : 28 2.2.3 Sơ đồ điều khiển 30 2.2.4 Lựa chọn hàm nắn dạng W1,W2 31 2.2.5 Tính chất thiết kế nắn dạng vòng H ∞ 33 2.2.5.1 Ý nghóa ε thiết kế nắn dạng vòng H ∞ 33 2.2.5.2 Ảnh hưởng hàm nắn dạng đến đặc tính truyền đạt hệ thống hồi tiếp 37 Chương 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CHO CỘT CHƯNG CẤT 3.1 Giới thiệu chung 40 3.2 Nguyên lý hoạt động khái niệm cột chưng cất 41 3.2.1 Nguyên lý hoạt động cột chưng cất 41 3.2.2 Các khái niệm hoạt động cột chưng cất 43 3.2.2.1 Tầng cân 43 3.2.2.2 Điểm cân lỏng – 44 3.2.2.3 Độ bay tương đối 45 3.2.2.4 Ước lượng độ bay tương đối dựa vào liệu điểm sôi 47 3.2.2.5 Cân vật liệu cột chưng cất 48 3.2.2.6 Giả thiết dòng chất số 49 3.3 Mô hình cột chưng cất cho hỗn hợp có hai chất 50 3.4 Thiết kế cột chưng cất sản phẩm 53 3.4.1 Thiết kế 53 3.4.1.1 Xác định số tầng nhỏ 53 3.4.1.2 Các công thức Kremser 54 3.4.1.3 Công thức xấp xỉ số độ bay tương đối 54 3.4.1.4 Vị trí tối ưu dòng hỗn hợp vào 3.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thiết kế cột chưng cất 3.5 Ví dụ minh họa 55 55 56 Chương 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG CỘT CHƯNG CẤT 4.1 Đặt vấn đề 58 4.2 Mô hình hệ thống khảo sát 59 4.3 4.2.1 Sơ đồ điều khiển 59 4.2.2 Mục tiêu điều khiển 68 Mô hình ứng dụng 75 4.3.1 Đặt vấn đề 75 4.3.2 Mô hình 76 Chương 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận 88 5.2 Hướng phát triển đề tài 89 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT ALE Vapor-Liquid Equilibrium ( Điểm cân lỏng- hơi) GCARE Generalized Control Algebraic Riccati Equation ( Phương trình Riccati điều khiển tổng quát) GFARE Generalized Filter Algebraic Riccati Equation ( Phương trình Riccati lọc tổng quát) Inf/sup infimum/supremum (cận dưới/cận trên) LCF Left Coprime Factorization ( Phân tích coprime bên trái) LMI Linear Matrix Inequalities ( Bất đẳng thức ma trận tuyến tính) LSDP Loop Shaping Design Procedure ( Thủ tục thiết kế nắn dạng vòng) LTI Linear Time Invariant MIMO Multi Input-Multi Output NLCF Normalized Left Coprime Factorization ( Phân tích coprime bên trái chuẩn) PID Proportional-Integral-Derivative SISO Single input- Single output TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Trong công nghiệp nước ta nay, nhiều sản phẩm sản xuất sử dụng cột chưng cất đặc biệt lónh vực dầu khí Một mỏ dầu hay khí khai thác từ lòng đất thềm lục địa chứa nhiều thành phần khác Do ta phải tách chúng mục đích sử dụng khác Hiện công tác nhà máy xử lý khí Dinh Cố nơi tiếp nhận khí đồng hành từ mỏ Bạch Hổ Rạng Đông , sau tiến hành xử lý để tạo thành sản phẩm phục vụ cho kinh tế quốc dân Khí đồng hành bao gồm nhiều thành phần khác nhau: CH , C H , C H , C H 10 , C 5+ ( sản phẩm hydrocacbon có nguyên tử C phân tử trở leân), CO2 , N , H O … với giá trị kinh tế khác nhau.Nhà máy phải xử lý để tách sản phẩm riêng cung cấp cho thị trường: CH , C H cung cấp làm nguyên liệu cho nhà máy điện Bà Rịa, Phú Mỹ , C3 H , C H 10 (LPG) cung cấp cho công ty cung cấp gas thị trường, C5+ ( condensate- xăng nhẹ) cung cấp cho công ty Luận văn cao học chế biến xăng dầu [15] Thiết bị sử dụng cho công việc nói cột chưng cất Trong trình vận hành nhà máy nhiều tác động yếu tố như: thay đổi thành phần chất dòng vào cố thiết bị công việc bảo dưỡng sữa chữa , việc chỉnh định thông số điều khiển cột chưng cất phải tiến hành vất vả để chọn thông số tối ưu Do mục đích luận văn thiết kế điều khiển bền vững cho cột chưng cất để tiết kiệm thời gian cho công việc chỉnh định thông số điều khiển để hệ thống có chất lượng tốt 1.2 Tổng quan Trong nhiều năm vừa qua, nhiều phương pháp chỉnh định điều khiển cho hệ thống đời Tuy nhiên phần lớn phương pháp chỉnh định tập trung thiết kế cho hệ SISO(Single input-single output) Trong thực tế, phần lớn hệ thống lại hệ MIMO(Multi Input-Multi Output) Các hệ MIMO thường có đặc tính động phức tạp khó điều khiển Chúng ta đơn xem hệ MIMO tập hợp hệ SISO áp dụng phương pháp thiết kế cho hệ SISO để thiết kế cho hệ MIMO Một hệ thống MIMO quan tâm nhiều cột chưng cất Cột chưng cất hoạt động dựa đặc tính nhiệt động học chất để phân tách chúng khỏi hỗn hợp Cột chưng cất có đặc tính động phức tạp Chỉ ảnh hưởng nhỏ môi trường bên làm cho đặc tính cột thay đổi Hiện nay, việc điều khiển cột chưng cất thách thức nhà thiết kế Mục đích thiết kế điều khiển bền vững có khả trì ổn định chất lượng hệ thống có sai số mô hình nhiễu tác động lên hệ thống Mục đích luận văn nghiên cứu đề số phương pháp điều khiển bền vững cho cột chưng cất Nhiều năm qua, phương pháp điều khiển khác cho hệ MIMO cột chưng cất nghiên cứu tìm Luận văn cao học 94 zeros(sizeA(1)+sizeAc(1)+sizeA1(1),8) zeros(sizeA(1)+sizeAc(1)+sizeA1(1),sizeA(2))]; MAcld=[B1nga zeros(2,sizeA(2)+sizeAc(2)+sizeA1(2)); %B1nga*Dcva B*Dc zeros(6,2) zeros(6,sizeA(2)+sizeAc(2)+sizeA1(2)); %day la B1nga va B B zeros(sizeA(1),sizeA(2)+sizeAc(2)+sizeA1(2))]; MBcld=[B1nga zeros(2,2); zeros(6,2) zeros(6,2); %day la B1nga va B B zeros(sizeA(1),2)]; MDcld=[D1nga zeros(2,2); %dayla D1nga zeros(2,2) zeros(2,2)]; MCcld=[zeros(2,8) zeros(2,sizeA(2)); %day la C zeros(2,8) C]; gama=lmivar(1,[4,0]); lmiterm([1 1 sAcla],Xopt,1,'s') lmiterm([1 1 sAclb],Xopt,MAclb,'s') lmiterm([1 1 sAcld],Xopt*MAcld,MAclb,'s') lmiterm([1 1 0],Xopt*hsAcl+hsAcl'*Xopt) lmiterm([1 sBclb],Xopt,1) lmiterm([1 sBcld],Xopt*MBcld,1) lmiterm([1 0],Xopt*hsBcl) lmiterm([1 -sBcld],MCcld',MDcld') lmiterm([1 0],hsCcl') lmiterm([1 2 gama],-1,1) lmiterm([1 -sBcld],1,MDcld') lmiterm([1 0],hsDcl') lmiterm([1 3 gama],-1,1) LMIs = getlmis; Acldk=zeros(size(Acl0)); Bcldk=zeros(size(Bcl0)); Ccldk=zeros(size(Ccl0)); Dcldk=zeros(size(Dcl0)); cgama= mat2dec(LMIs,zeros(size(Ac)),zeros(size(Bc)),zeros(size(Dc)), zeros(size(Acla)),zeros(size(Aclb)),zeros(size(Acld)), zeros(size(Bclb)),zeros(size(Bcld)),eye(4)); cbd=mat2dec(LMIs,Ac0,Bc0,Dc0,m1,m2,m3,m4,m5,12.8); %gtbd=mat2dec(LMIs,Acl0,Bcl0,Ccl0,Dcl0,12.8); [cgamaopt(j),kqopt(:,j)]=mincx(LMIs,cgama,[0 0 0],cbd); end [gama0,cs]=min(cgamaopt(csbd:30)); Ac0=dec2mat(LMIs,kqopt(:,cs+csbd-1),sAc); Bc0=dec2mat(LMIs,kqopt(:,cs+csbd-1),sBc); Bc1=Bc0(1:2,:); Bc2=Bc0(3:4,:); Dc0=dec2mat(LMIs,kqopt(:,cs+csbd-1),sDc); T=-Ac0(3,3) Kpkq=Dc0; Kikq=Bc1*T; Kdkq=Bc2+Bc1; kp=Kpkq Luận văn cao học 95 ki=Kikq/T kd=(Kdkq-ki)/T end chuongtrinhbdkq.m %đây chương trình so sánh kết giải thuật: không gian trạng thái NLCF clear clc num11=[0 -2.2]; den11=[7 1]; H11=pade(tf(num11,den11,'inputdelay',1),2); num12=[0 1.3]; den12=[7 1]; H12=pade(tf(num12,den12,'inputdelay',0.3),1); num21=[0 -2.8]; den21=[9.5 1]; H21=pade(tf(num21,den21,'inputdelay',1.8),2); num22=[0 4.3]; den22=[9.2 1]; H22=pade(tf(num22,den22,'inputdelay',0.35),1); G=[H11,H12;H21,H22]; numW11=[5 2]; denW11=[1 0.001]; W11=tf(numW11,denW11); numW22=[5 2]; denW22=[1 0.001]; W22=tf(numW22,denW22); W1=[W11,0;0,W22]; numW21=[0 10]; denW21=[1 10]; W21=tf(numW21,denW21); W2=[W21,0;0,W21]; Gs2=W2*G; [A,B,C,D]=ssdata(G); [A0,B0,C0,D0]=ssdata(Gs2); [A1,B1,C1,D1]=ssdata(W1); [A2,B2,C2,D2]=ssdata(W2); [A1nga,B1nga,C1nga,D1nga]=ssdata(inv(W1)); kp=[2.8427 -0.155;-0.4816 -3.0691]; ki=[0.5613 -0.0159 ;0.0542 -0.6426]; kd=[0.0135 -0.0001;-0.0021 -0.0139]; T=102.7418; Kpid11=tf([kp(1,1) (kp(1,1)+kd(1,1))*T+ki(1,1) ki(1,1)*T] ,[1 T]); Kpid12=tf([kp(1,2) (kp(1,2)+kd(1,2))*T+ki(1,2) ki(1,2)*T] ,[1 T]); Kpid21=tf([kp(2,1) (kp(2,1)+kd(2,1))*T+ki(2,1) ki(2,1)*T] ,[1 T]); Luận văn cao học 96 Kpid22=tf([kp(2,2) (kp(2,2)+kd(2,2))*T+ki(2,2) ki(2,2)*T] ,[1 T]); numW11bu=0.2; denW11bu=[1 0.4]; W11bu=tf(numW11bu,denW11bu); W1bu=[W11bu,0;0,W11bu]; Kpid=[Kpid11 Kpid12;Kpid21 Kpid22]; Kinf=W1bu*Kpid; K=-evalfr(Kinf,0); %inf=inv(W1)*Kpid*tf(1,[1 0]); [Ak,Bk,Ck,Dk]=ssdata(Kinf); Kp=kp; Ki=T*ki; Kd=T*kd+ki; % end %end Dc0=Kp; BcN=Ki/T; Bc2=Kd-Ki/T; Bc0=[BcN;Bc2]; Ac0=[zeros(2,2) zeros(2,2); zeros(2,2) -T*eye(2)]; Cc0=[eye(2) eye(2)]; set_param('mohinhumut/G','A','A0','B','B0','C','C0','D','D0') set_param('mohinhumut/W1','A','A1','B','B1','C','C1','D','D1') set_param('mohinhumut/W2','A','A2','B','B2','C','C2','D','D2') set_param('mohinhumut/K','Gain','K') set_param('mohinhumut/Kinf','A','Ak','B','Bk','C','Ck','D','Dk') %set_param('nhieunac/KPID','A','Ac0','B','Bc0','C','Cc0','D','Dc0') sim('mohinhumut'); load slu1 tu1; load slu2 tu2; %load thu