6. Bố cục của luận án
1.3.3 Bài toán xây dựng mô hình hộp xám của lò hơi
Rất nhiều các phương pháp điều khiển hiện đại đều sử dụng mô hình toán học của hệ thống được mô tả dưới dạng các phương trình trạng thái sau:
( ) ( ), ( ), ( ) ( ) ( ), ( ), ( ) x t f x t u t w t y t g x t u t v t (1.1)
Trong đó và là các véc tơ hàm đa biến và là hàm trơn, ( ) là vec tơ biến f g x t
trạng thái đo được, ( ) là véc tơ tín hiệu đầu vào, ( ) là véc tơ tín hiệu đầu ra, u t y t w t( ) và ( ) lần lượt là là nhiễu quá trình và nhiễu đo. v t
Để có thể áp dụng kết quả của lý thuyết điều khiển hiện đại cho đối tượng lò hơi, cần thiết phải xây dựng mô hình toán học của lò hơi dưới dạng phương trình (1.1). Giả thiết mô hình (1.1) mô tả chính xác hệ thống thực. Khi đó các tham số của mô hình đạt được dựa trên tập dữ liệu thực nghiệm được thu thập trong vòng kín, do đó mô hình nhận dạng được mô tả dưới dạng mô hình gián đoạn sau:
( 1) ( ), ( ), ( ) ( ) ( ), ( ), ( ) x k f x k u k w k y k g x k u k v k (1.2)
Qui trình xây dựng mô hình hộp xám bao gồm các bước sau (Hình 1.1):
1. Thu thập thông tin về quá trình, xây dựng mô hình lý thuyết ban đầu.
2. Thực nghiệm thu thập dữ liệu.
3. Xác định cấu trúc mô hình nhận dạng.
4. Ước lượng tham số mô hình.
5. Kiểm chứng và đánh giá mô hình.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Lò hơi là một đối tượng quan trọng trong công nghiệp, việc nâng cao chất lượng điều khiển và hiệu suất của lò hơi phụ thuộc quyết định vào chất lượng mô hình. Có ba phương pháp để xây dựng mô hình động học lò hơi, trong đó phương pháp kết hợp giữa phương pháp lý thuyết và thực nghiệm hay còn gọi là phương pháp mô hình hộp xám là phù hợp hơn cả cho mục đích điều khiển. Chương này đã trình bày tổng quan về các phương pháp mô hình hóa lò hơi, phân tích và đánh giá các kết quả đạt được từ các nhà nghiên cứu trên thế giới và trong nước. Do tính chất phức tạp của đối tượng lò hơi cùng với những khó khăn về kỹ thuật trong việc nhận dạng lò hơi khi đang vận hành, những công trình nghiên cứu xây dựng mô hình hộp xám đã công bố chủ yếu dựa trên dữ liệu thu thập trong vòng hở sử dụng tín hiệu kích thích chủ động. Phân tích đánh giá các nghiên cứu cho
15
thấy cho đến nay chưa có công trình xây dựng mô hình phi tuyến của lò hơi vận hành trong vòng kín.
Trên cơ sở đó, luận án đã xác định được nội dung cần nghiên cứu mới đó là tập trung xây dựng mô hình hộp xám của lò hơi với dữ liệu thu thập trong điều kiện hệ thống lò hơi đang vận hành bình thường, cụ thể áp dụng cho một số lò hơi tại Nhà máy nhiệt điện Phả Lại và nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh. Để thiết lập được mô hình động học cho lò hơi với độ chính xác cao để có thể sử dụng cho các bài toán điều khiển hiện đại phù hợp với thực tiễn, luận án đặt ra những vấn đề về lý thuyết cũng như thực tiễn phải nghiên cứu và giải quyết khi áp dụng những lý thuyết nhận dạng hiện đại vào các đối tượng lò hơi cụ thể.
Hình 1.1 Qui trình xây dựng mô hình hộp xám
Quá trình Các phương trình vi phân/ đại số Mô hình Kỹ thuật nhận dạng Thu thập và
phân tích dữ liệu Xác định cấu trúc mô hình
Ước lượng tham số mô hình
Kiểm chứng mô hình
16
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH LÝ THUYẾT CỦA LÒ HƠI
Các phương pháp xây dựng mô hình lò hơi đã được giới thiệu khái quát trong chương 1, trong đó phương pháp hộp xám được lựa chọn phù hợp cho mục đích điều khiển. Chất lượng của một mô hình hộp xám trước hết phụ thuộc vào chất lượng của mô hình ban đầu được đưa ra từ phương pháp lý thuyết. Dựa vào kết hợp các kết quả về mô hình hóa lý thuyết lò hơi của Aström [9], Maffezzoni [52] và Molloy [55], chương này phát triển một mô hình lý thuyết đơn giản cho lò hơi (bao hơi và bộ quá nhiệt), là cơ sở cho việc xác định cấu trúc mô hình và ước lượng tham số mô hình sau này.