Thạc Sĩ Nghiên cứu điều khiển thích nghi cho đối tượng có đặc tính cực trị

MỞ ĐẦU
Tên đề tài: Nghiên cứu điều khiển thích nghi cho đối tượng có đặc tính cực trị

1. Tổng quan.

Hệ điều khiển thích nghi, tuỳ thuộc vào đối tượng là tuyến tính hay phi tuyến, nhất là khi đặc tính tĩnh của hệ có cực trị (cực đại hay cực tiểu), mà ta có hệ cực trị và hệ giải tích. Hệ giải tích đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu như xây dựng hệ giải tích theo phương pháp toán tử phụ; xây dựng hệ giải tích theo phương pháp Lyapunov Tuy nhiên việc nghiên cứu hệ cực trị trong điều khiển thích nghi chưa được quan tâm nhiều, đề tài này sẽ tiếp tục nghiên nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống điều khiển thích nghi theo nguyên tắc cực trị, ứng dụng cho một số đối tượng có đặc tính cực trị.
Trong thực tế có nhiều đối tượng có đặc tính cực trị, như công nghệ cán thép, công nghệ nung kính, gạch men, công nghệ ô tô, xe máy
Ví dụ, trong công nghệ cán thép, việc nung phôi trước khi đưa vào máy cán sử dụng dầu nặng FO. Hệ thống điều khiển tự động phối hợp giữa lượng dầu và không khí sao cho hiệu quả nhất hiện nay chính là hệ cực trị. Với những nhà máy theo công nghệ cũ, suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 52kg dầu/1 tấn sản phẩm (hệ thống cũ của nhà máy nán cán Gia sàng); Với những nhà máy theo công nghệ mới, suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 30 - 35kg dầu/1 tấn sản phẩm (Thép Việt Öc). Với sản lượng thép của Việt nam hiện nay khoảng 6 triệu tấn/ năm, vì vậy việc nghiên cứu khai thác hệ thống tự động này là cấp bách và có ý nghĩa thực tế.
Hệ thống tự động này còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.

a. Ý nghĩa khoa học.

Các hệ thống tự chỉnh có thể xây dựng bằng nhiều cách khác nhau. Các hệ đơn giản nhất, đồng thời phổ biến nhất là hệ cực trị. Hệ thống điều khiển tìm cực trị có nhiệm vụ tìm kiếm và duy trì trị số cực đại hay cực tiểu của một hay nhiều tham số của đối tượng được điều khiển, trong khi đặc tính và điều kiện làm việc của đối tượng có thể biến đổi một cách ngẫu nhiên. Hệ cực trị được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như trong quân sự, luyện kim, trong ngành hoá chất, ngành năng lượng ( các nhà máy nhiệt điện), ngành sản xuất ô tô
Đề tài này nhằm bổ xung thêm những lý luận về việc ứng dụng hệ cự trị trong thực tế.

b. Ý nghĩa thực tiễn.

Khi đề tài hoàn thành sẽ là một tài liệu quan trọng giúp các cán bộ kỹ thuật nắm rõ và làm chủ được công nghệ trong quá trình vận hành, giám sát và khắc phục sửa chữa
Hiện nay các hệ thống điều khiển chủ yếu vẫn nhập từ các nước Tư Bản với giá thành rất cao, đề tài này sẽ tạo cơ sở khoa học để sản xuất các hệ thống điều khiển với giá thành thấp hơn.
Hệ cực trị này hoàn toàn có thể áp dụng cho những công nghệ tương đương

khác, ví dụ như sản xuất gạch men, sản xuất kính, các công nghệ có sử dụng dầu đốt

3. Mục đích nghiên cứu.

Tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện hệ thống điều khiển thích nghi theo nguyên tắc cực trị, ứng dụng trong các công nghệ có sử dụng dầu đốt. Phát triển thuật toán điều khiển tìm cực trị kiểu bước.
Với động cơ chấp hành, nghiên cứu thay thế động cơ một chiều bằng động cơ xoay

chiều một pha không đồng bộ rotor lồng sóc, cho phù hợp với các hệ thống thực tế.

Tạo cơ sở khoa học để các cán bộ kỹ thuật trong các nhà máy nghiên cứu làm chủ công nghệ và có thể sản xuất các hệ thống tương đơng với giá thành thấp.
4. Đối tượng nghiên cứu.

Lý thuyết điều khiển thích nghi theo nguyên tắc cực trị.

Các hệ thống điều khiển cho đối tượng có đặc tính cực trị (cực đại hoặc cực tiểu),

cụ thể là công nghệ luyện cán thép tại một số nhà máy cán thép tại Thái Nguyên.



Xin chân thành cảm ơn !





MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHưƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI VÀ HỆ CỰC

TRỊ . 11

1.1. Định nghĩa, phân loại sơ đồ khối của hệ điều khiển thích nghi . 11

1.1.1.Định nghĩa . 11

1.1.2.Phân loại 11

1.1.3.Sơ đồ tổng quát của một hệ thích nghi 13

1.2. Hệ cực trị . 13

1.2.1. Đối tượng có đặc tính cực trị . 13

1.2.2. Hệ cực trị xây dựng theo phương pháp tách sóng đồng bộ . 16

1.2.3. Các phương pháp xác định Gradient và chuyển động cực trị . 19

1.2.3.1. Các phương pháp xác định Gradient của hàm mục tiêu . 19

1.2.3.2.Các phương pháp chuyển động đến cực trị . 20

1.2.4. Các phương pháp thực hiện đồng thời cả hai quá trình 22

1.2.4.1. Phương pháp ghi nhớ cực trị. 22

1.2.4.2. Phương pháp bước. . 22

1.2.4.3. Phương pháp đơn hình. . 24

1.2.5. Phương pháp tìm khi có nhiều điểm cực trị . 25

1.2.6. Động học hệ cực trị . 26

1.3. Kết luận chương một . 28

1.3.1.Hệ điều khiển thích nghi 28

1.3.2.Hệ cực trị. 28



CHưƠNG 2: PHÂN TÍCH ĐỐI TưỢNG LÕ NUNG TRONG CÔNG NGHỆ LUYỆN

CÁN THÉP 30

2.1 Đặt vấn đề . 30

2.2 Vai trò của lò nung trong công nghệ cán thép 31

2.3 Đặc điểm lò nung và công nghệ cán . 32

2.4 Cấu tạo lò nung và chế độ vận hành 33

2.4.1. Cấu tạo lò nung . 33

2.4.2. Bộ phận dịch phôi . 33

2.4.3. Vị trí các mỏ đốt . 34

2.4.4. Bộ phận giữ nhiệt 34

2.4.5. Chế độ vận hành và yêu cầu tự động hóa . 35

2.4.5.1.Vùng sấy . 35

2.4.5.2.Vùng nung . 35

2.4.5.3.Vùng đồng nhiệt 35

2.5 Các đặc tính tĩnh và động của đối tượng 36

2.5.1 Các đặc tính tĩnh . 36

2.5.2 Đặc tính động . 37

2.5.2.1 Xác định cấu trúc hàm truyền từ đặc tính quá độ . 37

2.5.2.2 Xác định tham số cho hàm truyền . 38

2.6 Tỷ lệ nhiên liệu, không khí, xác định đặc tính cực trị của đối tượng . 40

2.7 Kết luận chương 2 . 43

CHưƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 45

3.1. Giới thiệu một số phương pháp thiết kế bộ điều khiển . 45

3.1.1. Hệ thống điều khiển vị trí: 45

3.1.1.1 Quy luật điều chỉnh 2 vị trí 45

3.1.1.2 Quy luật điều chỉnh 3 vị trí: . 46

3.1.1.3. Quy luật điều chỉnh với cơ cấu chấp hành có tốc độ không đổi : . 47

3.1.2 Phương pháp đa thức đặc trưng thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống tuyến tính

. 50

3.1.2.1 Xét hệ bậc hai 50

3.1.2.2 Phương pháp đa thức đặc trưng có hệ số suy giảm thay đổi được cho hệ

cao 50

3.1.2.3 Xét ảnh hưởng của tử số hàm truyền . 52

3.2. Sơ đồ khối hệ thống 53

3.3. Mạch vòng ổn định lưu luợng dầu . 54

3.4. Thiết kế bộ điều khiển lưu lượng khí theo phương pháp bước 55

3.4.1. Sơ đồ khối của bộ điều khiển tự động tìm cực trị kiểu bước 55

3.4.2. Nguyên tắc làm việc của sơ đồ . 57

3.4.3. Thiết lập sơ đồ nguyên lý . 59

3.4.3.1. Bộ phát lệnh . 59

3.4.3.2. Bộ ghi nhớ . 62

3.4.3.3. Mạch so sánh . 63

3.4.3.4. Động cơ chấp hành . 64

3.4.3.5. Mạch logic . 66

3.4.3.6. Mạch điều khiển tốc độ động cơ chấp hành 68

3.4.3.7 Sensor 76

3.4.3.8. Nguồn 76

3.4.4 Máy điều chỉnh 77

3.4.4.1. Xây dựng hàm truyền động cơ chấp hành 77

3.4.4.2. Xây dựng hàm truyền bộ biến đổi 79

3.4.4.3. Hàm truyền máy phát tốc . 80

3.4.4.4. Thiết kế mạch hiệu chỉnh . 80

3.5. Thuyết minh sơ đồ nguyên lý . 82

3.6. Kết luận chương 3 83

CHưƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG . 85

4.1 Các thông số chất lượng . 85

4.2 Mô phỏng động cơ mở van 85

4.3 Xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống 86

4.4. Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab - Simulink 89

4.4.1. Kết quả với thuật toán bước đều . 89

4.4.2. Kết quả với thuật toán bước hai cấp .92

4.4.3. Nhận xét . .94

4.5. Kết luận chương 4 95

CHưƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 96

5.1. Kết luận . 96

5.2. Kiến nghị .97

TÓM TẮT 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99