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 LạiKhắc Lãi em đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ điều khiển dự báo đểđiều khiển nhiệt độ lò nung cán thép liên tục” trong đó sử dụng mạng nơron để nhận dạng đối tượng .

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình của Thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi và một số đồng nghiệp, đến nay em đã hoàn thành luận văn của mình. Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng do thời gian có hạn nên không tránh khỏi một số thiếu sót nhất định. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để cho luận văn hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

Nội dung

Trang 1 Trang

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

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

nung .

3.1. Hệ thống điều khiển nhiệt độ cho lò nung 104

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

1. Tính cấp thiết của đề tài

MỞ 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.

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”

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

Đề tài có ý nghĩa quan trọng cả về khoa học và thực tiễn

Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, hiện nay nước ta đã và đang xây dựng nhiều nhà máy cán thép dây truyền công nghệ hiện đại.Tuy nhiên các bộ điều khiển nhiệt độ trong các lò nung cán liên tục vẫn sử dụng các bộ điều khiển kinh điển nên chưa kể hết được các yếu tố tác động từ bên ngoài.

Xuất phát từ thực tiễn đó, việc áp dụng bộ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò nung liên tục sẽ tiết kiệm được nhiên liệu, nâng cao chất lượng điều khiển từ đó góp phần nâng cao hiệu suất sản phẩm.

3. Phương pháp nghiên cứu

+ Nghiên cứu lý thuyết để đưa ra các thuật toán điều khiển.

+ Mô hình hoá và mô phỏng để kiệm nghiệm kết quả nghiên cứu.

4. Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan lý thuyết điều khiển quá trình và điều khiển dự báo

Chương 2: Tìm hiểu công nghệ nung phôi trong dây chuyền cán thép liên tục . Chương 3: Xây dựng hệ điều khiển dự báo để điều khiển nhiệt độ lò nung .

Trong quá trình thực hiện đề tài, tác giả đã cố gắng hạn chế tối đa các khiếm khuyết, song do trình độ và thời gian còn hạn chế nên luận văn hoàn thành chắc chắn còn thiếu sót. Tác giả kính mong Hội đồng Khoa học và độc giả bổ sung đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn!