Материал: А27870 Алешичев СЕ Технологический анализ и моделирование

УДК 664

ББК 32.965 А 38

Алѐшичев С.Е., Балюбаш В.А., Стегаличев Ю.Г. Технологи-

ческий анализ и моделирование многоканальных технологических ком-

плексов: Учеб. пособие. – СПб.: Университет ИТМО, 2016. – 121 с.

Пособие предназначено для изучения методик структурно-параметрического анализа аппаратурно-технологических характеристик многозвенных объектов пищевых производств с целью совершенствования систем управления, формируемых на основе применения многоканальных, каскадно-комбинированных и многорезервных систем управления.

Предназначено для магистров, обучающихся по направлению 15.04.04. Автоматизация технологических процессов и производств при изучении дисциплин «Организация и методика экспериментальных исследований», «Интегрированные информаци- онно-управляющие системы контроля качества сырья и пищевых продуктов», «Автоматизированные системы управления качеством в пищевых производствах», «Моделирование электромеханических систем», «Многоканальные системы управления качеством сырья и пищевых продуктов», «Контроль и автоматизированное управление качеством продукции», «Анализ аппаратурно-технологических комплексов производств пищевых продуктов», «Автоматизация температурно-влажностных режимов хранения сырья и пищевых продуктов» очной и заочной форм обучения, а также рекомендуется в качестве дополнительной литературы для бакалавров, обучающихся по направлению 15.03.04. Автоматизация технологических процессов и производств.

Рецензенты: генеральный директор ООО «ИЦ Холодильные технологии», кандидат техн. наук, доц. В.Б. Данин; доктор техн. наук, проф. А.А. Бегунов (Санкт-

Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики).

Рекомендовано к печати Советом факультета пищевых биотехнологий и инженерии, протокол № 10 от 30 июня 2016 г.

Университет ИТМО – ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий, один из немногих российских вузов, получивших

конкурентоспособности российских университетов среди ведущих

университета мирового уровня, предпринимательского по типу, ориентированного на интернационализацию всех направлений деятельности.

© Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, 2016 © Алѐшичев С.Е., Балюбаш В.А., Стегаличев Ю.Г., 2016

2

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

Сокращения

АСУТК – автоматизированная система управления технологическим комплексом.

ПК – персональный компьютер.

САУ – система автоматического управления. САР – система автоматического регулирования.

ТК – технологический комплекс – сложный многозвенный, многофакторный объект управления, на входе и выходе которого, а также внутри самого объекта при работе оборудования формируется большое количество переменных параметров.

ТО – теплообменный аппарат проточного типа (теплообмен-

ник).

ХРО – ход рабочего органа (управляющее воздействие). QB – компилятор QBasic.

QBasic – среда QBasic (набор программ).

Обозначения

Z(i), (i = 1, …, n) – обобщѐнное обозначение параметров, формирующихся на выходе технологического комплекса (показатели качества).

z(i), (i = 1, …, n) – то же на выходе звена в структурной схеме. X( ), ( = 1, …, m) – обобщенное обозначение внешних пере-

менных параметров, поступающих на вход ТК (неуправляемые возмущения).

x( ), ( = 1, …, m) – то же на выходе звена в структурной схе-

ме.

Y(j), (j = 1, …, k) – обобщенное обозначение параметров, изменяемых в Z(i), в процессе управления ТК (управляемые воздействия).

y(j), (j = 1, …, k) – то же на выходе звена в структурной схеме. nom z(i), nom x( ), nom y(j) – номинальные численные значе-

ния показателей качества и возмущений при начальном установив-

3

шимся (статическом) режиме работы комплекса, принимаемые за начало шкалы отсчѐта отклонений переменных.

dZ(i), dX( ), dY(j) – численные значения положительных и отрицательных отклонений показателей качества и возмущений от номинала.

min Z(i), min X( ), min Y(j), max Z(i), max X( ), max Y(j) – ми-

нимальные и максимальные численные значения показателей качества и возмущений, достижение которых возможно при эксплуатации комплекса.

izm Z(i), izm X( ), izm Y(j) – измеренное численное значение параметра.

opt Z(i), opt Y(j) – численные значения показателей качества и управляющих воздействий обеспечивающих режим работы комплекса оптимальный по заданному критерию.

ust Z(i), ust X(i) – численное значение регулируемого параметра, уставка регулятору, предельно допустимое значение.

4

1. СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АВТОМАТИЗИРУЕМЫХ КОМПЛЕКСОВ, ХАРАКТЕРИСТИКИ КОТОРЫХ МОДЕЛИРУЮТСЯ В ВИДЕ УРАВНЕНИЙ МНОЖЕСТВЕННОЙ РЕГРЕССИИ

В пищевой промышленности широко используется оборудование, в котором одновременно выполняется несколько технологических операций теплообмена, массообмена, фазовых преобразований и др. При этом невозможен оперативный контроль качественных показателей продукта, формирующихся по ходу процесса. В таких технологических комплексах наблюдается также неоднозначность численных значений контролируемых характеристик (возмущающих воздействий x( )) в объеме партии или потоке компонентов поступающих в технологический комплекс, а также показателей качества продукта Z(i) на выходе комплекса. Для исследования возможных статических равновесных состояний такие комплексы следует рассматривать как многокоординатную систему. Модель такой системы можно сформировать по результатам статистической обработки данных пассивного эксперимента в виде уравнений множественной регрессии [1].

Аппаратурно-технологический анализ комплекса проводится с целью определения ожидаемого влияния на выходные показатели качества продукта Z(i) отклонений от исходного равновесного состояния характеристик сырья, энергоносителей X( ), а также управляющих воздействий Y(j) на элементы оборудования, участвующие в процессе переработки сырья в продукт. Так как в объектах этого типа более двух управляющих воздействий (многоканальный объект), то имеется возможность оптимизации режимов обработки конкретной партии сырья – выбор сочетания управляющих воздействий, обеспечивающего выполнение заданного критерия оптимизации, например, минимальных потерь массы сырья при обработке.

1.1. Структурно-параметрический анализ технологического комплекса

В учебном пособии [2] изложена методика подготовки, проведения и оьработки результатов пассивного эксперимента. В пособии предлагаются расчѐтные программы:

5