Автореферат (1152205), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Способы графического представления молотого кофеРезультаты моделирования процесса истечения молотого кофе из бункерадозатора показывают, что вид истечения молотого кофе отличается отжидкостей наличием коэффициента внутреннего трения, силы сцепления, атакже осуществлением напряжения на стене цилиндроконического бункераобъемного стаканчикового дозатора, что усложняет описание математическоймодели процесса истечения молотого кофе в дозирующее устройство.Полученные экспериментальные данные позволили получить следующееуравнение: = + = ′(1)11где; σ − касательное напряжение (напряжение к стене бункера); −коэффициент адгезий молотого кофе к стене бункера; − нормальноенапряжение; − угол трения на стене бункера; ′ − коэффициент трения.Предложена модель определения скорости свободного истечениямолотого кофе (2) из бункера стаканчикового дозатора с учетом физикомеханических свойств молотого кофе и параметров конструкции дозатора, спомощью которой можно выявить параметры бункера, обеспечивающиестабильность истечения молотого кофе без сводообразования и правильнонастроить объемный стаканчиковый дозатор для эффективности оценкикачества молотого кофе.и = √2ℎ( ) [ −0] , [м/с](2)Где, и − скорость истечения МК, − коэффициент истечения длямолотого кофе ( = 0.2 - 0.3), − ускорение силы тяжести, 0 −сопротивление сдвигу, − плотность МК, − коэффициент зависимости отформы бункера ( = 1 для конической части бункера), − диаметр отверстияканала истечения; − угол наклона бункера, ℎ − уровень МК в бункере.Насыпная плотность молотого кофе практически не влияет на численныезначения коэффициентов внешнего трения (рис.
4). При увеличениинормального напряжения в зоне сдвига на 15 % коэффициент внутреннеготрения увеличивается не более, чем на 2–3 %.Рис. 4. График поверхности изменения плотности от коэффициентатрения частиц молотого кофеРезультаты моделирования дискретных частиц молотого кофе (МК) пометодам дискретных элементов (МДЭ), позволили визуализироватьмоделируемые процессы с использованием систем компьютерного зрения(СКЗ) или 3D-виртуальной реальности для процесса истечения МК, но реальнаягеометрическая форма частиц МК затрудняла задачи моделирования в процессе12истечения. При этом проведенный анализ показал, что с учетом физикомеханических свойств МК и параметров конструкции бункера, на уголвнешнего трения МК существенно влияют эффективные значениякоэффициентов трения скольжения .
Анализ полученных экспериментальныхданных показал, что применение эффективных значений коэффициентаскольжения, дает возможность моделировать частицы МК с различнымигранулометрическим составом и формой частиц МК по методам дискретныхэлементов.Результаты экспериментальных и аналитических исследований показали,что коэффициенты напряжения частиц МК калибрируются в интервале (0.3 –0.6 Па), коэффициент истечения разных частиц и сортов кофе (0.1-0.6),плотность МК (300-600 кг/м3), коэффициент сыпучести (Начальноесопротивление сдвигу от 7.16 до 10.22 кг/м2), адекватные параметры дляхорошего истечения МК из бункера стаканчикового дозатора составляютбункер с размером выпускного отверстия = 0.10 м и углом наклона =31.4°.В третьей главе с помощью имитационного моделирования на ЭВМисследована эффективность применения различных законов управления дозамимолотого кофе.
Обсуждаются модели процесса дозирования молотого кофе,основанные на разных подходах. Модели позволяют учесть случайныевозмущения, как со стороны механизмов, так и со стороны самого кофе.Произведена математическая постановка задачи контроля величиныуровня молотого кофе в бункере для процесса управления дозированиеммолотого кофе, где предлагается введение контура уровня МК, направленнойна стабилизацию режима истечения молотого кофе из бункера посредствомуправления промежуточной координатой.Первоначально в качестве критерия управления выбирается заданнаяпроизводительность технологической линии с наложенными на нееограничениями на колебания массы МК в упаковке.1 = зад ± ∆, √∑( − зад )2 ≤ П,−1(3)=1где − производительность,[упаковок/мин];зад −заданнаяпроизводительность,[упаковок/мин],∆ −допустимыеотклоненияпроизводительности, N – число выпущенных упаковок (циклов дозирования),П − заданная погрешность стаканчикового дозатора, [кг], − порция МК,зад − заданная порции МК.Уравнение (3), как и представления структуры системы управления такжетрансформируется в процессе проектирования.
При исследовании системы13«дозатор-привод-системауправления»методамиимитационногомоделирования вместо производительности рассматривается расход молотогокофе на входе (1) и выходе бункера дозатора (2 ), зависящий от скоростейприводов питателя и дозатора (1 и 2 ).1 зад = 1 (1, 2 ), 2 зад = 2 (1 , 2),(4)1 = F1 (1), 2 = F2 (2 ), 1 = 1 – 1 зад , 2 = 2 – 2 зад ,3 (зад ) = 1 зад – 2зад ,где 1зад , 2 зад – заданные (расчетные) значения скоростей приводов;f1, f2 – зависимости скоростей приводов питателя и дозатора от расходовмолотого кофе на входе и выходе;e1 , e2 – рассогласования для локальных регуляторов скоростей приводовпитателя и дозатора;F1, F2, F3 – функции преобразования координат.На рисунке 5 в общем виде представлена структурная технологическаясистема производства молотого кофе и его упаковки с указанием необходимыхпараметров контроля.Рис.
5. Структурная технологическая схема производства молотогокофе и его упаковки с учетом выбранных параметров контроляВ устройстве подачи кофе (УПК) контролируются скорость приводаподачи МК в бункер X6 (ω1 ) и объем МК в начале процесса X2(0 , 1 ).0 () = Л 1() ,(5)где, 0 () − Начальное значение расхода МК от времени ;Л − Параметры конструкции транспортного оборудования питателя(конвейер);1 − скорость привода питателя; − плотность МК.В этом случае интересуют значения расхода 1. 1 = 0 .14Бункер стаканчикового дозатора (БСД) заполняется материалом –молотым кофе, где контролируются его уровень Y3(ℎ), коэффициент истеченияX3 (), плотность МК X8 ().Объем МК в бункере определяется по формуле (6) а уровень МК вбункере по формуле (7).
() = ℎ()(6)где, () − Объем МК от времени , − Диаметр бункера(цилиндроконической формы), − высота, ℎ − уровень МК, − плотностьМК.1(7)ℎ () =∫(1 () − 2 ()) В результате Y2 (2) поступает в устройство дозирования кофе (УДК), встаканах заданных значений объема порции МК Y4 (3 ), где контролируетсяскорость дозатора X11 (2 ) для процесса дозирования и дальнейшей упаковкиY5().2 () = 2 ()и ,(8)где, 2 () − расход МК из бункера от времени t;2 − скорость привода дозатора стаканчикового типа; − плотность МК; ℎ − уровень МК; и − скорость истечения МК.2 ()(9)3 () =1Неравномерность подачи молотого кофе в устройстве дозирования кофеявляется важнейшим фактором, влияющим на производительность фасовочноупаковочного автомата (ФУА).
Для качественной оценки дозированияконтролируются величины значения промежуточной координаты и скоростейприводов устройства дозирования кофе (УДК) и устройства питателя кофе(УПК). Точность дозирования любым типом дозатора обуславливаетсятехническими требованиями и ограничивается технологическим допуском.мак − мин(10) =,сргдемак , мин , ср −максимальная,минимальнаяисредняя3производительность стаканчикового дозатора (м /с) при работе на одну и ту жеустановленную дозу МК.Сложности настройки приводов в процессе дозирования молотого кофе(ДМК) приводят к функциональным ограничениям процесса объемного15дозирования, обусловленными уменьшением возможностей стабильной работыдозатора в требуемом диапазоне параметров ДМК.На основе полученных структур построена структура нейронной сети,типа многослойный персептрон с одним скрытым слоем - ПИД контролеромдля автоматизации процесса управления объемным дозированием продуктовМК (рис.
6), которая, как показали проведенные исследования, и являетсянаиболее перспективной для решения поставленных задач.Рис. 6. Структура нейронной сети, типа многослойный персептрон содним скрытым слоем - ПИД контролером управления процессомобъемного дозирования МКВходной вектор структуры нейронной сети (НС) состоит из данныхавтоматических измерений, характеризующих состояние технологическогопроцесса дозирования МК в определенный момент времени. На выходе НСпроцесса ДМК формирует выходной сигнал величины уровня МК и расходапорции в мерных стаканах дозатора.
Заданными значениями величиныконтроля ui в процессе ДМК являются скорость устройства питателя кофе(УПК) ω1зад и производительность устройства дозирования кофе (УДК) Q зад ,16где рассматривается скорость стаканчикового дозатора ω2зад, промежуточнаякоордината (уровня) МК hзад в бункере и объем порции q3зад.Значения параметров ( − 1) показывают текущие значенияуправляющих величин коэффициентов последнего значения времени, (n − 1)текущие значения входных параметров последнего значения временикомплексного фасовочно-упаковочного аппарата как объект управления, такиекак объем кофе, из УПК 1 и объем из выходного отверстия бункера 2 .Скрытый слой состоит из текущего рассогласования последнего значениявремени ПИД контролера ( − 1), мгновенной ошибки регулирования ирассогласования выходного сигнала процесса ДМК . Это значит, что этот слойдействует как стационарный предварительный компенсатор возмущающихфакторов на процесс дозирования МК.
Этот компенсатор является постояннойматрицей , где между контурами управления уменьшается мгновеннаяошибка регулирования ПИД контролера и определяются ошибки в последнихдвух временных шагах. Как возмущающие факторы (), рассматриваютсяскорость истечения продукта ис , физико-механические свойства, такие каккоэффициент истечения частиц МК и плотность кофе . Текущие значениявходных параметров процесса ДМК () и выходной сигнал ПИД контролера обеспечивают высокое качество регулирования и позволяют оптимизироватьуправление по отдельным критериям.Выходные сигналы из системы автоматизации процесса управлениядозированием МК будут.()(−1)ℎ = ℎ + ∑ () + ( − 1) (11)=1()(−1)3 = 3 + ∑ () + ( − 1) (12)=1Рассчитывается ошибка сети для выходного слоя по формуле:` = ( ) ∑ =1(13)Математическое ожидание объема порции продукта МК определяется поформуле (14).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
