Порівняння ефективності сучасних регуляторів у системі керування розпилювальною сушаркою
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.1.2024.300982Ключові слова:
енегоефективна технологія, розпилювальна сушарка, імітаційна модель, MPC-регулятор, нечіткий регуляторАнотація
Процес розпилювального сушіння є одним із найбільш широко використовуваних подібних процесів, який знаходить застосування у хімічній, фармацевтичній та харчовій та інших галузях промисловості. Основною метою такого процесу є видалення води з готового продукту у випадках, коли готовий продукт виробляється у вигляді розчину. При цьому готовий продукт перетворюється на сипучий порошкоподібний матеріал, який значно краще придатний до транспортування та зберігання.
Очевидно, що процес розпилювального сушіння розчинених матеріалів потребує значної кількості теплової енергії. Переважна частина такої енергії спрямовується на нагрівання розчину готового продукту та на випаровування води з розчину. Іншою задачею практичної реалізації процесу розпиленого сушіння, як і в будь-якому подібному процесі, є проблема можливого пересушування матеріалу. Тому задача якісного керування процесом розпилювального сушіння залишається актуальною.
Традиційно розпилювальні сушарки працюють за допомогою систем керування з пропорційними та пропорційно-інтегральними регуляторами. Обидві зазначені системи керування засновані на фіксованій стратегії: один вхід – один вихід. У цій роботі ми хотіли б представити теоретичні результати досліджень систем керування розпилювальними сушарками з використанням сучасних регуляторів. Застосування таких регуляторів, на нашу думку, повинно істотно покращити техніко-економічні характеристики процесу сушіння. У роботі використано широко-відомий у теорії керування динамічними об'єктами модельно-прогностичний регулятор (МРС) та нечіткий регулятор на основі лінгвістичних змінних. Вибір регуляторів обумовлений як їх популярністю, так і високими показниками якості керування, які наведені в опублікованих наукових працях. Дослідження проводили на основі моделей процесу розпилювальної сушки, які були отримані в попередній роботі авторів.
Огляд попередніх публікацій включає аналіз дванадцяти джерел, п’ять з яких присвячені застосування різних стратегій керування процесом розпилювального сушіння та чотири – порівнянню ефективності використання МРС регулятора та нечіткого регулятора для керування процесами різних галузей. За результатами огляду показана доцільність порівняння результатів робота зазначених регуляторів для досліджуваного процесу.
У дослідженні використовувався програмний пакет MatLab Simulink для моделювання систем управління. Сам технологічний об’єкт моделюється за допомогою його передавальних функцій, які одержані у попередній роботі авторів. Модель доповнено початковими умовами – початковим значенням вологості. MPC-регулятор моделюється відповідним блоком, необхідне значення вологості на виході з апарату задається блоком констант. Для моделювання системи керування розпилювальною сушаркою з використанням нечіткого регулятора задані лінгвістичні змінні та проведено їх фазифікацію. Для контролюючої та контрольованих змінних – температури сушильного агенту та вологості одержаного матеріалу – запропоновано універсуми і три терміни: {низький; нормальний; високий}. Сформульовані нечіткі правила роботи регулятора.
Результати досліджень показали, що використання МПС-контролера в системі керування розпилювальною сушаркою дозволяє скоротити час перехідних процесів. Однак у випадку нечіткого регулятора система керування частково нівелює похибку математичної моделі.
Посилання
Zhuchenko, O., Korotynskyi A. (2020) Іnvestigation influence of predict gorizont of mpc-regulator for control of the baking process. Slovak international scientific journal, vol. 2(37), pp. 29-34.
Zhuchenko, O., Korotynskyi, A., Abramova, A. and Chepov, D. (2023) “Development of the Evaporator Control System in the Acetic Acid Production Process Based on the MPC-Regulator”, Bulletin of National Technical University "KhPI". Series: System Analysis, Control and Information Technologies, no. 1(9), pp. 19–26. DOI: 10.20998/2079-0023.2023.01.03.
Kovaliuk, O., and Kovaliuk, D., “Development of Technological Process Control System Based on Industry 4.0”, 2021 IEEE 3rd International Conference on Advanced Trends in Information Theory (ATIT), Kyiv, Ukraine, 2021, pp. 241-244. DOI: 10.1109/ATIT54053.2021.9678884
Kovaliuk, D., Kovaliuk, O. and Skladannyy, D. “Research the Fuzzy Controllers in Computer Control Systems”, 2022 IEEE 4th International Conference on Advanced Trends in Information Theory (ATIT), Kyiv, Ukraine, 2022, pp. 230-233. DOI: 10.1109/ATIT58178.2022.10024199
Buele, J., Varela-Aldás, J., Santamaría, M., Soria, A. and Espinoza, J. (2020) “Comparison Between Fuzzy Control and MPC Algorithms Implemented in Low-Cost Embedded Devices”. In: Rocha, Á., Ferrás, C., Montenegro Marin, C., Medina García, V. (eds) Information Technology and Systems. ICITS 2020. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 1137. Springer, Cham. DOI: 10.1007/978-3-030-40690-5_42
Kumar, M. P., Ponnambalam, P., Sreejith, S., BelwinEdward, J., Krishnamurthy, K. “Comparison of fuzzy and MPC based buck converter”, 2014 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), Mumbai, India, 2014, pp. 1-6. DOI: 10.1109/PEDES.2014.7041979
Petersen, L. N., Poulsen, N. K., Niemann, H. H., Utzen C. and Jørgensen, J. B. (2017) “Comparison of three control strategies for optimization of spray dryer operation”. Journal of Process Control, vol. 57, pp. 1-14. DOI: 10.1016/j.jprocont.2017.05.008
Parastiwi, A. and Ekojono (2016) “Design of spray dryer process control by maintaining outlet air temperature of spray dryer chamber” 2016 International Seminar on Intelligent Technology and Its Applications (ISITIA), Lombok, Indonesia, pp. 619-622. DOI: 10.1016/j.jprocont.2017.05.008
Shabde, V. S. and Hoo, K. A. (2007) “Optimum controller design for a spray drying process”. Control Engineering Practice, vol. 16 (5), pp. 541-552. DOI: 10.1016/j.conengprac.2007.06.004
Sytnikov, O., Skladannyy, D. and Sokolov, K. (2023) “Development of a spray dryer’s mathematical model for control tasks”, Bulletin of NTUU «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute», Series «Chemical engineering, ecology and resource saving», no.3, pp. 52–62. DOI:10.20535/2617-9741.3.2023.288249
Zhuchenko, A.I., Kwasko M.Z. and Kubrak N.A. (2000) Identifikatsiya dynamichmykh kharakterystyk. Kompyuterni metody [Identification of dynamic characteristics. Computer methods], Kyiv, (Ukr).
Korzhik, M.V. (2016) Modeluvannia objektiv ta system keruvannia zasobamy MatLab [Simulation the control systems and objects in MathLab], Kyiv, (Ukr).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Олексій Володимирович Ситников, Денис Миколайович Складанний, Сергій Володимирович Плашихін, Костянтин Ігорович Соколов
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
