Розроблення математичної моделі розпилювальної сушарки для задач керування

Анотація

Парадигма сталого розвитку, яка стає провідною у сучасному світі, включає у себе максимально ефективне використання матеріальних та енергетичних ресурсів у виробничих процесах. Одним зі шляхів досягнення такої мети є створення ефективних автоматизованих систем керування. У той же час, ефективне функціонування таких систем неможливе без адекватних математичних моделей об’єктів керування. Таким чином, актуальним завданням даного дослідження є створення моделі об’єкту – розпилювальної сушарки, яку можна було б використовувати в системі керування.

Одним з основних апаратів у виробництві триполіфосфату натрію є розпилювальна сушарка, в якій водна суспензія солей осушується димовими газами. У роботі досліджено конвективне сушіння, коли матеріал безпосередньо контактує з сушильним агентом – пічним газом. Контролювати процес сушіння за температурою сушильної речовини. Під час розроблення математичних моделей прийнято ряд припущень, які дозволяються спростити математичний опис процесу. У той же час, математична модель роботі розробляється виходячи з розділених умов – для випадку коли втратами тепла від розпилювальної сушарки у навколишнє середовище нехтуємо та для випадку, коли втрата тепла у зовнішнє середовище пропорційна різниці температур між топковим газом в сушарці і зовнішнім середовищем.

Початком дослідження є створення структурно-параметричної схеми розпилювальної сушарки з урахуванням усіх вхідних і вихідних величин, що дозволяє визначити канали збурень керування. Складається матеріальний баланс за кількістю вологи і сипучих речовин і тепловий баланс газового середовища. Оскільки метою розроблених моделей є їх використання для вирішення задач керування, у роботі виконано повний шлях перетворень моделей для одержання передатних функцій за каналами керування та збурення, а саме лінеаризація, перетворення за Лапласом, одержання канонічного виду тощо. Розрахунок компоненти передатних функцій здійснюється методом Крамера. На фінальному етапі дослідження одержано та порівняно перехідні характеристики за каналами керування та збурення для систем керування, які будуть працювати на основі розроблених моделей. Одержано чотири перехідні характеристики: за каналом керування з врахуванням припущення про втрату тепла у навколишнє середовище і без врахування, та за каналом збурення за тих самих припущень.

Наведені результати дослідження дають змогу побудувати та проаналізувати математичну модель розпилювальної сушарки з урахуванням вимог до вологості речовини, що висушується, та аналізу процесу керування зміною температури сушильного агенту. Перехідні характеристики розпилювальної сушарки за каналами збурення та керування, які розраховані та представлені в дослідженні, дають змогу порівняти поведінку об’єкта керування з урахуванням і без втрат тепла в навколишнє середовище.