Диссертация (1152206), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В этом случае интересуетзначения расхода 1 . 1 = 0 .Бункер дозатора (БСД) заполняется материалом МК, где контролируютсяуровня МК Y3(ℎ), коэффициент истечения X3 (), плотность МК X8 ().Объем МК в бункере определяется по формуле (3.4).() = ℎ()(3.4)102где, () − Объем МК от времени, − Диаметрбункера(цилиндроконической формы), − высота, ℎ − уровень МК, − плотностьМК.ℎ̇ =1( () − 2 ), 1(3.5)Если взять интеграл, считая начальное условие (0) получаем:ℎ() =1∫(1 () − 2 ()) (3.6)Рисунок 3.1. Структурная схема выбранных параметровтехнологической системы управления процессом ДМКВ 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 дальнейшие упаковки.2 () = ω2 ()и(3.7)где, 2 () − расход МК из бункера от времени , ω2 − скорость приводаСД, − плотность МК, ℎ − уровень МК, и − скорость истечения МК.3 () =ω2 ()1(3.8)Неравномерность подачи молотого кофе в УДК является важнейшимфактором,влияющимнапроизводительностьфасовочно-упаковочногоавтомата (ФУА).
Для качественной оценки дозирования, контролируется103величины значения промежуточной координаты и скоростей приводов УДК иУПК.Точностьдозированиястаканчиковогодозатораобуславливаетсятехническими требованиями и ограничивается технологическим допуском [4,45]. =гдемак − мин,срмак , мин , ср −максимальная,(3.9)минимальнаяисредняяпроизводительность стаканчикового дозатора, м3 /с, при работе на одну и ту жеустановленную дозу сыпучего материала. Практика показалось, что привыбранных трубчатых мерных стаканов дозатора незначительно повышаютточностьдозированияпутемупорядочениярасположениячастицМКзависимости от величины объема массы продуктов МК дозы в интервале (0.5 –1%) при норме точности 3%.В процессе упаковки продуктов МК, чтобы повысить производительностьдозатора СД необходимо снизить время передачи продукта в пакет упаковки.
Вобщем случае, скорость работы стаканчикового дозатора зависит от временидоз образования дозы МК и передачи ее в пакет.При каждой конкретной операции в ТП кофе, время находится в прямойзависимости от последовательности этапов операций при процессе ДМК, такихопераций как: заполнение мерной стаканов з , передачи продукта в пакет п , атакже конфигурация мерной стаканов , форма передающего канала,классификационный показатель скорости дозирования [94].В общем случае это можно представить в виде функциональнойзависимости [105]: = (з , п , )(3.10)Цикл работы ФУА Ф согласуется с циклом работы дисковогостаканчикового дозатора сд , тогда.р + о = з + п ,(3.11)104где р , о − время рабочего хода ФУА, время остановки рабочих органовФУА, з , п − время заполнения стаканов СД и передачи МК в упаковку.Именно время заполнения мерных стаканов з значительно влияет напроизводительность СД при ТП продуктов МК. Частицы МК из стакана в пакетявляется связей лимитирующим и должно удовлетворяться следующеенеравенство:з < п ≤ о(3.12)Неравенство (3.12) показывает, что для согласованной работы ФУА еецикл следует сопоставлять с максимальной по длительности операцией: Ф ≥п .
В горизонтальных машинах ФУА для согласования времени периодовможно увеличить количество мерных стаканов дозатора (число параллельныхдоз МК), каждый из которых выгружает продуктов МК в свой пакет принепрерывном без остановок перемещении стаканов вместе с пакетами. Так какрассматриваютсявертикальныемашиныФУА,тотеоретическаяпроизводительность выраженная, через параметры дозатора СД определяетсяформулой:=ω2Кп 1 вы(3.13)Где − производительность процесса ДМК, ω2 − скорость дозатора СД,1 − скорость привода питателя из УПК, п − угол поворота мерных стакановвместе с дисками дозатора СД по времени передачи в пакет п , Квы −коэффициент передающего канала выгрузки доз в пакет. Тогда дозатор СД содним неподвижным передающим каналом выгрузки доз продуктов МК будетявляться частным случаем, где Квы = 1.Наивысшая точность дозы будет в трубчатой емкости.
