Tóm tắt Luận án Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển phản hồi đầu ra cho quá trình đa biến buồng sấy giấy

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 
__________________ 
TRẦN KIM QUYÊN 
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG 
ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI ĐẦU RA CHO 
QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN BUỒNG SẤY GIẤY 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
Đà Nẵng - Năm 2016 
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 
___________________ 
TRẦN KIM QUYÊN 
NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG 
ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI ĐẦU RA CHO 
QUÁ TRÌNH ĐA BIẾN BUỒNG SẤY GIẤY 
 Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa 
 Mã số: 62520216 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
 PGS. TS. ĐOÀN QUANG VINH 
 PGS. TS. BÙI QUỐC KHÁNH 
Đà Nẵng - Năm 2016 
 LỜI CẢM ƠN 
Trước tiên, Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy giáo 
PGS.TS. Bùi Quốc Khánh và Thầy giáo PGS.TS Đoàn Quang Vinh, các Thầy 
đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi, định hướng, động viên kịp 
thời trong suốt thời gian Tác giả thực hiện luận án. 
Cảm ơn ban lãnh đạo cùng toàn thể cán bộ viên chức Viện Kỹ thuật điều 
khiển và Tự động hóa trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã có những trao đổi 
về nội dung chuyên môn, cũng như sự tạo điều kiện về cơ sở vật chất, trang 
thiết bị để tôi có thể hoàn thành luận án đúng quy định. 
Cảm ơn Ban lãnh đạo khoa Điện, bộ môn Điều khiển và Tự động hóa 
Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi để 
nghiên cứu sinh tham gia sinh hoạt cùng bộ môn. Đặc biệt, tác giả xin chân 
thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo bộ môn Điều khiển và Tự động hóa Trường 
Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng đã dành nhiều thời gian để trao đổi, 
góp ý về nội dung của luận án cũng như phương pháp nghiên cứu khoa học 
độc lập. 
Cảm ơn Đảng ủy, Ban giám hiệu Trường Cao đẳng Công nghiệp Tuy 
Hòa, cùng bạn bè đồng nghiệp đã tạo điều kiện, hỗ trợ công việc tại Trường 
trong suốt thời gian Tác giả thực hiện luận án. 
Cuối cùng, Tác giả xin dành những lời biết ơn chân thành nhất, những 
tình cảm sâu sắc nhất để gửi đến gia đình. Có được kết quả như ngày hôm 
nay, chính là sự động viên, chia sẻ và giúp đỡ của gia đình, đó cũng là nguồn 
sức mạnh, động lực giúp Tác giả vượt qua khó khăn, trở ngại trong suốt quá 
trình thực hiện luận án. 
Tác giả luận án 
Trần Kim Quyên 
 LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học trình bày trong luận án này 
là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian (4 năm) làm 
nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. 
Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực. 
Tác giả luận án 
Trần Kim Quyên 
 MỤC LỤC 
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1 
Chương 1. ĐỘ ẨM CỦA GIẤY VÀ CÔNG NGHỆ SẤY TRONG DÂY CHUYỀN 
XEO ....................................................................................................... 4 
1.1. Tóm tắt công nghệ sản xuất giấy ........................................................................ 4 
1.1.1. Công đoạn xử lý nguyên liệu ....................................................................... 4 
1.1.2. Công đoạn nấu bột ....................................................................................... 5 
1.1.3. Công đoạn rửa sàng ...................................................................................... 5 
1.1.4. Công đoạn tẩy trắng bột ............................................................................... 6 
1.1.5. Xeo giấy ....................................................................................................... 6 
1.1.6. Bộ phận ép .................................................................................................... 7 
1.1.7. Bộ phận sấy và ép nóng ............................................................................... 7 
1.1.8. Bộ phận ép quang ......................................................................................... 7 
1.1.9. Bộ phận cuốn và cắt cuộn ............................................................................ 8 
1.1.10. Giấy thành phẩm ........................................................................................ 8 
1.1.11. Các chỉ tiêu chất lượng của giấy thành phẩm ............................................ 8 
1.2. Vấn đề độ ẩm của giấy và quá trình sấy trong dây chuyền xeo .......................... 9 
1.2.1. Giới thiệu chung ........................................................................................... 9 
1.2.2. Đo độ ẩm giấy ............................................................................................ 11 
1.2.3. Cấu hình khâu sấy ...................................................................................... 12 
1.3. Sấy hơi và hệ điều khiển sấy hơi ....................................................................... 12 
1.3.1. Cấu tạo lô sấy ............................................................................................. 12 
1.3.2. Nguyên lý điều khiển công suất sấy ........................................................... 13 
1.4. Sấy đối lưu và điều khiển gió trong buồng sấy ................................................. 15 
1.4.1. Phương pháp sấy đối lưu truyền thống ...................................................... 15 
1.4.2. Phương pháp sấy đối lưu kết hợp thổi gió nóng lên mặt giấy ................... 16 
1.4.3. Cơ chế sấy .................................................................................................. 18 
1.4.4. Động học chung quá trình sấy gió ............................................................. 18 
1.5. Các công trình nghiên cứu về hệ điều khiển sấy giấy ....................................... 22 
1.5.1. Các công trình liên quan tới công nghệ sấy giấy ....................................... 22 
1.5.2. Các công trình liên quan tới điều khiển quá trình sấy ............................... 22 
1.6. Vấn đề cần nghiên cứu của luận án ................................................................... 23 
Chương 2. ĐỘNG HỌC VÀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH SẤY GIẤY ............... 24 
2.1. Động học quá trình sấy và điều khiển độ ẩm trong dây chuyền xeo giấy ........ 24 
2.1.1. Cơ chế sấy .................................................................................................. 24 
2.1.2. Động học quá trình sấy cho một lô ............................................................ 25 
2.1.3. Cấu trúc điều khiển .................................................................................... 26 
2.2. Động học quá trình cân bằng gió vào – ra (Zero level) .................................... 27 
2.2.1. Mô hình xác định điểm không áp suất cho buồng sấy ............................... 27 
2.2.2. Động học quá trình cân bằng gió vào-ra .................................................... 28 
2.2.3. Cấu trúc điều khiển gió vào ra ................................................................... 31 
2.3. Động học quá trình nhiệt độ điểm sương .......................................................... 32 
2.3.1. Định nghĩa nhiệt độ điểm sương ................................................................ 32 
2.3.2. Tính toán nhiệt độ điểm sương .................................................................. 33 
2.3.3. Xây dựng động học nhiệt độ điểm sương .................................................. 33 
2.3.4. Cấu trúc mạch vòng điều khiển nhiệt độ điểm sương ................................ 38 
2.4. Mô phỏng động học và điều khiển các quá trình trong buồng sấy ................... 38 
2.4.1. Cấu trúc điều khiển và thông số để mô phỏng ........................................... 38 
2.4.2. Mô phỏng động học và điều khiển độ ẩm .................................................. 39 
2.4.3. Mô phỏng động học và điều khiển Zero level ........................................... 47 
2.4.4. Mô phỏng động học và điều khiển nhiệt độ điểm sương ........................... 48 
2.4.5. Kết luận chương 2 ...................................................................................... 52 
Chương 3. HỆ ĐIỀU KHIỂN ĐA BIẾN BUỒNG SẤY GIẤY .............................. 53 
3.1. Khái quát cấu trúc điều khiển của các mạch vòng ............................................ 53 
3.1.1. Mạch vòng điều khiển độ ẩm ..................................................................... 53 
3.1.2. Mạch vòng cân bằng gió vào – ra (Zero Level) ......................................... 54 
3.1.3. Mạch vòng nhiệt độ điểm sương của buồng sấy ........................................ 55 
3.2. Xây dựng cấu trúc điều khiển đa biến ............................................................... 55 
3.2.1. Khảo sát sự biến đổi của nhiễu và ảnh hưởng của nhiễu đến chất lượng sấy 
giấy ............................................................................................................. 58 
3.2.2. Kết quả mô phỏng ...................................................................................... 58 
3.3. Thiết kế bộ điều khiển đa biến tách kênh .......................................................... 61 
3.3.1. Hệ đa biến rút gọn ...................................................................................... 61 
3.3.2. Kiểm tra động học của hệ đa biến rút gọn ................................................. 62 
3.3.3. Hệ đa biến dạng chuẩn ............................................................................... 64 
3.3.4. Kiểm tra và đánh giá hệ đa biến dạng chuẩn ............................................. 66 
3.3.5. Thiết kế điều khiển tách kênh cho hệ điều khiển buồng sấy giấy.............. 67 
3.4. Kết luận ............................................................................................................. 74 
Chương 4. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN MPC CHO BUỒNG SẤY GIẤY ............. 75 
4.1. Giới thiệu ........................................................................................................... 75 
4.2. MPC cho hệ tuyến tính ...................................................................................... 76 
4.2.1. Nhiệm vụ điều khiển .................................................................................. 76 
4.2.2. Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển MPC ............................................. 76 
4.2.3. Thuật toán điều khiển dự báo ..................................................................... 78 
4.2.4. Cấu trúc hệ thống điều khiển MPC ............................................................ 78 
4.2.5. MPC có một số đặc điểm nổi bật ............................................................... 80 
4.3. Các thuật toán MPC tuyến tính điển hình ......................................................... 81 
4.3.1. Thuật toán điều khiển dự báo theo mô hình (MAC) .................................. 81 
4.3.2. Phương pháp ma trận động học điều khiển (DMC) ................................... 84 
4.3.3. Phương pháp điều khiển dự báo tổng quát (GPC) ..................................... 86 
4.3.4. Điều khiển dự báo trong không gian trạng thái ......................................... 91 
4.4. Ứng dụng điều khiển dự báo GPC cho buồng sấy giấy theo [60] .................... 93 
4.4.1. Kết quả mô phỏng buồng sấy giấy dùng bộ điều khiển MPC trong Toolbox 
Matlab Simulink, có tên gọi là bộ điều khiển GPC. .................................. 93 
4.5. Điều khiển dự báo theo phương pháp tối ưu hóa từng đoạn trong miền thời gian
 ........................................................................................................................... 94 
4.6. Ứng dụng điều khiển dự báo theo phương pháp tối ưu hóa từng đoạn cho buồng 
sấy giấy .............................................................................................................. 99 
4.6.1. Xây dựng mô hình buồng sấy giấy trong miền thời gian thực................... 99 
4.6.2. Mô phỏng cho bộ điều khiển MPC tối ưu từng đoạn cho buồng sấy giấy103 
4.7. Kết luận ........................................................................................................... 104 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 105 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
PHỤ LỤC 
CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 
 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 
1. Chữ viết tắt Ý nghĩa 
 CD Hệ điều khiển ngang máy (Cross Direction) 
 DMC Điều khiển ma trận động (Dynamic Matrix control) 
 GMV Cực tiểu tương quan tổng quát ( Generalized Minimum 
Variance) 
 GPC Điều khiển dự báo tổng quát (Generalized Predictive con-
trol) 
 HEU Bộ trao đổi nhiệt (Heat Exchanger Unit) 
 HRU Bộ thu hồi nhiệt (Heat Recycle Unit) 
 LRQP Điều khiển dự báo khoảng rộng toàn phương (Long range 
quadratic progamming) 
 LRPC Điều khiển dự báo thích nghi khoảng rộng (Long range 
model predictive control) 
 MAC Điều khiển dự báo theo mô hình (Model Algorithmic con-
trol) 
 MD Hệ điều khiển dọc máy (Machine Direction) 
 MIMO Hệ đa biến (Multiple-input and multiple-output) 
 MPC Điều khiển mô hình dự báo (Model Predictive Control) 
 MV Cực tiểu tương quan ( Minimum Variance) 
 NP Điểm áp suất không (Neutral Pressure) 
 NPP Mặt phẳng áp suất không (Neutral Pressure Plane) 
 QCS Hệ thống điều khiển chất lượng ( Quality control System) 
 SISO Hệ đơn biến (Single-Input and Single-Output) 
 ZL Cân bằng gió (Zero level) 
 2. Các ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa 
 Axy m2 Diện tích giấy 
 Cps kJ/kg.K Nhiệt dung riêng của hơi 
 Cv Độ dẫn cực đại của van 
 dy m Bề rộng khổ giấy 
 f(x) Hàm độ ẩm 
 g g/m2 Định lượng chuẩn của giấy 
 K m/s Hệ số chuyển khối 
 KT1 kW/m2.K Hệ số truyền nhiệt từ lô vào giấy 
 KT2 kW/m2.K Hệ số truyền nhiệt từ gió vào giấy 
 kn Hệ số tỷ lệ 
 m kg Khối lượng không khí trong buồng sấy 
 m% Độ mở của van điều chỉnh 
 mp kg Khối lượng giấy 
 Mw kg/mol Trọng lượng phân tử nước 
 n Chỉ số thể hiện nhóm sấy 
 PN pa Áp suất đường hơi tổng 
 PL pa Áp suất đầu vào lô sấy 
 ptot pa Áp suất tổng 
 pv,a pa Áp suất thành phần hơi nước trong không 
khí 
 pv,p pa Áp suất thành phần hơi nước trên bề mặt 
giấy 
 Pkq pa Áp suất khí quyển 
 Pw pa Áp suất riêng phần của nước 
 Psw pa Áp suất riêng phần của nước khi không khí 
bão hòa 
 Q kW Công suất nhiệt cấp cho lô sấy 
 qbh kg/m2s Tốc độ bay hơi trên đơn vị diện tích 
 Qbuồng kW Công suất nhiệt tích lũy trong buồng sấy 
 Qbx kW Công suất nhiệt bức xạ do lô sấy cấp vào 
không khí trong buồng sấy 
 Qchan kW Công suất nhiệt do chăn sấy truyền nhiệt lên 
không khí trong buồng sấy 
 Qp kW Công suất nhiệt do giấy tiêu thụ 
 Qtt kW Công suất nhiệt thất thoát 
