Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов



Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов
Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов
Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов
Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов
Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов
Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов

 


Владельцы патента RU 2422743:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (ГОУ ВПО ВГТА) (RU)

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к системам автоматического цифрового управления, и может быть использовано в процессе сушки сыпучих материалов. В цифровой адаптивной системе управления процессом сушки сыпучих материалов, содержащей датчики температуры и влажности высушиваемого материала, первый и второй элементы сравнения, цифровые регуляторы температуры и влажности, сумматор и блок формирования задания, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов сравнения соответственно, выходы которых соединены с первыми входами цифровых регуляторов температуры и влажности соответственно, выход цифрового регулятора температуры поступает на первый вход сушилки для изменения расхода сушильного агента, а выход цифрового регулятора влажности соединен с первым входом сумматора, выход которого поступает на второй вход сушилки для изменения температуры сушильного агента, при этом сигналы с датчиков температуры и влажности высушиваемого материала поступают соответственно на вторые входы первого и второго элементов сравнения соответственно. В систему дополнительно введены компенсатор перекрестной связи, функциональный блок, блок идентификации замкнутой системы, блок расчета параметров модели объекта и блок адаптации управления, при этом на первый и второй входы блока идентификации замкнутой системы поступают сигналы с первого и второго выходов блока формирования задания, а на третий и четвертый входы - сигналы с датчиков температуры и влажности высушиваемого материала, выход блока идентификации замкнутой системы соединен с первым входом блока расчета параметров модели объекта, выход которого соединен со входом блока адаптации управления, первый выход которого соединен со вторым входом блока расчета параметров модели объекта, второй и третий выходы - со вторыми входами цифровых регуляторов температуры и влажности соответственно, а четвертый выход - с первым входом компенсатора перекрестной связи, второй вход которого соединен с выходом цифрового регулятора температуры, а третий вход - с первым выходом функционального блока, второй выход которого соединен с входом блока формирования задания, при этом выход компенсатора перекрестной связи соединен со вторым входом сумматора. Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов позволяет повысить качество целевого продукта за счет повышения динамической точности и уменьшения времени установления управляемых параметров путем компенсации перекрестной связи, а также адаптации управляющей части системы при нестационарности динамических свойств объекта управления. 1 ил.

 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к системам автоматического цифрового управления, и может быть использовано в процессе сушки сыпучих материалов.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является система автоматического управления процессом конвективной сушки материалов [Авторское свидетельство СССР №1368593, кл. F26B 25/22, 1988], содержащая датчики температуры и расхода теплоносителя, задатчики и регуляторы температуры и расхода теплоносителя с соответствующими исполнительными механизмами, датчик влажности отработавшего теплоносителя, задатчик продолжительности процесса сушки и функциональный блок определения выбранного критерия оптимальности и расчета управляющего воздействия, блок сравнения значений критерия оптимальности с запоминающим устройством, блок адаптации модели процесса сушки, в которой повышается точность управления..

Недостатком этой системы является применение несвязного регулирования, не обеспечивающего достаточно высокое качество управления температурой и влажностью высушиваемого материала вследствие неучета перекрестного влияния входных параметров (температуры и расхода сушильного агента) на выходные (температура и влажность высушиваемого материала). Кроме того, не учитывается нестационарность динамических свойств процесса, обусловленная изменением физико-химических показателей высушиваемого материала на предыдущих стадиях обработки, что существенно влияет на качество регулирования влажности высушиваемого материала и приводит к получению продукта недостаточно высокого качества.

Технической задачей изобретения является разработка цифровой адаптивной системы управления процессом сушки сыпучих материалов, обеспечивающей повышение качества регулирования температуры и влажности высушиваемого материала за счет учета перекрестного влияния и нестационарности динамических свойств процесса.

Решение технической задачи изобретения достигается тем, что в цифровой адаптивной системе управления процессом сушки сыпучих материалов, содержащей датчики температуры и влажности высушиваемого материала, первый и второй элементы сравнения, цифровые регуляторы температуры и влажности, сумматор и блок формирования задания, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов сравнения соответственно, выходы которых соединены с первыми входами цифровых регуляторов температуры и влажности соответственно, выход цифрового регулятора температуры поступает на первый вход сушилки для изменения расхода сушильного агента, а выход цифрового регулятора влажности соединен с первым входом сумматора, выход которого поступает на второй вход сушилки для изменения температуры сушильного агента, при этом сигналы с датчиков температуры и влажности высушиваемого материала поступают соответственно на вторые входы первого и второго элементов сравнения соответственно, новым является то, что в нее дополнительно введены компенсатор перекрестной связи, функциональный блок, блок идентификации замкнутой системы, блок расчета параметров модели объекта и блок адаптации управления, при этом на первый и второй входы блока идентификации замкнутой системы поступают сигналы с первого и второго выходов блока формирования задания, а на третий и четвертый входы - сигналы с датчиков температуры и влажности высушиваемого материала, выход блока идентификации замкнутой системы соединен с первым входом блока расчета параметров модели объекта, выход которого соединен со входом блока адаптации управления, первый выход которого соединен со вторым входом блока расчета параметров модели объекта, второй и третий выходы - со вторыми входами цифровых регуляторов температуры и влажности соответственно, а четвертый выход - с первым входом компенсатора перекрестной связи, второй вход которого соединен с выходом цифрового регулятора температуры, а третий вход - с первым выходом функционального блока, второй выход которого соединен с входом блока формирования задания, при этом выход компенсатора перекрестной связи соединен со вторым входом сумматора.

Технический результат изобретения заключается в повышении качества управления температурой и влажностью высушиваемого материала в сушилке при наличии внутренней перекрестной связи и нестационарности динамических свойств процесса за счет повышения динамической точности и времени установления управляемых величин, что в итоге повышает качество целевого продукта.

На чертеже представлена структурная схема цифровой адаптивной системы управления процессом сушки сыпучих материалов.

Схема содержит блок формирования задания 1, элементы сравнения 2, 3, цифровые регуляторы 4, 5 температуры и влажности соответственно, сумматор 6, объект управления (сушилка) 7, датчик температуры высушиваемого материала 8, датчик влажности высушиваемого материала 9, компенсатор перекрестной связи 10, функциональный блок 11, блок идентификации замкнутой системы 12, блок расчета параметров модели объекта 13, блок адаптации управления 14.

Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов работает следующим образом на примере солода.

Элементы сравнения 2 и 3 по текущим значениям заданий , температуры и влажности солода, получаемым от соответствующих выходов блока формирования задания 1 и измеренным датчиками температуры 8 и влажности 9 значениям температуры и влажности солода , , формируют рассогласования и , поступающие на первые входы цифровых регуляторов 4, 5 температуры и влажности:

где i - текущий индекс такта квантования сигналов.

Для обеспечения стабилизации температуры и влажности солода цифровыми регуляторами 4, 5 второго порядка по сигналам рассогласований , формируются управляющие воздействия , в соответствии с ПИД-законом регулирования:

где , , , , , - настроечные параметры цифровых регуляторов 4, 5 температуры и влажности соответственно.

Выходной сигнал с цифрового регулятора температуры 4 поступает на первый вход сушилки 7 для изменения расхода сушильного агента и на второй вход компенсатора перекрестной связи 10, а выходной сигнал с цифрового регулятора влажности 5 поступает на первый вход сумматора 6.

С целью компенсации перекрестного влияния изменения расхода сушильного агента на влажность солода компенсатор перекрестной связи 10 по сигналу , поступающему на первый вход с выхода цифрового регулятора температуры 4, вырабатывает компенсирующее воздействие , поступающее на второй вход сумматора 6:

где , , , , - настроечные параметры компенсатора перекрестной связи 10, получаемые из условия автономности.

По сигналам с выходов регулятора влажности 5 и компенсатора перекрестной связи 10 на выходе сумматора 6 формируется управляющее воздействие , поступающее на второй вход сушилки 7 для изменения температуры сушильного агента:

Адаптация системы в условиях нестационарности динамических характеристик процесса основана на уточнении параметров моделей каналов по результатам идентификации системы несвязного регулирования (СНР). Для этого с первого выхода функционального блока 11 поступает сигнал на третий вход компенсатора перекрестной связи 10 для отключения его от работы (при этом сигнал =0), а со второго выхода функционального блока 11 поступает сигнал на вход блока формирования задания 1 для последовательного ступенчатого изменения задающих воздействий , цифровыми регуляторами 4, 5 температуры и влажности. При этом в блоке идентификации замкнутой системы 12 по сигналам , с выходов блока формирования задания 1 и сигналам , датчиков температуры и влажности солода в сушилке 7 осуществляется текущая идентификация параметров дискретной передаточной функции замкнутой СНР рекуррентным методом наименьших квадратов.

Уравнения связи СНР, описывающие взаимосвязь параметров дискретных передаточных функций замкнутой СНР, цифровых регуляторов и каналов объекта управления:

где - дискретная передаточная функция замкнутой системы по первому основному каналу, - дискретная передаточная функция замкнутой системы по второму основному каналу, - дискретная передаточная функция замкнутой системы по перекрестному каналу, - дискретная передаточная функция первого основного канала (второго порядка), - дискретная передаточная функция второго основного канала (второго порядка), - дискретная передаточная функция перекрестного канала (второго порядка), , - дискретные передаточные функции цифровых ПИД-регуляторов температуры и влажности солода соответственно, z - оператор сдвига, , , , , , - параметры дискретной передаточной функции замкнутой СНР, определяемые в процессе текущей идентификации, , , , , , , - число тактов запаздывания, , , , , , - параметры моделей первого основного, второго основного и перекрестного каналов соответственно, , , , , - настройки цифровых регуляторов 4, 5 температуры и влажности солода соответственно, , .

В блоке расчета параметров модели объекта 13 по идентифицированным параметрам , , , , , дискретных передаточных функций замкнутой СНР, поступающих с выхода блока идентификации замкнутой системы 12 на первый вход блока расчета параметров модели объекта 13, и текущим настройкам , , , цифровых регуляторов 4, 5 температуры и влажности, поступающих с первого выхода блока адаптации управления 14 на второй вход блока расчета параметров модели объекта 13, на основе формул взаимосвязи (6), (7) осуществляется расчет параметров , , , , , передаточных функций каналов объекта управления.

В блоке адаптации управления 14 по сигналу с выхода блока расчета параметров модели объекта 13, содержащем информацию о параметрах , , , , основных и , перекрестного каналов, осуществляется расчет настроек , , , , цифрового компенсатора перекрестной связи 10 из условия автономности и расчет оптимальных настроек , , , цифровых регуляторов 4, 5 температуры и влажности численным методом оптимизации по критерию минимум интегральной квадратичной ошибки.

Рассчитанные значения настроек цифровых регуляторов и компенсатора перекрестной связи поступают с первого выхода блока адаптации управления 14 на второй вход блока расчета параметров модели объекта 13, со второго и третьего выходов - соответственно на вторые входы цифровых регуляторов 4, 5 температуры и влажности, а с четвертого выхода - на первый вход компенсатора перекрестной связи 10, где используются в качестве новых настроечных параметров. После этого со второго выхода функционального блока 11 поступает сигнал на третий вход компенсатора перекрестной связи 10 для включения его в работу.

Предлагаемая цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов обеспечивает проведение параметрической идентификации динамических моделей основных и перекрестного каналов в условиях нестационарного поведения объекта управления.

Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов позволяет повысить качество целевого продукта за счет повышения динамической точности и уменьшения времени установления управляемых параметров путем компенсации перекрестной связи, а также адаптации управляющей части системы при нестационарности динамических свойств объекта управления.

Цифровая адаптивная система управления процессом сушки сыпучих материалов, содержащая датчики температуры и влажности высушиваемого материала, первый и второй элементы сравнения, цифровые регуляторы температуры и влажности, сумматор и блок формирования задания, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго элементов сравнения соответственно, выходы которых соединены с первыми входами цифровых регуляторов температуры и влажности соответственно, выход цифрового регулятора температуры поступает на первый вход сушилки для изменения расхода сушильного агента, а выход цифрового регулятора влажности соединен с первым входом сумматора, выход которого поступает на второй вход сушилки для изменения температуры сушильного агента, при этом сигналы с датчиков температуры и влажности высушиваемого материала поступают соответственно на вторые входы первого и второго элементов сравнения соответственно, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены компенсатор перекрестной связи, функциональный блок, блок идентификации замкнутой системы, блок расчета параметров модели объекта и блок адаптации управления, при этом на первый и второй входы блока идентификации замкнутой системы поступают сигналы с первого и второго выходов блока формирования задания, а на третий и четвертый входы - сигналы с датчиков температуры и влажности высушиваемого материала, выход блока идентификации замкнутой системы соединен с первым входом блока расчета параметров модели объекта, выход которого соединен со входом блока адаптации управления, первый выход которого соединен со вторым входом блока расчета параметров модели объекта, второй и третий выходы - со вторыми входами цифровых регуляторов температуры и влажности соответственно, а четвертый выход - с первым входом компенсатора перекрестной связи, второй вход которого соединен с выходом цифрового регулятора температуры, а третий вход - с первым выходом функционального блока, второй выход которого соединен с входом блока формирования задания, при этом выход компенсатора перекрестной связи соединен со вторым входом сумматора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки дисперсных материалов с рециркуляцией теплоносителя в аппаратах с активной гидродинамикой и может быть использовано в пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике сушки сыпучих материалов и может быть использовано в легкой, пищевой, химической промышленности и в отраслях сельского хозяйства. .

Изобретение относится к способам определения длительности сушки продуктов, содержащих свободную и связанную влагу, и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки, и может быть использовано в пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки дисперсных материалов в вихревом режиме, и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки дисперсных материалов в аппаратах, использующих СВЧ-энергию, и может быть использовано в пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки дисперсных материалов в аппаратах, использующих СВЧ-энергию, и может быть использовано в пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к оборудованию для производства строительных материалов и может найти применение на заводах по выпуску керамических изделий. .

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматизации процесса сушки дисперсных высоковлажных продуктов. .

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки дисперсных материалов в аппаратах с активными гидродинамическими режимами, и может быть использовано в пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности.

Изобретение относится к сушильной технике, а именно к способу сушки пастообразных материалов, и может быть использовано в химической и смежных отраслях промышленности

Изобретение относится к технике сушки, а именно к способам автоматического управления процессами сушки пищевых продуктов в аппаратах, использующих конвективный и СВЧ-энергоподвод, и может быть использовано в пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности

Изобретение относится к способу определения потребности в сушильном воздухе в сушилке древесины и заключается в том, что древесину в виде пачки древесины помещают в сушильную камеру, закрытую по отношению к окружающей атмосфере, и в которой содержащую воду атмосферу с влажной температурой, сухой температурой, и связанную с этим психрометрическую разность поддерживают при помощи нагнетаемого сушильного воздуха, пропускаемого через древесину

Изобретение относится к способам автоматического управления процессом сушки зерна и других дисперсных материалов в аппаратах, использующих СВЧ-энергию, и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой, химической и смежных с ними отраслях промышленности

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при управлении процессом сушки, преимущественно зерна злаковых и масличных культур, например, пшеницы, ячменя, ржи, тритикале, семян рапса, льна, амаранта, подсолнечника