Для практическихцелей целесообразно выбрать трубчатую емкость в виде стакана с показателемформы: Пф=0,43 + 0,65 [95, 96].1053. 2. Применение методологии управления приводом втехнологическом процессе производства молотого кофеЖесткие требования к качественным показателям МК. Движения многихтехнологических объектов в процессе производства молотого кофе определяютнеобходимостьпримененияадаптивногоуправленияисполнительнымиэлектромеханическими системами на стадии дозирования.В технологическом процессе производства молотого кофе используютсяразные приводы в качестве исполнительных механизмов.
Объемные дозаторысостоят из питателя, приборов и устройств, определяющих количество порциимолотого кофе, пропускаемого и пропущенного через питатель, а такжеприборов регулирования.Обеспечение заданных условий истечения молотого кофе реализуетсяпосредством управления приводами параметрами электропривода системыобъемного дозирования молотого кофе.
Специфичность электромеханическихпараметров электропривода процесса объемного дозирования проявляется втом, что эти параметры зависят от физико-механических характеристикдозируемогомолотогокофе.Нестационарныйхарактервозмущенийтехнологических факторов процесса производства молотого кофе осложняетуправление процессом дозирования в целом. Сложности настройки приводят кфункциональнымограничениямпроцессаобъемногодозирования,обусловленными уменьшением возможностей стабильной работы дозатора втребуемом диапазоне параметров дозирования молотого кофе.Для контроля работа приборов, используется блок управления какмодуль, на котором задаются параметры задания.
Параметрами задания вданном случае является производительность объемного дозатора СД, скоростьприводапитателядляподачимолотогокофе.Регулированиепроизводительности осуществляется путем изменения скорости подачи, объемадозатора. Для подачи молотого кофе в бункер объемного дозатора выбран106ленточный конвейер обеспечивающим приводом (Д1) с постоянной скоростью.Двигатель (Д2 ) для привода объемного дозатора СД.Зависимости от функционирования ленточного конвейера, нуждаетсяперенастроить скорость вращения привода питателя для режимов стартера,работы и остановка системы управления.
Для скорости вращения приводаподачи молотого кофе в бункер, определяется переходная характеристикавходной зоны бункера стаканчикового дозатора при возмущении со стороныподачи молотого кофе и определяется значение задания, скорости вращенияпривода загрузочного конвейера [21].При заданной скорости вращения стаканчикового дозатора определяетсязаданной производительностью, оцениваются значения степени затухания ипериода колебаний уровня при возмущении со стороны скорости истечениямолотого кофе.Управления скоростью вращения приводов в УПК и УДК осуществляетсяв зоне рабочего участи механической характеристики, т.е.
Передаточнаяфункция двигателя по каналу частота питающей сети – скорость вращениявключает произведение двух компонент (формула 3.14). Первая описываетэлектромеханическую составляющую, вторая – механическую составляющую.Оба звена – апериодические звенья первого порядка.эд() =дв, мех() =Тэ + 1Т + 1Д() =Формула(3.15)(3.14)дв К(Тэ + 1)(Т + 1)описываетпередаточную(3.15)функциюдвигателейэлектрических приводов подачи и объемного дозатора, где дв −коэффициентпередачи двигателя; К. − коэффициент передачи механической составляющейдвигателяТэ − постоянная времени электромагнитной составляющейдвигателя; Т −механическая постоянная времени двигателя.Передаточная функция тиристорного преобразователя с системойимпульсно-фазового управления силовыми элементами.107тп() =статическийпр −пр рТу + 1коэффициент(3.16)усиленияпреобразователя,Ту −постоянная времени системы импульсно-фазового управления.Дляисследованиямаксимальнымиуправленияскоростями1700приводами,об/мин.выбраныЧтобыдвигателиправильносвыбратьхарактеристики двигателей приводов УПК и УДК (см.
