Điều khiển thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục CSTR sử dụng giải thuật di truyền

26 2.5K 8
Điều khiển thiết bị phản ứng khuấy trộn liên tục CSTR sử dụng giải thuật di truyền

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

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

Ngày đăng: 14/03/2013, 14:41

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan