Методы интеллектуального управления процессами обжарки кофе

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, изложено краткое содержание глав диссертации, приведены основные положения, выносимые на защиту. В первой главе анализируются литературные источники, рассматриваются особенности управления обжаркой кофе в обжарочных машинах (ростерах) фирмы "Пробат". Ростер работает по принципу пропускания через зерна кофе горячего воздуха, уменьшая, таким образом, риск подгорания внешней оболочки. Воздух нагревается с помощью газовых или масляных горелок. Для удаления пыли из отводимого воздуха используются циклоны. На рис. 1 представлен ростер типа Sirocco (Пробат UG 15), состоявший из котла или вращающихся цилиндров (барабанов), через которые продувают нагретый воздух, вызывающий турбулентность и, как следствие, – непрерывный нагрев зерен кофе. После обжарки зерна кофе выгружают на металлический перфорированный лист, обдуваемый холодным воздухом. Рис. 1. Ростер периодического действия типа Sirocco. Во время обжаривания необходимо воздействовать на зерна кофе большим количеством тепла по возможности равномерно и за относительно короткий промежуток времени. Каждое отдельное зерно должно иметь равномерный коричневый цвет, интенсивность которого заранее определяется программой, и быть без единого пятнышка, являющегося показателем того, что зерно пережарено. Поэтому во время обжарки важно обеспечить весьма точное поддержание в ростере заданной температуры нагретого воздуха, чтобы сохранить ароматический букет у обжаренного кофе. С этой целью анализируется эффективность различных методов управления технологическими процессами. Рассматриваются также критерии управления и ограничения при их оптимизации. Представлен обзор программного обеспечения SCADA, предназначенного для создания программируемых систем отображения информации о технологических процессах в реальном масштабе времени. В заключение главы даны выводы, определяющие конкретные задачи диссертационной работы. Во второй главе рассматриваются методы робастного управления температурой внутренней среды ростера. Передаточную функцию ростера, как объекта управления температурой его внутренней среды, представим в виде , (1) где – комплексная переменная. Для определения значений параметров, входящих в выражение (1) для ростера известной немецкой фирмы «Пробат» на основе экспериментальных данных была получена усредненная кривая разгона, представленная на рис. 2. Рис. 2. Усредненная кривая разгона ростера по каналу "расход газа – температура воздуха на выходе из ростера". Воспользовавшись полученной кривой разгона исследуемого объекта для параметров передаточной функции (1) определим следующие численные значения: ; ; . (2) Для управления температурой внутренней среды ростера был разработан метод, основанный на оптимизации интегрального квадратичного критерия в условиях информационной неопределенности относительно характеристик действующих на объект возмущений. Интегральный квадратичный критерий , получил широкое распространение ввиду своей простоты в математическом отношении, а также благодаря тому, что во многих практических задачах управления он является удовлетворительной мерой успешности их решения. Обозначим ошибку управления системы как , тогда интегральный квадратичный критерий определяется следующим выражением: . (3) Поскольку в случае линейных стационарных систем удобно использовать частотные методы анализа и синтеза, то воспользуемся известным соотношением , (4) где – Фурье-изображение ошибки управления ; – циклическая частота; – мнимая единица. Для односвязной системы, функциональная схема которой представлена на рис. 3, выполняется равенство , (5) где – Фурье-изображение приведенного к выходу объекта возмущающего воздействия с неизвестными характеристиками; и – комплексные частотные характеристики (КЧХ) регулятора и объекта. Рис. 3. Односвязная система управления: – управляющее воздействие; – сигнал задания; – сигнал ошибки управления; – возмущение, приведенное к выходу объекта; – возмущение действующее на объект; – выходной сигнал объекта в отсутствии возмущений; – результирующий выходной сигнал объекта в присутствии возмущений. C учетом равенства , (6) а также соотношений (4) и (5)) выражение (3) представим в виде . (7) Ввиду выполнения неравенства , для выражения (7) получим мажорирующую оценку , (8) где – амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) замкнутой системы, соответствующая каналу передачи сигналов . Поскольку , то из неравенства (8) следует, что , (9) где – показатель колебательности замкнутой системы, На основании оценок (8) и (9) установим, что при действии на рассматриваемую систему возмущения с неизвестными характеристиками для минимизации критерия целесообразно выполнить требование (), (10) где – резонансная частота системы, при которой выполняется равенство . Примем во внимание, что из равенства (6) можно получить неравенство , (11) где – АЧХ замкнутой системы, соответствующая каналу передачи сигналов . Поскольку из неравенства (11) вытекает, что , то требование (8) можно заменить следующим: (). (12) Исследования показали, что значения функции минимизируются в интервале частот ( – граничная частота данного интервала), если доминирующие, т.е. оказывающие наибольшее влияние на качество управления, корни характеристического уравнения замкнутой системы расположены на комплексной плоскости следующим образом. , ; (13) , ; (14) ,, (15) где – показатель относительного демпфирования свободного движения замкнутой системы, а – собственная частота ее свободных колебаний. Отметим, что расположения корней (13), (14) и (15) соответствуют системам с ПИ, ПИД и многопараметрическими регуляторами, причем передаточные функции последних задаются выражением , где – коэффициент передачи регулятора; и – постоянные времени дифференцирования и интегрирования соответственно; и – дополнительные постоянные времени. Интервал частот , в котором при выполнении требований (13) – (15) минимизируются значения функции , определяется при решении уравнения , (16) где , а принимает значения 1, 2 или 3 в зависимости от того, какое из требований (17), (18) или (19) выполняется. Величина в равенствах (18) – (20) и в уравнении (16) выбирается таким образом, чтобы выполнить условие , т.к. в этом случае значения функции минимизируются в заданном интервале частот , а значит, выполняется требование (12). Следовательно, в случае отсутствия информации о возмущающем воздействии для минимизации мажорирующих оценок (8) и (9) критерия необходимо выбрать значения параметров настройки используемого регулятора таким образом, чтобы доминирующие корни характеристического уравнения замкнутой системы располагались на комплексной плоскости в соответствии с требованиями (13), (14) или (15), в зависимости от типа используемого регулятора, причем значение в равенствах (13) – (15) задаются так, чтобы решение уравнения (21) удовлетворяло условию . Для оценки эффективности разработанного метода оптимизации применим его к системам, в которых объект (1), (2) управляется ПИ, ПИД и многопараметрическим регулятором. Графики функций и представлены на рис. 4 и 5. Рис. 4. АЧХ замкнутой системы по каналу при использовании следующих регуляторов: 1 – ПИ; 2 – ПИД; 3 – многопараметрический. Рис. 5. АЧХ замкнутой системы по каналу при использовании следующих регуляторов: 1 – ПИ; 2 – ПИД; 3 – многопараметрический. На основании графиков на рис. 4 установим, что при использовании ПИ, ПИД и многопараметрического регуляторов показатель колебательности системы принимает соответственно следующие значения: 1,027; 1,24; 1,567. Согласно рис. 5 наилучшими фильтрующими свойствами в интервале низких частот, на котором выполняется неравенство , обладает система с многопараметрическим регулятором. Для оценки эффективности парирования системой возмущающих воздействий построены графики переходных процессов (рис. 6), возникающих при скачкообразном изменении сигнала задания . Рис. 6. Переходные процессы на выходе системы при использовании следующих регуляторов: 1 – ПИ; 2 – ПИД; 3 – многопараметрический. В соответствии с графиками на рис. 6, приходим к выводу, что наиболее быстрое затухание переходных процессов обеспечивается в системе с многопараметрическим регулятором, но при этом перерегулирование примерно на 20 % больше, чем для системы с ПИД-регулятором. Следовательно, при оптимизации на основе разработанного метода систем управления с неизвестными характеристиками возмущений, целесообразно использовать многопараметрические регуляторы, если не существует достаточно жестких ограничений на величину перерегулирования. В противном случае необходимо применять ПИД или ПИ-регуляторы. Отметим, что разработанный метод оптимизации робастных систем позволяет выбрать такие компромиссные значения показателей и , при которых достигается правильный баланс между фильтрующими свойствами системы в области низких частот и усилением высокочастотных возмущений в области резонансных частот. В целях повышения эффективности метода робастного управления разработан также метод расчета параметров настройки регуляторов в системах с неточно заданными параметрами объекта.