 Qwa1 kW Công suất nhiệt gió nóng cấp vào buồng sấy 
 Qwa2 kW Công suất nhiệt gió hút ra khỏi buồng sấy 
 Qwbh kW Công suất nhiệt do hơi nước bau ra từ giấy 
 r Giá trị đặt từ bộ điều khiển độ ẩm 
 Rg J/mol.K Hằng số khí 
 RH% % Độ ẩm tương đối của không khí trong buồng sấy 
 SH kg/kg Độ ẩm tỉ lệ của không khí trong buồng sấy 
 T 0C Nhiệt độ không khí trong buồng sấy 
 Ta1 0C Nhiệt độ không khí thổi vào 
 Ta2 0C Nhiệt độ không khí hút ra khỏi buồng sấy 
 Td 0C Nhiệt độ  ... el predictive control systems design and implementation 
using MatLab. 2009, Springer 
Phụ lục 1: Thiết kế mô phỏng cơ chế sấy 
 Phụ lục 2: Phần mềm mô phỏng giải phương trình vi tích phân động học quá trình cho 10 lô sấy 
* Giai đoạn 1: 
function [calgama,calTp] = fcn(gamain, gama, Tp, Tpin,K,time) 
%#codegen 
switch time 
 case 0 
 calgama=0; 
 calTp=0 
 case 1 
%gama1 = 0.3; %kg moisture/fiber 
mp = 0.05495 %kg/s 
%phase 1: 
%water can't evaporate, so wbh=0; 
% energy balance 
A = 0.8 %m2/1 cylinder 
Cp = 1950;%j/kg.K 
eta = 0.6; 
wp = 3.03; %kg/s 
Kt = 400+955*gamain; %W/m2*k 
Tm = 110+273; 
ptot = 101325; %Pa 
Mw = 0.018; 
%K = 0.015; %m/s 
Rg = 8.310; 
e = 2.718; 
x = 0.001 
phi = 1 - e^(-47.57*gama^1.877 - 0.10085*(Tp-273)*gama^1.0585); 
pv0 = 10^(10.127-1690/(Tp-43.15)); 
pvp = phi*pv0; 
pva = x*ptot/(x+0.62); 
Qvap = ptot*K*Mw*log((ptot-pva)/(ptot-pvp))/(Rg*Tp) 
Hs = 0.10054*gama^1.0585*Tp^2*Rg*((phi-1)/Mw*phi) 
Htot = 2260000+Hs; 
Qbh = Qvap*A; 
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
calTp = (-Tp*(wp*Cp*(1+gamain) + Kt*A*eta + Qbh*Cp)+Kt*A*eta*Tm + (1+gamain)*wp*Cp*Tpin - 
Qbh*Htot)/(mp*Cp*(1+gama)); 
calgama = (wp*gamain - wp*gama - Qbh)/mp; 
 case 2 
 calTp=0 
 calgama=0 
 otherwise 
 calTp=0 
 calgama=0 
end 
* Giai đoạn 2: 
function calTp = fcn(gamain, Tp, Tpin,time) 
%#codegen 
switch time 
 case 0 
 calTp = 0; 
 case 2 
 calTp = 0; 
 case 1 
%gama1 = 0.3; %kg moisture/fiber 
mp = 0.9; %kg/s 
%phase 1: 
%water can't evaporate, so wbh=0; 
% energy balance 
A = 12 %m2/1 cylinder 
Cp = 1950;%j/kg.K 
eta = 0.8; 
wp = 3.03; %kg/s 
Kt = 400+955*gamain; %W/m2*k 
Tm = 110+273; 
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
calTp = (-Tp*(wp*Cp*(1+gamain) + Kt*A*eta)+Kt*A*eta*Tm + 
(1+gamain)*wp*Cp*Tpin)/(mp*Cp*(1+gamain)); 
 otherwise 
 calTp = 0 
end 
* Giai đoạn 3: 
function [calgama,calTp] = fcn(gamain, gama, Tp, K,Tpin,time) 
%#codegen 
switch time 
 case 0 
 calgama=0; 
 calTp=0 
 case 1 
%gama1 = 0.3; %kg moisture/fiber 
mp = 0.05495 %kg/s 
%phase 1: 
%water can't evaporate, so wbh=0; 
% energy balance 
A = 0.8 %m2/1 cylinder 
Cp = 1950;%j/kg.K 
eta = 0.6; 
wp = 3.03; %kg/s 
Kt = 400+955*gamain; %W/m2*k 
Tm = 110+273; 
ptot = 101325; %Pa 
Mw = 0.018; 
%K = 0.015; %m/s 
Rg = 8.310; 
e = 2.718; 
x = 0.001 
phi = 1 - e^(-47.57*gama^1.877 - 0.10085*(Tp-273)*gama^1.0585); 
pv0 = 10^(10.127-1690/(Tp-43.15)); 
pvp = phi*pv0; 
pva = x*ptot/(x+0.62); 
Qvap = ptot*K*Mw*log((ptot-pva)/(ptot-pvp))/(Rg*Tp) 
Hs = 0.10054*gama^1.0585*Tp^2*Rg*((phi-1)/Mw*phi) 
Htot = 2260000+Hs; 
Qbh = Qvap*A; 
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
calTp = (-Tp*(wp*Cp*(1+gamain) + Kt*A*eta + Qbh*Cp)+Kt*A*eta*Tm + (1+gamain)*wp*Cp*Tpin - 
Qbh*Htot)/(mp*Cp*(1+gama)); 
calgama = (wp*gamain - wp*gama - Qbh)/mp; 
 case 2 
 calTp=0 
 calgama=0 
 otherwise 
 calTp=0 
 calgama=0 
end 
* Giai đoạn 4: 
function [calgama,calTp] = fcn(gamain, gama, Tp, Tpin,K,time) 
%#codegen 
switch time 
 case 0 
 calgama=0; 
 calTp=0 
 case 1 
%gama1 = 0.3; %kg moisture/fiber 
mp = 0.4312 %kg/s 
%phase 1: 
%water can't evaporate, so wbh=0; 
% energy balance 
A = 6.16 %m2/1 cylinder 
Cp = 1950;%j/kg.K 
eta = 0.6; 
wp = 3.03; %kg/s 
Kt = 200; %W/m2*k 
Tm = 110+273; % nhiet do khong khi 
ptot = 101325; %Pa 
Mw = 0.018; 
 %m/s 
Rg = 8.310; 
e = 2.718; 
x = 0.001 
phi = 1 - e^(-47.57*gama^1.877 - 0.10085*(Tp-273)*gama^1.0585); 
pv0 = 10^(10.127-1690/(Tp-43.15)); 
pvp = phi*pv0; 
pva = x*ptot/(x+0.62); 
Qvap = ptot*K*Mw*log((ptot-pva)/(ptot-pvp))/(Rg*Tp) 
Hs = 0.10054*gama^1.0585*Tp^2*Rg*((phi-1)/Mw*phi) 
Htot = 2260000+Hs; 
Qbh = Qvap*A; 
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
calTp = (-Tp*(wp*Cp*(1+gamain) + Kt*A*eta)+Kt*A*eta*Tm + (1+gamain)*wp*Cp*Tpin - 
Qbh*Htot)/(mp*Cp*(1+gama)); 
calgama = (wp*gamain - wp*gama - Qbh)/mp; 
 case 2 
 calTp=0 
 calgama=0 
 otherwise 
 calTp=0 
 calgama=0 
end 
Phụ lục 3: Sơ đồ mô phỏng điều khiển nhiệt độ điểm sương trên Matlab Simulink 
Phụ lục 4: Các tham số của mô hình điều khiển MPC tối ưu từng đoạn 
n=2; 
q=9; 
a(1,1)=-1.8302; 
a(1,2)=0.8372; 
a(2,1)=-1.9521; 
a(2,2)=0.9527; 
b(1,1)=-1.68e-5; 
b(1,2)=1.561e-5; 
b(1,3)=-0.382e-5; 
b(1,4)=3.549e-6; 
b(1,5)=0; 
b(1,6)=0; 
b(1,7)=0; 
b(1,8)=0; 
b(1,9)=0; 
b(1,10)=0; 
c(1,1)=-2.303e-5; 
c(1,2)=-3.33e-5; 
c(1,3)=2.07e-5; 
c(1,4)=3e-5; 
c(1,5)=0; 
c(1,6)=0; 
c(1,7)=0; 
c(1,8)=0; 
c(1,9)=0; 
c(1,10)=0; 
b(2,1)=0; 
b(2,2)=0; 
b(2,3)=0; 
b(2,4)=0; 
b(2,5)=0; 
b(2,6)=0; 
b(2,7)=0 
b(2,8)=0; 
b(2,9)=-0.007858; 
b(2,10)=-7.666; 
c(2,1)=0; 
c(2,2)=0; 
c(2,3)=0; 
c(2,4)=0; 
c(2,5)=0; 
c(2,6)=0; 
c(2,7)=0; 
c(2,8)=-0.00653; 
c(2,9)=6.3765e-3; 
c(2,10)=0 
Phụ lục 5: Chương trình bộ điều khiển MPC tối ưu từng đoạn chuẩn 
%% Dua cac ma tran Aij 
N=input('Nhap N:'); 
A=cell(N+1,n); 
for k=1:n 
 A{1,k}=[a(1,k) 0;0 a(2,k)]; 
end 
for i=2:N+1 
 for j=1:n-1 
 A{i,j}=A{i-1,j+1}-A{i-1,1}*A{1,j}; 
 end 
 A{i,n}=-A{i-1,1}*A{1,n}; 
end 
%%Dua cac ma tran Bij 
B=cell(N+1,N+q+1); 
for k=(N+1):(N+q+1) 
 B{1,k}=[b(1,k-N) c(1,k-N);b(2,k-N) c(2,k-N)]; 
end 
for k=1:N 
 B{1,k}=zeros(2,2); 
end 
for k=2:(N+1) 
 for j=1:(N+1-k) 
 B{k,j}=zeros(2,2); 
 end 
 for j=(N+2-k):N 
 B{k,j}=B{k-1,j+1}; 
 end 
 for j=(N+1):(q+N) 
 B{k,j}=B{k-1,j+1}-A{k-1,1}*B{1,j}; 
 end 
 B{k,N+q+1}=-A{k-1,1}*B{1,N+q+1}; 
end 
%%Tinh cac ma tran B1,B2,A1 
%%Tinh A1 
for i=1:(N+1) 
 for j=1:n 
 A1(2*i-1,2*j-1)=A{i,j}(1,1); 
 A1(2*i-1,2*j)=A{i,j}(1,2); 
 A1(2*i,2*j-1)=A{i,j}(2,1); 
 A1(2*i,2*j)=A{i,j}(2,2); 
 end 
end 
%%Tinh B1 
for z=1:(N+1) 
 for j=1:(N+1) 
 B1(2*z-1,2*j-1)=B{z,j}(1,1); 
 B1(2*z-1,2*j)=B{z,j}(1,2); 
 B1(2*z,2*j-1)=B{z,j}(2,1); 
 B1(2*z,2*j)=B{z,j}(2,2); 
 end 
end 
%%Tinh B2 
for x=1:(N+1) 
 for j=1:q 
 B2(2*x-1,2*j-1)=B{x,j+N+1}(1,1); 
 B2(2*x-1,2*j)=B{x,j+N+1}(1,2); 
 B2(2*x,2*j-1)=B{x,j+N+1}(2,1); 
 B2(2*x,2*j)=B{x,j+N+1}(2,2); 
 end 
end 
%%Qua trinh mo phong 
Y1=zeros(50,1); 
Y2=zeros(50,1); 
U1=zeros(50,1); 
U2=zeros(50,1); 
w=zeros(50,1); 
Wk=ones(2*(N+1),1); 
for i=1:N+1 %% gia tri dat y1=1. y2=1.2 
 Wk(2*i)=1.2; 
end 
uqk=zeros(2*q,1); 
yqk=zeros(2*n,1); 
C=zeros(2,2*(N+1)); 
C(1,2*(N+1)-1)=1; 
C(2,2*(N+1))=1; 
Q=eye(2*(N+1),2*(N+1)); 
R=0.00000001*eye(2*(N+1),2*(N+1)); 
T1=zeros(2,2*(N+1)); 
T1(1,1)=1; 
T1(2,2)=1; 
l=1; 
for k=1:50 
 g=B2*uqk-A1*yqk; 
 u=inv(B1'*Q*B1+R)*B1'*Q*(Wk-g); 
 J=(B1*u+g-Wk)'*Q*(B1*u+g-Wk)+u'*R*u; 
 udk=C*u; 
 yr=T1*(B1*u-A1*yqk+B2*uqk); 
 for i=1:(q-1) 
 uqk(2*q+2-2*i)=uqk(2*q-2*i); 
 uqk(2*q+1-2*i)=uqk(2*q-1-2*i); 
 end 
 uqk(1)=udk(1); 
 uqk(2)=udk(2); 
 for i=1:n-1 
 yqk(2*n+2-2*i)=yqk(2*n-2*i); 
 yqk(2*n+1-2*i)=yqk(2*n-1-2*i); 
 end 
 yqk(1)=yr(1); 
 yqk(2)=yr(2); 
 Y1(k)=yr(1); 
 Y2(k)=yr(2); 
 U1(k)=udk(1); 
 U2(k)=udk(2); 
end 
 t=0:0.01:0.49; 
 plot(t,Y1,'-b'); 
 hold on; 
 plot(t,Y2,'-r'); 
 grid on; 
 legend('y1','y2'); 
Phụ lục 6: Chương trình bộ điều khiển MPC tối ưu từng đoạn khi có tác động 
nhiễu độ ẩm đầu vào (y1) 
%% Dua cac ma tran Aij 
N=input('Nhap N:'); 
A=cell(N+1,n); 
for k=1:n 
 A{1,k}=[a(1,k) 0;0 a(2,k)]; 
end 
for i=2:N+1 
 for j=1:n-1 
 A{i,j}=A{i-1,j+1}-A{i-1,1}*A{1,j}; 
 end 
 A{i,n}=-A{i-1,1}*A{1,n}; 
end 
%%Dua cac ma tran Bij 
B=cell(N+1,N+q+1); 
for k=(N+1):(N+q+1) 
 B{1,k}=[b(1,k-N) c(1,k-N);b(2,k-N) c(2,k-N)]; 
end 
for k=1:N 
 B{1,k}=zeros(2,2); 
end 
for k=2:(N+1) 
 for j=1:(N+1-k) 
 B{k,j}=zeros(2,2); 
 end 
 for j=(N+2-k):N 
 B{k,j}=B{k-1,j+1}; 
 end 
 for j=(N+1):(q+N) 
 B{k,j}=B{k-1,j+1}-A{k-1,1}*B{1,j}; 
 end 
 B{k,N+q+1}=-A{k-1,1}*B{1,N+q+1}; 
end 
%%Tinh cac ma tran B1,B2,A1 
%%Tinh A1 
for i=1:(N+1) 
 for j=1:n 
 A1(2*i-1,2*j-1)=A{i,j}(1,1); 
 A1(2*i-1,2*j)=A{i,j}(1,2); 
 A1(2*i,2*j-1)=A{i,j}(2,1); 
 A1(2*i,2*j)=A{i,j}(2,2); 
 end 
end 
%%Tinh B1 
for z=1:(N+1) 
 for j=1:(N+1) 
 B1(2*z-1,2*j-1)=B{z,j}(1,1); 
 B1(2*z-1,2*j)=B{z,j}(1,2); 
 B1(2*z,2*j-1)=B{z,j}(2,1); 
 B1(2*z,2*j)=B{z,j}(2,2); 
 end 
end 
%%Tinh B2 
for x=1:(N+1) 
 for j=1:q 
 B2(2*x-1,2*j-1)=B{x,j+N+1}(1,1); 
 B2(2*x-1,2*j)=B{x,j+N+1}(1,2); 
 B2(2*x,2*j-1)=B{x,j+N+1}(2,1); 
 B2(2*x,2*j)=B{x,j+N+1}(2,2); 
 end 
end 
%%Qua trinh mo phong 
Y1=zeros(50,1); 
Y2=zeros(50,1); 
U1=zeros(50,1); 
U2=zeros(50,1); 
w=zeros(50,1); 
Wk=ones(2*(N+1),1); 
for i=1:N+1 %% gia tri dat y1=1. y2=2 
 Wk(2*i)=2; 
end 
uqk=zeros(2*q,1); %% Ma tran u' chua cac gia tri u trong qua khu 
yqk=zeros(2*n,1); %% Ma tran y' chua cac gia tri y trong qua khu 
C=zeros(2,2*(N+1)); %% Ma tran C de lay tin hieu dieu khien tu ma 
tran tin hieu u ma ta tinh duoc 
C(1,2*(N+1)-1)=1; 
C(2,2*(N+1))=1; 
Q=eye(2*(N+1),2*(N+1)); 
R=0.00000001*eye(2*(N+1),2*(N+1)); 
T1=zeros(2,2*(N+1)); %% Ma tran T1 de xuat tin hieu dau ra khi dua tin 
hieu dieu khien vao doi tuong 
T1(1,1)=1; 
T1(2,2)=1; 
l=1; 
for k=1:601 %% Ket thuc qua trinh mo phong sau 50 chu ki trich 
mau 
 g=B2*uqk-A1*yqk; %% Tinh g 
 u=inv(B1'*Q*B1+R)*B1'*Q*(Wk-g); %% Tinh gia tri cac tin hieu dieu 
khien tuong lai 
 J=(B1*u+g-Wk)'*Q*(B1*u+g-Wk)+u'*R*u; %% Xuat ra ham J neu muon 
 udk=C*u; %% Gia tri u dua vao dieu khien doi tuong o thoi 
diem hien tai 'udk' 
 yr=T1*(B1*u-A1*yqk+B2*uqk); %% Dua u vao dieu khien doi tuong sau do 
luu gia tri dau ra vao bien 'yr' 
 if((k>150)&&(k<200)) 
 yr=yr+[0.25;0]; %%Nhieu tac dong vao dau ra y1 la 25% 
end 
 if (k<150) 
 U3(k)=0; 
 elseif((k>150)&&(k<200)) 
 U3(k)=25; 
 else U3(k)=0; 
 end 
 for i=1:(q-1) %% Sap xep lai mang u' chua cac gia tri u trong qua khu 
 uqk(2*q+2-2*i)=uqk(2*q-2*i); 
 uqk(2*q+1-2*i)=uqk(2*q-1-2*i); 
 end 
 uqk(1)=udk(1); 
 uqk(2)=udk(2); 
 for i=1:n-1 %% Sap xep lai mang y' chua cac gia tri y 
 yqk(2*n+2-2*i)=yqk(2*n-2*i); 
 yqk(2*n+1-2*i)=yqk(2*n-1-2*i); 
 end 
 yqk(1)=yr(1); 
 yqk(2)=yr(2); 
 Y1(k)=yr(1); 
 Y2(k)=yr(2); 
 U1(k)=udk(1); 
 U2(k)=udk(2); 
end 
 t=0:5:3000; %% Chon chu ki trich mau la 0.01 
 for k=1:100 
 Y1(k)=1; 
end 
Y1=(Y1-1)*10; 
for k=1:100 
 Y2(k)=2; 
end 
Y2=(Y2-2)*10; 
 figure(1); 
 plot(t,Y1,'-b'); %% Ve do thi dau ra y1 sau 50 chu 
ki trich mau 
 axis([0 3000 -5 30]); 
 figure(3); 
 stairs(t,U3,'-r'); %% Nhieu do am dau vao 
 axis([0 3000 -5 30]) 
 figure(2); 
 plot(t,Y2,'-g'); %% Ve do thi dau ra y2 sau 50 chu 
ki trich mau 
 axis([0 3000 -5 30]); 
Phụ lục 7: Chương trình bộ điều khiển MPC tối ưu từng đoạn khi thay đổi nhiệt 
độ điểm sương (y2) 
%% Dua cac ma tran Aij 
N=input('Nhap N:'); 
A=cell(N+1,n); 
for k=1:n 
 A{1,k}=[a(1,k) 0;0 a(2,k)]; 
end 
for i=2:N+1 
 for j=1:n-1 
 A{i,j}=A{i-1,j+1}-A{i-1,1}*A{1,j}; 
 end 
 A{i,n}=-A{i-1,1}*A{1,n}; 
end 
%%Dua cac ma tran Bij 
B=cell(N+1,N+q+1); 
for k=(N+1):(N+q+1) 
 B{1,k}=[b(1,k-N) c(1,k-N);b(2,k-N) c(2,k-N)]; 
end 
for k=1:N 
 B{1,k}=zeros(2,2); 
end 
for k=2:(N+1) 
 for j=1:(N+1-k) 
 B{k,j}=zeros(2,2); 
 end 
 for j=(N+2-k):N 
 B{k,j}=B{k-1,j+1}; 
 end 
 for j=(N+1):(q+N) 
 B{k,j}=B{k-1,j+1}-A{k-1,1}*B{1,j}; 
 end 
 B{k,N+q+1}=-A{k-1,1}*B{1,N+q+1}; 
end 
%%Tinh cac ma tran B1,B2,A1 
%%Tinh A1 
for i=1:(N+1) 
 for j=1:n 
 A1(2*i-1,2*j-1)=A{i,j}(1,1); 
 A1(2*i-1,2*j)=A{i,j}(1,2); 
 A1(2*i,2*j-1)=A{i,j}(2,1); 
 A1(2*i,2*j)=A{i,j}(2,2); 
 end 
end 
%%Tinh B1 
for z=1:(N+1) 
 for j=1:(N+1) 
 B1(2*z-1,2*j-1)=B{z,j}(1,1); 
 B1(2*z-1,2*j)=B{z,j}(1,2); 
 B1(2*z,2*j-1)=B{z,j}(2,1); 
 B1(2*z,2*j)=B{z,j}(2,2); 
 end 
end 
%%Tinh B2 
for x=1:(N+1) 
 for j=1:q 
 B2(2*x-1,2*j-1)=B{x,j+N+1}(1,1); 
 B2(2*x-1,2*j)=B{x,j+N+1}(1,2); 
 B2(2*x,2*j-1)=B{x,j+N+1}(2,1); 
 B2(2*x,2*j)=B{x,j+N+1}(2,2); 
 end 
end 
%%Qua trinh mo phong 
Y1=zeros(50,1); 
Y2=zeros(50,1); 
U1=zeros(50,1); 
U2=zeros(50,1); 
w=zeros(50,1); 
Wk=ones(2*(N+1),1); 
for i=1:N+1 
 Wk(2*i)=1.2;%% Gia tri dat dau ra la y2=1.2 
end 
uqk=zeros(2*q,1); 
yqk=zeros(2*n,1); 
C=zeros(2,2*(N+1)); 
C(1,2*(N+1)-1)=1; 
C(2,2*(N+1))=1; 
Q=eye(2*(N+1),2*(N+1)); 
R=0.00000001*eye(2*(N+1),2*(N+1)); 
T1=zeros(2,2*(N+1)); 
T1(1,1)=1; 
T1(2,2)=1; 
l=1; 
for k=1:50 
 g=B2*uqk-A1*yqk; 
 u=inv(B1'*Q*B1+R)*B1'*Q*(Wk-g); 
 J=(B1*u+g-Wk)'*Q*(B1*u+g-Wk)+u'*R*u; 
 udk=C*u; 
 yr=T1*(B1*u-A1*yqk+B2*uqk); 
 if((k>5)&&(k<10)) %% trong thoi gian tu 5 toi 10 chu ky trich mau thi thay y2=1.1 
(giam 0.1) 
 for i=1:N+1 
 Wk(2*i)=1.1; 
 end 
 end 
 if ((k>=10)&&(k<15))%% trong thoi gian tu 10 toi 15 chu ky trich mau thi thay 
y2=1.2 (= gia tri dat) 
 for i=1:N+1 
 Wk(2*i)=1.2; 
 end 
 end 
 if ((k>=15)&&(k<20)) %% trong thoi gian tu 15 toi 20 chu ky trich mau thi thay 
y2=1.3 (tang 0.1 so voi gia tri dat) 
 for i=1:N+1 
 Wk(2*i)=1.3; 
 end 
 end 
 if k>=20 
 for i=1:N+1 
 Wk(2*i)=1.2; 
 end 
 end 
 for i=1:(q-1) 
 uqk(2*q+2-2*i)=uqk(2*q-2*i); 
 uqk(2*q+1-2*i)=uqk(2*q-1-2*i); 
 end 
 uqk(1)=udk(1); 
 uqk(2)=udk(2); 
 for i=1:n-1 
 yqk(2*n+2-2*i)=yqk(2*n-2*i); 
 yqk(2*n+1-2*i)=yqk(2*n-1-2*i); 
 end 
 yqk(1)=yr(1); 
 yqk(2)=yr(2); 
 Y1(k)=yr(1); 
 Y2(k)=yr(2); 
 U1(k)=udk(1); 
 U2(k)=udk(2); 
end 
 t=0:0.01:0.49; 
 plot(t,Y1,'-b'); 
 hold on; 
 plot(t,Y2,'-r'); 
 grid on; 
 legend('y1','y2'); 
Phụ lục 8: Sơ đồ mô phỏng điều khiển buồng sấy giấy, sử dụng bộ điều khiển MPC trong Toolbox Matlab Simulink. 
CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 
1. Trần Kim Quyên, Đoàn Quang Vinh, Ứng dụng phương pháp điều khiển mô 
hình dự báo cho tháp chưng cất, tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà 
Nẵng, 2014.1(74): trang 48-53. 
2. Trần Kim Quyên, Bùi Quốc Khánh, Lê Khắc Trường, Động học quá trình 
sấy giấy đối lưu, tạp chí Tự động hóa ngày nay, chuyên san Điều khiển và 
Tự động hóa số 11, tháng 12 năm 2014, tr 58-63 
3. Trần Kim Quyên, Lê Khắc Trường, Phạm Văn Tuynh, “Động học quá trình 
cân bằng gió -Zerolevel trong buồng sấy giấy”,tạp chí Tự động hoá ngày 
nay, chuyên san Điều khiển và Tự động hoá số 12, tháng 4/2015, tr 36-41 
4. Trần Kim Quyên, Đoàn Quang Vinh, Lê Khắc Trường, Động học và điều 
khiển nhiệt độ điểm sương trong buồng sấy giấy. tạp chí Khoa học và công 
nghệ Đại học Đà Nẵng, 2015. 7(92): tr 31-35. 
5. Trần Kim Quyên, Lê Khắc Trường, Bùi Quốc Khánh, Động học và điều 
khiển gió buồng sấy giấy. tạp chí Tự động hóa ngày nay, chuyên san Điều 
khiển và Tự động hóa 2015. 13(8/2015): tr.71-78. 
6. Trần Kim Quyên, Lê Khắc Trường, Đoàn Quang Vinh, Điều khiển đa biến 
tách kênh cho buồng sấy giấy, Hội nghị Điều khiển và Tự động hóa toàn 
quốc VCCA- 2015: tr.348-357. 
7. Trần Kim Quyên, Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Doãn Phước, Sử dụng cực 
tiểu hóa từng đoạn sai lệch đầu ra trong miền thời gian để điều khiển 
dự báo cho hệ buồng sấy giấy đa biến, tạp chí Khoa học và Công nghệ, 
các Trường Đại học kỹ thuật, Số 114: trang....