Điều khiển mức nước bao hơi bằng bộ điều khiển mờ - Nơron

Trong bài báo này chúng tôi đề xuất một phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ - nơron để điều khiển mức nước bao hơi nhằm nâng cao chất lượng hệ thống. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển mức nước bao hơi bằng bộ điều khiển mờ - NơronT¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 2008ĐIỀU KHIỂN MỨC NƯỚC BAO HƠI BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ - NƠRONTrần Thị Vân Anh - Lại Khắc Lãi (Trường ĐH Kỹ thuật công nghiệp- ĐH Thái Nguyên)1. Đặt vấn đềLò hơi là thiết bị quan trọng nhất của các quá trình sản xuất trong công nghiệp như quá trìnhsản xuất điện, sản xuất giấy,... Trong nhà máy nhiệt điện, lò hơi là thiết bị lớn nhất và vận hànhphức tạp nhất, là một hệ thống có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra. Hệ thống điều khiển lò hơi làmột hệ thống điều khiển phức tạp, giám sát và điều khiển hàng trăm tham số. Hệ thống có cấutrúc phức tạp với hàng trăm mạch vòng điều khiển khác nhau.Trong đó hệ thống điều chỉnh mức nước bao hơi là một trong những khâu quan trọng của hệthống điều khiển lò hơi. Nhiệm vụ của hệ thống này là đảm bảo tương quan lượng nước đưa vàolò hơi và lượng hơi sinh ra. Khi tương quan này bị phá vỡ thì mức nước trong bao hơi sẽ khôngcố định. Mức nước thay đổi sẽ dẫn tới sự cố ở tuabin hay lò hơi. Nếu mức nước bao hơi lớn quágiá trị cho phép sẽ làm giảm năng suất bốc hơi của bao hơi, giảm nhiệt độ hơi quá nhiệt ảnhhưởng tới sự vận hành của tuabin. Nếu mức nước bao hơi quá thấp so với giá trị cho phép làmtăng nhiệt độ hơi quá nhiệt, có thể gây nổ hệ thống ống sinh hơi. Trong quá trình vận hành lòhơi, mức nước bao hơi luôn thay đổi và dao động lớn đòi hỏi người công nhân vận hành phảiđiều chỉnh mức nước bao hơi kịp thời và luôn ổn định ở một giá trị cho phép. Song vì lò hơi cónhiều thông số cần theo dõi và điều chỉnh nên người vận hành không thể điều chỉnh kịp thời vàliên tục để giữ ổn định mức nước trong bao hơi. Do vậy tự động điều chỉnh mức nước bao hơi làmột trong những khâu trọng yếu của các hệ thống điều chỉnh tự động lò hơi, đóng vai trò quantrọng trong việc nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển lò hơi.Hiện nay, thường sử dụng bộ điều khiển PID kinh điển để điều khiển mức nước bao hơi. Tuynhiên, các hệ số của bộ điều khiển PID chỉ được tính toán cho một chế độ làm việc cụ thể của hệthống, khi thông số của đối tượng thay đổi trong quá trình vận hành, việc chỉnh định lại các hệsố của PID khó khăn và thường được các nhân viên vận hành tiến hành theo kiểu “thăm dò” tốnrất nhiều thời gian mà vẫn không tìm được phương án tối ưu.Trong bài báo này chúng tôi đề xuất một phương pháp thiết kế bộ điều khiển mờ - nơron đểđiều khiển mức nước bao hơi nhằm nâng cao chất lượng hệ thống.1. Ứng dụng hệ mờ - nơron để điều khiển mức nước bao hơiHệ mờ - nơron là hệ sử dụng mạng nơron như một công cụ trong mô hình mờ; đó lànhững hệ mờ có phương pháp tiếp cận đặc trưng tự động điều chỉnh của mạng nơron, nhưngkhông có sự thay đổi chức năng của chúng (mờ hoá, giải mờ, suy luận mờ và những hàm lôgiccơ bản). Trong hệ thống này, mạng nơron được sử dụng trong việc làm tăng tốc độ quá trình xửlý của tập mờ. Các hệ mờ - nơron vốn đã là các hệ lôgic mờ chúng được ứng dụng vào lĩnh vựcđiều khiển công nghiệp nhằm mục đích cải thiện những hạn chế về chất lượng của hệ thống màbộ điều khiển PID kinh điển không đáp ứng được, từ đó nâng cao chất lượng hệ thống.108T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 20082.1. Khảo sát đối tượng mức nước bao hơiCác thông số kỹ thuật của lò BZK-220-100-10C [2]:Năng suất lò: D=220 T/h; Nhiệt độ hơi quá nhiệt tqnh=5400C; Áp suất hơi quá nhiệtPqnh=100KG/cm2; Áp suất trong balông Ph=112,6KG/cm2; Nhiệt độ nước cấp tnc=2300C; Nhiệtđộ khói thoát tkt=1330C; Hiệu suất thô của lò η = 86,05%; Tổn thất do khói thoát q2=5,4%; Tổnthất do cháy không hoàn toàn về hoá học q3=0; Tổn thất do tản ra môi trường ngoài q5=0,54%;Tổn thất do cơ giới q4=8%; Tổn thất do xỉ mang ra ngoài q6=0,06%.Tua - binHơi đến tua binMáy phátBalôngThùng thanNước cấp cho lòBình ngưngBơm nướcĐường khói thải cấpThân lòBơm nướcQuạt khóiLọc bụi tĩnh điệnBuồng lửaQuạt gióKhông khíHình 1: Cấu tạo lò hơi BZK-220-100-10CTheo [1] ta có:- Hàm số truyền của đối tượng mức nước bao hơi được mô tả như sau:0, 080, 0054Wdt ( s ) ==s (1 + 15s ) s ( 0, 067 + s )--Hàm truyền đạt của thiết bị đo mức được mô tả như sau:0, 016⇒ WH ( s ) =1 + 0, 0005sHàm truyền đạt của bộ chuyển đổi dòng điện – khí nén (I/P):K=- KG / cm2 ∆Pmax 1 − 0,2== 0,05 ∆Imax 20 − 4 mA Hàm truyền đạt của van:WV-T =50  %®é më T / h 1 + 0, 01s  KG/cm 2 %®é më Từ đó ta có sơ đồ cấu trúc của đối tượng như hình 2:Hình 2: Sơ đồ cấu trúc của đối tượng109T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 2(46) Tập 1/N¨m 2008Từ phần mềm tối ưu của Matlab ta xác định được các thông số tối ưu của bộ điều khiểnPID kinh điển. Sau quá trình mô phỏng với tham số bộ điều chỉnh tối ưu đã tìm được với: KP =12, TI = 100, TD = 90 ta thu được kết quả điều khiển là đường đặc tính quá độ của mức nước baohơi như hình 3.2.2. Thu thập bộ dữ liệu để huấn luyện mạng1.41.2Sau khi khảo sát đối tượng ta tiến hànhthu thập dữ liệu để huấn ...