Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження

Нелінійне предиктивне управління процесом каталітичного риформінгу на основі гібридної моделі (укр.)

Віталій Степанович Цапар — 2026-03-15

Досліджено проблему підвищення ефективності управління процесом каталітичного риформінгу з безперервною регенерацією каталізатора (CCR). Актуальність роботи зумовлена тим, що традиційні системи управління на основі ПІД-регуляторів не забезпечують оптимальної роботи установки через значну інерційність процесу, транспортні затримки, нелінійність характеристик та змінність параметрів внаслідок дезактивації каталізатора. Метою роботи є розробка системи нелінійного предиктивного управління (NMPC) на основі гібридної моделі, що поєднує фізичну кінетичну модель процесу з нейромережевим компонентом для корекції похибок прогнозування.

Розроблено комплексну математичну модель процесу CCR-риформінгу, що включає кінетичну модель з 8 псевдокомпонентами та 12 реакціями, модель дезактивації каталізатора та модель розрахунку октанового числа за адитивною формулою. Запропоновано архітектуру гібридної моделі з послідовною інтеграцією компонентів, де нейромережа типу багатошарового персептрона (MLP) з двома прихованими шарами (64 та 32 нейрони) компенсує систематичні похибки фізичної моделі. Гібридна модель забезпечує підвищення точності прогнозування октанового числа на 25% порівняно з базовою фізичною моделлю.

Синтезовано систему NMPC з квадратичною функцією цілі, що мінімізує відхилення керованих змінних від завдання та штрафує різкі зміни керуючих впливів. Задача оптимізації включає обмеження на діапазон температур, тиск та швидкість зміни керуючих впливів. Для програмної реалізації використано мову Python з бібліотеками CasADi для символьних обчислень та автоматичного диференціювання, IPOPT для розв'язання задачі нелінійного програмування методом внутрішньої точки. Реалізовано механізм адаптації моделі для компенсації дрейфу внаслідок дезактивації каталізатора.

Результати імітаційного моделювання для установки потужністю 1,5 млн т/рік підтверджують переваги розробленої системи NMPC: зниження середньої абсолютної похибки октанового числа на 57 % порівняно з PID-управлінням та на 36 % порівняно з лінійним MPC; скорочення часу перехідних процесів у 2,8 рази; зниження максимального відхилення при збуреннях складу сировини на 63%. Практичне значення роботи полягає у можливості застосування розроблених алгоритмів для підвищення ефективності управління промисловими установками CCR-риформінгу.

Методологія побудови автоматизованої системи оперативного моніторингу окремих параметрів виробництва біогазу (укр.)

Сергій Григорович Павлов — 2026-03-15

Запропоновано методологію побудови автоматизованої системи оперативного моніторингу окремих параметрів виробництва біогазу - температурного режиму та візуально-статистичних ознак субстрату (середнє значення пікселів, стандартне відхилення, асиметрія, ексцес). Система інтегрує чотири функціональні підсистеми: мобільний IoT-моніторинг середовища на базі мікроконтролера ESP32 із передачею даних через протокол MQTT, технології комп'ютерного зору для експрес-оцінки якості біосировини методом Оцу з попереднім застосуванням CLAHE, ансамбль алгоритмів машинного навчання (XGBoost, LSTM, ResNet-50) для прогнозування виходу біогазу та узагальнену функцію бажаності Харрінгтона для формування рекомендацій оператору. Систематизовано математичний апарат системи: формули обчислення статистичних ознак зображення, метод кількісної оцінки якості на основі нормалізованої відстані від референсних значень, подвійну експоненціальну функцію бажаності з лінійною нормалізацією та метрики регресійного аналізу. Оперативність системи забезпечується передачею даних від IoT-пристрою до хмарної інфраструктури Amazon Web Services менш ніж за 5 секунд та повним циклом обробки - від отримання зображення до видачі рекомендації оператору – за 3,2 хвилини, що суттєво менше характерних часових констант процесу анаеробного зброджування. Архітектура реалізована за розімкненою схемою, де результатом роботи є не безпосередній вплив на виконавчі механізми, а формування рекомендацій для оператора з класифікацією стану біосировини за п'ятьма рівнями якості. Порівняльний аналіз п'яти методів сегментації на наборі з 26 зображень підтвердив перевагу методу CLAHE + Otsu з найнижчим коефіцієнтом варіації 3,63%. Аналіз важливості параметрів методом Random Forest показав, що візуальна оцінка якості є найбільш впливовим предиктором із відносною важливістю 0,301. Результати 6-місячного тестування на пілотній установці підтвердили ефективність підходу: збір 98,6% запланованих вимірювань, коефіцієнт детермінації прогностичної моделі R² = 0,91 після циклу донавчання на 100 валідованих записах, зменшення RMSE на 42,6% – з 0,61 до 0,35 м³/добу.

Подрібнювачі будівельних відходів (класифікація та огляд конструкцій) (укр.)

Ігор Олегович Мікульонок — 2026-03-15

Будівельна галузь є джерелом утворення до половини побутових відходів у світі, тому в контексті циркулярної економіки будівельні відходи, й насамперед відходи від руйнувань, спричинені активними бойовими діями, терористичними актами й диверсіями, мають розглядатися як потенційний ресурс вторинної сировини. Основними компонентами будівельних відходів є бетон, цегла, облицювальна плитка, черепиця й кераміка, деревина, скло, полімерні й бітумні матеріали, метали, кабелі, ґрунт та каміння, дорожній баласт (щебінь), ізоляційні матеріали, а також будівельні матеріали та продукція на основі гіпсу. Натепер найбільш ефективними методами утилізації будівельних відходів є їх використання у будівництві та промисловості будівельних матеріалів з мінімальною зміною фізико-хімічних властивостей і мінімізацією утворення нових відходів. У цьому разі однією з основних операцій з оброблення будівельних відходів є їх розділення на дрібніші фрагменти, зокрема процеси дроблення й подрібнення. Аналіз конструктивно-технологічного оформлення цих процесів показує, що крім традиційного стаціонарного спеціалізованого подрібнювального обладнання наразі широко впроваджуються мобільні універсальні подрібнювачі, насамперед фрезерно-роздавлювального-розривного типу – шредери, які дають змогу ефективно обробляти відходи різної природи (як на мінеральній, так і природній та синтетичній основі). Також набувають поширення комбіновані подрібнювальні установки. При цьому, незважаючи на значну кількість розроблених типів і розмірів подрібнювальне обладнання продовжує удосконалюватися.

Обладнання та процес сполучення нетканих полімерних матеріалів з дисперсними наповнювачами (укр.)

Михайло Валерійович Євлашкін — 2026-03-15

Розглянуто процеси формування композитних нетканих полімерних полотен методом melt-blown із післяфільєрним термоконтактним введенням дисперсних наповнювачів у зоні укладання полотна. Мета досліджень – вдосконалення конструкції та режимів створення композиційного нетканого матеріалу шляхом запровадження гарячої віброподачі дисперсних частинок на приймальну підкладку. Для експериментальної перевірки пропонованого метода створено стенд модуля гарячої вібродепозиції. Оптична мікроморфологія підтвердила селективну фіксацію частинок у вузлах без закупорення пор, що разом із відмовою від клеїв і розчинників та замкненим пилоконтуром забезпечує високий рівень енергоефективності й екологічності процесу.