Похожие:

	Рабоч ая учебная программа дисциплины Системы управления химико-технологическими процессами Это одна из основных дисциплин профиля, так как без знания современных систем управления технологическими процессами невозможно сознательно...		Специальные, редкие и малоизвестные рецепты кофе Сейчас известно множество рецептов приготовления кофе и кажется уже трудно придумать что-то новое. Однако можно воспользоваться старинными...
	Компания almafood s. A. рада предложить Вам кофе alta roma- 100 итальянский кофе		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Сущность качества и управления им, основные методы управления качеством, сферы приложения методов управления качеством, сферы приложения...
	Генетика-наука о наследственности и изменчивости организмов. Генетика-... Ректор Академик го дпо рамн л. К. Мошетова), кафедра анестезиологии и реаниматологии (зав каф проф. И. В. Молчанов)		Ооо «алмафуд» 115487, Москва, Нагатинская ул., дом. 16 Окпо 84082552,... Компания almafood рада представить Вам кофе для HoReCa тм alta Roma- 100 итальянский кофе
	Развитие социальной ответственности бизнеса как инструмента совершенствования... Работа выполнена на кафедре социальной политики и управления социальными процессами Академии труда и социальных отношений		Рецептура кофейных напитков с натуральными ингредиентами. В данной... Не смотря на то, что кофе содержит кофеин и обладает возбуждающим эффектом, существует несколько рецептов с выраженным успокаивающим...
	Рабочая программа дисциплины Целью дисциплины является изучение принципов и методов аппаратного и программного обеспечения систем управления технологическим оборудованием...		Совершенствование процесса управления развитием малого бизнеса на... Диссертация выполнена на кафедре менеджмента и государственного и муниципального управления Таганрогского института управления и...
	Спортивный менеджер кто это? ФКиС в обществе и разработка механизма целенаправленного эффективного управления этими процессами. Спортивный менеджер специалист,...		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Требования, предъявляемые к проектам. Методологические аспекты управления проектной деятельностью. Технологии и методы управления...
	Обзор современных систем управления бизнес-процессами Агапова Татьяна, математико-механический факультет, 2 курс		Вопросы к экзамену по специальности 14 Список рекомендуемой литературы 16 Методология моделирования и инструментальные средства управления бизнес-процессами 10
	Разработка и исследование моделей поведения динамических объектов... Специальность: 05. 13. 18 – Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ		Совершенствование процесса управления охлаждением заготовок мнлз в асу тп Специальность 05. 13. 06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности)