Диссертация (1152206), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Результаты имитационных экспериментов автором проведенные вматлабе (Matlab) показали, что при применении ПИ регуляторов позволилообеспечить более точную стабилизацию уровня молотого кофе, чем прииспользовании позиционного закона управления в условиях колебаний свойствмолотого кофе.126ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИДЛЯ РАЗРАБОТКИ И АПРОБАЦИЯ МАКЕТАФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГОКОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБЪЕМНОГОДОЗИРОВАНИЯ МОЛОТОГО КОФЕ4.1. Анализ результатов имитационного моделирования приуправлении процессом дозирования МК.
Синтез дозатора иоптимальных характеристик закона их заполнения.Управление формированием видом истечением частичных массМК.Предположение в главе 2 (п. 2.2) и допущение в главе 3 (п. 3.6), о том, чтообъем МК в процессе истечении 2 и объемные порции дозирования 3являются случайными величинами, распределенными по нормальному закону,было доказано влияние на уровень МК ℎ (рисунок 4.1) при заданнойпромежуточной координаты (ℎзад = 0.8 м) в бункере стаканчикового дозатора свысотой (1.20 м) действие внешних возмущений из результатов моделированияразработанной модели управления процессом ДМК.Как указано в (см разделе 3.1.) случайная погрешность объема порцииМК определяется в основном колебаниями высоты продукта в мерной стакане,поэтому можно повысить точность дозирования молотого кофе увеличениемвысоты мерной стакана при уменьшении площади поперечного сечения илидиаметра стакана.
Показатель погрешности доз пищевого продукта длястаканчиковых дозаторов зависит от формы мерной стакана. Масса дозыгранулированных частиц МК при отмеривании ее в мерных стаканах по форместакана складывается из объема стакана мст , помноженного на плотностьпродукта , зависящие от изменения температуры t° C и влажности продукта ивоздуха в цехе. Следует отметить, что на точность дозирования влияет также127количество мерных стаканов в дозаторе, участвующих в процессе, по тойпричине, что дозы порции МК в них неравноценны и постепенно происходитнакопление погрешностей доз порции.Концепция построения разработанной имитационной модели управленияпроцессом ДМК в главе 3 (п.3.5) заключается в задаче оценки максимальногопроизводительности и оценки точности дозирования при действии случайныхвеличин факторов возмущении и режимов движения приводов.Также найти оптимальные настройки ПИ контроллера для приводовустройств питателя и стаканчикового дозатора, чтобы стабилизировать процесси качества перерегулирования.Одной из задач данной диссертационной работы является получениемаксимальногокачествадозированиячастицМКпринаибольшейпроизводительности приготовления.В конце разработать специальный макет программно-аппаратногокомплекса (ПАК) виртуального датчика и блока оптимизатора, построенного наосновеискусственнойнейроннойсети(ИНС)имитационнойуправления процессом ДМК.Рисунок 4.1.
Переходный процесс промежуточной координаты –уровня молотого кофе в бункере стаканчикового дозатора придействии внешних возмущений по закону нормальногораспределения помехимодели128Запаздывание управляющих воздействия по каждому каналу стакановобъемного дозатора определяется циклов дозирования, при которых мерныйстакан дозатора данного канала опустошится раз плюс единица, когдапродукт МК проходит мерные стаканы (п. 3.5 см. 3.29). Рассматриваетсяфасовочно-упаковочный автомат V-300, который имеет стаканчиковый дозаторMF-DT 5000 (6 мерных стаканов) и продукт натурального растворимогосублимированного кофе с добавлением натурального жаренного молотогокофе.
Условия для границ массы дозы МК выбираются на основаниидействующего ГОСТ Р 52088-2003[48]. В составляющей метаматематическогоожидания, учитывающей изменение физико-механических свойств МК фм ( − ), определяются среднее значение и коэффициент вариации 2плотности МК , коэффициента истечения МК , коэффициента сыпучестиМК 0 . → [; ]; → [; ]; 0 → [; ](4.1)Тогда из формулы 4.1, определение среднего значения и коэффициентавариациисоставляющейметаматематическогоожидания,учитывающейизменение физико-механических свойств МК из результатов измерений,которые были определены в главе 2 (п. 2.1-2.3) будет.2фм → [ + + 0 ; √2 + + 20 ](4.2)Блок Random Number описывается аналитическим выражением:() =1√2(−)2 2 2(4.3)где − математическое ожидание; 2 − дисперсия; −стандартноеотклонение.На рисунке 4.2 параметры случайных величин изученных физикомеханическихсвойствмолотогокофе,используемыекакпараметрывозмущение на режим работы процесса.Рассмотренные следующие величины скорости для электроприводовпитателя и стаканчикового дозатора: Низкая угловая скорость – 5.25;129нормальная угловая скорость – 57.66; средняя угловая скорость – 110.37;высокая угловая скорость – 210.01; [рад/с].Рисунок 4.2.
Случайные коэффициенты физико-механическихсвойств МКТаким образом, случайные изменения масс формируемых частичных дозпорции МК могут содержать не только собственно случайную составляющую,но и регулярную случайную составляющую, обусловленную, например,изменениями физико-механических свойств дозируемого вида молотого кофеили сыпучего материала в бункере объемного дозатора и изменениямискоростей приводов устройств подачи и дозирования.Параметры коэффициентов передаточной функции электромеханическойсоставляющей и механической составляющей двигателей Д() приводовпитателя и дозатора были получены из выбранных данных приводов итиристорного преобразователя частоты переменного тока по управляющемувоздействию которые рассматриваются в работе [137, 110].эд() =3.13(0.053 + 1)мех() =1(0.024 + 1)(4.4)Среднее число оборотов диска СД ( = 5 об/мин), чтобы определитьпередаточную функцию стаканчикового дозатора находим коэффициент ипостоянная времени .
Средняя производительность стаканчикового дозаторавыбрали (45 упак/мин) но есть вертикальные фасовочные машины как ДА-2РС(Россия, Воронеж), Ганзелла (Бельгия), ПО "РУСТ" (Москва), которые имеютпроизводительность от 60 упак/мин при оптимальной массе дозы в 100 г [93].130=производительность ,кг/счисло оборотов в секунд1= ; Q = ∗ ∗ (1 − − )(4.5)Тогда передаточная функция стаканчикового дозатора будет.сд() =0.19(0.054 + 1)(4.6)Датчики скоростей приводов и уровня МК представлены в видепропорциональных звеньев дат() = 1. Передаточная функция устройствапитателя (ленточный конвейер типа 1Л100ЛК) описана в формуле 4.7.кон() =1(0.031 2 + 0.055 + 1)(4.7)По виду переходных процессов полученных результатов величиныпромежуточной координаты (см.
рисунок 4.1) в бункере СД, можно сделатьвывод о том, что переходный процесс является колебательным, значительнойстатической ошибкой выходной величины от задания в установившемсярежиме.Результаты моделирования показывают, что при больших изменениях впроцессе колебании уровня молотого кофе в бункере то непредсказуемоизменяются точность доз МК, и даже с выходом за пределы, указанные втехнической характеристике стаканчикового дозатора. Как пример на рисунке4.3., можно наблюдать колебания объемных масс порции МК в мерныхстаканах во время дозировании при заданной объема порции массы ( = 100грамм) что влияет и на производительность стаканчикового дозатора приизменении режимы движения электроприводов УПК и УДК и свойств МК.Существенная абсолютная ошибка объема порции дозирования МК 16.76%,которая категорически не допустима согласно технологическим требованиямпри производстве молотого кофе.
Чтобы получить требуемую точностьдозирования МК, необходимо в системе управления приводомпитателяиобъемного дозатора использовать алгоритмы коррекции ошибки дозирования.При стабилизации промежуточной координаты в бункере СД ииспользовании рекомендованной значения формы мерного стакана (п. 3.1)131помогло значительно уменьшить ошибки точности доз МК на рисунке 4.4.Используемый коэффициент формы стакана составило величины площадимерных стаканов (0.09 м2 ).Такоедействиепомогаетустранитьиизбежатьотпроцессасводообразования и сегрегации пищевых продуктов при истечении. Врезультате точности порции МК в мерных стаканах составили 0.17% ипогрешность дозирования 0.55г.Рисунок 4.3. Колебания объемных масс порции МК при заданнойпорции 100 грамм в мерных стаканах дозатора при действиивнешних возмущений по закону нормального распределенияпомехиВходной параметр производительность при моделировании системыуправления процессом ДМК подан сигнал задания зад = 60 [упак/мин] по 100грамм порция объема доз МК.
(0.6 кг/мин).Установлено заданное значение промежуточной координаты МК вбункере в пределах величин больше половины размера высоты бункера СДразмером 1.20 м, чтобы осуществить равномерный процесс истечения пищевогопродукта и снизить влияние на производительность объемного стаканчикового132дозатора фасовочно-упаковочного автомата (ФУА) (ℎ = 0.7 м). Для этогоустанавливается скорость вращения привода питателя 185 рад/с (1163 об/мин).Начальная угловая скорость вращения привода дозатора 332 об/мин (48рад/с).
Средняя скорость диска стаканчикового дозатора 7 об/мин. Такимобразом, для производительности 60 упак/мин, скорость вращения приводаувеличивается до 52 рад/с, скорость вращения диска стаканчикового дозатора 9об/мин.Рисунок 4.4. Колебания объемных масс порции МК при заданнойпорции 100 грамм в мерных стаканах дозатора при стабилизациипромежуточной координаты и применении PIПослевыходанаустановившуюсяскоростьвращенияприводастаканчикового дозатора, производительность не постоянная и ошибкасоставляет 7% на рисунке 4.5.При использовании ПИ-регулятора параметров системы приводовсоставили: перерегулирование 2.1%; время переходного процесса 0.13с, чтосоответствует настройке регулятора на технический оптимум.Параметры настройки ПИ–контроллер дляпривода питателиустановлены = 0.01, = 0.1, а для привода стаканчикового дозатора =1.8, = 0.0021.133Скорость истечения МК при стабилизации промежуточной координаты вбункере в пределах величин больше половины размера высоты бункера СДувеличивается и подтверждает полученным результатам о скорости истечении вглаве 2 (п.
2.3).На рисунке 4.6., можно наблюдать стабилизации производительности прииспользовании ПИ-законов регулировании приводов и действии внешнихвозмущенийпозаконунормальногораспределенияпомехи.Производительность увеличивается на 25%. Максимальная производительностьпри использовании законов регулирования ПИ контроля и изменениепараметров возмущения рассматриваются в таблице 4.1.Рисунок 4.5. Переходный процесс производительности при действиивнешних возмущений по закону нормального распределенияпомехи134Рисунок 4.6. Стабилизация производительности при действиивнешних возмущений по закону нормального распределенияпомехи с использованием ПИ контроляПри изменении заданных параметров управления промежуточнойкоординаты и скорости привода дозатора с использованием один наборкоэффициентов ПИ контроллера для всех режимов движений приводов необеспечивает качества переходных процессов, как показывается на рисунке 4.7.Рисунок 4.7. Переходный процесс с применением ПИ-контроллера,а.
промежуточная координата, б. скорость привода дозатора135Таблица 4.1.№Вид объемап/пчастиц кофе1 = ±300, м1 ,2 ,м3 /м3 /Максимальная , гпроизводительность, QБез ПИ-С ПИ-регулятора,регулятором,[упак/мин][упак/мин]0.080.0050.00695.5931.1151.210.250.0070.00797.432.5952.390.490.010.0196.2950.4760.070.240.0070.00797.432.5952.19 = 0.10 = ±7.162 = ±450 = 0.30 = ±7.163 = ±600 = 0.60 = ±7.164 = ±450 = 0.30 = 10.22Согласно результатам моделирования, для поддержания заданногооптимальногозначенияпромежуточнойкоординатыипостояннойпроизводительности при изменении параметров возмущении в этом случаепредлагаетсяосуществлятьуправлениеуровнюМКвбункерекакпромежуточная координата и последовательно скоростей приводов устройстваподачи кофе (УПК) и дозирования кофе (УДК) путем перенастройкамикоэффициентов ПИ-контроллера.Смена задания по промежуточной координате, производительностью,скорости дозатора, объем порции в стаканах и загрузка другого вида пищевогоматериала (кофе) требует нахождения оптимальные настройки коэффициентовПИ-контроллера (PI).При постоянных коэффициентах ПИ-регулятора для приводов зачастуюприводит к снижению качества регулирования, что приводит к росту136энергозатрат на ведение технологического процесса ДМК при измененииусловий управления.Такимобразом,необходимоопределитьоптимальныенастройкикоэффициентов ПИ контроллеров приводов для адаптации в целом, ктрудоемкостям данного процесса во время работы при изменениях свойств МК,смены задания управления и режимов движения приводов устройств путемпостроения адаптивных систем управления технологическим процессом ДМК,автоматически подбирающих коэффициенты (ПИ-контроллера), позволяющиепри любых нуждающихся условиях управления осуществить равномерныйпроцесс истечения МК и хорошие качества переходных процессов.4.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
