Диссертация (Разработка интеллектуального комплекса для адаптивного управления параметрами микроклимата процессов хранения муки), страница 12

(р) — изображение Лапласа для расхода пара„ 80 1 Йз —— —. — коэффициент преобразования по расходу пара, бух рк Тщ — — —. — постоянная времени процесса увлажнения. бу 1 воздуха от системы вентиляции. Обозначим — за 6 1г) и найдем 6 ~й) передаточную функцию для связи между влажностью воздуха и расходом свежего воздуха 6 (г): М(р) К~ о'Ф) О"мр+1) где М(р) — изображение Лапласа для влажности воздуха внутри технологического помещения, 6 (р) — изображение Лапласа для расхода свежего воздуха, 14=6„,р — коэффициент преобразования по расходу свежего воздуха, рУ Тм — — — — постоянная времени процесса увлажнения.

6 На основании полученных передаточных функций зависимость влажности воздуха в технологическом помещении от влияющих факторов можно описать структурой, представленной на рисунке представляющей собой структуру многосвязной системы 138). 2.5, Рис. 2.5. Структура связей между влажностью воздуха в технологическом помещении и влияющими факторами. 81 Процесс также инерционен и описывается типовым инерционным звеном, 2. Рассмотрим взаимосвязь между влажностью воздуха и расходом Тогда влажность внутреннего воздуха Мф представлена динамической системой с 3-я входными величинами: управляющее воздействие 6„„„3г) и два возмущающих Х„, (Г) и 0'® Управляющее воздействие, описанное передаточной функцией И~м2(р), направлено на компенсацию влажности воздуха, вследствие работы возмущений„ описанных передаточными функциями И1м1~р) иИ1щз~р), в результате работы системы вентиляции с производительностью 6„(г) и с влажностью свежего наружного воздуха М„, ~С).

2.8. Влияние управляющях и возмущающих воздействий на содержание СО~ в силосе. Рассмотрим процесс на примере изменения концентрации углекислого газа С02 в воздухе технологического помещения. Концентрация углекислого газа будет зависеть от кратности воздухообмена технологического помещения и от выделения СОз биомассой ['381.

Эту зависимость можно описать дифференциальным уравнением следующего вида ~971: рИ ' = 6„, ~г)СО2свеж. ® — 6 (г)СО2 ~г) + охи г,т) (2.32.) где р — плотность воздуха (кг1мз), У' — объем воздуха ~мз), СОз(г) — абсолютное содержание С02 в атмосфере технологического помещения ~кг; а/кг д). 6„,. ~г) — расход свежего воздуха (кг~с), СО~ „.~г) - абсолютное содержание СО2 в атмосфере (кгСО~/кг), 6У„,(г) - расход уходящего воздуха ~кг/с), СО (Е) - абсолютное содержание СО2 в уходящем воздухе из помещения «кгсо~/кг), охе(е,т) — процесс выделения СО биомассой в воздух «кгсо2/с).

В прямо точной системе вентиляции можно принять значение расхода свежего воздуха 6„,- равным расходу уходящего воздуха 6, а концентрацию СО2 в уходящем воздухе за концентрацию СОз(Е) в воздухе помещения. Тогда запишем уравнение с учетом допущений: ВАСО,,«Е) рР = 6«Е)СО2свеж.«Е) — 6«Е)СОз«Е) + Й «Е,т) Выразим С02 (Е) в левой части уравнения: ДСО2 «Е) рУ +6«Е)СОз«Е) = 6«Е)СО2свеж.«Е) +й«Е,т) Разделим обе части уравнения на С(Е): рК ВАСО,«Е) — + СО2«Е) = СО2свеж.«Е) + — Й «Е,т) 6«Е) сйЕ 6«Е) Запишем уравнение в операторном виде «2.33.): «Тсозр + 1) СО2«Е) = СОзсвеж. «Е) + — й «р, т) р$~ где Тсо2р = — — постоянная времени системы вентиляции.

6Ю Полученное выражение описывает взаимосвязь концентрацтп~ СО2 в воздухе помещения с содержанием СО в приточном воздухе и с выделением СО биомассой. Рассмотрим этп факторы по отдельности: 1. Влияние концентрации СО2свеж.«Е) в приточном воздухе выразим передаточной функцией: сог (Р) И~~,р~ т«р)— где СО (р) - изображение Лапласа для концентрации углекислого газа СО2 внутри технологического помещения, СО., (р) - изображение Лапласа для концентрации углекислого газа СО2 в свежем воздухе, р$' Тс„з — — — - постоянная времени процесса вентиляции.

с величину — за 6'(р), Таким образом, запишем передаточную функцию по 6(р) расходу воздуха; со,(р) ы И'сог-г(Р) = ( .35.) где СОг(р) — изображение Лапласа для концентрации углекислого газа СО внутри технолоптческого помещения, б (р)= — — изображение Лапласа для расхода воздуха в системе 6(р) вентиляции, 15=К(р,тп) — коэффициент преобразования по расходу воздуха, рУ 7 сог = — постолннал вРемени ПРоцесса вентиллции. 6 3. Найдем передаточную функцию для измененти концентрации СОг(с) в воздухе технологического помещенти по пзменентпо значенти функции к(р,т.): со,(р) м сог-з Р 0~д(р 1п) (г р+1) где СОг(р) — изображение Лапласа для концентрацтвт углекислого газа СО внутри технологического помещения, охт(р,тп) — изображение Лапласа для выделения углекислого газа СО2 биомассои, 16=1/б — коэффициент преобразованти по выделению углекислого газа биомассой, Тсог — — — — постоянная времени процесса вентиляции.

рр 6 Передаточная функцти И~сог з(р) функцти представлена типовым рУ инерционным звеном с постоянной времени Тсог —— — и 6 пропорциональным коэффициентом Йб=1/6. Как видно из передаточной функции процесс инерционен. 2. Взаимосвязь между концентрацией СО воздуха и задающим воздействием, выразив расход воздуха системы вентиляции, приняв Структура связей концентрации СО2 в воздухе технологического помещения с влияющими факторами показана на рисунке 2.б.

Рис. 2.6. — Влияние управляющих и возмущающих воздействий на Концентрацию СОз внутреннего воздуха, как объект управления, можно представить в виде динамической системы со следующими входными величинами: управляющее воздействие б'ф и возмущающие воздействия Щ т) и СО2 . ® Работа управляющего воздействия, представленная изменением производительности системы вентиляции и передаточной функцией %со2. (р), направлена на стабилизацию концентрации СО2 внутреннего воздуха от постоянного повышения в результате биологической активности производимой продукции, представленной передаточной функцией %'со~з(р), путем регулирования потока свежего воздуха с концентрацией СО~,.-ф, влияние которого на эффективность процесса описано передаточной функцией Жсо.

1(р). 2.9. Построение структуры взаимосвязи параметров микроклимата с управляющими и возмущающими факторами Таким образом, параметры микроклимата тесно связаны между собой и подвержены воздействию различных управляющих и возмущающих факторов ~38, 87~. Эти связи и воздействия можно учесть, рассматривая многосвязную систему автоматического регулирования, структурная схема которой приведена на рисунке 2.7.

По рисунку 2.7 видно„что система вентиляции, путем изменения расхода свежего воздуха, оказывает влияния на контуры регулирования всех параметров микроклимата ~38~. При этом, наружная температура также будет оказывать влияние и на остальные параметры микроклимата. Рисунок 2.7 — Общая структура взаимосвязи входных и выходных параметров микроклимата силоса. Как уже было сказано, объект является многосвязным, поэтому стабилизация параметров микроклимата требует использования специальных и достаточно сложных алгоритмов управления. КлассическиГ~ ПИД регулятор в данной задаче управления не даст желаемый результат, так как не сможет учесть многосвязность параметров и нелинейность этих связеГь Просто поддержание параметров в заданных пределах также в полной мере не решит задачу управления, так как наиболее важным является поддержание оптимального соотношения между основными параметрами микроклимата, что подтверждается в ряде работ ~98, 99-103, В связи с этим представляется перспективным использование интеллектуальных технологий управления процессами пищевой промышленности с максимальным учетом рекомендаций производственников и результатов исследований различных процессов пищевого производства.

Важным здесь также является повышение адаптационных свойств регуляторов. Для улучшения качества управления сложным технологическим процессом предлагается использовать структуру автоматизированной системы управления на основе построения и использования нейросетевого регулятора.

2.10. Выводы по второй главе 1. Построена параметрическая модель склада бестарного хранения муки, выявлены наиболее важные параметры для качества отлежавшейся муки, зависящие в свою очередь от микроклимата внутри силоса. 2. Произведено математическое моделирование технологического процесса бестарного хранения муки. Представлена исходная математическая модель в виде направленного динамического графа. 3. Представлена структурно-параметрическая модель склада бестарного хранения муки, получен оптимальный критерий качества.

4. Получены описания связи параметров микроклимата технолоптческого процесса в производственном помещении (силосе) с 87 управляющими воздействиями и возмущениями, представленными изменениями параметров внешней среды. Описания получены в виде дифференциальных уравнений и передаточных функций применительно к автоматизации управления процессом бестарного хранения муки. 5. Полученные описания учитывают многосвязность объекта управления и выявляют ограниченные возможности применеши традиционных локальных ПИД-регуляторов для раздельного регулирования технологических параметров процесса пищевого производства. 6. Получена обобщенная математическая модель процесса обеспечения параметров микроклимата внутри силоса на основе многосвязной системы автоматического регулирования в виде ее структуры и описания динамических свойств передаточными функциями.

Особенностью модели является учет многосвязности объекта управления и более полный учет внешних возмущений, связанных с изменением условий протекания процесса бестарного хранения муки в силосах. 7. Показано, что перспективные системы автоматического управления параметрами микроклимата в силосе для технологического процесса бестарного хранения муки целесообразно строить как минимум с учетом многосвязности объекта управления. Однако лучший результат с точки зрения обеспечения высокой эффективности процесса следует ожидать при использовании интеллектуальных технологий управления процессом. ГЛАВА 3.

РАЗРАБОТКА НЕЙРОСЕТЕВОГО РЕГУЛЯТОРА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ БЕСТАРНОГО ХРАНЕНИЯ МУКИ 3.1. Постановка задачи. Подходы линейной теории автоматического регулирования широко применяются на практике в самых различных областях. Во многих случаях использование линейных регуляторов и линейных моделей объектов управления позволяет достичь неооходимого качества систем управления. Однако, по мере совершенствования науки и техники, все более актуальными становятся задачи нелинейного управления.