Phương pháp độ cao

c. Thiết bị điều chỉnh PID dựa trên PLC

3.4.2.2 Phương pháp độ cao

Phương pháp này giá tri mỗi tâp mờ ịi , (y) đươc xấp xỉ bằng mơt căp giá tri

(singleton), trong đĩ Hk là đơ cao của p , (y), và yk là mơt điểmBk mẫu trong miền giá tri của p . (y), điểm mẫu được chỉ ra trên hình 3-14 (thường là

PB' (yk)=Hk

lúc đĩ giá trị rõ y’ được tính theo biểu thức:

í y > H ,

y' = --- (3.28)

Ị y k

3.5.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh

Các bộ điều khiển mờ tĩnh là những bộ điều khiển cĩ quan hệ vào/ra y(x) trong đĩ X là đầu vào và y là đầu ra , theo dạng một phương trình đại số (tuyến tính hay phi tuyến). Các bộ điều khiển tĩnh điển hình là những bộ khuếch đại p, bộ điều chỉnh Relay hai vị trí. . .

- Thiết kế một bộ điều khiển mờ chí cĩ thể thực hiện được nếu như chuyển được những kinh nghiệm và hiểu biết về hệ thống thành các luật điều khiển. Trong trường hợp việc chuyển đổi đĩ khơng thực hiện được ngay , việc thiết kế vẫn cĩ thể

được tiến hành theo phương pháp học như Neuro-Fuzzy-Logic hoặc mạng Neuron, nhưng những phương pháp phương trình "tự học" này đều địi hỏi hoặc là bộ điều khiển đã biết trước hoặc là nĩ sẽ tự đi tìm và xây dựng mơ hình nghịch đảo của đối tượng. Bởi vậy cũng khơng nên trơng đợi nhiều vào những phương pháp này vì

ET

Bộ điều khiển

mờ tỷ lệ Giải mờ

~(5k ca JêX fìỉịỊÙnh: (Điều khiên tư ĩtồnụ

Thiết bị đo

Hình 3.15 Bộ điều khiển mờ tĩnh

p

y Đối tượng

* Thuật tốn tổng hợp một bộ điều khiển mờ tĩnh

Bài tốn dăt ra

Cho trước hàm hai biến g(x),

X = 'V

CĨ miền xác định là X.

Hãy tổng họp một bộ điều khiển mờ tĩnh trên X cĩ đường đặc tính y(x) của quan hệ truyền đạt "gần giống" đường g(x) đã cho.

Bài tốn chỉ xét trên phạm vi bộ điều khiển cần tổng hợp tín hiệu đầu vào là Xj,x2 và 1 tín hiệu ra là y. Vậy bài tốn tổng hợp cĩ thể mở rộng nhiều đầu vào và một đầu ra.

Thuât tốn tổng hơp bỏ điểu khiển mờ

1) Định nghĩa tập mờ

N, tập mờ đầu vào A* Ị,A2|, . . . , A N I , trên khoảng a'i b'i c'i d'iM A Ư Y ^ Hàm liên thuộc của các tập mờ đầu vào với i Hình 3.16

= 1;2 vàj = 1;2, . .., Nj

N2 tập mờ đầu vào A'2,A22, . . . , AN2, trên khoảng [a9,p9]của X9CĨ hàm liên thuộc pAj2(x2), j = 1,2, . . . , N2 dạng hình thang cho trong (hình 3.16) sau, với a'2 = b'2 =

= p2

Ký hiệu các giá trị e'i = (Xi, eNij = pi và^; = — Ci cho i = 1; 2 và j = 2; 3,. , Nị-1.

vc2 J

Xi Hình 3.17 Tập các hàm liên thuộc các tập mờ đầu

2) .Xây dựng các ỉuạt đìêìi khiển .

