Đang tải... (xem toàn văn)
Điều khiển thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục CSTR sử dụng giải thuật di truyền
1 B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG VÕ Đ I BÌNH ĐI U KHI N THI T B PH N NG KHU Y TR N LIÊN T C CSTR S D NG GI I THU T DI TRUY N Chuyên ngành: T đ ng hóa Mã s : 60.52.60 TĨM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Đà N ng, Năm 2012 Cơng trình đư c hoàn thành t i Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS NGUY N QU C Đ NH Ph n bi n 1: TS NGUY N BÊ Ph n bi n 2: PGS.TS NGUY N H NG ANH Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t nghi p Th c sĩ K thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 30 tháng năm 2012 Có th tìm hi u lu n văn t i: - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng M Đ U Lí ch n đ tài Cùng v i s phát tri n c a ñ t nư c, hi n s nghi p cơng nghi p hóa, hi n đ i hóa ngày phát tri n m nh m , s ti n b c a khoa h c k thu t, k thu t ñi u n t ñ ng - thông minh góp ph n r t l n t o ñi u ki n ñ nâng cao hi u qu q trình s n xu t đ m b o yêu c u v b o v ngư i, máy móc mơi trư ng Ngành cơng nghi p hóa ch t m t nh ng ngành kinh t r t quan tr ng Cơng nghi p hóa ch t s n xu t hóa ch t b n hay h p ch t ph c t p, cung c p nguyên li u ph c v cho r t nhi u ngành cơng nghi p khác đ i s ng c a ngư i Vì v y yêu c u ñ t s n ph m c a ngành ph i ñ t ñư c ch t lư ng ngày cao B t bu c q trình u n đ i lư ng b n lưu lư ng, áp su t, nhi t ñ , n ng ñ ,… c n đáp ng v i đ xác cao đ ph c v cho q trình s n xu t ñ t hi u qu t t Đ c thù c a q trình cơng ngh s n xu t hóa ch t khó thay đ i thi t k v cơng ngh , mơ hình ph c t p, ch u nh hư ng c a nhi u ñ i tư ng tác ñ ng ñ c bi t tác ñ ng khó xác ñ nh nhi t ñ … Nên ñi u n ta ph i thi t l p m t h th ng ñi u n phù h p v i ñ c thù c a q trình cơng ngh có tính thích ng cao Thi t b ph n ng khu y tr n liên t c (CSTR- Continuous stirred tank reactor) m t nh ng thi t b thư ng ñư c s d ng ngành hóa ch t, v i thi t b có th th c hi n ph n ng hóa h c đ t o lo i môi ch t m i Cùng v i s phát tri n c a k thu t ñi u n t ñ ng hi n có nhi u cách đ u n thi t b CSTR (ñi u n trình hóa h c) ch ng h n s d ng b ñi u n PID kinh ñi n, ñi u n m , nơron,…nhưng m i b ñi u n ñ u có ưu c ñi m nh t ñ nh Hi n nay, v i b ñi u n s d ng m ng h i quy có thêm m t hư ng phát tri n m i lĩnh v c nghiên c u thi t k ñi u n h th ng, có r t nhi u ng d ng lĩnh v c ñi u n cơng nghi p hi n B u n s d ng m ng h i quy v nguyên t c b ñi u n tĩnh phi n, có th đư c thi t k v i ch t lư ng h th ng cho trư c theo m t đ xác tuỳ ý làm vi c theo nguyên lý tư c a ngư i Tuy nhiên, c u trúc c a m ng h i quy s r t ph c t p vi c ñi u ch nh tham s c a m ng cho thích h p s khó Có nhi u lo i m ng h i quy : m ng h i quy m , m ng h i quy nơron ñã ñư c ñưa v i thu t toán cho vi c h c c a chúng G n ñây, m t s cách h c d a gi i thu t di truy n, ti n hóa đư c dùng thi t k m ng h i quy ñư c ñ xu t ñ gi i quy t v n ñ h c cho b ñi u n h i quy M c đích c a nh ng cách h c phát tri n, c i ti n ñ nâng cao hi u su t vi c ñi u n V i phương hư ng trên, tác gi s tìm hi u, nghiên c u ng d ng gi i thu t di truy n vào m ng nơron ñ ñi u n thi t b ph n ng khu y tr n liên t c Đó lí ch n đ tài "ĐI U KHI N THI T B PH N NG KHU Y TR N LIÊN T C CSTR S D NG GI I THU T DI TRUY N" M c ñích nghiên c u - Hi u rõ lí thuy t m ng h i quy, m ng nơron thu t toán di truy n GA - ng d ng GA vào vi c thi t k b ñi u n ñi u thi t b ph n ng khu y tr n liên t c CSTR - S d ng ñư c ph n m m MATLAB SIMULINK làm cơng c xây d ng mơ hình mơ ph ng k t qu Đ i tư ng nghiên c u - Thi t b ph n ng khu y tr n liên t c CSTR - Continuous-stirred tank reactor; - M ng nơ ron; - Thu t toán di truy n GA Ph m vi nghiên c u - K t h p gi i thu t di truy n m ng nơ ron ñ ñi u n thi t b CSTR cho tín hi u theo mong mu n Phương pháp nghiên c u - Nghiên c u lý thuy t k t h p v i mô ph ng mô hình b ng cơng c Matlab – Simulink, s s ñ ti p t c nghiên c u th c t Ý nghĩa c a ñ tài Ý nghĩa khoa h c N u th c hi n thành cơng, đ tài s mang l i m t hư ng ñi m i vi c thi t k m t b ñi u n t i ưu có s d ng gi i thu t di truy n Bên c nh vi c gi ñư c ưu ñi m c a b ñi u n nơron, phương pháp m i s b sung cho m ng m t kh h c mang tính di truy n nh m ñưa hư ng gi i quy t t i ưu nh t trư ng h p x y v i đ i tư ng Qua t o m t cơng c u n m nh u n q trình s d ng trí tu nhân t o Ý nghĩa th c ti n Đ tài th c hi n làm s ñ th c hi n b ñi u n s d ng trí tu nhân t o có kh u n h th ng ph c t p v i ch t lư ng ñ t yêu c u C u trúc lu n văn : Lu n văn g m chương: CHƯƠNG 1: THI T B PH N NG KHU Y TR N LIÊN T C CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR - CSTR 1.1 Gi i thi u thi t b ph n ng khu y tr n liên t c 1.2 C u hình thi t b CSTR 1.3 Phương trình tốn h c c a đ i tư ng CHƯƠNG 2: T NG QUAN LÝ THUY T 2.1 Gi i thi u t ng quan v m ng nơron 2.2 Gi i thi u t ng quan v thu t toán di truy n GA – Genetic Algorithm CHƯƠNG 3: THI T K B ĐI U KHI N S D NG GI I THU T DI TRUY N 3.1 Xây d ng mơ hình b u n s d ng gi i thu t di truy n 3.2 Tính tốn thơng s thi t b CSTR CHƯƠNG 4: MÔ PH NG VÀ NH N XÉT 4.1 Mơ ph ng b u n 4.2 K t qu mô ph ng 4.3 Nh n xét k t qu mô ph ng CHƯƠNG THI T B PH N NG KHU Y TR N LIÊN T C CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR - CSTR GI I THI U THI T B PH N NG KHU Y TR N LIÊN T C Thi t b khu y tr n liên t c (CSTR) ñư c bi t ñ n m t thùng ch a l n ho c m t lò ph n ng, m t d ng thi t b ph n ng ph bi n kĩ thu t hóa h c M t thi t b CSTR thư ng dùng đ nói đ n m t mơ hình đư c s d ng ñ ñánh giá s thay ñ i c a thành ph n h p ch t trình ph n ng, v i vi c s d ng m t thùng (b ) ch a có thi t b khu y ho t đ ng liên t c, nh m cho s n ph m đ u theo u c u Mơ hình làm vi c v i h u h t lưu ch t : ch t l ng, khí ñ t, bùn than, xi măng Cách x lý c a m t thi t b CSTR thư ng x p x hay hư ng theo m t m u lý tư ng g i Continuous Ideally Stirred-Tank Reactor (CISTR) T t c tính tốn đ u ñư c x p x v i ñi u ki n lý tư ng Trong m t lò ph n ng khu y tr n hoàn h o, h p ch t ñ u ñ ng nh t ñư c c u thành t h p ch t hóa h c đ u vào, ho t ñ ng v i th i gian t c ñ ph n ng n ñ nh N u th i gian tr n n ñ nh t đ n 10 chu kì ta coi ñã ñ t ñư c yêu c u kĩ thu t Các thi t b CSTR ñư c s d ng thư ng đư c đơn gi n hóa cơng th c tính tốn kĩ thu t có th đư c s d ng đ mơ t nghiên c u v ph n ng 1.1 Hình 1.1 Thi t b CSTR - Continuous-stirred tank reactor C U HÌNH THI T B CSTR 1.2.1 C u hình thi t b CSTR dịng ch t bi n ngõ vào bi n ngõ 1.2.2 C u hình thi t b CSTR dịng ch y qua bi n ngõ vào bi n ngõ 1.2.3 C u hình thi t b CSTR có ngu n nhi t bi n ngõ vào, bi n ngõ 1.2.4 C u hình thi t b CSTR có ngu n nhi t bi n ngõ vào (Tc0 Ca0), bi n ngõ ra(Tavà Ca) 1.3 PHƯƠNG TRÌNH TỐN H C C A Đ I TƯ NG 1.2 Hình 1.6 H th ng CSTR có ngu n nhi t bi n ngõ vào (Tc0 Ca0), bi n ngõ (Tavà Ca) B ng 1.1 Kí hi u q Ca0 T0 Tc0 V k0 E/R R - ∆H ρ ρc Cp Cpc qc Ta Ca Kí hi u đ i lư ng Ý nghĩa Lưu lư ng dòng ch y ch t A N ng ñ mol c a ch t A Nhi t ñ ch t ñưa vào ph n ng Nhi t ñ vào ngu n nhi t Th tích b n = th tích h n h p ph n ng H s truy n nhi t H s va ch m Năng lư ng ho t hóa H ng s khí Entanpi ph n ng (s c ph n nhi t) Kh i lư ng riêng c a ch t ph n ng Kh i lư ng riêng c a ch t làm thi t b ngu n nhi t Nhi t dung riêng c a ch t ph n ng Nhi t dung riêng c a ch t làm thi t b ngu n nhi t Lưu lư ng dòng ch y ngu n nhi t Nhi t ñ c a h p ch t sau ph n ng N ng ñ mol c a ch t B Đơn v Lít/phút mol /lít K K Lít J/phút.K 1/phút K cal/mol g/lít g/lít cal/g.K cal/g.K Ml/phút oC mol/lít T h th ng CSTR ch n theo tài li u [11] [12] [14] [15] xác đ nh mơ hình tốn cho h th ng CSTR sau: Phương trình cân b ng mol cho thi t b khu y tr n liên t c: dn j = dt dt dn j V dC j dt dn + j ñl dt R (1.1) = q (C j − C j ) + ∑ν i , j ri V r (1.2) i =1 Trong đó: ν : t c ñ chuy n hóa ch t r : t c ñ ph n ng r = k.cjn n : b c ph n ng Theo phương trình Arrhenius k = k0.exp − E RT (1.3) Trong đó: k0: h s va ch m Xét c th ph n ng pha l ng, ñ ng tích: A => B Phương trình t c đ : r = k0e − E RT (1.4) CA Phương trình cân b ng v t ch t cho ch t A: E − dCa q = (Ca − Ca ) − k0Ca e RTa dt V (1.5) Ta có phương trình cân b ng nhi t c a thi t b khu y tr n liên t c có d ng: dQ I = Q S − Q S − Q D − Qv + Q R + QC dt (1.6) V i QI nhi t lư ng c a h : Q I = mC p T = ρVC p T (1.7) QS1, QS2 dịng nhi t đ i lưu h n h p ñ u mang vào h n h p ph n ng mang QS1 = ρqC p1T0 (1.8) QS = ρqC p 2Ta (1.9) Trong đó: QD : lư ng nhi t trao ñ i gi a h n h p ph n ng tác nhân t i nhi t qua thành thi t b Đ i v i trư ng h p QD =0 Qv : Lư ng nhi t t n th t môi trư ng xung quanh Xét Qv = QR : Nhi t ph n ng QR = − r.∆H V (1.10) V i Qc Nhi t lư ng ngu n nhi t sinh k Qc = k q c 1 − exp − q c V i: (Tc − Ta ) (1.11) k2 = ρ c C pc k3 = ρC pc Th (1.7), (1.8), (1.9), (1.10), (1.11) vào (1.6) v i T = Ta , ta có: E dTa q = (T0 − Ta ) + k1Ca exp − dt V RTa V i k1 = k3 + k2 qc 1 − exp − (Tc − Ta ) qc (1.12) (− ∆H )k ρC p T (1.5) (1.12) ta có mơ hình tốn c a đ i tư ng sau: E − dCa q RTa = (Ca − Ca ) − k0Ca e V dt dTa = q (T − T ) + k C exp − E a a RTa dt V k3 + k2 qc 1 − exp − ( Tc − Ta ) qc (1.13) 10 CHƯƠNG 2: T NG QUAN LÝ THUY T 2.1 GI I THI U T NG QUAN V M NG NƠRON 2.1.1 Gi i thi u t ng quan v b não ngư i Nơron sinh h c H th ng th n kinh c a ngư i có th ñư c xem m t h th ng ba t ng Trung tâm c a h th ng b não ñư c t o nên b i m t m ng lư i th n kinh; liên t c thu nh n thông tin, nh n th c thông tin, th c hi n quy t đ nh phù h p Bên ngồi b não b ti p nh n làm nhi m v chuy n đ i kích thích t th ngư i hay t môi trư ng bên ngồi thành xung n; xung n v n chuy n thông tin t i m ng lư i th n kinh T ng th ba bao g m b tác ñ ng có nhi m v chuy n đ i xung ñi n sinh b i m ng lư i th n kinh thành đáp ng có th th y ñư c (dư i nhi u d ng khác nhau), đ u c a h th ng Hình 2.1 Bi u di n sơ đ kh i c a h th ng th n kinh Th n kinh trung ương ñư c c u t o t l p t bào, t bào th n kinh (g i nơron) t bào glia Trong ñó, glia ch th c hi n ch c h tr , nơron m i tr c ti p tham gia vào q trình x lý thơng tin B não ngư i ch a kho ng 11 14 10 nơron, v i 10 liên k t gi a chúng, t o thành m t m ng t bào th n kinh kh ng l Hình 2.2 cho th y t ng th c a m t b não ngư i Hình 2.2 B não ngư i 12 có s đa d ng l n v hình d ng, kích thư c c u t o nh ng ph n khác c a b não th hi n tính đa d ng v b n ch t tính tốn Các tín hi u truy n dây th n kinh vào c a nơron tín hi u n, đư c th c hi n thơng qua q trình gi i phóng ch t h u Các ch t ñư c phát t kh p n i, Hình 2.4, d n t i dây th n kinh vào s làm tăng hay gi m ñi n th c a nhân t bào Khi ñi n th ñ t t i m t ngư ng (g i ngư ng kích ho t), s t o m t xung ñi n d n t i tr c dây th n kinh Xung ñư c truy n theo tr c t i nhánh r , ch m vào kh p n i n i v i nơron khác, s gi i phóng ch t truy n ñi n, Hình 2.5 Ngư i ta chia thành lo i kh p n i, kh p kích thích (excitatory) kh p c ch (inhibitory) Hình 2.4 Hình 2.5 Kh p n i th n kinh Xung ñi n tr c th n kinh Vi c nghiên c u nơron sinh h c cho th y ho t đ ng c a đơn gi n, ñi n th dây th n kinh vào vư t q m t ngư ng đó, nơron b t ñ u 13 gi t (firing), t o m t xung ñi n truy n dây th n kinh ñ n nơron khác, ch cho phép d dàng t o mơ hình nơron nhân t o Trong b não, có m t s lư ng r t l n t ch c gi i ph u quy mô nh quy mô l n c u t o d a s nơron synapse; chúng ñư c phân thành nhi u c p theo quy mô ch c ñ c thù C n ph i nh n th y r ng ki u c u trúc phân c p hoàn h o ñ c trưng nh t c a b não Chúng khơng đư c tìm th y b t kỳ nơi m t máy tính s , khơng đâu đ t t i g n s tái t o l i chúng v i m ng nơron nhân t o Tuy nhiên, hi n ñang ti n t ng bư c m t ñư ng d n t i m t s phân c p m c tính toán tương t v y Các nơron nhân t o mà s d ng ñ xây d ng nên m ng nơron nhân t o th c s cịn r t thơ sơ so v i nh ng đư c tìm th y b não Các m ng nơron mà ñã xây d ng ñư c ch m t s phác th o thơ k ch n u đem so sánh v i m ch th n kinh b não Nhưng v i nh ng ti n b ñáng ghi nh n r t nhi u lĩnh v c th p k v a qua, có quy n hy v ng r ng th p k t i m ng nơron nhân t o s tinh vi nhi u so v i hi n 2.1.2 Gi i thi u t ng quan v nơron nhân t o Lý thuy t v M ng nơron nhân t o, hay g i t t “M ng nơron”, ñư c xây d ng xu t phát t m t th c t b não ngư i ln th c hi n tính tốn m t cách hồn tồn khác so v i máy tính s Có th coi b não m t máy tính hay m t h th ng x lý thông tin song song, phi n c c kỳ ph c t p Nó có kh t t ch c b ph n c u thành c a nó, t bào th n kinh (nơron) hay kh p n i th n kinh (synapse), nh m th c hi n m t s tính tốn nh n d ng m u ñi u n v n ñ ng nhanh nhi u l n máy tính nhanh nh t hi n S mô ph ng b não ngư i c a m ng nơron d a s m t s tính ch t ñ c thù rút t nghiên c u v th n kinh sinh h c M ng nơron nhân t o mơ hình tốn h c đơn gi n c a b não ngư i, b n ch t c a m ng nơron nhân t o m ng tính tốn phân b song song Trái v i mơ hình tính tốn thơng thư ng, h u h t m ng nơron ph i ñư c hu n luy n 14 trư c s d ng Các nghiên c u v m ng nơron nhân t o ñã b t ñ u t th p niên 1940 Đ n năm 1944, McCulloch Pitts cơng b cơng trình nghiên c u v liên k t c a t bào nơron Năm 1949, Hebb cơng b nghiên c u v tính thích nghi c a m ng nơron Cu i năm 1950, Rosenblatt ñưa m ng Perceptron Nghiên c u v m ng nơron ch phát tri n m nh m k t sau nh ng năm 1980 sau giai ño n thoái trào t năm 1969, Minsky Papert ch m t s khuy t ñi m c a m ng Perceptron Năm 1985 m ng Hopfield ñ i sau sau m t năm m ng lan truy n ngư c Đ n ñã có r t nhi u c u hình m ng thu t toán hu n luy n tương ng đư c cơng b đ gi i quy t tốn khác 2.1.2.1 Mơ hình t bào Nơron nhân t o 2.1.2.2 Mơ hình nơron m t ngõ vào 2.1.2.3 Mơ hình nơron nhi u ngõ vào 2.1.3 Ph n h i (feedback) 2.1.4 M ng nơron 2.1.4.1 Phân lo i m ng nơron 2.1.4.2 Đ c trưng c a m ng nơron 2.1.4.3 Bi u di n tri th c m ng nơron 2.1.4.4 Hu n luy n m ng Nơron 2.2 GI I THI U T NG QUAN V THU T TOÁN DI TRUY N GA – GENETIC ALGORITHM 2.2.1 T ng u nhiên ñ n thu t gi i di truy n 2.2.2 Đ ng l c 2.2.3 Thu t gi i di truy n Thu t gi i di truy n (GA) k thu t chung giúp gi i quy t v n đ -bài tốn b ng cách mơ ph ng s ti n hóa c a ngư i hay c a sinh v t nói chung (d a thuy t ti n hóa mn lồi c a Darwin) ñi u ki n quy ñ nh s n c a môi trư ng GA m t thu t gi i, nghĩa m c tiêu c a GA khơng nh m đưa l i gi i xác t i ưu mà đưa l i gi i tương ñ i t i ưu GA( Fitness, Fitness_threshold, p, r, m) { // Fitness: hàm gán thang ñi m c lư ng cho m t gi thuy t 15 // Fitness_threshold: Ngư ng xác ñ nh tiêu chu n d ng gi i thu t tìm ki m // p: S cá th qu n th gi thuy t // r: Phân s cá th qu n th ñư c áp d ng toán t lai ghép m i bư c // m: T l cá th b ñ t bi n • Kh i t o qu n th : P • Ư c lư ng: T o ng u nhiên p cá th gi thuy t ng v i m i h P, tính Fitness(h) • while [max Fitness(h)] < Fitness_threshold T o th h m i, PS Ch n cá th : ch n theo xác su t (1 – r)p cá th qu n th P thêm vào PS Xác su t Pr(hi) c a gi thuy t hi thu c P ñư c tính b i cơng th c: Pr(hi ) = Fitness (hi ) ∑ p j =1 Fitness (h j ) Lai ghép: ch n l c theo xác su t r× p c p gi thuy t t qu n th P, theo Pr(hi) tính bư c ng v i m i c p , t o hai b ng cách áp d ng toán t lai ghép Thêm t t các vào PS Đ t bi n: Ch n m% cá th c a PS v i xác su t cho m i cá th ng v i m i cá th bi n ñ i m t bit ñư c ch n ng u nhiên cách th hi n c a C p nh t: P PS Ư c lư ng: ng v i m i h P, tính Fitness(h) • Tr v gi thuy t P có đ thích nghi cao nh t } 16 Hình 2.38 Sơ ñ t ng quát c a thu t gi i di truy n 2.2.4 Cơ ch th c hi n c a thu t gi i 2.2.4.1 Mã hóa 2.2.4.2 Ch n l c cá th 2.2.4.3 Lai ghép 2.2.4.4 Đ t bi n 2.2.5 Hàm thích nghi s ch n l c 2.2.5.1 Đ thích nghi tiêu chu n 2.2.5.2 Đ thích nghi x p h ng (rank method) 2.2.5.3 X lý ràng bu c 2.2.5.4 Đi u ki n k t thúc l p c a GAs 17 CHƯƠNG 3: THI T K B ĐI U KHI N S GI I THU T DI TRUY N 3.1 XÂY D NG MƠ HÌNH B ĐI U KHI N S D NG D NG GI I THU T DI TRUY N Nh m m c đích u n n ng ñ nhi t ñ c a môi ch t cho b ng theo giá tr ñ t Tác gi thi t k b ñi u n g m m ng nơron k t h p v i gi i thu t di truy n ñ ñi u n thi t b CSTR Trong gi i thu t di truy n s hu n luy n m ng nơron c p nh t tr ng s t i ưu cho m ng nơron cho sai l ch c c ti u Mơ hình u n có d ng sau: GA NƠRON Hình 3.1 CSTR Mơ hình b u n Đ đơn gi n hóa q trình mơ ph ng, tác gi ch n m ng nơron l p g m l p n l p s d ng hàm truy n tansig hàm purelin Tín hi u đ u vào (tín hi u ñ t xung hình ch nh t) Hình 3.2 3.2 Mơ hình m ng nơron TÍNH TỐN CÁC THƠNG S TRONG THI T B CSTR Phương trình tốn h c c a h ñ i tư ng 18 E − dCa q RTa = (Ca − Ca ) − k0Ca e V dt dTa = q (T − T ) + k C exp − E + k q 1 − exp − k3 ( T − T ) c c0 a a a RTa qc dt V B ng 3.1 (3.1) B ng thơng s h ng s phương trình Kí hi u Ý nghĩa Giá tr Ca0 N ng ñ mol c a ch t A T0 Nhi t ñ ch t ñưa vào ph n ng 350 (K) Tc0 Nhi t ñ vào ngu n nhi t 350 (K) V Th tích b n = th tích h n h p ph n ng 100 (lít) H s truy n nhi t 7.105 (J/phút.K) k0 H s va ch m 7,2.1010 (1/phút) E/R Năng lư ng ho t hóa 1.104 (K) R H ng s khí - ∆H Entanpi ph n ng (s c ph n nhi t) 2.104 (cal/mol) ρ Kh i lư ng riêng c a ch t ph n ng 1.103 (g/lít) ρc Kh i lư ng riêng c a ch t làm thi t b ngu n nhi t 1.103 (g/lít) Cp Nhi t dung riêng c a ch t ph n ng Cpc Nhi t dung riêng c a ch t làm thi t b ngu n nhi t (cal/g.K) Tính toán h s ph n ng ( −∆H ) k0 2.104 × 7, 2.1010 k1 = ρC p = 1.10 × (mol /lít) = 1, 44.1012 (cal/g.K) (3.2) k2 = ρ cC pc 1.103 × = = 0, 01 ρ C pV 1.103 × 1× 100 (3.3) k3 = 7.105 = = 7.10 ρ C pc 1.10 × (3.4) Xét mơ hình tốn h c h đ i tư ng phi n MIMO, có s ngõ vào b ng s ngõ p, b c n ( v i n=m1+m2+ +mp) Lúc phương trình đ ng h c có d ng: 19 p m1 y1 = f ( x ) + ∑ g j ( x ) u j + d j =1 p mp y p = f p ( x ) + ∑ g pj ( x ) u j + d p j =1 (3.5) Trong đó: fk gkj (v i k=1÷p) hàm phi n T u = u1 , u2 , , u p ∈ R p vectơ tín hi u u n ngõ vào h ñ i tư ng T y = y1 , y2 , , y p ∈ R p vectơ tín hi u ngõ c a h ñ i tư ng T d = d1 , d , , d p ∈ R p vectơ tín hi u nhi u t ngồi tác đ ng vào Trong toán này, yêu c u thi t k b u n có tín hi u ngõ y s T bám theo tín hi u đ t yr = yr1 , yr , , yrp ∈ R p T (3.5) có th bi u di n phương trình tr ng thái h ñ i tư ng ñư c rút g n sau: ′ x = A0 x + B′[ F ( x ) + G ( x )u + d ] & y = CT x Trong đó: A′, B′, C (3.6) l n lư t ma tr n chéo c a ma tr n ′ ′ A0 k , B0 k , C0 k , ′ ′ ′ ′ A0 = diag[ A01 , A02 , , A0 p ] ∈ R nxn ′ B′ = diag[ B1′, B2 , , B′ ] ∈ R nxp p C = diag[C1 , C2 , , C p ] ∈ R nxp F ( x) = [ f1 ( x ), f ( x), , f p ( x)]T ∈ R p G ( x) = [G1 ( x), G2 ( x), , G p ( x)]T ∈ R pxp Gk ( x) = [ g1k ( x), g k ( x), , g pk ( x)]T ∈ R p Ta có ñ nh nghĩa: ˆ ˆ Sai s bám: e = Yr − x ; e = Yr − x ˆ ˆ Trong e x c lư ng c a e x m ( mp Yr = yr1 , y r1 , , yr(1 1−1) , , yrp , y rp , , yrp −1) ∈ R n T (3.7) v i 20 T (3.8) m ( mp yr( m ) = yr(1 ) , yr( m 2) , , yrp ) ∈ R p T e = e1 , e1 , , e1( m1−1) , , e p , e p , , e(pmp −1) = e11 , e12 , , e1n , , e p1 , e p , , e pn ∈ R n T T T e = e1 , e2 , , e p = E11 , E12 , , E1 p ∈ R p (3.9) N u hàm fk(x) gkj(x) ñã bi t ch c ch n khơng có nhi u ngồi d theo tiêu chu n Lyapunov lu t ñi u n là: T − F ( x) + yrm + K c e = G −1 ( x) − F ( x) + y m + K T e u = r c G ( x) * (3.10) nxp Trong K c = diag K c1 , K c , , K cp ∈ R vecto khu ch ñ i h i ti p, m T T K ck = [ K ck , K ck , , K ckn ] ∈ R k ñư c ch n cho Ak′ = A0′k − Bk′ K ck thoa Hurwitz V i mơ hình tốn đ i tư ng đư c trình bày (3.1) m t ñ i tư ng phi n Do đ u n đ i tư ng tác gi chuy n g n ñúng h ñ i tư ng v d ng (3.5) Nên c n ph i đưa v phương trình tr ng thái c a h ñ i tư ng ñư c thành l p sau: Đ t bi n tr ng thái, ngõ vào, ngõ ra: { x = [ x1 , x2 ] T = [Ca , Ta ] T u1 = q; u2 = qc (3.11) y1 = Ca ; y2 = Ta Do h phương trình (3.1) đư c vi t l i −E q R* x2 (Cao − x1 ) − K x1e V & x = f ( x, u ) = − K2 −E q (T0 − x2 ) + K1 x1e R*x2 + K 3u2 (1 − e x2 )(Tc − x2) V (3.12) y = g ( x) = g ( x1 , x2 ) (3.13) Ta có th vi t phương trình tr ng thái c a h đ i tư ng sau: x1 = 0 x1 + 1 f1 ( x) 0 x2 0 f ( x) x2 y1 1 x1 y = 0 x 2 2 g1 ( x)u1 g ( x)u2 (3.14) (3.15) 21 Như v y (3.14) (3.15) phương trình tr ng thái c a h đ i tư ng có ngõ vào u=[u1, u2]T = [q, qc] T ngõ x=[x1, x2]T= [Ca , Ta]T, s ngõ vào b ng s ngõ (n=p=2) Lúc gi i thu t thi t k b ñi u n d a s lý thuy t ñư c xây d ng theo lưu đ thu t tốn m c 2.3.1.2 CHƯƠNG : MÔ PH NG VÀ NH N XÉT 4.1 MÔ PH NG B ĐI U KHI N Hình 4.1 Mơ hình u n thi t b CSTR Matlab C u trúc b ñi u n bao g m m ng nơron m t kh i ch c th c hi n thu t tốn GAs trình bày chương đư c thi t k sau: 22 Hình 4.2 Mơ hình thi t b CSTR Hình 4.3 C u trúc m ng nơron G A Hình 4.4 Kh i th c hi n thu t toán GA 23 4.2 K T QU MƠ PH NG Hình 4.1 N ng đ th c t so v i tín hi u đ t Hình 4.2 Nhi t đ th c t so v i tín hi u đ t 24 Hình 4.3 Phân tích sai l ch, tín hi u u n q Hình 4.4 Phân tích sai l ch, tín hi u u n qc 25 NH N XÉT K T QU MÔ PH NG D a k t qu mơ ph ng Hình 4.5 4.6 ta th y tín hi u c a h th ng bám sát tín hi u ñ t c tín hi u nhi t ñ n ng đ , nên có th xem thi t k ñã ph n ñ t ñư c yêu c u Phân tích c th : - Tín hi u ñi u n q (ñi u n n ng ñ ) qc (ñi u n nhi t đ ) trơn Tín hi u ñi u n không thay ñ i liên t c, giá tr thay đ i khơng l n (đ ñi u ch nh nh ) ñ t giá tr n ñ nh nhanh (th i gian qua ñ ng n) Đi u ch ng t b ñi u n ho t ñ ng n ñ nh ñ t ch t lư ng t t - Tín hi u sai l ch nhanh chóng ti n v giá tr sau kho ng th i gian ng n, t c giá tr c a h th ng nhanh chóng ti n v giá tr đ t Đi u r t có ý nghĩa s n ph m t o c a q trình hóa h c u c u ñ t ch t lư ng theo mong mu n cao Ví d xét Hình 4.7 kho ng th i gian 75s – 150s, tín hi u đ t thay đ i q trình q đ ch di n 10s (t 75s – 85s) chi m kho ng 13% chu trình Xét Hình 4.8 ta ñư c k t qu tương t th i gian q đ h u h t khơng vư t 20% th i gian m t chu trình Đi u đáp ng đư c u c u kĩ thu t theo lý thuy t v h th ng thi t b CSTR Có th nh n th y đư c k t qu mơ ph ng c a tác gi đ t k t qu có ph n t t tín hi u sai l ch nh ti n v nhanh Qua phân tích có th k t lu n ñư c r ng b ñi u n nơron s d ng thu t toán GA mà tác gi thi t k ñã cho ñư c k t qu r t kh quan M m t hư ng m i vi c thi t k b ñi u n Tuy nhiên v i yêu c u ngày cao c a ch t lư ng s n ph m ñ c bi t s n ph m hóa h c b ñi u n c n ñư c nâng cao n a v ch t lư ng C th cho tín hi u bám sát n a tín hi u đ t, tín hi u sai l ch c n ti n v nhanh (th i gian ñ ng n hơn) ñ ñi u ch nh c n nh n a 4.3 26 K T LU N VÀ HƯ NG PHÁT TRI N Đ TÀI K t lu n: Qua trình nghiên c u ñ tài, xây d ng thu t toán ñi u n, v i s giúp đ nhi t tình c a th y giáo TS Nguy n Qu c Đ nh, đ n đ tài hồn thành v i nh ng k t qu nghiên c u sau: + Nghiên c u cơng c u n m i “trí tu nhân t o” vi c ñi u n h th ng nh m t i ưu h th ng mà c th s d ng gi i thu t di truy n GA k t h p v i m ng nơron ñi u n thi t b ph n ng khu y tr n liên t c (CSTR) h phi n ph c t p v i ngõ vào ngõ + Nghiên c u ñ i tư ng phi n nhi u ñ u vào, nhi u ñ u ñi u n trình v i vi c xây d ng đư c mơ hình tốn h c cho ñ i tư ng thi t b ph n ng khu y tr n liên t c (CSTR) + Ki m ch ng thu t tốn u n thơng qua vi c xây d ng mơ hình u n ph n m m Matlab-Simulink Hư ng phát tri n c a ñ tài: Hi n nay, vi c áp d ng trí tu nhân t o vi c ñi u n h th ng v n m i, tài li u nghiên c u ch y u ti ng nư c Nên v i lu n văn này, tác gi m i nghiên c u m c ñ lý thuy t, v y ñ áp d ng vào th c ti n c n có hư ng nghiên c u c th , xây d ng mơ hình th c t , xem xét t t c y u t tác ñ ng lên ñ i tư ng Đ i v i thu t tốn u n c n ph i c i ti n tham s hàm m c tiêu b ng nh m tìm ki m m t i ưu nhanh làm cho tín hi u sai l ch nhanh chóng ti n v 0, làm gi m th i gian ñ ñ ñi u ch nh Nên k t h p gi a h m , nơron gi i thu t di truy n GA ñ t o nên b ñi u n có kh khơng ch thay đ i thơng s mà cịn có th thay đ i c c u trúc, có kh t i ưu hóa u n q trình ho t đ ng ... d ng gi i thu t di truy n vào m ng nơron ñ ñi u n thi t b ph n ng khu y tr n liên t c Đó lí ch n ñ tài "ĐI U KHI N THI T B PH N NG KHU Y TR N LIÊN T C CSTR S D NG GI I THU T DI TRUY N" M c đích... khu y tr n liên t c CSTR - Continuous-stirred tank reactor; - M ng nơ ron; - Thu t toán di truy n GA Ph m vi nghiên c u - K t h p gi i thu t di truy n m ng nơ ron ñ ñi u n thi t b CSTR cho tín... CHƯƠNG THI T B PH N NG KHU Y TR N LIÊN T C CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR - CSTR GI I THI U THI T B PH N NG KHU Y TR N LIÊN T C Thi t b khu y tr n liên t c (CSTR) ñư c bi t ñ n m t thùng ch a