Dai Học Bách Khoa Hà Nội Luin Van Thae S¥ Khoa Hoc LOL CAM DUAN Tôi xin can đoan bản luận văn tốt nghiệp nảy là công trình nghiên cửu thực sự của cá nhân. được thực hiên trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức +mh điển, nghiên cứu khảo sát tỉnh hình thực tiễn và dưới sự hưởng dẫn khoa học của PGS.TS Phan Xuân Minh Các số liệu, mô hình toán và những kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bó trong bắt kỳ công trình khoa học nào. ‘Tae giá luận vẫn Lương Văn Kiên Didu Khién và Tự Dộng Hóa 1 Tác Giả Tương VanKién Dai Học Bách Khoa Hà Nội Luin Van Thae S¥ Khoa Hoc MỤC LỤC LI CAM ĐOAN. esiriirieerriierrie MỤC LỤC.
essen tạ DANH MỤC CÁC KÝ HIỂU VÀ CHU VIVIẾTT,TÁT. awe DANH MUC CAC BANG BIẾU. cọ HnHnHadeerrerirrrrrrdcie DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐÔ THỊ. LỜI MỞ ĐÀU.
" ta CHƯƠNG L LÔNG QQUAN va ĐỀU KEIEN DDỰ BÁO DỰA AMOHHĨNH 9 11 GIỚITHIỆUCHURG.2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA MPC.- 13 CAC YEU TO CUA MPC 13 143.1 Mê hình dự báo 13 1.2 Phiểm hàm mục tiên H 143.3 Luật điều khiển.4 MOT SO THUAT TOAN MPC 1? CHƯƠNG 2 MÔ TIÌNI HÓA DỐI TƯỢNG DIÊU KHIÊN BẰNG MÔ HÌNH MG. Mô hình mờ, - 220 2.3 Cơ chế zuy diễn mở.2 Mã hinh hóa hệ động học bằng mô hinh mở 32 2.1 Lya chon thành phản vector hỗi quy.3 Riễu diễn luật suy diễn cơ sở.3 Phương pháp huần luyên mô hình. CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ THUẬT TOÁN ĐIÊU KHIỂN MPC TREN CƠ SỞ MÔ HÌNH MỞ 3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BẢO NÙ.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN TÔI CŨ MMPC.1 Các phương pháp thông thuờng,.3 Phương pháp giải thuật di tuyén (Genetic Algorithm).3 Phương pháp Giới hạn và rế nhãnh (Branch and Bound).
Didu Khién và Tự Dộng Hóa H Tác Giả Tương VanKién Dai Học Bách Khoa Hà Nội Luin Van Thae S¥ Khoa Hoc CHUONG 4 UNG DUNG PHUGNG PHAP BIEU KEIEN DY BAO TUA MO HINH MO CHO HE THONG DIEU KHIEN NHIET ĐỘ BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT BIEN VA MO PHÒNG KIÊM CHỪNG .1 GIG] THIEU TONG QUAN VỀ CHU TRÌNH NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN. Giới thiệu tổng quan nhà máy nhiệt điện Phá Lai. Chu trinh chinh cửa nhà này nhiệt điện.XA¥ DUNG M6 HINH MG CHO BẢO HƠI 65 42. Tổng quan về lò 65 4.
Thu thập bộ dữ liêu vào ra. Xây đụng mô hình dự báo mở cho đối tượng bao hơi. THIẾT KE BỘ ĐIÊU KHIẾN DỰ BẢO NHIỆT ĐỘ BAO HƠI - 81 4. Thiết kế bộ điều khiển đu bảo nhiệt độ bao hơn trên cơ sở giải bài toán tối ưu bằng.
phương pháp Giải thuật di trayén (Genetic Algorithm). Thiết kế bộ điền khiển dự bảo nhiệt độ bao han trên cơ sở giải bài toán tối mì bằng. phương pháp Giỏi hạn va ré nhanh (Branch and Bound). Mô nhằng và kiểm chứng trên nên Mallab-Simniink.
Mê phỏng và kiểm chứng ảnh hưởng của các trọng số lần chất luợng đần ra. 5o sảnh chất lượng hệ thống điều khiển khi sử dụng các giải thnật tối tm. Nhận xét và dank gra. 90 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN 9 TÀI LIỆU THAM KHẢO.ĐB) Didu Khién và Tự Dộng Hóa 4 Tác Giả Tương VanKién Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tận Văn Thạc Sỹ Khoa Học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỎ THỊ Hình 1.1 Sơ đỗ khỏi hệ thông điều khiển dự bảo.
Chiến lược điều khiển dự báo.3 > Quỹ đao quạ chiếu. Phương pháp giải mờ cực đại Hinh 2. Sở đồ hình cây 5 Hình 3. Céu tric b6 diéu khién MPC voi Mé hinh déi tương làl Mô hình mờ.
Banh xe quay Roulette.3, So dé dure thi giải thuật đi truyền Hinh 3. Sa dé minh hoa Branch and Boun Hinh 4. Téng quan ch trình chính của lới và nước` nhà máy nhiệt điên Phả lại2. Hinh 42 Hệ thẳng nước tuần hoàn chít U trong bình ngưng.
Chụ trình gia nhiệt hạ áp.4 Chu trình gia nhiệt cao dp. Cấu tạo lò hơi B2K-220-100-10C Hình 4. Bộ dữ liệu vào ra. Kết quả nhận dang đổi tượng.
Kết quả sau khi xác định câu trúc của mô hình mờ. Kết quả luầẫn luyện và kiểm chủing mô hình Hinh 4. Đặc tỉnh động của hệ thông. Ddp img voi 2 =0.
Bap img voi A =0. Ddp ting voi raon_bi Hinh 4. Dap từng khi ting khong dic bdo Hp=8. Dap img theo phirong phiio B&B.
BG diéu khién MPC sit chong giải thuật dĩ tr Hình 4. B6 diéu khién MPC sirdung gidi B&B. Piéu Khién va Ter Động Hóa 6 Tác Giả Lương VănKiên Đại Học Bách Khoa Hà Nội Luan Van Thạc Sỹ Khoa Học - Sử dụng sách lược lùi xa (receding strategy), tức là tại mỗi thời điểm chỉ tín hiệu điều khiển đầu tiên trong chuỗi tin hiệu điều khiến da tinh toán được sử dụng, sau đỏ giới hạn dự báo lại được dịch di một bước vẻ phía tương lai Thuật toán điều khiên dự báo hiệu chuân Hình 1.Sơ đồ khôi hệ thống điều khiến dự báo Các thuật toản MPC khác nhau chỉ không giống nhau ở mô hình toán học mô tả đổi tượng/quá trình, ôn nhiêu và phiểm ham mục tiêu cân tôi thiêu hóa, Do tinh khả mở của phương pháp MPC, nhiều công trình đã được phát triển và được thừa nhận rộng rãi trong công nghiệp vả nghiên cứu. Thảnh công của các ứng dụng điều khiển dự bảo không chỉ trong công nghiệp ché bien ma con trong rat nhiêu quá trình đa dạng khác, từ điều khiển robot cho tới gây mê lâm sảng (y học).
Các ứng dung MPC trong công nghiệp xi măng, tháp sảy, tháp chưng cất, công nghiệp PVC, máy phát h ơi nước hay động cơ servo cũng đã được giới thiệu trong nhiều t ải liệu khác nhau. Chất lượng tốt của những ứng dụng này cho thay MPC cé kha nang đạt được những hệ thông điều khiến hiệu quả cao, vận hành lâu dài và bên vững MPC thể hiện một loạt các ưu điểm so với các phương pháp điều khiển khác, trong đó nỗi bật là Điều Khiễn và Tự Động Hóa 10 Tac Gia Luong VanKién Dai Học Bách Khoa Hà Nội Luin Van Thae S¥ Khoa Hoc DANH MUC CAC KY HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TÁT MPC Điều khiển dự báo theo mỏ hinh TMPC Điều khiển dự báo theo mô hình ruờ GPC Điều khiển dự báo tổng quát Fis TIệ thống suy luận raở MIMO Nhiều váo, nhiễu ra SISO "Một vào, một ra MISO Nhiều vào, mội ra. SIMO Một vào, nhiều ra y Tín hiệu ra bương lai w Tín hiệu đặt u Tím hiệu điều khiển hy Giới bạn dưới tiền dự báo Hp Giới hạn trên miễn đự bảo He Giới lạm nuễn điều khiển Gas Giải thuật dĩ truyền B&B Phuong pháp giới hạn và rẽ nhánh (Branch and Bound) Ø(7).A(7) _ : Chuỗi cáo trọng số điều chính F Tap mo { Tập nên 1 Số luật hợp thành M Số hảm thành viên. Didu Khién và Tự Dộng Hóa # Tác Giả Tương VanKién Dai Học Bách Khoa Hà Nội Luin Van Thae S¥ Khoa Hoc CHUONG1 —_ ` TONG QUAN VỀ DIEU KHIÊẾN DỰ BÁOTỰA MÔ HÌNH 11 GIỚI THIỆU CHUNG Diéu khién dy bao theo mé hinh (MPC — Model Predietrve Control) là một công cụ mạnh cho điều khiển các quá trình công nghiệp, đặc biệt là các quả trình phi tuyên, nhiễu vào — nhiều ra.
