Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển phản hồi đầu ra cho buồng sấy giấy đa biến

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỞ ĐẦU

1. CHƯƠNG 1: ĐỘ ẨM CỦA GIẤY VÀ CÔNG NGHỆ SẤY TRONG DÂY CHUYỀN XEO

1.1. Tóm tắt công nghệ sản xuất giấy

1.2. Công đoạn xử lý nguyên liệu

1.3. Công đoạn nấu bột

1.4. Công đoạn rửa sàng

1.5. Công đoạn tẩy trắng bột

1.6. Bộ phận ép

1.7. Bộ phận sấy và ép nóng

1.8. Bộ phận ép quang

1.9. Bộ phận cuốn và cắt cuộn

1.10. Giấy thành phẩm

1.11. Các chỉ tiêu chất lượng của giấy thành phẩm

1.12. Vấn đề độ ẩm của giấy và quá trình sấy trong dây chuyền xeo

1.13. Giới thiệu chung

1.14. Cấu hình khâu sấy

1.15. Sấy hơi và hệ điều khiển sấy hơi

1.16. Cấu tạo lô sấy

1.17. Nguyên lý điều khiển công suất sấy

1.18. Sấy đối lưu và điều khiển gió trong buồng sấy

1.19. Phương pháp sấy đối lưu truyền thống

1.20. Phương pháp sấy đối lưu kết hợp thổi gió nóng lên mặt giấy

1.21. Động học chung quá trình sấy gió

1.22. Các công trình nghiên cứu về hệ điều khiển sấy giấy

1.23. Các công trình liên quan tới công nghệ sấy giấy

1.24. Các công trình liên quan tới điều khiển quá trình sấy

1.25. Vấn đề cần nghiên cứu của luận án

2. CHƯƠNG 2: ĐỘNG HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH SẤY GIẤY

2.1. Động học quá trình sấy và điều khiển độ ẩm trong dây chuyền xeo giấy

2.2. Động học quá trình sấy cho một lô

2.3. Cấu trúc điều khiển

2.4. Động học quá trình cân bằng gió vào – ra (Zero level)

2.5. Mô hình xác định điểm không áp suất cho buồng sấy

2.6. Động học quá trình cân bằng gió vào-ra

2.7. Cấu trúc điều khiển gió vào ra

2.8. Động học quá trình nhiệt độ điểm sương

2.9. Định nghĩa nhiệt độ điểm sương

2.10. Tính toán nhiệt độ điểm sương

2.11. Xây dựng động học nhiệt độ điểm sương

2.12. Cấu trúc mạch vòng điều khiển nhiệt độ điểm sương

2.13. Mô phỏng động học và điều khiển các quá trình trong buồng sấy

2.14. Cấu trúc điều khiển và thông số để mô phỏng

2.15. Mô phỏng động học và điều khiển độ ẩm

2.16. Mô phỏng động học và điều khiển Zero level

2.17. Mô phỏng động học và điều khiển nhiệt độ điểm sương

2.18. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 3: HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐA BIẾN BUỒNG SẤY GIẤY

3.1. Khái quát cấu trúc điều khiển của các mạch vòng

3.2. Mạch vòng điều khiển độ ẩm

3.3. Mạch vòng cân bằng gió vào – ra (Zero Level)

3.4. Mạch vòng nhiệt độ điểm sương của buồng sấy

3.5. Xây dựng cấu trúc điều khiển đa biến

3.6. Khảo sát sự biến đổi của nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng sấy giấy. Kết quả mô phỏng

3.7. Thiết kế bộ điều khiển đa biến tách kênh. Hệ đa biến rút gọn

3.8. Kiểm tra động học của hệ đa biến rút gọn

3.9. Hệ đa biến dạng chuẩn

3.10. Kiểm tra và đánh giá hệ đa biến dạng chuẩn

3.11. Thiết kế điều khiển tách kênh cho hệ điều khiển buồng sấy giấy

4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MPC CHO BUỒNG SẤY GIẤY

4.1. MPC cho hệ tuyến tính

4.2. Nhiệm vụ điều khiển

4.3. Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển MPC

4.4. Thuật toán điều khiển dự báo

4.5. Cấu trúc hệ thống điều khiển MPC

4.6. MPC có một số đặc điểm nổi bật

4.7. Các thuật toán MPC tuyến tính điển hình

4.8. Thuật toán điều khiển dự báo theo mô hình (MAC)

4.9. Phương pháp ma trận động học điều khiển (DMC)

4.10. Phương pháp điều khiển dự báo tổng quát (GPC)

4.11. Điều khiển dự báo trong không gian trạng thái

4.12. Ứng dụng điều khiển dự báo GPC cho buồng sấy giấy theo [60]

4.13. Kết quả mô phỏng buồng sấy giấy dùng bộ điều khiển MPC trong Toolbox Matlab Simulink, có tên gọi là bộ điều khiển GPC

4.14. Điều khiển dự báo theo phương pháp tối ưu hóa từng đoạn trong miền thời gian

4.15. Ứng dụng điều khiển dự báo theo phương pháp tối ưu hóa từng đoạn cho buồng sấy giấy

4.16. Xây dựng mô hình buồng sấy giấy trong miền thời gian thực

4.17. Mô phỏng cho bộ điều khiển MPC tối ưu từng đoạn cho buồng sấy giấy

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

I. Giới thiệu về buồng sấy giấy

Buồng sấy giấy là một phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất giấy, nơi mà độ ẩm của giấy được kiểm soát để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Nâng cao chất lượng điều khiển trong buồng sấy là cần thiết để tối ưu hóa quá trình sấy, giảm thiểu hao phí năng lượng và đảm bảo sản phẩm đạt tiêu chuẩn. Hệ thống điều khiển phản hồi đầu ra cho buồng sấy giấy cần phải được thiết kế để xử lý các biến số như độ ẩm, nhiệt độ và áp suất không khí. Việc điều khiển các thông số này một cách chính xác sẽ giúp cải thiện hiệu suất sấy và chất lượng giấy thành phẩm.

1.1. Tầm quan trọng của độ ẩm trong giấy

Độ ẩm của giấy là một trong những chỉ tiêu chất lượng quan trọng nhất. Để đảm bảo độ ẩm giấy sau khi xeo, hệ thống sấy cần điều khiển hai thông số chính: công suất nhiệt hơi bão hòa và công suất nhiệt gió nóng. Việc kiểm soát độ ẩm không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng giấy mà còn đến hiệu suất sản xuất. Nếu độ ẩm quá cao, giấy có thể bị ướt, dẫn đến hiện tượng mưa trong buồng sấy. Ngược lại, nếu độ ẩm quá thấp, giấy có thể bị cháy. Do đó, việc nâng cao chất lượng điều khiển độ ẩm là rất quan trọng.

II. Các phương pháp điều khiển trong buồng sấy

Có nhiều phương pháp điều khiển được áp dụng trong buồng sấy giấy, bao gồm điều khiển độ ẩm, điều khiển nhiệt độ điểm sương và điều khiển cân bằng gió vào-ra. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc áp dụng các phương pháp này một cách đồng bộ sẽ giúp tối ưu hóa quá trình sấy. Điều khiển phản hồi là một trong những phương pháp hiệu quả nhất, cho phép hệ thống tự động điều chỉnh các thông số để đạt được chất lượng sấy mong muốn. Hệ thống điều khiển đa biến cũng được đề xuất để xử lý các biến số phức tạp trong buồng sấy.

2.1. Điều khiển độ ẩm

Điều khiển độ ẩm trong buồng sấy là một trong những yếu tố quan trọng nhất để đảm bảo chất lượng giấy. Hệ thống điều khiển cần phải theo dõi liên tục độ ẩm của giấy và điều chỉnh công suất nhiệt để duy trì độ ẩm ở mức tối ưu. Việc sử dụng các cảm biến độ ẩm hiện đại giúp cải thiện độ chính xác trong việc điều khiển. Hệ thống điều khiển phản hồi đầu ra cho phép điều chỉnh nhanh chóng khi có sự thay đổi trong điều kiện môi trường, từ đó nâng cao hiệu suất sấy và chất lượng sản phẩm.

III. Thiết kế hệ điều khiển đa biến

Hệ điều khiển đa biến cho buồng sấy giấy là một giải pháp tiên tiến nhằm nâng cao hiệu quả sấy. Hệ thống này cho phép điều khiển đồng thời nhiều biến số như độ ẩm, nhiệt độ và áp suất không khí. Việc thiết kế hệ điều khiển đa biến giúp tối ưu hóa quá trình sấy, giảm thiểu hao phí năng lượng và đảm bảo chất lượng giấy thành phẩm. Các thuật toán điều khiển như MPC (Model Predictive Control) được áp dụng để dự đoán và điều chỉnh các thông số trong thời gian thực, từ đó nâng cao hiệu suất và độ chính xác của hệ thống.

3.1. Ứng dụng của MPC trong buồng sấy

MPC là một phương pháp điều khiển hiện đại, cho phép dự đoán hành vi của hệ thống trong tương lai và điều chỉnh các thông số điều khiển để đạt được mục tiêu mong muốn. Trong buồng sấy giấy, MPC có thể được sử dụng để tối ưu hóa quá trình sấy bằng cách điều chỉnh công suất nhiệt và lưu lượng gió. Việc áp dụng MPC giúp cải thiện đáng kể chất lượng sản phẩm và giảm thiểu chi phí sản xuất. Hệ thống điều khiển này cũng có khả năng tự động điều chỉnh khi có sự thay đổi trong điều kiện môi trường, từ đó nâng cao hiệu suất sấy.

IV. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu về nâng cao chất lượng điều khiển phản hồi đầu ra cho buồng sấy giấy đa biến đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại như MPC có thể cải thiện đáng kể hiệu suất sấy và chất lượng giấy. Các nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc tối ưu hóa các thuật toán điều khiển và phát triển các cảm biến thông minh để theo dõi và điều chỉnh các thông số trong thời gian thực. Việc này không chỉ giúp nâng cao chất lượng sản phẩm mà còn tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu chi phí sản xuất.

4.1. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo nên xem xét việc phát triển các mô hình dự đoán chính xác hơn cho hệ thống sấy, cũng như việc tích hợp các công nghệ mới như IoT để theo dõi và điều khiển quá trình sấy từ xa. Việc này sẽ giúp nâng cao khả năng tự động hóa và tối ưu hóa quy trình sản xuất giấy, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm và hiệu quả kinh tế.

Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nâng cao chất lượng điều khiển phản hồi đầu ra cho quá trình đa biến buồng sấy giấy