daigai

Well-Known Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Thiết kế bộ điều chỉnh PID để điều khiển và ổn định mức nước trong hệ thống mức nước bao hơi, đề xuất cải thiện chất lượng bằng bộ điều khiển mờ lai
Nhan đề : Thiết kế bộ điều chỉnh PID để điều khiển và ổn định mức nước trong hệ thống mức nước bao hơi, đề xuất cải thiện chất lượng bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID

Tác giả : Lưu Văn Sở

Năm xuất bản : 2015

Nhà Xuất bản : Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

Từ khóa : Nhà máy nhiệt điện,Lò hơi,Mức nước bao hơi,Điều khiển,Bộ điều chỉnh PID

MỤC LỤC
Trang
Lời cam đoan i
Lời Thank ii
Mục lục iii
Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt vi
Danh mục các bảng biểu viii
Danh mục các hình vẽ và đồ thị ix
MỞ ĐẦU 1
NỘI DUNG 3
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH
BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
3
1.1 Khái quát về hệ thống năng lượng gió và đối tượng nghiên cứu 3
1.1.1. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện 3
1.1.2. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện 4
1. 2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện 6
1.2.1. Nhiệm vụ của lò hơi 6
1.2.2. Cấu tạo của lò hơi 6
1.2.3. Các loại lò hơi chính 8
1.2.4. Hệ thống điều khiển lò hơi 11
1.2.4.1. Lò hơi là một đối tượng điều khiển 11
1.2.4.2. Giới thiệu chung hệ thống điều khiển lò hơi 12
1.3. Hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi trong nhà máy nhiệt điện 14
1.3.1. Đặt vấn đề 14
1.3.2. Hệ điều khiển bao hơi 15
1.3.3. Mục tiêu nghiên cứu 17
1.4. Kết luận chương 1 18iv
Chương 2. MÔ TẢ TOÁN HỌC CỦA ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN
MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
19
2.1. Đặt bài toán 19
2.2. Mô tả toán học cho các thành phần trong hệ thống điều khiển mức
nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt điện
21
2.2.1. Cấu trúc mô hình nhà máy nhiệt điện 21
2.2.2. Cấu trúc điều khiển hệ thống mức nước cấp bình bao hơi 22
2.2.3. Hàm truyền các thành phần của hệ thống 22
2.2.3.1. Thiết bị đo 22
2.2.3.2. Thiết bị chấp hành 26
2.2.3.3. Bình bao hơi 31
2.3. Hàm truyền của hệ thống 37
2.4. Kết luận: 37
Chương 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ
ỔN ĐỊNH MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI
39
3.1. Tổng quan bộ điều khiển PID 39
3.1.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ h(t) 40
3.1.1.1. Phương pháp Ziegler – Nichols 40
3.1.1.2. Phương pháp Chien – Hrones – Reswick 41
3.1.1.3. Phương pháp hằng số thời gian tổng của Kuhn. 42
3.1.2. Thiết kế điều khiển ở miền tần số 42
3.1.2.1. Nguyên tắc thiết kế 43
3.1.2.2. Phương pháp tối ưu modul 43
3.1.2.3. Phương pháp tối ưu đối xứng 44
3.2. Thiết kế điều khiển mức nước cấp bình bao hơi 45
3.3. Đánh giá chất lượng hệ thống bằng mô phỏng trên Matlab – Simulink 47
3.3.1. Sơ đồ mô phỏng bằng matlab – Simulink 47
3.3.2. Các kết quả mô phỏng 47
3.4. Đánh giá chất lượng hệ thống bằng thực nghiệm 48
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phiv
3.4.1. Mô hình thực nghiệm về điều khiển mức tại trung tâm thí nghiệm 48
3.4.2. Giới thiệu về mô hình thực nghiệm 50
3.4.3. Các kết quả thực nghiệm 55
3.4.4. So sánh với kết quả mô phỏng 56
3.5. Kết luận chương 3 56