u; Gs=W2*G*W1; G0=W2*G; [A,B,C,D]=ssdata(Gs); [A0,B0,C0,D0]=ssdata(G0); [A1,B1,C1,D1]=ssdata(W1); [A2,B2,C2,D2]=ssdata(W2); [rowd,cold]=size(D); R=eye(rowd)+D*D'; S=eye(cold)+D'*D; Hamx=[A-B*inv(S)*D'*C B*inv(S)*D'*C)']; Hamz=[(A-B*D'*inv(R)*C)' B*D'*inv(R)*C)]; [X1,X2,fail]=ric_schr(Hamx); if fail==0 X=X2/X1; else -B*inv(S)*B'; -C'*inv(R)*C; -C'*(eye(rowd)-D*inv(S)*D')*C -(A- -B*(eye(cold)-D*inv(R)*D)*B' -(A- Luận văn cao học 97 sysk=[]; disp('Cannot solve GCARE'); return end [Z1,Z2,fail]=ric_schr(Hamz); if fail==0 Z=Z2/Z1; else sysk=[]; disp('Cannot solve GFARE'); return end factor=1.05; F=-S\(D'*C+B'*X); %H=-(B*D'+Z*C')/R; sig=eig(Z*X); emax=1/sqrt(1+max(real(sig))); gammin=1/emax; gamma=factor*gammin; rowZX=size(Z*X,1); Q=(1-gamma^2)*eye(rowZX)+X*Z; Ak=A+B*F+gamma^2*inv(Q')*(Z*C'*(C+D*F)); Bk=gamma^2*inv(Q')*(Z*C'); Ck=B'*X; Dk=-D'; Kinf=ss(Ak,Bk,Ck,Dk); K=-evalfr(Kinf,0) set_param('mohinhnehari/G','A','A0','B','B0','C','C0','D','D0') set_param('mohinhnehari/W1','A','A1','B','B1','C','C1','D','D1') set_param('mohinhnehari/W2','A','A2','B','B2','C','C2','D','D2') set_param('mohinhnehari/Kinf','A','Ak','B','Bk','C','Ck','D','Dk') set_param('mohinhnehari/K','Gain','K') sim('mohinhnehari') load sln1 tn1; load sln2 tn2; figure(1) plot(tu1(1,:),tu1(2,:),'r',tn1(1,:),tn1(2,:),'m'); ylabel('t1'); title('Output1 of Controller'); h1=legend('statespace method','nehari method',2); grid on; figure(2) plot(tu2(1,:),tu2(2,:),'r',tn2(1,:),tn2(2,:),'m'); ylabel('t2'); title('Output2 of Controller'); h2=legend('statespace method','nehari method',2); grid on; Luận văn cao học 98 chuongtrinh3.m %đây chương trình toán thiết kế điều khiển bền vững cho mô hình giả lập cột chưng cất nhà máy xử lý Dinh Cố kr1=-13.6136; Ti1=3.5605; Td1=0.1005; kr2=28.8405; Ti2=24.3288; Td2=0.0130; numd11=kr1*[Td1*Ti1 Ti1 1]; dend11=[Ti1 0]; Kd1=kr1*Td1; Kp1=kr1; Ki1=kr1/Ti1; numd22=kr2*[Td2*Ti2 Ti2 1]; dend22=[Ti2 0]; Kd2=kr2*Td2; Kp2=kr2; Ki2=kr2/Ti2; num11=[0 -33.89]; den11=[41.1684 98.4400 1.0000]; H11=tf(num11,den11); num12=[0 32.63]; den12=[34.8600 99.9500 H12=tf(num12,den12); 1.0000]; num21=[0 -18.85]; den21=[22.6290 75.7300 H21=tf(num21,den21); 1.0000]; num22=[0 34.84]; den22=[3.3150 110.5300 1.0000]; H22=tf(num22,den22); G=[H11 H12;H21 H22]; set_param('mohinhbd/D11','Kp','Kp1','Ki','Ki1','Kd','Kd1') set_param('mohinhbd/D22','Kp','Kp2','Ki','Ki2','Kd','Kd2') set_param('mohinhbd/H11','Numerator','num11','Denominator','den11') set_param('mohinhbd/H12','Numerator','num12','Denominator','den12') set_param('mohinhbd/H21','Numerator','num21','Denominator','den21') set_param('mohinhbd/H22','Numerator','num22','Denominator','den22') sim('mohinhbd') load kq1.mat load kq2.mat load kq3.mat load kq4.mat nv=[u1(2,1:600); u2(2,1:600)]'; Luận văn cao học 99 nr1=y1(2,1:600)'; nr2= y2(2,1:600)'; nr=[nr1 nr2]; data1=iddata(nr1,nv,0.05); save solieukq1.mat data1 data2=iddata(nr2,nv,0.05); save solieukq2.mat data2 data=iddata(nr,nv,0.05); m1=arx(data1,[3 3 2]); %m2=arx3(nr,nv); m2=arx(data2,[3 3 2]); m1c=d2c(m1); %m2=arx3(nr,nv); den1c=m1c.a; num11c=m1c.b(1,:); num12c=m1c.b(2,:); m2c=d2c(m2); den2c=m2c.a;; num21c=m2c.b(1,:); num22c=m2c.b(2,:); H11nd=tf(num11c,den1c); H12nd=tf(num12c,den1c); H21nd=tf(num21c,den2c); H22nd=tf(num22c,den2c); set_param('mhsaukhinhandang/D11','Kp','Kp1','Ki','Ki1','Kd','Kd1') set_param('mhsaukhinhandang/D22','Kp','Kp2','Ki','Ki2','Kd','Kd2') set_param('mhsaukhinhandang/H11','Numerator','num11c','Denominator','den1c') set_param('mhsaukhinhandang/H12','Numerator','num12c','Denominator','den1c') set_param('mhsaukhinhandang/H21','Numerator','num21c','Denominator','den2c') set_param('mhsaukhinhandang/H22','Numerator','num22c','Denominator','den2c') sim('mhsaukhinhandang') load kqndyc1.mat load kqndyc2.mat figure(1) %subplot(2,1,1) plot(y1(1,:),y1(2,:),'r ',y1c(1,:),y1c(2,:),'m') ylabel('t1'); title('Output1 '); h1=legend('initial model ','ident model',2); grid on figure(2) %subplot(2,1,2) plot(y2(1,:),y2(2,:),'r ',y2c(1,:),y2c(2,:),'m') ylabel('t2'); title('Output2 '); h2=legend('initial model ','ident model',2); grid on Luận văn cao học 100 numW11=[5 2]; denW11=[1 0.001]; W11=tf(numW11,denW11); W1=[W11,0;0,W11]; numW21=[0 8]; denW21=[2 8]; W21=tf(numW21,denW21); W2=[W21,0;0,W21]; Gs=W2*G*W1; G0=W2*G; %[A,B,C,D]=ssdata(H); %sigma(H,'r',Hs,'g ') %giai chuong trinh co nhieu khong bu [A,B,C,D]=ssdata(G); [A0,B0,C0,D0]=ssdata(G0); [A1,B1,C1,D1]=ssdata(W1); [A2,B2,C2,D2]=ssdata(W2); [rowd,cold]=size(D); R=eye(rowd)+D*D'; S=eye(cold)+D'*D; Hamx=[A-B*inv(S)*D'*C -B*inv(S)*B'; B*inv(S)*D'*C)']; Hamz=[(A-B*D'*inv(R)*C)' -C'*inv(R)*C; B*D'*inv(R)*C)]; [X1,X2,fail]=ric_schr(Hamx); if fail==0 X=X2/X1; else sysk=[]; disp('Cannot solve GCARE'); return end [Z1,Z2,fail]=ric_schr(Hamz); if fail==0 Z=Z2/Z1; else sysk=[]; disp('Cannot solve GFARE'); return end factor=1.05; F=-S\(D'*C+B'*X); %H=-(B*D'+Z*C')/R; sig=eig(Z*X); emax=1/sqrt(1+max(real(sig))); gammin=1/emax; gamma=factor*gammin; rowZX=size(Z*X,1); Q=(1-gamma^2)*eye(rowZX)+X*Z; Ak=A+B*F+gamma^2*inv(Q')*(Z*C'*(C+D*F)); -C'*(eye(rowd)-D*inv(S)*D')*C -(A- -B*(eye(cold)-D*inv(R)*D)*B' -(A- Luaän văn cao học 101 Bk=gamma^2*inv(Q')*(Z*C'); Ck=B'*X; Dk=-D'; Kinf=ss(Ak,Bk,Ck,Dk); K=-evalfr(Kinf,0) set_param('mohinhconhieuobu/G','A','A','B','B','C','C','D','D') set_param('mohinhconhieuobu/Kinf','A','Ak','B','Bk','C','Ck','D','Dk') set_param('mohinhconhieuobu/K','Gain','K') sim('mohinhconhieuobu') load KQ1b t1b; load KQ2b t2b; [A,B,C,D]=ssdata(Gs); [A0,B0,C0,D0]=ssdata(G0); [A1,B1,C1,D1]=ssdata(W1); [A2,B2,C2,D2]=ssdata(W2); [rowd,cold]=size(D); R=eye(rowd)+D*D'; S=eye(cold)+D'*D; Hamx=[A-B*inv(S)*D'*C -B*inv(S)*B'; B*inv(S)*D'*C)']; Hamz=[(A-B*D'*inv(R)*C)' -C'*inv(R)*C; B*D'*inv(R)*C)]; [X1,X2,fail]=ric_schr(Hamx); if fail==0 X=X2/X1; else sysk=[]; disp('Cannot solve GCARE'); return end [Z1,Z2,fail]=ric_schr(Hamz); if fail==0 Z=Z2/Z1; else sysk=[]; disp('Cannot solve GFARE'); return end factor=1.05; F=-S\(D'*C+B'*X); %H=-(B*D'+Z*C')/R; sig=eig(Z*X); emax=1/sqrt(1+max(real(sig))); gammin=1/emax; gamma=factor*gammin; rowZX=size(Z*X,1); Q=(1-gamma^2)*eye(rowZX)+X*Z; Ak=A+B*F+gamma^2*inv(Q')*(Z*C'*(C+D*F)); -C'*(eye(rowd)-D*inv(S)*D')*C -(A- -B*(eye(cold)-D*inv(R)*D)*B' -(A- Luận văn cao hoïc 102 Bk=gamma^2*inv(Q')*(Z*C'); Ck=B'*X; Dk=-D'; Kinf=ss(Ak,Bk,Ck,Dk); K=-evalfr(Kinf,0) set_param('mohinhconhieu/G','A','A0','B','B0','C','C0','D','D0') set_param('mohinhconhieu/W1','A','A1','B','B1','C','C1','D','D1') set_param('mohinhconhieu/W2','A','A2','B','B2','C','C2','D','D2') set_param('mohinhconhieu/Kinf','A','Ak','B','Bk','C','Ck','D','Dk') set_param('mohinhconhieu/K','Gain','K') sim('mohinhconhieu') load KQ1 t1; load KQ2 t2; figure(3) %subplot(2,1,1) plot(t1b(1,:),t1b(2,:),'r ',t1(1,:),t1(2,:),'m') ylabel('t1'); title('Output1 '); h1=legend('before compensate ','after compensate',2); grid on; figure(4) %subplot(2,1,2) plot(t2b(1,:),t2b(2,:),'r ',t2(1,:),t2(2,:),'m') ylabel('t2'); title('Output2 with noise'); h2=legend('before compensate ','after compensate',2); grid on; %mo hinh sau nhan dang co nhieu khong bu G=[H11nd H12nd;H21nd H22nd]; Gs=W2*G*W1; G0=W2*G; [A,B,C,D]=ssdata(G); [A0,B0,C0,D0]=ssdata(G0); [A1,B1,C1,D1]=ssdata(W1); [A2,B2,C2,D2]=ssdata(W2); [rowd,cold]=size(D); R=eye(rowd)+D*D'; S=eye(cold)+D'*D; Hamx=[A-B*inv(S)*D'*C B*inv(S)*D'*C)']; Hamz=[(A-B*D'*inv(R)*C)' B*D'*inv(R)*C)]; [X1,X2,fail]=ric_schr(Hamx); if fail==0 X=X2/X1; -B*inv(S)*B'; -C'*inv(R)*C; -C'*(eye(rowd)-D*inv(S)*D')*C -(A- -B*(eye(cold)-D*inv(R)*D)*B' -(A- Luận văn cao học 103 else sysk=[]; disp('Cannot solve GCARE'); return end [Z1,Z2,fail]=ric_schr(Hamz); if fail==0 Z=Z2/Z1; else sysk=[]; disp('Cannot solve GFARE'); return end factor=1.05; F=-S\(D'*C+B'*X); %H=-(B*D'+Z*C')/R; sig=eig(Z*X); emax=1/sqrt(1+max(real(sig))); gammin=1/emax; gamma=factor*gammin; rowZX=size(Z*X,1); Q=(1-gamma^2)*eye(rowZX)+X*Z; Ak=A+B*F+gamma^2*inv(Q')*(Z*C'*(C+D*F)); Bk=gamma^2*inv(Q')*(Z*C'); Ck=B'*X; Dk=-D'; Kinf=ss(Ak,Bk,Ck,Dk); K=-evalfr(Kinf,0) set_param('mohinhconhieuobu/G','A','A','B','B','C','C','D','D') set_param('mohinhconhieuobu/Kinf','A','Ak','B','Bk','C','Ck','D','Dk') set_param('mohinhconhieuobu/K','Gain','K') sim('mohinhconhieuobu') load KQ1b t1b; load KQ2b t2b; %[A,B,C,D]=ssdata(H); %sigma(H,'r',Hs,'g ') [A,B,C,D]=ssdata(Gs); [A0,B0,C0,D0]=ssdata(G0); [A1,B1,C1,D1]=ssdata(W1); [A2,B2,C2,D2]=ssdata(W2); [rowd,cold]=size(D); R=eye(rowd)+D*D'; S=eye(cold)+D'*D; Hamx=[A-B*inv(S)*D'*C B*inv(S)*D'*C)']; Hamz=[(A-B*D'*inv(R)*C)' B*D'*inv(R)*C)]; [X1,X2,fail]=ric_schr(Hamx); if fail==0 -B*inv(S)*B'; -C'*inv(R)*C; -C'*(eye(rowd)-D*inv(S)*D')*C -(A- -B*(eye(cold)-D*inv(R)*D)*B' -(A- Luận văn cao học 104 X=X2/X1; else sysk=[]; disp('Cannot solve GCARE'); return end [Z1,Z2,fail]=ric_schr(Hamz); if fail==0 Z=Z2/Z1; else sysk=[]; disp('Cannot solve GFARE'); return end factor=1.05; F=-S\(D'*C+B'*X); %H=-(B*D'+Z*C')/R; sig=eig(Z*X); emax=1/sqrt(1+max(real(sig))); gammin=1/emax; gamma=factor*gammin; rowZX=size(Z*X,1); Q=(1-gamma^2)*eye(rowZX)+X*Z; Ak=A+B*F+gamma^2*inv(Q')*(Z*C'*(C+D*F)); Bk=gamma^2*inv(Q')*(Z*C'); Ck=B'*X; Dk=-D'; Kinf=ss(Ak,Bk,Ck,Dk); K=-evalfr(Kinf,0) set_param('mohinhconhieu/G','A','A0','B','B0','C','C0','D','D0') set_param('mohinhconhieu/W1','A','A1','B','B1','C','C1','D','D1') set_param('mohinhconhieu/W2','A','A2','B','B2','C','C2','D','D2') set_param('mohinhconhieu/Kinf','A','Ak','B','Bk','C','Ck','D','Dk') set_param('mohinhconhieu/K','Gain','K') sim('mohinhconhieu') load KQ1 t1; load KQ2 t2; figure(5) %subplot(2,1,1) plot(t1b(1,:),t1b(2,:),'r ',t1(1,:),t1(2,:),'m') ylabel('t1'); title('Output1 after ident with noise '); h2=legend('before compensate','after compensate',2); grid on; figure(6) %subplot(2,1,2) plot(t2b(1,:),t2b(2,:),'r ',t2(1,:),t2(2,:),'m') Luận văn cao học 105 ylabel('t2'); title('Output2 after ident with noise '); h2=legend('before compensate','after compensate',2); grid on; Luận văn cao học 106 TÀI LIỆU THAM KHAÛO KEMIN ZHOU, JOHN C DOYLE, KEITH GLOVER, Robust and Optimal Control, Prentice Hall, 1996 LENNART LJUNG, System identification: Theory for the User, Prentice Hall Inc., 1999 Rolf Johansson, System modeling and Identification, Prentice Hall Inc.,1993 J.BAO, J.F.FORBES and P.J.MCLELLAN, Robust Multiloop PID Controller Design: A Successive Semidefinite Programming Approach, The University of New South Wales, Sydney, Australia,1999 SIGURD SKOGESTAD, Distillation Theory, Norwegian University of Science and Technology, 2000 SIGURD SKOGESTAD, Ivar J Halvorsen , Dynamics and Control of Distillation Columns, A Tutorial Introduction, Norwegian University of Science and Technology, 1997 DR M.J.WILLIS, Selecting a Distillation Column Control Strategy, University of Newcastle, 2000 Đồng Só Thiên Châu, Điều khiển thích nghi bền vững, Luận văn tốt nghiệp Cao học khoá 12, Ngành Điều Khiển Học Kỹ Thuật, ĐH Bách Khoa Tp HCM A.Umut Genc, A State –Space Algorithm for Designing H ∞ Loop Shaping PID Controllers, University of Cambridge, 2000 10 Glover