рисунок 3.1),учитываются характеристики питателя и дозатора, например конвейер истаканчиковый дозатор исходя и соответствия конструкция характеру подачи идозируемого продуктов молотого кофе, которые определяются его физикомеханическими свойствами.3. 3. Уровень кофе в бункере как промежуточная координатапроцесса управления дозированием МКПри проектировании систем управления дозаторами молотого кофеперемещениематериаларассматриваетсякакквазипериодическоевозникновение и разрушение сводов по всему объему молотого кофе. Длястабилизации границ устойчивости движения МК на границах различных зонтечения при управлении процессом дозирования предлагается введение целиуправления направленной на стабилизацию режима истечения МК из бункераСД посредством управления промежуточной координатой:1 зад – 2 зад = 4 (зад , ℎпр , ), ℎпр = ℎзад ± Δ ℎ,(3.17)где ℎпр – промежуточная координата (уровень МК), F4 – функция,определяющая зависимость разности расчетных значений, скоростей приводовпитателя и дозатора СД от выделенных параметров состояния, L – наборвозмущений и конструктивных свойств объемного дозатора.
В составмножества L входят: гранулометрический состав; физическая и насыпнаяплотности молотого кофе; изменение насыпной плотности молотого кофе поддействием сжимающего усилия; твердость, когезия и адгезия частиц молотого108кофе; углы естественного (коэффициент внутреннего трения) и динамическогооткоса;влажность и гигроскопичность молотого кофе. Дополнительноучитываются: диаметр и высота бункера; материал стенок бункера; диаметр иформа выпускного отверстия дозатора.Принимается допущение, что на основе решения уравнения (3.17) длязаданных свойств порошковых и зерновых частиц МК и определеннойконструкции дозатора можно обеспечить устойчивость режима истеченияпорошковых и зерновых частиц МК, без образования стволовых режимовтечения и застойных зон в объеме бункера при стабилизации уровня МК.
Такимобразом, в качестве координаты может рассматриваться уровень молотого кофев бункере, поддерживаемый в пределах, не приводящих к образованиюзастойных зон для заданных вида стаканчикового дозатора и физикомеханических свойств молотого кофе.Основными методами контроля уровня молотого кофе в бункерахобъемныхдозаторовявляютсяакустическиеиемкостныеметоды,используемые для формирования измерительного сигнала о значении уровня.Как правило, для регулирования уровня применяется позиционный закон сиспользованием логического выхода управляющего специализированногоконтроллера.3.
4. Разработка нейросетевой модели для управления процессомдозирования МКПри разработке нейросетевой модели (НСМ) для решения задачиконтроля уровня МК в бункере, приводов питателя и стаканчикового дозатора впервую очередь необходимо выбрать наиболее подходящий тип и архитектуруНС.Результат, анализа обучения сети типа многослойного персептрона содним скрытым слоем является оптимальной архитектурой НС для процессаДМК, так как в выборе структуры НС в соответствии со сложностью решаемой109задачи процесса ДМК, оказался значительно лучше, чем при использованиисети однослойного типа из-за их низкой вычислительной способности.Для того чтобы НС была способна выполнить поставленную задачу, еенеобходимо обучить.
Количество скрытых слоев для НС типа многослойныйперсептрон определялось экспериментальным путем в среде пакета «Matlab» сучетом теоретического обоснования. Количество нейронов каждого слоя,способствует получению наименьшей ошибки во время функционированияискусственной нейронной сети (ИНС) для процесса ДМК.При формировании обучающей выборки НС (рисунок. 3.2) для процессаДМК использовались только информативные параметры и алгоритм обучения сучителем.Рисунок 3.2. Структура разработанной нейронной сети, типамногослойный персептрон с одним скрытым слоем для процессаДМКПроцессобученияалгоритмасучителемпредставляетсобойпредъявление сети выборки обучающих параметров свойств , процесса ДМК.110Каждый параметр подается на входы сети, затем проходит обработкувнутри структуры НС, вычисляется выходной сигнал сети , которыйсравниваетсяссоответствующимзначениемцелевоговектора,представляющего собой требуемый выход сети.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
