Download Luận văn Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển mức nước bao hơi của nhà máy nhiệt điện
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 Control).15
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 horizon control_RHC)24
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 and Step response models)31
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 Control)46
2.2.5.4. Điều khiển dự báo dự báo hệ phi tuyến dựa vào mô hìnhmờ Mandani47
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 tượng 53
2.5. Kết luận 60
Chương 3: TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI64
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- 220-100-10C66
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
nhà máy Nhiệt Điện Phả Lại76
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 NưỚC BAO HƠI82
4.1. Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi ở chế độ bắt đầu khởi động lò82
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 bao hơi88
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
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Bộ ƣớc lƣợng sẽ không lệch nếu cấu trúc của mô hình giống với cấu trúc của hệ
thống thực và nhiễu trắng đƣợc đƣa vào mô hình trong một vị trí đặc biệt phụ thuộc
vào kiểu mô hình sử dụng trong nhận dạng hệ thống.
Với mô hình sai số đầu ra thì đây là đầu ra của bộ xấp xỉ động tổng quát (Universal
Dynamic Approximator_UDA); đầu ra mô hình trong trƣờng hợp này là tổng của các
tín hiệu đầu vào không nhiễu với nhiễu trắng. Với mô hình sai số đầu vào thì đây là
đầu vào của hệ thống thực; tín hiệu đầu vào của UDA chính là tổng của các đầu vào
không nhiễu với nhiễu trắng.
Với mô hình sai số đầu ra tổng quát hóa thì nhiễu trắng đƣợc đƣa vào trong hệ
thống tại đầu ra của UA; tín hiệu đầu ra không nhiễu đƣợc đƣa hồi tiếp trở về thành tín
hiệu đầu vào của UA. Với mô hình sai số đầu vào tổng quát hóa thì nhiễu trắng đƣợc
đƣa vào hệ thống chỉ ở đầu vào đầu tiên của UA.
2.2.5. Một số mô hình dự báo và các thuật toán cụ thể [5]
2.2.5.1. Mô hình dự báo Smith cho quá trình có thời gian chết lớn
a. Thời gian chết lớn tác động lên quá trình điều khiển
Thời gian chết đƣợc coi là lớn khi nó tƣơng đƣơng với hằng số thời gian của quá
trình. Khi θp >= Tp thì để điều khiển bám theo điểm đặt với bộ điều khiển PID truyền
thống là rất khó.
Giả sử thời gian chết của quá trình bằng với hằng số thời gian của quá trình (θp=Tp)
chu kỳ lấy mẫu là 10 lần trong mỗi khoảng hằng số thời gian của quá trình (T=0,1Tp).
Với những quá trình nhƣ thế 10 lần lấy mẫu (một khoảng thời thời gian chết) phải
trôi qua sau một hành động điều khiển trƣớc khi sensor phát hiện ra sự ảnh hƣởng nào.
Mỗi hành động điều khiển gặp phải một sự trễ rất lớn, bộ điều chỉnh phải chỉnh rất
chậm để phù hợp với sự chậm trễ của quá trình.
Ví dụ: Hệ điều khiển quá trình có thời gian chết lớn:
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 42 -
Ta xét quá trình điều khiển nhiệt độ cho bình chất lỏng: (Hình vẽ 2.11)
Dòng chất lỏng nóng và lạnh đƣợc kết hợp với nhau ở đầu vào của ống cấp, chảy
dọc theo chiều dài của ống trƣớc khi đổ vào bình. Mục đích điều khiển là duy trì nhiệt
độ trong bình bằng cách điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc nóng vào ống.
Nếu nhiệt độ trong bình ở dƣới điểm đặt (quá lạnh), bộ điều khiển FC sẽ mở van
cấp chất lỏng nóng. Sensor nhiệt độ không phát hiện ngay ra sự thay đổi của nhiệt độ
chất lỏng trong bình ngay sau sự điều khiển này vì dòng chất lỏng nóng hãy còn ở
trong ống.
Nếu bộ điều khiển đƣợc chỉnh để có đáp ứng nhanh (Kc lớn, Ki nhỏ), nó sẽ mở van
nhiều lơn để tăng nhiệt độ chất lỏng trong bình, ống sẽ đƣợc điều nhiều chất lỏng nóng
hơn trƣớc khi chất lỏng nóng đầu tiên đƣợc đổ vào bình. Khi nhiệt độ trong bình bằng
nhiệt độ đặt thì bộ điều khiển sẽ dừng sự tăng chất lỏng nóng vào bình. Nhƣng lúc này
trong ống vẫn còn chất lỏng nóng và tiếp tục đổ vào bình làm nhiệt độ của bình tăng
quá điểm đặt. Bộ điều chỉnh sẽ chỉnh van chất lỏng nóng để có nhiều chất lỏng lạnh
TC
F
C
Cold
liquid
Hot
liquid
Fsetpoint
Tsetpoin
t
Hình 2.11 Điều khiển nhiệt độ của bình chất lỏng
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 43 -
vào ống hơn. Tƣơng tự nhƣ vậy ta thấy nhiệt độ trong bình sẽ luôn dao động quanh
điểm đặt. Một giải pháp là chỉnh lại bộ điều khiển, giảm hệ số khuếch đại hay tăng
thời gian điều chỉnh để hành động điều khiển chậm hơn.
b. Mô hình dự báo của Smith
Một giải pháp khác là sử dụng mô hình dự báo MPC, mô hình động là một phần
của thuật toán điều khiển trong mô hình dự báo. Chức năng của mô hình động là dự
báo giá trị tƣơng lai của biến quá trình dựa trên trạng thái hiện tại của quá trình và
những hành động điều khiển gần đây. Một hành động điều khiển là gần đây nếu đáp
ứng nó gây ra cho quá trình vẫn còn đang tiếp diễn.
Nếu biến quá trình này không phù hợp với điểm đặt thì sự sai lệch này sẽ gây ra
một hành động điều khiển ngay lập tức, trƣớc khi vấn đề dự báo thực sự xuất hiện.
Mô hình dự báo của Smith theo sơ đồ hình 2.12
Phƣơng pháp dự báo Smith là phƣơng thức hoạt động đơn giản nhất của lý thuyết
dự báo quá trình nói chung (một biến của phƣơng pháp dự báo Smith có thể đƣợc tạo
ra từ lý thuyết MPC bằng cách chọn cả hai điểm lấy mẫu gần và xa theo phƣơng ngang
của θp | T+1 ).
BĐK
G
*
c(s)
Quá trình
Gp(s)
Dự báo y(t) khi
không có trễ
TD
GD(s)
ysp(s) e(s) u(s) y(s)
yi(s)
yp(s)
yi(s)-yp(s)
(+)
(-)
(+)
(-)
(+)
(+)
Hình 2.12 Mô hình dự báo Smith dựa trên cấu trúc bộ điều khiển
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 44 -
Mô hình dự báo của Smith gồm một khối mô hình lý tƣởng (không có thời gian
chết) và một khối mô hình thời gian chết.
Quá trình tính toán như sau:
* Mô hình quá trình lý tƣởng nhận giá trị hiện thời của đầu ra bộ điều khiển u(t) và
tính giá trị yi(t) đó là giá trị dự báo của quá trình đo đƣợc (đầu ra dự báo), y(t) khi có
một thời gian trễ trong quá trình.
* yi(t) đƣợc đƣa vào mô hình thời gian trễ và đƣợc lƣu giữ đến khi qua một thời
gian trễ θp. Tại thời điểm yi(t) đƣợc lƣu giá trị yp(t) của lần lƣu trƣớc đó sẽ đƣợc đƣa
ra. Giá trị yp(t) của lần này là giá trị yi(t) đƣợc tính toán và lƣu trữ 1 khoảng thời gian
chết trƣớc đó. Do đó yp(t) là giá trị dự báo mô hình của giá trị hiện thời y(t).
Mô hình lý tƣởng và mô hình có thời gian chết đƣợc kết hợp với giá trị thực của
biến quá trình để tính sai số e*(t) là:
)()()()()(* tytytytyte ipsp
(2.7)
Nếu mô hình mô tả chính xác đƣợc quá trình thực thì:
0)( tyty p
hay:
)()()( tytytyty iip
(2.8)
và sai số dự báo đƣa tới bộ điều khiển là:
tytyte isp )()(
*
Do đó nếu mô hình mô tả đƣợc chính xác quá trình thực thì đầu vào của bộ điều
khiển sẽ là sai lệch giữa giá trị đặt và giá trị dự báo của quá trình thực, thay vì sai lệch
giữa giá trị của điểm đặt với giá trị thực của biến quá trình.
Dĩ nhiên mô hình động sẽ không bao giờ mô tả chính xác trạng thái thực của quá
trình và lập luận trình bày ở trên không phản ánh đƣợc điều này. Tuy nhiên giả sử rằng
khả năng làm giảm ảnh hƣởng của thời gian trễ lên hiệu ứng của bộ điều khiển dự báo
Smith liên quan trực tiếp đến việc mô hình mô tả quá trình thực tốt đến mức nào. Cần
lƣu ý một sự không phù hợp nhỏ giữa sự dự báo mô hình và quá trình thực cũng gây ra
nguy hiểm (làm mất tính ổn định của hệ thống kín của quá trình.)
2.2.5.2. Điều khiển ma trận động vòng đơn (DMC)
Chức năng của mô hình là dự báo hành vi tƣơng lai của quá trình dựa trên biện
pháp trong quá khứ của bộ điều khiển và trạng thái hiện tại của quá trình ở mỗi lần lấy
mẫu. Sự tính toán tiếp theo của bộ điều khiển là từ sự so sánh của hành vi dự báo và
đƣờng cong ...
Download miễn phí Luận văn Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo để điều khiển mức nước bao hơi của nhà máy nhiệt điện
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 Control).15
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 horizon control_RHC)24
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 and Step response models)31
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 Control)46
2.2.5.4. Điều khiển dự báo dự báo hệ phi tuyến dựa vào mô hìnhmờ Mandani47
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 tượng 53
2.5. Kết luận 60
Chương 3: TÌM HIỂU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÒ HƠI
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI64
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- 220-100-10C66
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
nhà máy Nhiệt Điện Phả Lại76
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 NưỚC BAO HƠI82
4.1. Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi ở chế độ bắt đầu khởi động lò82
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 bao hơi88
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
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung:
2.10d.Bộ ƣớc lƣợng sẽ không lệch nếu cấu trúc của mô hình giống với cấu trúc của hệ
thống thực và nhiễu trắng đƣợc đƣa vào mô hình trong một vị trí đặc biệt phụ thuộc
vào kiểu mô hình sử dụng trong nhận dạng hệ thống.
Với mô hình sai số đầu ra thì đây là đầu ra của bộ xấp xỉ động tổng quát (Universal
Dynamic Approximator_UDA); đầu ra mô hình trong trƣờng hợp này là tổng của các
tín hiệu đầu vào không nhiễu với nhiễu trắng. Với mô hình sai số đầu vào thì đây là
đầu vào của hệ thống thực; tín hiệu đầu vào của UDA chính là tổng của các đầu vào
không nhiễu với nhiễu trắng.
Với mô hình sai số đầu ra tổng quát hóa thì nhiễu trắng đƣợc đƣa vào trong hệ
thống tại đầu ra của UA; tín hiệu đầu ra không nhiễu đƣợc đƣa hồi tiếp trở về thành tín
hiệu đầu vào của UA. Với mô hình sai số đầu vào tổng quát hóa thì nhiễu trắng đƣợc
đƣa vào hệ thống chỉ ở đầu vào đầu tiên của UA.
2.2.5. Một số mô hình dự báo và các thuật toán cụ thể [5]
2.2.5.1. Mô hình dự báo Smith cho quá trình có thời gian chết lớn
a. Thời gian chết lớn tác động lên quá trình điều khiển
Thời gian chết đƣợc coi là lớn khi nó tƣơng đƣơng với hằng số thời gian của quá
trình. Khi θp >= Tp thì để điều khiển bám theo điểm đặt với bộ điều khiển PID truyền
thống là rất khó.
Giả sử thời gian chết của quá trình bằng với hằng số thời gian của quá trình (θp=Tp)
chu kỳ lấy mẫu là 10 lần trong mỗi khoảng hằng số thời gian của quá trình (T=0,1Tp).
Với những quá trình nhƣ thế 10 lần lấy mẫu (một khoảng thời thời gian chết) phải
trôi qua sau một hành động điều khiển trƣớc khi sensor phát hiện ra sự ảnh hƣởng nào.
Mỗi hành động điều khiển gặp phải một sự trễ rất lớn, bộ điều chỉnh phải chỉnh rất
chậm để phù hợp với sự chậm trễ của quá trình.
Ví dụ: Hệ điều khiển quá trình có thời gian chết lớn:
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 42 -
Ta xét quá trình điều khiển nhiệt độ cho bình chất lỏng: (Hình vẽ 2.11)
Dòng chất lỏng nóng và lạnh đƣợc kết hợp với nhau ở đầu vào của ống cấp, chảy
dọc theo chiều dài của ống trƣớc khi đổ vào bình. Mục đích điều khiển là duy trì nhiệt
độ trong bình bằng cách điều chỉnh lƣu lƣợng nƣớc nóng vào ống.
Nếu nhiệt độ trong bình ở dƣới điểm đặt (quá lạnh), bộ điều khiển FC sẽ mở van
cấp chất lỏng nóng. Sensor nhiệt độ không phát hiện ngay ra sự thay đổi của nhiệt độ
chất lỏng trong bình ngay sau sự điều khiển này vì dòng chất lỏng nóng hãy còn ở
trong ống.
Nếu bộ điều khiển đƣợc chỉnh để có đáp ứng nhanh (Kc lớn, Ki nhỏ), nó sẽ mở van
nhiều lơn để tăng nhiệt độ chất lỏng trong bình, ống sẽ đƣợc điều nhiều chất lỏng nóng
hơn trƣớc khi chất lỏng nóng đầu tiên đƣợc đổ vào bình. Khi nhiệt độ trong bình bằng
nhiệt độ đặt thì bộ điều khiển sẽ dừng sự tăng chất lỏng nóng vào bình. Nhƣng lúc này
trong ống vẫn còn chất lỏng nóng và tiếp tục đổ vào bình làm nhiệt độ của bình tăng
quá điểm đặt. Bộ điều chỉnh sẽ chỉnh van chất lỏng nóng để có nhiều chất lỏng lạnh
TC
F
C
Cold
liquid
Hot
liquid
Fsetpoint
Tsetpoin
t
Hình 2.11 Điều khiển nhiệt độ của bình chất lỏng
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 43 -
vào ống hơn. Tƣơng tự nhƣ vậy ta thấy nhiệt độ trong bình sẽ luôn dao động quanh
điểm đặt. Một giải pháp là chỉnh lại bộ điều khiển, giảm hệ số khuếch đại hay tăng
thời gian điều chỉnh để hành động điều khiển chậm hơn.
b. Mô hình dự báo của Smith
Một giải pháp khác là sử dụng mô hình dự báo MPC, mô hình động là một phần
của thuật toán điều khiển trong mô hình dự báo. Chức năng của mô hình động là dự
báo giá trị tƣơng lai của biến quá trình dựa trên trạng thái hiện tại của quá trình và
những hành động điều khiển gần đây. Một hành động điều khiển là gần đây nếu đáp
ứng nó gây ra cho quá trình vẫn còn đang tiếp diễn.
Nếu biến quá trình này không phù hợp với điểm đặt thì sự sai lệch này sẽ gây ra
một hành động điều khiển ngay lập tức, trƣớc khi vấn đề dự báo thực sự xuất hiện.
Mô hình dự báo của Smith theo sơ đồ hình 2.12
Phƣơng pháp dự báo Smith là phƣơng thức hoạt động đơn giản nhất của lý thuyết
dự báo quá trình nói chung (một biến của phƣơng pháp dự báo Smith có thể đƣợc tạo
ra từ lý thuyết MPC bằng cách chọn cả hai điểm lấy mẫu gần và xa theo phƣơng ngang
của θp | T+1 ).
BĐK
G
*
c(s)
Quá trình
Gp(s)
Dự báo y(t) khi
không có trễ
TD
GD(s)
ysp(s) e(s) u(s) y(s)
yi(s)
yp(s)
yi(s)-yp(s)
(+)
(-)
(+)
(-)
(+)
(+)
Hình 2.12 Mô hình dự báo Smith dựa trên cấu trúc bộ điều khiển
Luận văn thạc sỹ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
- 44 -
Mô hình dự báo của Smith gồm một khối mô hình lý tƣởng (không có thời gian
chết) và một khối mô hình thời gian chết.
Quá trình tính toán như sau:
* Mô hình quá trình lý tƣởng nhận giá trị hiện thời của đầu ra bộ điều khiển u(t) và
tính giá trị yi(t) đó là giá trị dự báo của quá trình đo đƣợc (đầu ra dự báo), y(t) khi có
một thời gian trễ trong quá trình.
* yi(t) đƣợc đƣa vào mô hình thời gian trễ và đƣợc lƣu giữ đến khi qua một thời
gian trễ θp. Tại thời điểm yi(t) đƣợc lƣu giá trị yp(t) của lần lƣu trƣớc đó sẽ đƣợc đƣa
ra. Giá trị yp(t) của lần này là giá trị yi(t) đƣợc tính toán và lƣu trữ 1 khoảng thời gian
chết trƣớc đó. Do đó yp(t) là giá trị dự báo mô hình của giá trị hiện thời y(t).
Mô hình lý tƣởng và mô hình có thời gian chết đƣợc kết hợp với giá trị thực của
biến quá trình để tính sai số e*(t) là:
)()()()()(* tytytytyte ipsp
(2.7)
Nếu mô hình mô tả chính xác đƣợc quá trình thực thì:
0)( tyty p
hay:
)()()( tytytyty iip
(2.8)
và sai số dự báo đƣa tới bộ điều khiển là:
tytyte isp )()(
*
Do đó nếu mô hình mô tả đƣợc chính xác quá trình thực thì đầu vào của bộ điều
khiển sẽ là sai lệch giữa giá trị đặt và giá trị dự báo của quá trình thực, thay vì sai lệch
giữa giá trị của điểm đặt với giá trị thực của biến quá trình.
Dĩ nhiên mô hình động sẽ không bao giờ mô tả chính xác trạng thái thực của quá
trình và lập luận trình bày ở trên không phản ánh đƣợc điều này. Tuy nhiên giả sử rằng
khả năng làm giảm ảnh hƣởng của thời gian trễ lên hiệu ứng của bộ điều khiển dự báo
Smith liên quan trực tiếp đến việc mô hình mô tả quá trình thực tốt đến mức nào. Cần
lƣu ý một sự không phù hợp nhỏ giữa sự dự báo mô hình và quá trình thực cũng gây ra
nguy hiểm (làm mất tính ổn định của hệ thống kín của quá trình.)
2.2.5.2. Điều khiển ma trận động vòng đơn (DMC)
Chức năng của mô hình là dự báo hành vi tƣơng lai của quá trình dựa trên biện
pháp trong quá khứ của bộ điều khiển và trạng thái hiện tại của quá trình ở mỗi lần lấy
mẫu. Sự tính toán tiếp theo của bộ điều khiển là từ sự so sánh của hành vi dự báo và
đƣờng cong ...