K., Mc Farlane D., A Loop Shaping Design Procedure Using H ∞ Synthesis, IEEE Transaction on Automatic Control, vol.37, No.6, ,June 1992 11 Robust Control Toolbox User’s Guide, Mathworks Inc 12 LMI Control Toolbox User’s Guide, Mathworks Inc 13 System Identification Toolbox User’s Guide, Mathworks Inc 14 Nguyễn Thị Minh Hiền, Công Nghệ Chế Biến Khí Tự Nhiên Khí Đồng Hành, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, 2002 Luận văn cao học 107 15 Operation Manual of Gas Processing Plant, 1997 16 Ernest S Armstrong, Robust Controller Design for Flexible Structures Using Normalized Coprime Factor Plant Descriptions, NASA Technical Paper 3325, May 1993 17 Nguyeãn Vieãn Quốc, Điều khiển bền vững cánh tay mềm dẻo, Luận văn tốt nghiệp Cao học khoá 12, Ngành Điều Khiển Học Kỹ Thuật, ĐH Bách Khoa Tp HCM 18 Vidyasagar M., Schneider H., Francis B., Algebraic and topological aspects of feedback stalibization, IEEE Transaction on Automatic Control, vol.AC-27, p.880-894,1982 19 Mark R Tucker, Daniel J.Walker, RCAM Design Challenge Presentation Document: An H ∞ Approach, April 1997 20 Mohammed Dahleh, Munther A Dahleh, George Verghese, Lectures on Dynamic System and Control, Department of Electrical Engineering and Computer Science Massachuasetts Institue of Technology 21 Jie Feng, A Study of Optimality in the H ∞ Loop Shaping Design Method, Darwin College Cambridge, Sep 1995 22 George Papageorgiou, Robust Control System Design H ∞ Loop Shaping and Aerospace Applications, Darwin College Cambridge, July 1998 Luận văn cao học LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên học viên : HOÀNG TUẤN HÙNG Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 10/8/1979 Nơi sinh : Nghệ An Địa liên lạc: : C2/5 KP1.P Long Bình Tân Tp Biên Hoà.T Đồng Nai QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1997-2002: Học đại học trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh 2002-2004: Học cao học trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC 2002 đến nay: làm việc nhà máy xử lý khí Dinh Cố thuộc Công Ty Chế biến Kinh doanh sản phẩm khí Việt Nam(PETROVIETNAM GAS) ... cột chưng cất phương pháp điều khiển cột chưng cất thỏa mãn yêu cầu cho trước 3.2 3.2.1 Nguyên lý hoạt động khái niệm cột chưng cất Nguyên lý hoạt động cột chưng cất Luận văn cao học 41 Cột chưng. .. TOÁN CHO CỘT CHƯNG CẤT 3.1 Giới thiệu chung 40 3.2 Nguyên lý hoạt động khái niệm cột chưng cất 41 3.2.1 Nguyên lý hoạt động cột chưng cất 41 3.2.2 Các khái niệm hoạt động cột chưng cất 43 3.2.2.1... trình thiết kế cột chưng cất 3.5 Ví dụ minh họa 55 55 56 Chương 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG CỘT CHƯNG CẤT 4.1 Đặt vấn đề 58 4.2 Mô hình hệ thống khảo sát 59 4.3 4.2.1 Sơ đồ điều khiển 59 4.2.2