Chương 4. ĐỀ XUẤT CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN
MỨC NƯỚC BAO HƠI BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH
THAM SỐ PID
57
4.1. Cấu trúc một bộ điều khiển mờ 57
4.1.1. Mờ hóa 57
4.1.2. Giải mờ 58
4.1.3. Khối luật mờ và khối hợp thành 59
4.1.3.1. Các bước xây dựng luật hợp thành khi có nhiều điều kiện 60
4.1.3.2. Thuật toán xây dựng luật hợp thành của nhiều mệnh đề hợp thành 61
4.1.4. Bộ điều khiển mờ 62
4.1.4.1. Bộ điều khiển mờ động 62
4.1.4.2. Bộ điều khiển thích nghi 63
4.1.4.3. Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 64
4.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 64
4.2.1. Phương pháp thiết kế 64
4.2.2. Nhận xét 69
4.3. Khảo sát bằng mô phỏng Matlab/Simulink 69
4.3.1. Sơ đồ mô phỏng 69
4.3.2. Kết quả mô phỏng và so sánh bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số
bộ điều khiển PID 70
4.3.3. Nhận xét 71
4.4. Kết luận chương 4 71
Kết luận và kiến nghị 73
Tài liệ
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Trong nhà máy nhiệt điện một thiết bị quan trọng nhất là lò hơi. Để đảm bảo
quá trình hoạt động của nhà máy nhiệt điện cũng như các dây chuyền có sử dụng lò
hơi thì việc điều khiển mức nước bao hơi của lò đóng vai trò cực kỳ quan trọng. Nó
quyết định đến năng suất và chất lượng của dây chuyền. Việc thiết kế các bộ điều
khiển các quá trình trong hệ thống mức nước bao hơi là đòi hỏi cấp thiết đối với cán
bộ kỹ thuật, cán bộ, công nhân vận hành...
Một số dây chuyền có sử dụng lò hơi đang sử dụng ở nước ta hiện nay có thời
gian phục vụ lâu, các hệ thống điều khiển thường là thế hệ cũ hay do thời gian nên bị
hỏng, cần thiết phải thiết kế mới cũng như áp dụng các kỹ thuật điều khiển hiện đại để
cải thiện chất lượng.
Tuy nhiên do thời gian có hạn và hạn chế về kiến thức cũng như về thiết bị thí
nghiệm nên em chỉ có thể quan tâm đến một phần của hệ thống điều khiển mức nước
bao hơi.
Xuất phát từ thực tiễn đó nên em đã chọn đề tài: Thiết kế bộ điều chỉnh PID
để điều khiển và ổn định mức nước trong hệ thống mức nước bao hơi, đề xuất cải
thiện chất lượng bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và tổng quan về điều khiển mức nước cấp bình bao
hơi nhà máy nhiệt điện.
- Mô tả toán học cho đối tượng điều khiển mức nước cấp bình bao hơi mô hình
nhà máy nhiệt điện.
- Thiết kế được bộ điều chỉnh PID ứng dụng vào điều khiển và ổn định mức
nước của hệ thống mức nước bao hơi của mô hình lò hơi tại trung tâm thí nghiệm
trường Đại học Công nghiệp Thái Nguyên. Thực hiện việc mô phỏng và thực nghiệm
để kiểm chứng bộ điều khiển được thiết kế.
- Đề xuất phương án cải thiện chất lượng điều khiển mức nước bình bao hơi của
hệ thống mức nước bao hơi bằng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi2
3. Nội dung của luận văn
Với các mục tiêu đã đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:
Chương 1. Tổng quan về điều khiển mức nước cấp bình bao hơi nhà máy nhiệt
điện.
Chương 2. Mô tả toán học cho đối tượng điều khiển mức nước cấp bình bao hơi
mô hình nhà máy nhiệt điện.
Chương 3. Thiết kế bộ điều khiển PID để điều khiển và ổn định mức nước cấp
bình bao hơi.
Chương 4. Đề xuất cải thiện chất lượng điều khiển mức nước bình bao hơi bằng
bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID.
Kết luận và kiến nghị3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
1.1. Tổng quan chung về nhà máy nhiệt điện
Nhà máy hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển hóa nhiệt năng thành cơ
năng rồi sau đó thành điện năng. Nhiệt năng được tạo thành từ việc đốt cháy các
nhiên liệu: than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ... tại buồng đốt làm nước trong lò
hơi chuyển hóa thành hơi nước. Hơi nước (với các điều kiện về áp suất, nhiệt độ,
lưu lượng) được đưa tới sinh công ở tuabin. Điện năng thu được ở đầu ra của
máy phát sẽ được đưa qua hệ thống các trạm biến áp để cung cấp cho phụ tải.
1.1.1. Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện
Năng lượng nói chung đóng vai trò vô cùng quan trong trong đời sống
kinh tế – xã hội của loài người. Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng
lượng ngày càng cao. Nhưng nguồn năng lượng truyền thống đang cạn kiệt dần,
nó tỷ lệ thuận với tốc độ phát triển của kinh tế thế giới. Trong những năm qua,
ngành năng lượng của nước ta đã có những bước phát triển mạnh mẽ, về cơ bản
đã đáp ứng được yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội và đời sống sinh hoạt của
nhân dân. Tuy nhiên, trước sự phát triển của các khu công nghiệp, các thành
phố, đô thị..... thì yêu cầu bảo đảm nhu cầu về năng lượng để duy trì mức tăng
trưởng kinh tế, góp phần bảo đảm an ninh chính trị, trật tự an toàn xã hội và đời
sống của nhân dân là rất quan trong. Do đó, “Khai thác và sử dụng năng lượng
có hiệu quả và bền vững; Vấn đề sử dụng tiết kiệm các nguồn năng lượng; Khai
thác và sử dụng các nguồn năng lượng mới…qua đó, nó góp phần vào sự phát
triển ngành năng lượng, quá trình triển khai công nghiệp hóa và hiện đại hóa
nước ta”.
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi4
Nguyên lý sản xuất điện của nhà máy nhiệt điện là chuyển hoá nhiệt năng
từ đốt cháy các loại nhiên liệu trong lò hơi thành cơ năng quay tuabin, chuyển
cơ năng của tuabin thành năng lượng điện trong máy phát điện. Nhiệt năng được
dẫn đến tuabin qua môi trường dẫn nhiệt là hơi nước. Hơi nước chỉ là môi
trường truyền tải nhiệt năng đi nhưng hơi nước vẫn phải đảm bảo chất lượng (
như phải đủ áp suất, đủ độ khô) trước khi vào tuabin để sinh công. Nhiệt năng
cung cấp càng nhiều thì năng lượng điện phát ra càng lớn và ngược lại. Điện áp
phát ra ở đầu cực máy phát điện sẽ được đưa qua hệ thống trạm biến áp để nâng
lên cấp điện áp thích hợp trước khi hoà vào mạng lưới điện quốc gia.
Quá trình chuyển hoá năng lượng từ năng lượng hoá năng chứa trong
nhiên liệu thành nhiệt năng bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu. Nhiệt năng của
quá trình đốt cháy nhiên liệu được cấp cho quá trình tạo hơi bão hoà mang nhiệt
năng. Hơi bão hoà là môi trường truyền nhiệt từ lò đến tuabin. Tại tuabin nhiệt
năng biến đổi thành cơ năng, sau đó từ cơ năng chuyển hoá thành điện năng.
Quá trình chuyển hoá năng lượng đó có thể được thể hiện qua mô hình sau:
Hình 1.1. Quá trình chuyển hóa năng lượng
1.1.2. Chu trình nhiệt trong nhà máy nhiệt điện
Nhà máy nhiệt điện hoạt động dựa trên nguyên tắc chuyển hóa nhiệt năng
thành cơ năng rồi sau đó thành điện năng. Nhiệt năng được tạo thành từ việc đốt5
cháy các nhiên liệu: than đá, khí thiên nhiên, dầu mỏ... tại buồng đốt làm nước
trong lò hơi chuyển hóa thành hơi nước. Nước ngưng từ các bình ngưng tụ được
bơm ngưng bơm vào các bình gia nhiệt hạ áp đến 140oC. Tại đây, nước ngưng
được gia nhiệt bởi hơi nước trích ra từ các cửa trích hơi qua tuabin. Sau khi đi
qua các bộ gia nhiệt hạ áp, nước ngưng được đưa lên bình khử khí 6at để khử
hết các bọt khí có trong nước, chống ăn mòn kim loại. Nước sau khi được khử
khí, được các bơm cấp nước đưa qua các bình gia nhiệt cao áp để tiếp tục được
gia nhiệt bởi hơi nước trích ra từ các cửa trích hơi ở xilanh cao áp của tuabin đến
nhiệt độ 230oC. Sau khi được gia nhiệt ở gia nhiệt cao áp, nước được đưa qua bộ
hâm nước ở đuôi lò rồi vào bình bao hơi.
Nước ở bao hơi theo vòng tuần hoàn tự nhiên chảy xuống các giàn ống
sinh hơi, nhận nhiệt năng từ buồng đốt của lò biến thành hơi nước và trở về bao
hơi. Trong bao hơi phần trên là hơi bão hòa ẩm, phía dưới là nước ngưng. Hơi
bão hòa ẩm trong bao hơi không được đưa ngay vào tuabin mà được đưa qua các
bộ sấy hơi, tại đây hơi được sấy khô thành hơi quá nhiệt, rồi được đưa vào
tuabin. Tại tuabin, động năng của dòng hơi được biến thành cơ năng quay trục
hệ thống Tuabin-Máy phát. Hơi sau khi sinh công ở các tầng cánh của tuabin
được ngưng tụ thành nước ở bình ngưng tụ. Công do tuabin sinh ra làm quay
máy phát điện. Như vậy, nhiệt năng của nhiên liệu đã biến đổi thành cơ năng và
điện năng, còn hơi nước là môi chất trung gian được biến đổi theo một vòng
tuần hoàn kín.
Hình 1.2: Sơ đồ chu trình nhiệt của một tổ máy
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi6
1.2. Lò hơi nhà máy nhiệt điện
1.2.1. Nhiệm vụ của lò hơi
Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất sinh hơi và vận hành
phức tạp nhất . Nó được cơ khí hóa và tự động hóa khá cao, làm việc đảm bảo
và hiệu suất cao. Trong đó xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lượng tỏa
ra sẽ biến nước thành hơi, biến năng lượng của nhiên liệu thành nhiệt năng của
dòng hơi. Lò hơi có nhiệm vụ chính như sau:
- Chuyển hóa năng lượng của nhiên liệu như than đá, dầu mỏ, khí đốt…
trong buồng đốt nhiên liệu thành điện năng.
- Truyền nhiệt năng sinh ra cho môi chất tải nhiệt hay môi chất và thông
qua hệ thống dẫn đưa môi chất đi làm quay tua bin.
Thường trong lò hơi chất tải nhiệt là nước có nhiệt độ thông thường được
đưa lên nhiệt độ cao hay nhiệt độ sôi, biến thành hơi bão hòa hay hơi quá
nhiệt.
1.2.2. Cấu tạo của lò hơi
Nguyên lý và cấu tạo của lò hơi được biểu diễn trên hình 1.3. Cấu tạo
chung của lò hơi là nhằm thực hiện 2 nhiệm vụ chính: Một là chuyển hóa năng
của nhiên liệu thành nhiệt năng của sản phẩm cháy, nghĩa là đốt nhiên liệu thành
sản phẩm cháy có nhiệt độ cao, nước sôi, hơi bão hòa hay hơi quá nhiệt có áp
suất và nhiệt độ thỏa mãn yêu cầu sử dụng.7
1- Buồng đốt; 2- dàn ống sinh hơi; 3- vòi phun nhiên liệu + không khí
4- ống nước xuông; 5- bao hơi; 6- ống dẫn hơi trên trần; 7- bộ quá nhiệt hơi;
8- Bộ quá nhiệt trung gian hơi; 9- bộ hâm nước; 10- khoảng trống để vệ sinh và
sửa chữa; 11- bộ sấy không khí.
Như vậy cấu tạo của lò hơi gồm các hệ thống chính như sau:
- Hệ thống cung cấp và đốt cháy nhiên liệu
- Hệ thống cung cấp không khí và thải sản phẩm cháy
- Hệ thống sử lí nước và cấp nước làm mát
- Hệ thống sản xuất và cấp nước nóng cho quá trình sinh hơi
- Hệ thống đo lường điều khiển
- Hệ thống an toàn
- Hệ thống lò: Khung lò, tường lò, cách nhiệt…
Với lò đốt phun là loại lò hơi được sử dụng với công suất trung bình và
lớn, dùng phổ biến hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện ở nước ta, có thể đốt
nhiên liệu khí, nhiên liệu lỏng phun thành hạt hay nhiên liệu rắn nghiền thành
bột mịn.
Hình 1.3: Nguyên lý cấu tạo của lò hơi
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi8
Hình 1.4: Các bộ phận chính của lò hơi đốt than phun
Lò hơi đốt phun gồm các bộ phận chính sau: Bao hơi, van hơi chính,
đường nước cấp, vòi phun nhiên liệu, buồng lửa là không gian để đốt cháy tất cả
nhiên liệu phun vào lò, phễu tro lạnh để làm nguội các hạt tro xỉ trước khi thải ra
ngoài trong trường hợp thải xỉ khô, giếng xỉ để hứng tất cả xỉ ra ngoài, bơm
nước cấp, ống khói, bộ sấy không khí, quạt gió, bộ hâm nước, dàn ống nước
xuống, dàn ống nước lên, dãy festoon dàn ống sinh hơi và bộ quá nhiệt, bộ lọc
bụi để chống mài mòn cánh quạt khói.
1.2.3. Các loại lò hơi chính
Trong nhà máy nhiệt điện thường sử dụng 2 loại lò hơi chính: Lò hơi có
bao hơi (lò hơi tuần hoàn tự nhiên nhiều lần khi áp suất hơi mới được chọn p0 <
Pth với pth = 221 [at]) và Lò hơi trực lưu.
- Lò hơi có bao hơi:
Trong lò có bao hơi thì nước được tuần hoàn tự nhiên trong đường ống
nước xuống và dàn ống sinh hơi dựa vào trọng lượng riêng của môi chất theo
nguyên lý bề mặt nhận nhiệt nhiều hơn dãn nở nhiều hơn có khối lượng riêng
nhỏ hơn bị đẩy lên phía trên (trong giàn ống sinh hơi). Để thực hiện tuần hoàn tự9
nhiên nhiều lần (4÷10) lần thì ống nước xuống và giàn ống sinh hơi phải được
nối với bao hơi.
- Lò hơi trực lưu:
Lò trực lưu thì không có bình bao hơi nên nước chỉ được tuần hoàn có
một lần. Nước chuyển động dưới áp lực của bơm cấp (Bc) qua bộ hâm nước và
đi trực tiếp vào bề mặt sinh hơi nhận nhiệt bức xạ của buồng lửa rồi tới phần đối
lưu. Khi đó nước đã được hoá hơi hoàn toàn trở thành hơi bão hoà khô và đi tới
bộ quá nhiệt.
2.4. Kết luận:
Trong chương 2 ta đã xây dựng được mô tả toán học cho đối tượng điều
khiển và cả hệ thống hở. Dựa vào thông số thực tế của thiết bị thí nghiệm ta đã
xác định được thông số của đối tượng đó là hệ số khuếch đại và hằng số thời
Hình 2.9:Cấu trúc mô tả toán học của toàn hệ thống
200
BĐK 0.025s 1 
0.08
s( 15s 1) 
(-)
Lđ L
0.016
0.005s 1 
Hình 2.13: Sơ đồ điều chỉnh mức nước bao hơi một tín hiệu
Nhiễu
Ket-noi.com kho tai lieu mien phi Ket-noi.com kho tai lieu mien phi38
gian của quá trình và cơ cấu chấp hành. Đây là, sự chuẩn bị cần thiết cho thiết kế
cấu trúc điều khiển cho đối tượng ở các chương sau.39
Chương 3
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ ỔN ĐỊNH MỨC
NƯỚC CẤP BÌNH BAO HƠI
Trong chương 2, đã tiến hành xây dựng được mô hình toán học cho đối tượng.
Trong chương này, ta đi thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống điều khiển mức nước cấp
bình bao hơi bằng bộ điều khiển PID kinh điển.
3.1. Tổng quan bộ điều khiển PID
Bộ điều khiển được gọi là PID do được viết tắt từ 3 thành phần cơ bản trong bộ
điều khiển : khuếch đại tỷ lệ (P), tích phân (I) và vi phân (D).
với u(t) = uP + uI + uD

Khi sử dụng bộ điều khiển PID nó đảm bảo tính bổ sung hoàn hảo của 3 trạng
thái, 3 tính cách khác nhau:
- Phục tùng và làm việc chính xác (P)
- Làm việc có tích luỹ kinh nghiệm (I)
Link Download bản DOC
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:

 

Các chủ đề có liên quan khác

Top