Изобретение относится к пищевой, химической и другим отраслям промышленности, а также к научным исследованиям при разработке новой технологии и техники сушки для прогнозирования температуры материала, содержащего свободную и связанную влагу, в процессе конвективной сушки

Предлагаются три варианта устройств для серийной сублимационной сушки фармацевтических растворов в медицинских полых телах и три способа контролирования и/или управления серийной сублимационной сушкой фармацевтических растворов в медицинских полых телах. Устройство для серийной сублимационной сушки фармацевтических растворов в медицинских полых телах по первому варианту содержит устройство сублимационной сушки и, по меньшей мере, одну камеру (9), причем предусмотрена возможность получения с помощью, по меньшей мере, одной камеры (9) изображений, по меньшей мере, одного предназначенного для сублимационной сушки фармацевтического раствора, причем предусмотрена возможность использования изображений для управления и/или контролирования процесса сублимационной сушки, согласно изобретению, камера (9) установлена с возможностью получения изображений из внутреннего пространства (1) устройства сублимационной сушки. Устройство по второму варианту отличается от первого тем, что камера (9) установлена во внутреннем пространстве (1); по третьему варианту отличается от первого и второго тем, что оно содержит оценочное устройство, которое выполнено с возможностью осуществления оценки полученных изображений с учетом состояния сублимируемого препарата в каждый момент процесса, причем оценочное устройство на основании оценки изображений обеспечивает изменение параметров процесса сублимационной сушки. Способ контролирования и/или управления серийной сублимационной сушкой фармацевтических растворов медицинских полых телах по первому варианту при применении устройства по первому варианту заключается в том, что используют устройство для сублимационной сушки и, по меньшей мере, одну камеру (9), причем, по меньшей мере, одна камера (9) получает изображения, по меньшей мере, одного предназначенного для сублимационной сушки фармацевтического раствора, причем эти изображения используют для управления и/или контролирования процесса сублимационной сушки, отличающийся тем, что камерой (9) снимают изображения во внутреннем пространстве (1) устройства сублимационной сушки. Способ контролирования и/или управления серийной сублимационной сушкой фармацевтических растворов в медицинских полых телах по второму варианту при применении устройства по второму варианту отличается от способа по первому варианту тем, что камеру (9) устанавливают во внутреннем пространстве (1) устройства сублимационной сушки и снимают с ее помощью изображения в этом внутреннем пространстве (1). Способ контролирования и/или управления серийной сублимационной сушкой фармацевтических растворов в медицинских полых телах по третьему варианту при применении устройства по третьему варианту отличается от способа по первому и второму вариантам тем, что изображения оценивают с учетом состояния сублимируемого препарата в каждый момент процесса и на основании оценки изображений изменяют параметры процесса сублимационной сушки. 6 н. и 56 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к способам управления сушкой зерна и семян и может быть использовано в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в системе хлебопродуктов и хранения зерна и смежных отраслях промышленности. Способ управления процессом сушки зерна электроактивированным воздухом в качестве агента сушки заключается в том, что контролируют начальную и текущую влажность зерна, температуру и относительную влажность атмосферного воздуха, регулируют относительную влажность воздуха, подающегося в зерновой слой, управляют работой источника аэроионов. Работой источника аэроионов управляют по критерию минимума времени сушки зерна, выбирая один из двух режимов - с постоянной концентрацией аэроионов в агенте сушки, с циклическим изменением концентрации аэроионов в агенте сушки, который выбирают в зависимости от состояния зерна и характеристик агента сушки, при этом концентрация аэроионов не превышает 3,5·1010 м-3, а продолжительность циклов включения источника аэроионов находится в диапазоне 5-60 мин и зависит от культуры. Изобретение должно обеспечить повышение интенсивности сушки, снижение удельных энергозатрат на процесс сушки. 5 ил.

Изобретение относится к автоматизации технологических процессов и может быть использовано при автоматическом управлении процессами сушки и хранения зерновых культур, в частности зерна пшеницы, семян подсолнечника, пивоваренного солода и т.д. Способ управления процессами сушки и хранения зерна предусматривает предварительный подогрев влажного зерна отработанным сушильным агентом и последующую очистку сушильного агента от легких примесей в циклоне, его осушение и охлаждение в испарителе теплонасосной установки, рабочая и резервная секция которого попеременно переключаются с режима конденсации на режим регенерации; осушение, охлаждение и разделение сушильного агента на два потока, один из которых подают на сушку через конденсатор теплового насоса в режиме замкнутого цикла с подпиткой свежим сушильным агентом, а другой - на активное вентилирование зерна в силосы; измерение расхода, температуры и влагосодержания сушильного агента перед сушкой и активным вентилированием зерна с воздействием на мощность привода компрессора по расходу, температуре и влажности зерна, подаваемого на сушку, и дополнительно характеризуется тем, что сушку зерна осуществляют в двух последовательно расположенных зонах шахтной зерносушилки и зоне охлаждения, причем для нагревания и охлаждения сушильного агента используют парокомпрессионный двухступенчатый тепловой насос, холодный сушильный агент посредством вентиляторов направляют по двум потокам, один из которых подают в конденсатор второй ступени теплового насоса, а другой - на охлаждение зерна; при этом для стабилизации температуры в I зоне зерносушилки подают смесь горячего и холодного сушильного агента, причем часть горячего сушильного агента после конденсатора II ступени отводят на размораживание секции испарителя, работающей в режиме регенерации, с возвратом на сушку перед конденсатором II ступени в режиме замкнутого цикла, во II зону зерносушилки подают горячий сушильный агент, а в зону охлаждения - холодный; по расходу зерна на входе в зерносушилку устанавливают расход сушильного агента в зонах сушки и зоне охлаждения; по температуре сушильного агента на входе во II зоне сушки корректируют мощность привода компрессора второй ступени; по температуре сушильного агента в I зоне сушки устанавливают соотношение расходов горячего и холодного сушильного агента; при отклонении коэффициента теплопередачи k на охлаждающей поверхности рабочей секции испарителя первой ступени между отработанным сушильным агентом и хладагентом от заданного интервала значений в сторону уменьшения переключают рабочую секцию с режима конденсации на режим регенерации и осуществляют регенерацию охлаждающей поверхности горячим сушильным агентом, при этом компенсируют потери сушильного агента перед сушкой путем увеличения расхода свежего сушильного агента в линии подпитки. Способ позволяет снизить энергозатраты и повысить качество высушенного зерна. 2табл., 1 ил.

Изобретение относится к способам контроля процесса сублимационного высушивания медицинских, ветеринарных и других препаратов во флаконах в камерных сублимационных установках, в которых теплоподвод осуществляется к дну флаконов, и может найти применение в медицинской, микробиологической и фармацевтической промышленности. Контроль сушки осуществляют путем измерения частоты автогенератора, в частотозадающий контур которого включены электроды емкостного датчика, контролирующие часть биопрепарата, находящуюся у его дна, а высота этой части составляет от 0,05 до 0,2 высоты биопрепарата в датчике. На этапах замораживания и сублимации по частоте автогенератора определяют величину диэлектрической проницаемости биопрепарата между электродами датчика и по ней контролируют долю жидкой фазы в замороженном биопрепарате у дна. На этапе досушивания по частоте автогенератора контролируют подвижность зарядов макромолекул высушиваемого биопрепарата, что позволяет прекратить процесс досушивания в момент времени, когда частота автогенератора пройдет через максимум и начнет убывать. Максимум частоты автогенератора соответствует минимуму подвижности зарядов макромолекул биопрепарата и его оптимальной остаточной влажности. 5 ил.
Наверх