Thiết lập tất cả N l x N 2 các luật điều khiển theo cấu trúc : N Ế U X l = Ap , V À %2 THÌ Ỵ = Bpq, Trong đĩ p = 1,2, . .. , N| và q = 1 , 2 , . . . , N2 3) Chọn thiết bị họp thành. 'x\o' =mìa Để ý rằng PB 00 là một hàm Kronecker nên : N{ N2 ị \ (xoi)/o> (*01 )M4 1' 4) Chọn phưong pháp giải mờ

Chọn phương pháp độ cao để giải mờ và để ý rằng các liên thuộc là hình

/ 7,

~(5k ca fìỉịỊÙnh: (Điều khiên tư ĩtồnụ

y =

Ế y k H k

k-i k=\

Cho phương pháp điểm trọng tâm và nguyên tắc triển khai Sum - Min với quy ước Singleton ( phương pháp độ cao ), trong đĩ yk là điểm mẫu thoả mãn M B k ( y k ) = H k

và (3.31) cĩ được

V, N2 Ị \

ỴL\Nt N2 / \

p= 1 9 = 1

Đường đặc tĩnh của quan hệ truyền đạt bộ điều khiển mờ vừa thiết kế được suy ra từ (3.31) ta cĩ:

p=N},q=NịI\ị ,<Ị=Jyf \ * x ) = •***

p=\ ,Í/=1

Sai số giẵy g(x) và y(x) của bộ điều khiển mờ tổng hợp được cĩ cơng

|/l = sup|/tì|(2-4-7) xeX

àg âx :

, i = 1,2 mà điều này sẽ xảy ra nếu đĩ là hàm liên tục (trong

khơng gian Compact, thì với một e) thích hợp sao cho \\g-y\L<e

và giải p

Đ 2

3.5.2 bộ điều khiển mờ động.

Bộ điều khiển mờ động là những bộ điều khiển phối hợp giữa hệ kinh điển (các khâu P,I,D) với hệ mờ.

o o Luật điều T T Ỉ2 y y

Hình 3.18 Bộ điều khiển mờ động với 2 đầu vào và 2 đầu ra.

Sự biến đổi tín hiệu sai lệch đầu vào ET theo thời gian cĩ thể xác định bằng đạo hàm của sai lệch . Đạo hàm DET được lấy từ đầu của khâu D kinh điển giúp cho bộ điều khiển phản ứng kịp thời với các biến động đột suất cả các đối tượng . Với luật điều khiển tích phân hệ thống cĩ khả năng đạt sai lệch tĩnh bằng khơng , hay nĩi một cách khác , hệ thống sẽ cĩ độ chính xác cao nhất. Đầu ra của thiết bị hợp thành được nối ghép với các khâu tích phân ký hiệu II,II.Trước các đầu vào DET1,DET2 là các khâu vi phân D1,D2.

Các đầu vào ET1,ET2 của hệ mờ thu thập các tín hiệu sai lệch tức thời giữa các tín hiệu chủ đạo Xj,x2 và tín hiệu ra y,,y2 của hệ thống . Cịn các đầu vào DET1,DET2 cung cấp các thơng tin về đạo hàm của sai lệch giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra. Đầu ra của bộ điều khiển mờ khơng phải là tín hiệu điều khiển Uị,u2

dii\ du2

tín hiệu đĩ . chí sau khi qua khâu tích phân 11,12 lúc đĩ mới được tín hiệu điều khiển u, và u2 cho đối tượng.

du dt ) Luật hợp thành Thiết bị hợp thành và giải mờ Fưzzy hố T

~(5k ca JêX fìỉịỊÙnh: (Điều khiên tư ĩtồnụ

tích phân ET của sai lệch . Đầu ra của bộ điều khiển mờ chính là tín hiệu điều khiển u(t). Mơ hình tốn học của bộ PID theo thuật tốn chỉnh định cĩ dạng :

( 1 t d ^

uự) = K ET + — j ETdt+ TD — ET

V TỊ 0 dt

Với thuật tốn PID tốc độ , bộ điều khiển PID cĩ 3 đầu vào :

Sai lệch ET giữa tín hiệu đầu vào và tín hiệu chủ đạo , đạo hàm bậc nhất DET1 và

đạo hàm bậc hai DET2 của sai lệch . Đầu ra của hệ mờ là đạo hàm bậc —— của tíndu

dt

Do trong thực tế thường cĩ một trong hai thành phần trong (3.34), (3.35) được bỏ qua nên thay vì thiết kế một bộ điều khiển PID hồn chỉnh người ta lại thường tổng họp các bộ điều khiển PI với mơ hình sau.

(3.36)

hay bộ điều khiển PD với mơ hình

f d

u(t) = KịET+TD

3.5.2.2. BỘ điều khiển mờ theo luật I

Một bộ điều khiển mờ theo luật I cĩ thể thiết kế từ một bộ điều khiển mờ theo luật p (bộ điều khiển mờ tuyến tính ) bằng cách nối tiếp một khâu tích phân kinh điển vào trước hoặc sau khối mờ đĩ . Do tính phi tuyến của hệ mờ , nên việc mắc khâu tích phân trước hay sau hệ mờ hồn tồn khác nhau .

d d

Nhiễu

Hình 3.19 Mơ hình điều khiển mờ theo luật I

dyOTrrõ: OltỊuựỄn 7ƠÓÌ Qlam tềe - 67- *§> SO): PHẠM VIỆT ANH JC3sm

3.5.2.3. Bộ điều khiển mờ PI

Bộ điều khiển mờ PI cĩ thể thiết kế từ bộ điều khiển mờ p (bộ điều khiển mờ tuyến tính) bằng cách mắc nối tiếp một khâu tích phân kinh điển vào trước hoặc sau

khối mờ đĩ. Do tính phi tuyến của hệ mờ, nên việc mắc khâu tích phân trước hay

X _ET o Luật hợp thành Thiết bị đo Đối tượng y Hình 3.20 Bộ điều khiển mờ PI

Sơ đồ hình 3.20 dùng khâu tích phân mắc ở đầu ra của hệ mờ. Với bộ điều khiển mờ hình 3.20 thì đầu vào bộ điều khiển mờ vẫn là sai lệch ET đầu ra của bộ điều khiển là tín hiệu điều khiển đối tượng.

3.5.2.4. Bộ điều khiển mờ PD

X ET

DET

Đối tượng

Thiết bị đo

Hình 3.21. Bộ điều khiển mờ PD

y

Khi mắc thêm ở đầu vào bộ điều khiển mờ theo luật tỉ lệ một khâu vi phân ta cĩ một bộ điều khiển mờ theo luật PD hình 3.21. Thành phần của bộ điều khiển này gồm sai lệch giữa tín hiệu chủ đạo và tín hiệu ra ET cùng đạo hàm của sai lệch DET. Thành phần vi phân giúp cho hệ thống phản ứng chính xác hơn với những biến đổi lớn của sai lệch theo thời gian. Như vậy, đầu vào bộ điều khiển cĩ các biến

ngơn ngữ ET và biến ngơn ngữ DET, đầu ra bộ điều khiển mờ là các biến ngơn ngữ p để điều khiển đối tượng. Với các luật điều khiển xác định ta sẽ tổ hợp được bộ

qrOTCrO: C7h<s. Qlạuụễn Tơtừù Qtam tềe -68- *§> &V: PHẠM VIỆT ANH JC38m

CHƯƠNG IV

ỨNG DỤNG BỘ ĐIỂU KHIÊN KINH ĐIÊN VÀ BỘ ĐlỂU KHIÊN MỜ CHO ĐỐI TƯỢNG CƠNG NGHIỆP - LỊ NUNG LIÊN TỤC

4.1 Tổng quan về lị nung liên tục

4.1.1 Khái quát về lị nung liên tục:

Lị nung liên tục là kiểu lị mà vật nung được chuyển động dọc theo chiều dài của lị, thường ngược chiều với chiều chuyển động của luồng nhiệt trên những xe đẩy, trên các xà đỡ, trên đáy liền hoặc trên các đáy bước, đáy chuyển động, khi một phơi hoặc một xe cho vật nung được đẩy vào thì một phơi hoặc một xe sẽ được đẩy ra khỏi lị. nhiệt được cung cấp vào những vùng nhất định theo chiều dài. Lị nung liên tục được sử dụng trong nhiều lĩnh vực cơng nghệ như: Nung gạch, gốm, súe, (lị hầm, lị tuynen) và nung các phơi kim loại cho máy cán nĩng là một kiểu lị nung được dùng phổ biến nhất trong các xưởng cán, ở đây chúng tơi chí đề cập đến các lị nung liên tục dùng đế nung các phơi kim loại cho các máy cán. tuỳ theo sự phân bố nhiệt độ trong lị mà người ta chia thành các loại lị hai, ba vùng hoặc nhiều hơn (bốn, năm vùng....) tuỳ theo khơng gian của lị được bố trí các thiết bị đốt như thế nào.

Trong các lị hai vùng, khơng gian được chia thành vùng sấy và vùng nung, trong đại đa sĩ các trường hợp, thiết bị đốt được bố trí trong vùng nung ở phía tường chính diện hoặc cĩ thể được bố trí thêm ở hai phía tường bên khi cần đảm bảo nhiệt độ cao ttheo chiều dài vùng hoặc để cường hố quá trình nhiệt.

Về cấu tạo, chiều cao vùng sấy được hạ thấp hơn vùng nung để tránh sự bức xạ

trực tiếp từ vùng nung sang, vùng sấy được thiết kế đế sử dụng nhiệt của sản vật cháy từ vùng nung đi qua nên nhiên liệu cần phải được cháy hồn tồn trong vùng nung, nhiệt độ vùng nung được duy trì khoảng 1300 đến 1350°c. để tránh làm chảy bề mặt kim loại, khi nung hai mặt, cĩ thêm vùng nung dưới, nhiệt độ vùng này thường trong khoảng 1250 đến 1300°c. những giới hạn trên của các nhiệt độ được sử dụng khi dùng quy trình lấy xỉ nung dạng lỏng, khi nung các vật đầy, người ta thường nung cường hố đến nhiệt độ yêu cầu của bề mặt kim loại sau đĩ sẽ đưa sang vùng đồng nhiệt để làm đồng đều nhiệt độ theo tiết diện, theo nguyên lý, vùng đồng nhiệt nhiệt độ sản vật cháy được duy trì khơng đổi.

Như vậy, về cấu tạo cần thêm vùng thứ ba là vùng đồng nhiệt, khi nĩi đến cá lị

nung nhiều vùng (nhiều hơn ba) cần phải hiểu đĩ là thêm các vùng nung , khơng phải thêm các vùng đồng nhiệt hoặc vùng sấy. trong vùng đồng nhiệt, nếu nhiên liệu khơng cháy hết, sẽ tiếp tục cháy trong vùng nung.

Nĩi chung, đối với cá lị nung liên ba vùng thường dùng các chế độ nhiệt như

Nhiên liệu dùng trong các lị nung liên tục thuờng là các khí hỗn họp cĩ nhiệt trị khoảng 1800 đến 1900 kcal/m3 hoặc nhiên liệu lỏng (dầu madut). trong thực tế để sử dụng nhiên liệu cĩ hiệu quả và đạt được nhiệt độ cao, trong các lị nung liên tục người ta dùng các mỏ đốt đảm bảo trộn lẫn tốt khí đốt với khơng khí như mỏ đốt tự hút để kết thúc quá trình cháy trong các vùng riêng biệt, các mỏ đốt lồng ống vẫn được dùng, nhưng độ trộn lẫn kém hơn nên cũng như khi dùng nhiên liệu lỏng, quá trình cháy thường kéo dài sang vùng sấy.

4.1.2. Các thơng sơ kỹ thuật, kinh tế:

4.1.2.1 Nhiệt độ của kim loại:

Để đảm bảo nhiệt độ phơi khi cán, nhiệt độ mặt kim loại khi ra lị thường phải lớn hơn 1200°c (khoảng 1200 đến 1300°c) với độ chênh nhiệt độ trong thỏi trong phạm vi cho phép của cơng nghệ.

Nhiệt độ bề mặt của phơi thường được đo bằng hoả kế, ví dụ hoả kế quang điện, nhưng phép đo sẽ khơng chính xác, thường mắc các sai số do phải đo qua mơi trường khí hấp thụ bức xạ và thực tế khơng đo nhiệt độ bản thân kim loại mà là

nhiệt độ của xỉ nung trên bề mặt kim loại, ngồi ra cịn chịu ảnh hưởng của bức xạ tường lị. mặc dù vậy nhưng đo nhiệt độ kim loại trực tiếp trong lị cũng cho phép ta

cĩ những số liệu tương đối, đặc trưng cho quá trình nung kim loại ở những vùng khác nhau tuỳ thuộc nhịp độ cán và cơng suất nhiệt của lị. cũng rất cần thiết phải đo nhiệt độ của từng phơi trong quá trình chuyển dịch trong lị và nhiệt độ của tường lị ở vùng mà phơi đĩ đang được nung.

Cùng với số đo nhiệt độ của thỏi kim loại khi cán trên máy, các số liệu trên rất cần thiết để xác định năng suất lị, phát hiện các sự cố cũng như quyết định chế độ nhiệt độ của lị. Nhiệt độ bề mặt của phơi nung khơng đặc trưng cho nhiệt độ phơi nung theo tiết diện, thực tế độ chênh nhiệt đọ theo tiết diện dao động trong một khoảng lớn và vấn đề độ chênh nhiệt độ cho phép cũng chưa rõ ràng, phụ thuộc vồ

nhiều yếu tố như mác thép, các chủgn loại phơi, các chủgn loại sản phẩm cán. Các nhà máy thường cĩ các yêu cầu cao về độ chênh nhiệt độ cho phép của phơi nung do đĩ yêu cầu về vận hành, điều khiển chế độ nhiệt của lị cũng rất chặt chẽ. thơng thường đối với thỏi cĩ chiều dầy lOOmm độ chênh nhiệt đọ cho phép khơng quá 20

đến 25°c, với thỏi cĩ chiều dầy 400mm độ chênh nhiệt độ cho phép khơng quá 50 đến 60°c.

4.1.2.2 Lượng kim loại bị o xy hố:

Các sản vật cháy sẽ o xy hố kim loại khi nung, việc xác định lượng kim loại

4.1.2.3 Năng suất lị:

Khi đánh giá năng suất lị nung người ta thường dùng khái niệm thời gian nung

riêng và cường độ nung đáy lị hiệu dụng.

Thời gian nung riêng được biểu thị bằng cơng thức:

z= —

s

t: thời gian nung của một phơi trong lị, tính bằng giờ s: chiều dầy của phơi nung, tính bằng cm

Z: thời gian nung riêng, đơn vị phút/cm

Theo cơng thức trên khi nung trong lị liên tục 3 vùng cĩ thể tính thời gian nung riêng z theo cơng thức:

z = (5 + 0,1 .S) phút/cm

Cường độ nung đáy lị hiệu dụng ( đáy lị hiệu dụng bằng chiều dài lị nhân với

chiều dài vật nung nghĩa là diện tích xếp vật nung ) được tính theo: HHD = 0,6.| (kg/m2h)

Vì khối lượng riêng của thép: /=7850 (kg/m3)

nên: Hhd=^P (kg/nrh)

Trong thực tế, cĩ thể đạt được z = 5,5 đến 6 phút/cm và tương ứng là cường độ

nung đáy lị hiệu dụng 780 đến 860 kg/nrh.

TH : điện thế kế chỉ thị nhiệt độ bề mặt thỏi cán ( tín hiệu từ hoả kế quang điện đặt sau giá cán đầu ).

Các dụng cụ đo hiển thị nhiệt độ:

TI 31: nhiệt độ khơng khí nĩng vùng đồng nhiệt. TI 32: nhiệt độ khí đốt vùng nung dưới.

TI 33: nhiệt độ khí thải vào buồng trao đổi nhiệt khí đốt.

TI 34: nhiệt độ khí thải trước khi vào thiết bị trao đổi nhiệt khơng khí. TI 35: nhiệt độ khơng khí nĩng vùng nugn trên.

TI 36: nhiệt độ cuối vùng sấy.

TI 37: nhiệt độ khí thải sau buồng trao đổi nhiệt khí đốt.