Thạc Sĩ Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục

LỜI NÓI ĐẦU
Điều khiển dự báo đã ra đời cách đây vài thập niên nhưng trong những năm gần
đây Phát triển mạnh mẽ và có nhiều thành công trong công nghiệp. Điều khiển dự
báo theo mô hình (Model Predictive Control MPC) là một trong những kỹ thuật
điều khiển tiên tiến được nhiều người ưa chuộng nhất trong công nghiệp, có được
điều này là do khả năng triển khai các điều kiện ràng buộc vào thuật toán điều khiển
một cách dễ dàng mà ở các phương pháp điều khiển kinh điển khác không có được.
Điều khiển dự báo là chiến lược điều khiển được sử dụng phổ biến nhất trong điều
khiển quá trình vì công thức MPC bao gồm cả điều khiển tối ưu, điều khiển các quá
trình ngẫu nhiên, điều khiển các quá trình có thời gian trễ, điều khiển khi biết trước
quỹ đạo đặt. Một ưu điểm khác của MPC là có thể điều khiển các quá trình có tín
hiệu điều khiển bị chặn, có các điều kiện ràng buộc, nói chung là các quá trình phi
tuyến mà ta thường gặp trong công nghiệp, đặc biệt là quá trình phi tuyến phức tạp.
Việc nghiên cứu và ứng dụng điều khiển dự báo trong công nghiệp luyện kim là
một giải pháp quan trọng, có ý nghĩa thực tiễn, kỹ thuật và kinh tế.
Cùng với sự Phát triển của các lĩnh vực khoa học kỹ thuật như điện tử, công
nghệ tin học, công nghệ vật liệu cho phép tạo ra các thiết bị điều khiển có độ chính
xác cao, đáp ứng được các luật điều khiển yêu cầu. Tuy nhiên ngoài thiết bị điều
khiển thì luật điều khiển là một phần rất quan trọng để hệ thống đáp ứng các chỉ tiêu
chất lượng đề ra. Vì thế việc nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết điều khiển thông
minh vào thực tế với mục đích giải phóng sức lao động, tăng năng suất và hạ giá
thành sản phẩm là việc làm cần thiết của mỗi quốc gia trên thế giới.
Một trong những lý thuyết mà các nhà khoa học trên thế giới đang quan tâm
nghiên cứu và ứng dụng vào trong thực tế đó là mạng nơron. Đây là vấn đề khoa
học đã có từ vài thập niên nhưng việc ứng dụng nó vào các ngành khoa học khác
nhau vẫn đang là lĩnh vực khoa học cần quan tâm và nghiên cứu trên thế giới cũng
như ở nước ta.
Với những ý nghĩa trên đây và được sự định hướng của thầy giáo PGS.TS Lại
Khắc Lãi em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để
điều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục” trong đó sử dụng mạng nơron để
nhận dạng đối tượng .

1. Tính cấp thiết của đề tài
Điều khiển dự báo đã ra đời cách đây vài thập niên nhưng trong những năm gần
đây Phát triển mạnh mẽ và có nhiều thành công trong công nghiệp. Điều khiển dự
báo theo mô hình (Model Predictive Control MPC) là một trong những kỹ thuật
điều khiển tiên tiến được nhiều người ưa chuộng nhất trong công nghiệp, có được
điều này là do khả năng triển khai các điều kiện ràng buộc vào thuật toán điều khiển
một cách dễ dàng mà ở các phương pháp điều khiển kinh điển khác không có được.
Điều khiển dự báo là chiến lược điều khiển được sử dụng phổ biến nhất trong điều
khiển quá trình vì công thức MPC bao gồm cả điều khiển tối ưu, điều khiển các quá
trình ngẫu nhiên, điều khiển các quá trình có thời gian trễ, điều khiển khi biết trước
quỹ đạo đặt. Một ưu điểm khác của MPC là có thể điều khiển các quá trình có tín
hiệu điều khiển bị chặn, có các điều kiện ràng buộc, nói chung là các quá trình phi
tuyến mà ta thường gặp trong công nghiệp, đặc biệt là quá trình phi tuyến phức tạp.
Việc nghiên cứu và ứng dụng điều khiển dự báo trong công nghiệp luyện kim là
một giải pháp quan trọng, có ý nghĩa thực tiễn, kỹ thuật và kinh tế.
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 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 nhiệt độ lò nung cán thép liên tục”


MỤC LỤC
Nội dung
Trang
Trang 1
Lời nói đầu
Lời cam đoan 1
Mục lục 2
Danh sách các kí hiệu, các chữ viết tắt 4
Danh mục các hình vẽ, đồ thị 6
Mở đầu 8
1.Tính cấp thiết của đề tài 8
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 8
3. Phương pháp nghiên cứu 9
4. Nội dung nghiên cứu 9
Chương 1. Tổng quan về điều khiển quá trình và điều khiển dự báo 10
1.1. Điều khiển quá trình 10
1.1.1. Khái niệm điều khiển quá trình 11
1.1.2. Mục đích và chức năng điều khiển quá trình 16
1.1.3. Phân cấp chức năng điều khiển quá trình 21
1.1.4. Các thành phần cơ bản của hệ thống 25
1.1.5. Các nhiệm vụ Phát triển hệ thống 28
1.1.6. Mô tả chức năng hệ thống 32
1.2. Điều khiển dự báo 36
1.2.1. Tổng quan về điều khiển dự báo 38
1.2.2. Mô hình trong điều khiển dự báo 48
1.2.3. Giải bài toán điều khiển dự báo 72
1.2.4. Kết luận 78
3
Chương 2. Tìm hiểu công nghệ nung phôi trong dây truyền cán
82
thép liên tục
2.1. Giới thiệu chung về nhà máy cán thép Lưu Xá 82
2. 2. Công nghệ lò nung cán thép liên tục 83
2.2.1. Sơ lược về lò nung 83
2.2.2. Cấu tạo của lò nung 88
2.2.3. Thiết bị của lò nung 90
2.2.4. Nguyên lý hoạt động của lò nung 97
2.2.5. Hệ thống cung cấp điện và đo lường điều khiển 98
Chương 3. Xây dựng hệ điều khiển dự báo điều khiển nhiệt độ lò 104
nung .
3.1. Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nung 104
3.1.1. Hàm truyền đạt của thiết bị đo nhiệt độ 105
3.1.2. Hàm truyền đạt của bộ chuyển đổi điện áp / dòng điện 106
3.1.3. Hàm truyền đạt của bộ chuyển đổi dòng điện / khí nén 106
3.1.4. Hàm truyền đạt của van dầu 106
3.1.5. Hàm truyền đạt của đối tượng điều chỉnh 107
3.2. Xây dựng hệ thống điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò 108
nung cán thép liên tục.
3.3. Mạng nơ ron trong bài toán nhận dạng 108
3.4. Kết quả mô phỏng 109
3.5. Kết luận 115
Tóm tắt luận văn 116
Tài liệu tham khảo 117