Рис.3 Структурна схема нечіткого локального регулятора другої сатурації
Fф.с – витрата фільтрованого соку; Fв.м.– витрата вапняного молока; Fс.г – витрата сатураційного газу;  - змінна розузгодження значення рН на виході другої сатурації;  - змінна швидкості зміни параметра рН; Kв- коефіцієнт співвідношення витрати вапняного молока до витрати фільтрованого соку; Диф- диференціатор; ВМ- виконавчий механізм; U8 – управляючі діяння на ВМ витрати сатураційного газу; U9 - управляючі діяння на ВМ витрати вапняного молока; ТЛП – таблиця лінгвістичних правил.
У процесі ідентифікації математичної моделі другого сатуратора вирішувалася наступна послідовність задач:
1) вибір інтервалів ідентифікації;
2) побудова автокореляційних функцій вхідних сигналів (витрати сатураційного газу, витрати фільтрованого соку та витрати вапняного молока), взаємокореляційних функцій вхідних сигналів та вихідних сигналів (рН) відбувається з використанням проблемно-орієнтованого пакету прикладних програм SYSTEM IDENTIFICATION TOOLBOX інтегрованого пакету MATLAB;
3) отримання передаточних функцій на основі автокореляційних та взаємокореляційних
функцій.
На основі статистичних вибірок з використанням авто- та взаємокореляційних функцій побудовані математичні моделі об'єкта другої сатурації, на п'яти з яких проведено дослідження роботи нечіткого локального регулятора в порівнянні з роботою ПІ-регулятора. Моделі і структура нечіткого локального регулятора реалізовані за допомогою пакету прикладних програм Simulink інтегрованого пакету Matlab 5.2. Коефіцієнти диференційних рівнянь однієї із моделей наведені в таблиці:
Таблиця
№ Контур Коєфіцієнти диференційних рівнянь, які знайдені методом типової ідентифікації
a0 a1 a2 a3 b0 b1 b2
1 Витрата сатураційного газу – рН 0 1 1.756 2.385 0 -0.0035 -0.0057
2 Витрата вапняного молока – рН 0 0 1 3.15 0 0 0.98
3 Витрата фільтрованого соку – рН 0 0 1 0.579 0 0 0.021
Відповідна математична модель має такий вигляд:
yўў(t)+1.756yў(t)+2.385y(t) = -0.0035xў(t)-0.0057x(t)
yў(t)+3.15y(t) = 0.98x(t)
yў(t)+0.579y(t) = 0.021x(t)
У четвертому розділі запропонована структурна схема системи управління на базі нечіткої логіки ділянкою дефекосатурації, яка наведена на рис.4
Рис.4 Структурна схема системи управління ділянкою очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки
Де fv, ev – вихідні значення змінних збурення та розузгодження (сигнали до аналізатора); f,  - змінні збурень та їх похідні;  ,  - лінгвістична форма змінних збурення та їх похідних; y - регульовані параметри; q – завдання, що формується у відповідності до технологічного режиму;  ,  - розузгодження та похідні розузгодження; U- управляючі діяння;  ,  - лінгвістична форма розузгоджень та їх похідних; Дf, Дe - диференціатори відповідно по збуренню та розузгодженню; ТЛП – таблиця лінгвістичних правил.
Використовуючи узагальнену модель нечіткого логічного виведення, було сформовано алгоритм управління технологічними параметрами очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки.
Запропоновано спосіб автоматизованого управління ділянкою дефекосатурації, який передбачає регулювання заданих значень рН, витрати соку, витрати вапняного молока, витрати та тиску сатураційного газу, а також температурних режимів. Даний спосіб базується на використанні правил-продукцій, які розміщені в таблицях лінгвістичних правил, що генерують управляючі діяння на відповідні клапани.
Наведено аналіз дослідної експлуатації системи під час виробничого сезону 2000 року на Первухінському цукровому заводі.
ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ
В результаті проведених досліджень розроблена АСУТП відділення очищення дифузійного соку цукрового виробництва на базі нечіткої логіки та лінгвістичного підходу, яка заснована на використанні формалізованої процедури ідентифікації і створених алгоритмів керування.
Застосований метод синтезу даної системи базується на теорії лінгвістичної змінної та нечітких множин. Цей метод може розглядатися як альтернатива математичної теорії планування експериментів на ранніх стадіях проектування технологічних процесів.
Достовірність розроблених математичних моделей та синтезованих баз знань підтверджується узгодженістю теоретичних та експериментальних результатів та можливістю адаптації системи в залежності від накопичення нових експериментальних даних.
Основні наукові та практичні результати полягають в наступному.
1. Встановлено, що існуючі системи автоматизації відділення очищення дифузійного соку не забезпечують достатньої ефективності управління для підтримання параметрів технологічного процесу очищення дифузійного соку в регламентних межах.
2. Запропоновано застосування методу для побудови автоматизованої системи управління ділянкою очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки.
3. Сформована ієрархічна взаємозалежність факторів, які впливають на підтримання технологічних параметрів ділянки очищення дифузійного соку в регламентних режимах.
4. Побудовані лінгвістичні змінні з функціями належності нечітких термів на основі методу, який базується на шкалі парних порівнянь Сааті.
5. Розроблені аналітичні моделі функцій належності оцінок вхідних змінних для ділянки очищення дифузійного соку.
6. Розроблена і застосована методика розрахунку кількісних значень якісних показників головного і допоміжного обладнання, засобів автоматизації та апаратно-схемного оформлення.
7. Розроблені принципи побудови бази знань нечіткої системи управління з використанням правил-продукцій для критичних ситуацій та таблиць лінгвістичних правил для контурів локального регулювання.
8. Створена база даних та знань для критичних ситуацій та контурів локального регулювання для автоматизованої системи управління ділянкою очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки.
9. Розроблена структура нечіткого локального регулятора другої сатурації.
10. Створений нечіткий локальний регулятор другої сатурації з використанням бази знань на основі таблиць лінгвістичних правил.
11. Проведена апробація нечіткого локального регулятора на створених моделях, яка показала, що інтегральний критерій якості перехідного процесу при використанні нечіткого регулятора менший ніж при регулюванні ПІ-регулятором.
12. Створена структурна схема автоматизованої системи очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки.
13. Розроблений та реалізований спосіб управління ділянкою очищення дифузійного соку з використанням лінгвістичного підходу та математичної нечіткої логіки, як складової частини комп'ютерно-інтегрованої системи цукрового виробництва.
14. Розроблені алгоритми управління параметрами технологічного процесу ділянки очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки.
15. Розроблена АСУТП відділення очищення дифузійного соку цукрового виробництва на базі нечіткої логіки та лінгвістичного підходу і проведена дослідна експлуатація системи протягом виробничого сезону 2000р. на Первухінському цукровому заводі.
Основний зміст дисертаціії викладено в опублікованих роботах:
1. Пархоменко І.І. Автоматизоване управління ділянкою очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки.// Автоматизація виробничих процесів.-2001-№1(12) - 36-44 с.
2. Пархоменко І.І., Ладанюк А. П., Кишенько В.Д. Управління цукровим виробництвом в умовах невизначеності на прикладі ділянки очищення дифузійного соку.// Наукові праці УДУХТ.-2001.-№9 - 37-38 с.
3. Пархоменко І.І., Ладанюк А. П., Кишенько В.Д. Побудова локального регулятора процесу другої сатурації на базі нечіткої логіки.// Харчова промисловість-2001 №1(46) - С.55-57.
4. І.І. Пархоменко, А.П. Ладанюк, В.Д. Кишенько. Комп'ютерно-інтегровані технології та лінгвістичний підхід на базі нечіткої логіки в управлінні цукровим заводом: // Наукові праці УДУХТ.-2001.-№10 - 10-11 с.
5. Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Кофанова Н.В., Пархоменко І.І. Управління технологічними комплексами харчових виробництв в умовах невизначеності// Матеріали науково-практичної конференці "Підприємства і цехи малої потужності для переробки сільськогосподарської сировини: ефективність і особливості організації" УКООПСПІЛКА Полтавський кооперативний інститут.-Полтава, 1998 р. – 15-24 с.
6. І.І. Пархоменко. Система автоматизованого управління ділянкою очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки// 67-а наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених -Частина ІІ, Київ, УДУХТ, 2001р. – 133 с.
7. І.І. Пархоменко. Система ситуаційного управління відділенням очищення дифузійного соку// Шоста міжнародна науково-технічна конференція “Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості ”- Частина ІІІ, Київ, УДУХТ, 2000 – 31-32 с.
8. В.Д. Кишенько, Н.В. Кофанова, И.И. Пархоменко, Т.А. Пыльник. Управление технологическими комплексами с применением экспертных систем.// Тезисы докладов, международная научно-техническая конференция “Техника и технология пищевых производств” – Могилев, 1998, - 295-296 с.
9. Загородній В.П., Пархоменко І.І., Кишенько В.Д. Адаптивна ідентифікація динамічних об'єктів управління.// Тези доповідей, 64-а студентська наукова конференція – Київ, УДУХТ, 1998р.- 74 с.
10. І.І Пархоменко, В.Д. Кишенько. Розроблення бази знань нечітких регуляторів у цукровому виробництві.//Тези доповідей, міжнародна науково-технічна конференція “Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловісь” - Київ, УДУХТ, 1997 – 139 с.
Пархоменко І.І. Автоматизована система управління ділянкою очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук по спеціальності 05.13.07 – автоматизація технологічних процесів – Український державний університет харчових технологій, Київ, 2002.
Дисертацію присвячено питанню розробки автоматизованої системи управління технологічним процесом очищення дифузійного соку з використанням лінгвістичного підходу та нечіткої логіки. Розроблена структура системи, що забезпечує підтримання технологічних параметрів в регламентних режимах за рахунок акумулювання в базі знань досвіду операторів-технологів (експертів з даної предметної області). Отримана математична модель об'єкта другої сатурації на базі нечіткої логіки та розроблена структура нечіткого локального регулятора другої сатурації з використанням таблиць лінгвістичних правил. Створені алгоритми та спосіб управління технологічними параметрами ділянки очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки. Реалізована розроблена система на основі ПЕОМ та допоміжних засобів автоматизації. Автоматизована система управління ділянкою очищення дифузійного соку на базі нечіткої логіки є складовою частиною розподіленої комп'ютерно-інтегрованої системи цукрового заводу.
Ключові слова: нечітка логіка, технологічний процес, автоматизована система, лінгвістичний метод, математичне моделювання.
Parkhomenko I. I Automated system sugar juice purification control on the base of fuzzy logic.
This is for a candidate degree of technical science by speciality 05.13.07 – automation of techological processes (food industry) – Ukrainian State University of food techlogies, Kiev, 2002.
The dissertation is devoted to design automated system technological sugar juice purification complex control by using linguistic method and fuzzy logic. The structure of system which provide the support of the technological parameters was developed by accumulating on the base of expert's knowleges in that field. The math model of the second saturation on the base of fuzzy logic was obtained and structure of the local regulator of the second saturation by using table of the linguistic rules. The algorithms and method of control the technology parametrs of defecosaturetion were developed on the base of fuzzy logic. This system is realization on the base of PC and auxiliary elements of automatisation. Automated system sugar juice purification control on the base of fuzzy logic is the part of distributed computer integrated system of sugar manufacture.
Key words: fuzzy logic, technological process, automated system, linguistic method, mathematical modeling.
Пархоменко И. И Автоматизированная система управления участком очистки диффузионного сока на основе нечеткой логики. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – автоматизация технологических процессов. – Украинский государственный университет пищевых технологий, Киев, 2002.
Диссертация посвящена вопросам разработки автоматизированной системы управления технологическим процессом очистки диффузионного сока с использованием лингвистического подхода и нечеткой логики.
Актуальность темы заключается в том, что процесс очистки характеризируется существенной степенью неопределенности, значительными размерами векторов входных возмущений и координат состояния, большим уровнем помех и т.д. Использование микропроцессорных систем с типовыми законами регулирования существенно повысило качество управления процессами очистки диффузионного сока. Но даже эти системы не в состоянии конкурировать с человеком в непредсказуемых технологических ситуациях, которые достаточно часто имеют место на производстве. Субъективное понимание технологического процесса, богатый производственный опыт помагают оператору успешно ориентироваться в сложных ситуациях, которые возникают в условиях реального производства. Таким образом, разработка “интеллектуальной” системы автоматизированного управления, которая использует математическую нечеткую логику, является актуальной научной проблемой.
Научная новизна диссертационных исследований заключается в следующем: проведен анализ участка очистки диффузионного сока как обьекта управления в нечеткой среде; впервые все влияющие факторы представлены как лингвистические переменные, что есть необходимым для синтеза автоматизированной системы на основе нечеткой логики; разработана структура нечеткого локального регулятора второй сатурации на основе нечеткой логики и лингвистического подхода, а также создана база данных и знаний на основе таблиц лингвистических правил; разработаны алгоритмы и способ управления технологическими параметрами процесса очистки диффузионного сока на основе нечеткой логики; разработана методика расчета по экспертным оценкам колличественных значений качественных показателей используемого оборудования, средств автоматизации, аппаратно-схемного оформления; разработана структура автоматизированной системы управления участком очистки диффузионного сока на основе нечеткой логики и лингвистического подхода с использованием продукционных правил для критических ситуаций и с таблицами лингвистических правил для локальних схем регулирования.
Реализована разработанная система на базе ПЭВМ и вспомогательных средств автоматизации. Автоматизированная система управления участком очистки диффузионного сока на основе нечеткой логики является составной частью распределенной компьютерно-интегрированной системы сахарного завода.
Ключевые слова: нечеткая логика, технологический процесс, автоматизированная система, лингвистический метод, математическое моделирование.
| 
