Автореферат (1152205), страница 4
Текст из файла (страница 4)
= фм ( − ) − ( − ),(14)гдефм ( − ) −состовляющаяметаматематическогоожидания,учитывающая изменение физико-механических свойств МК; ( − ) − сигнал управления промежуточной координаты и приводовподачи и дозатора СД;17 − время запаздывания при воздействии управляющего сигналапромежуточной координаты и скоростей приводов.Разработанная в системе «Matlab» имитационная модель управленияпроцессом дозирования молотого кофе представлена на рис. 7 с указаниемвходных и выходных параметров процесса дозирования молотого кофе.Объем порций доз молотого кофе 3 , засыпаемых в мерные стаканыдозатора (СД) на −цикле дозирования, будет формироваться по законамраспределения с учетом изменения математического ожидания , среднегоквадратического отклонения объема молотого кофе и промежуточнойкоординаты в бункере дозатора, а также среднего объема и дисперсии частицМК, которые задаются в начале эксперимента.
При равномерном законераспределения продукта МК, математическое ожидание полностьюопределяет этот закон при заданной средней значений порций объема идисперсии частиц молотого кофе.Рис. 7. Имитационная модель процесса управлением дозированиямолотого кофе.Модель системы управления процессом дозирования молотого кофеимеет подсистему, которая представляет собой многоблочную структуру.Количество блоков соответствует числу компонентов в процессе в средемоделирования «Matlab» (рис. 8).В схеме имеется контур управления приводом питателя, контуруправления приводами дозатора и бункера.18Рис. 8.
Структурная схема подсистемы модели управленияпроцессом дозирования молотого кофе.В случае применения для регулирования скоростей питателя и дозаторачастотных преобразователей возможно для управления приводамииспользовать классические ПИ регуляторы. При оценке поведения дозаторапри действии возмущений с применением среды «Matlab» используетсяпредставление привода в виде последовательного включения двухапериодических звеньев.Управление скоростью вращения приводов осуществляется в зонерабочего участия механической характеристики, т.е.
передаточная функциядвигателя по каналу частота питающей сети – скорость вращения включаетпроизведение двух компонент (формула 15). Первая описываетэлектромеханическую составляющую, вторая – механическую составляющую.Оба звена – апериодические звенья первого порядка.двэд() =, мех() =Тэ + 1Т + 1дв К(15)Д() =(Тэ + 1)(Т + 1)Передаточная функция тиристорного преобразователя с системойимпульсно-фазового управления силовыми элементами.19пр р(16)Ту + 1Выявлен метод для стабилизации границ устойчивости движениямолотого кофе на границах различных зон течения при управлении процессомдозирования, и для этой цели предлагается введение системы управления,которая направлена на стабилизацию режима истечения молотого кофе избункера стаканчикового дозатора посредством управления промежуточнойкоординатой:тп =1зад – 2зад = 4 (зад , ℎпр , ), ℎпр = ℎзад ± Δ ℎ,(17)где ℎпр – промежуточная координата (уровень МК);F4 – функция, определяющая зависимость разности расчетных значений,скоростей приводов питателя и дозатора СД от выделенных параметровсостояния;L – набор возмущений и конструктивных свойств объемного дозатора.Принято допущение, что на основе решения уравнения (см.
формулу 17)для заданных свойств порошковых и зерновых частиц молотого кофе иопределенной конструкции дозатора, его режимных параметров можнообеспечить устойчивость режима истечения порошковых и зерновых частицмолотого кофе без образования стволовых режимов течения и застойных зон вобъеме бункера при стабилизации уровня кофе.Таким образом, в качестве промежуточной координаты рассматриваетсяуровень пищевого продукта в бункере, поддерживаемый в пределах, неприводящих к образованию застойных зон для заданных вида стаканчиковогодозатора и физико-механических свойств молотого кофе.Разработанная модель управления процессом дозирования молотогокофе, позволяет исследовать случайные возмущения как со стороны измененияскорости приводов питателя УПК и дозатора УДК, так и со стороны изменениясвойств МК.
Исследовано влияние на уровень действия внешних возмущений.В качестве критерия управления после анализа полученных исследованийвыбрана заданная производительность технологической линии с наложеннымина нее ограничениями на колебания объемной массы молотого кофе в упаковке.Результаты имитационных экспериментов автора, проведенные в среде«Matlab», показали, что при применении пропорционально-интегральногозакона регулирования позволило обеспечить, более точную стабилизациюуровня молотого кофе, чем при использовании позиционного законауправления в условиях колебаний свойств молотого кофе.20Четвёртая глава. В данной главе выполнен сравнительный анализрезультатов моделирования. Разработана комплексная модель системыуправления процессом объемного дозирования молотого кофе.
Кроме того,приведены результаты анализа режимов работы стаканчикового дозатора,функционирующего в реальном времени, с использованием ПИ - регулятора свозможностью последующей коррекции работы системы управления на основенейросетевого оптимизатора.Анализ результатов моделирования показал, что при больших измененияхв процессе колебании уровня молотого кофе в бункере непредсказуемоизменяется точность доз молотого кофе, даже с выходом за пределы, указанныев технической характеристике стаканчикового дозатора. Таким образом,случайные изменения масс формируемых частичных доз 100 грамм порциимолотого кофе (рис.
9) могут содержать не только собственно случайнуюсоставляющую, но и регулярную случайную составляющую, обусловленную,например, изменениями физико-механических свойств дозируемого видамолотого кофе в бункере объемного дозатора и изменениями скоростейприводов устройств подачи и дозирования. Это значительно влияет напроизводительность (см. рис. 10). Существенная абсолютная ошибка объемапорции дозирования молотого кофе, составляющая при проведенииэкспериментов 16.76%,категорически не допустима.
Согласнотехнологическим требованиям при производстве молотого кофе допустимаяабсолютная ошибка объема порции дозирования должна составлять не более3%.Полученные экспериментальные результаты показали, что прииспользовании ПИ-регулятора в системе управления приводами абсолютнаяошибка объёма порции дозирования составляла 2.1%; время переходногопроцесса 0.13с, что соответствует настройке регулятора на техническийоптимум. Установлены следующие параметры настройки ПИ – законарегулирования для привода питатели: = 0.01, = 0.1, а для приводастаканчикового дозатора = 1.8, = 0.0021.
В таблице 1 показываетсямаксимальная производительность с применением законов регулирования ПИконтроллера.Оптимальные коэффициенты ПИ закона регулирования при использовании контроллера на основе нейросетевого оптимизатора (НСО) для приводадозатора при заданном значении h = 0.7м составили = 0.01, = 0.086, адля привода питателя = 0.01, = 0.0099.Таким образом, при поступлении команды от ЭВМ о необходимостистабилизации уровня молотого кофе в бункере стаканчикового дозатора,21регулирования скорости приводов питателя и дозатора – переходе вэнергосберегающий режим, устройство питателя определяет загрузку молотогокофе в соответствии с режимом работы стаканчикового дозатора и формируетнеобходимую, экономически выгодную, уставку по скорости в системуавтоматического регулирования процесса дозирования молотого кофе.Рис.
9. Колебания объемных масс порции МК при заданной порции100 грамм в мерных стаканах дозатора при действии внешнихвозмущений по закону нормального распределения помехиРис. 10. Переходные характеристики процесса производительностипри действии внешних возмущений по закону нормальногораспределения помехиСистема автоматического регулирования переводит частоту вращенияприводного электродвигателя на заданную скорость приводов питателя идозатора без опасных динамических нагрузок на устройство питателя истаканчикового дозатора.22Таблица 1.№Вид объемап/пчастиц кофе1 = ±300, м/с1 ,2 ,м3 /м3 / , гМаксимальнаяпроизводительность, QБез ПИ-С ПИ-регулятора,регулятором,[упак/мин][упак/мин]0.200.0050.00695.5931.1151.210.250.0070.00797.432.5952.390.490.010.0196.2950.4760.070.240.0070.00797.432.5952.19 = 0.10 = ±7.162 = ±450 = 0.30 = ±7.163 = ±600 = 0.60 = ±7.164 = ±450 = 0.30 = 10.22Тем не менее, поддержание стабильности величины промежуточнойкоординаты в бункере дозатора позволяет осуществить равномерное истечениепродукта, избежать сводообразования и сегрегации и устранить ошибкиточности дозирования.Предлагаемые усовершенствованные решения, внесенные в схемуреализации ПИ- нейросетевого оптимизатора, позволили обеспечитьстабилизацию параметров производительности и промежуточной координаты(рис.
11) при действии возмущающих факторов и смене задания управляющеговоздействия за счет авто-настройки коэффициентов ПИ закона на контроллередля приводов устройств питателя и стаканчикового дозатора путем обеспечениятребуемого качества переходного процесса.В таблице 2 описаны полученные результаты при использованиинейросетевого оптимизатора ПИ контроллера.Результаты проведенных экспериментов позволяют сделать вывод о том,что нейросетевой оптимизатор контроллера с использованием ПИ-законарегулирования позволяет осуществить равномерное истечение продукта,23избежать сводообразования и сегрегации и устранить ошибки точностидозирования при стабилизации уровня материала в бункере дозатора.Таблица 2.Вид порциячастиц кофе,кг/м30 ,кг/м23004506000.10.30.67.1610.22Производительность,кг/мин с учетомалгоритмовкомпенсации ПИ3.7715.6415.9125.6415.6415.6415.6415.641Производительностькг/мин с учетомалгоритмов компенсацииНСО6.0216.0216.0216.0216.0216.0216.0216.021УвеличениеПроизводительности, %35 %7%1%7%7%7%7%7%Рис.
11. Результаты реализации ПИ-нейросетевого оптимизатора напереходные процессы по стабилизации параметров: а)производительности, б) промежуточной координатыУчитывая результаты проведенных исследований, разработан макетпрограммно-аппаратного комплекса управления процессом дозированиямолотого кофе, показанный на рис. 12. Управление процессом дозированияосуществляется с использованием пакета LabVIEW на основе использованияполученных оптимальных коэффициентов ПИ контроллера нейросетевогооптимизатора при применении имитационной модели процесса дозирования.Показано, что основными категориями решаемых данной задачмоделирования являются: автоматический контроль, непрерывное наблюдение(мониторинг) информации о ходе технологического процесса дозированиямолотого обжаренного кофе; регулирование этих процессов; автоматический24контроль состояния используемого оборудования и режимов его работы; анализнестационарных режимов и аварийных ситуаций; использование современныхсредств печати графиков и экспорта информации в формате Microsoft Excel.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
