Thạc Sĩ Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển mức nước bao hơi của nhà máy nhiệt điện

Chương 1

MỞ ĐẦU

1.1. Lý do lựa chọn đề tài

Các thuật toán điều khiển trong hệ thống điều khiển tự động đã được hình thành, phát triển và có được những kết quả rất quan trọng. Chúng ta đã biết nền móng ban đầu đó là thuật toán điều khiển PID kinh điển, sau đó hình thành các thuật toán PID tự chỉnh, thuật toán lai PID _Logic mờ, thuật toán điều khiển tối ưu, thuật toán điều khiển thích nghi, thuật toán điều khiển mờ, thuật toán điều khiển nơron, thuật toán điều khiển dự báo . Xong việc nghiên cứu và tìm hiểu về các thuật toán điều khiển vẫn là đề tài nhiều người nhiều ngành nghiên cứu và mang tính thời sự cao. Điều này cho phép tìm hiểu cặn kẽ và chân thực bản chất của các thuật toán ứng dụng trong điều khiển, tìm ra được những ưu nhược điểm từ đó hạn chế được những mặt yếu và phát huy những thế mạnh của nó để đưa ra các chỉ tiêu chất lượng theo yêu cầu.
Xuất phát từ tình hình thực tế trên và nhằm góp phần thiết thực vào công cuộc CNH _HĐH đất nước nói chung và phát triển ngành tự động hoá nói riêng, trong khuôn khổ của khoá học Cao học, chuyên ngành Tự động hóa tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, được sự tạo điều kiện giúp đỡ của nhà trường, Khoa Sau Đại học và thầy giáo, nhà giáo ưu tú Phó Giáo Sư - Tiến sĩ Lại Khắc Lãi, tác giả đã lựa chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển mức nước bao hơi của nhà máy nhiệt điện.” Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã cố gắng hạn chế tối đa các khiếm khuyết, xong do trình độ & thời gian còn hạn chế vì vậy không tránh khỏi thiếu sót, kính mong Hội đồng Khoa học và độc giả bổ sung đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện tốt hơn.


MỤC LỤC

Nội dung Trang
Lời nói đầu 0
Lời cam đoan 1
Mục lục 2
Danh sách các kí hiệu, các chữ viết tắt 5
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 7
Chương 1: MỞ ĐẦU 9
1.1.Lý do lựa chọn đề tài 9
1.2. Mục đích của đề tài 9
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 13
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO 14
2.1. Tổng quan về điều khiển dự báo 15
2.1.1. Điều khiển theo mô hình dự báo là gì? (Model Prediction 15

Control).
2.1.1.1. Khái quát chung về MPC 15
2.1.1.2. Thuật toán MPC (MPC stragegy) 17
2.1.2. Mô hình hệ thống và mô hình phân bố nhiễu 19
2.1.3. Hàm mục tiêu 21
2.1.4. Điều kiện ràng buộc 22
2.1.5. Vấn đề tối ưu hóa 23
2.1.6. Chiến lược điều khiển dịch dần về tương lai (receding 24

horizon control_RHC)
2.2. Mô hình trong điều khiển dự báo 25
2.2.1. Mô hình vào ra (Input Output models) 25
2.2.2. Mô hình đáp ứng bước và mô hình đáp ứng xung (Impulse 31

and Step response models)
2.2.3. Mô hình đa thức 32
2.2.4. Mô hình mờ (Fuzzy Models) 34
2.2.4.1. Các dạng mô hình mờ 32
2.2.4.2. Tính chất hội tụ của các dạng mô hình 38
2.2.5. Một số mô hình dự báo và các thuật toán cụ thể 41
2.2.5.1. Mô hình dự báo Smith cho quá trình có thời gian chết lớn 41
2.2.5.2. Điều khiển ma trận động vòng đơn (DMC) 43
2.2.5.3. Thuật toán điều khiển GPC (Generalized Predictive 46

Control)
2.2.5.4. Điều khiển dự báo dự báo hệ phi tuyến dựa vào mô hình 47

mờ Mandani
2.3. Giải bài toán điều khiển dự báo 48
2.3.1. Bộ dự báo 49
2.3.2. Điều khiển dự báo không ràng buộc 51
2.3.3. Điều khiển dự báo với ràng buộc phương trình 52
2.4. Sử dụng mạng noron (Neural Network) để nhận dạng đối 53

tượng
2.5. Kết luận 60
Chương 3: TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI 64
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI
3.1. Giới thiệu chung về nhà máy Nhiệt Điện Phả Lại 64
3.2. Chu trình nhiệt của một tổ máy 64
3.3. Lò hơi BKZ – 220 – 100 – 10C 65
3.3.1. Sơ lược về lò hơi 65
3.3.1.1. Nhiệm vụ của lò hơi 65
3.3.1.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của lò hơi BZK- 220-100- 66

10C
3.3.1.3.Cấu tạo của lò 67
3.3.1.4. Nguyên lí hoạt động của lò hơi BKZ – 220 – 100 – 10C 71
3.3.2. Các hệ thống điều chỉnh trong lò hơi nhà máy nhiệt điện 72
3.3.2.1. Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt 73
3.3.2.2. Hệ thống điều chỉnh quá trình cháy 74
3.3.2.3. Hệ thống điều chỉnh sản lượng hơi 75


3.3.2.4. Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi 76
3.4. Nghiên cứu về hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi trong 76

nhà máy Nhiệt Điện Phả Lại
3.4.1. Đặt vấn đề 76
3.4.2. Các cấu trúc cơ bản của điều khiển mức nước bao hơi 77
3.4.2.1. Các ký hiệu trên sơ đồ logic 77
3.4.2.2. Sơ đồ điều chỉnh một tín hiệu 78
3.4.2.3. Sơ đồ điều chỉnh hai tín hiệu 79
3.4.2.4. Sơ đồ điều chỉnh ba tín hiệu 79
Chương 4: XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO MỨC 82
NưỚC BAO HƠI
4.1. Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi ở chế độ bắt đầu khởi 82

động lò
4.1.2. Hàm truyền đạt của bộ chuyển đổi dòng điện – khí nén (I/P) 83
4.1.3. Hàm truyền đạt của van 83
4.1.4. Hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh 84
4.2. Xây dựng hệ thống điều khiển dự báo để điều khiển mức nước 88

bao hơi
4.3. Mạng noron trong bài toán nhận dạng 89
4.3. Kết quả mô phỏng 89
4.4. Nhận xét kết luận 92
Tóm tắt luận văn 93
Tài liệu tham khảo 94