Kế từ khi ra đời cách nay khoảng bên thập. kỹ, phuếømg pháp này đã phát triển đáng kể trong lãnh vực nghnên gứu về điều kiển cũng như ứng dụng trong quả trình công ngluệp. MPC có lẽ lả giải pháp tổng quái nhất cho thiết kế bộ điều khiển trong miễn thời gian, có thể áp dung cho hệ tuyến tính cũng như phi tuyến, đặc biét 14 khi ma tin hiệu đặt là biết trước. Ngoài ra MPC cũng có thẻ điều khiển các quá tr ình có tín hiệu điều khiển bị phận, có các điều kiên răng buộc.
Tuy nhiên, do sử dụng các điêu kiện hạn chế, rất khó chứng rrnnh dược tính ổn dịnh và bén ving về mặt lý thuyết của hệ MPC, mặc đủhậu hết các ứng, dụng được tổng kết đều cho thây độ ôn định nhất định. Dây có thể nói là một trở ngại dé MPC duoc phổ biến rộng rãi hơn trong Tĩnh vực nghiên cứu vẻ điền khiến. Mặc du vậy, những kết quả mới đầy hứa hẹn tiện nay cho phép chứng ta nghĩ đến việu mở rộng hơn nữa kỹ thuật điều khiển nay trong tương lai. Tư tưởng chính của bộ điều khiến dụ báo theo mỏ hình là.
- Luật điền khiển phụ thuậc vào nhĩữmg hãnh vì được dự báo. - Sử dụng một mỗ hình toán học để dự báo đầu ra của đối tượng quả trình tại các thời điểm trong tương lai (gọi là miễn giới hạn đự báo — prediction horizon) - Chuỗi tín hiệu điều khiển tuong lai trong gidi han diéu khién (control horizon) sẽ được tính toán thông qua việc tối thiểu hỏa một phiếm hàm mục tiéu (cost function). Didu Khién và Tự Dộng Hóa 9 Tac Gia Larong VanKién Dai Học Bách Khoa Hà Nội Luin Van Thae S¥ Khoa Hoc đầu vào và nhiều đầu ra. Hệ thống điều khiển lô hơi là một hệ thông diéu khiến phức tạp, giám sát và điều khiển hàng trầm tham số.
TIệ thống có cấu trúc phức tạp với hàng trăm mạch vòng điều khiến khác nhau. Trong đó hệ thống điểu chỉnh nhiệt độ bao hơi là một trong những khẩu quan trọng của hệ thống diều khiến lò hơi. Nhiệm vụ của hệ thống này là đảm bảo tương quan lượng nước dưa. vào lò hơi và nhiệt độ bao hơi.
Khi tương quan nảy bị phá vỡ thì mức nước trong bao hơi sẽ không được kiểm soát và sẽ dẫn tới sự cổ ở tuabin hay lò hơi, có thể sẽ làm giảm năng suất bốc hơi của bao hơi, giảm nhiệt đồ bao hơi ảnh. hưởng lới sự vận hành của tuabm, hoặc có thể gây nỗ hệ thống éng sinh hei Việc tự động điều chính nhiệt độ bao hơi là một trong những khâu trọng yếu của các hệ thống điều chính tự động lỏ hơi, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiến lò hơi. Chỉnh vì vậy, em di chon dé tài tốt nghiệp là: “Điều khiển nhiệt độ bao hơi cho nhà máy nhiệt Điện trên cơ vỡ điều khiẫn dự báo tựa mỗ hình mở (Temperature Control for Steam Tank of Thennal Powerplant based on Fuzzy Model Predictive Controller ) Sau thời gian miệt mái với sự cổ gắng của bản thân củng với sự giúp đỡ tan tinh ofa cae thấy gô giáo trong bộ môn Điều Khiển Tự Động, đặc biết là sự hướng dẫn trục tiếp của cò giáo PGS.TS Phan Xuân Mình, em dã hoàn thành xong luận văn tốt nghiệp của mình.