Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ... 10
1.1. Вводные замечания по терминологии и свойствам
объектов и систем управления 10
-
Математические модели тепло- и массообменных процессов сельскохозяйственных объектов 27
-
Задачи и оптимизируемые критерии управления
тепло- и массообменными процессами 25
1.4. Специальные оценки качества управления
тепло-и массообменными процессами 37
-
Общие проблемы управления тепло- и массообменными процессами энергоёмких сельскохозяйственных объектов . 44
-
Проблемы управления тепло- и массообменными процессами сооружений защищенного грунта 47
-
Выводы по первой главе 48
2. МЕТОД КОМПЕНСАЦИИ ТРАНСПОРТНОГО
ЗАПАЗДЫВАНИЯ И ЕГО ЭФФЕКТИВНОСТЬ 50
-
Компенсатор транспортного запаздывания 50
-
Эффективность компенсации транспортного запаздывания 54
-
Выводы по второй главе 61
3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ И СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ ОБОГРЕВОМ ТЕПЛИЦ 63
-
Управление обогревом теплиц с улучшением настройки действующих систем 63
-
Управление обогревом теплиц с применением многопараметрических регуляторов 67
3.3. Управление обогревом теплиц с его коррекцией
по информации о внешних воздействиях 74
3.4. Выводы по третьей главе 92
4. ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ
УПРАВЛЕНИЯ 93
-
Типы теплиц и их динамические свойства как объектов управления температурным режимом 93
-
Экспериментальные исследования методов и устройств управления температурным режимом теплиц ........ 97
4.3. Выводы по четвёртой главе 99
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 100
ЛИТЕРАТУРА 102
ПРИЛОЖЕНИЕ
Некоторые материалы по внедрению результатов
диссертации в науку, производство и учебный процесс ... 131
Введение к работе
Развитию теории управления технологическими процессами и практике построения соответствующих автоматических систем посвящены работы [1 ... 224], являющиеся фундаментальными, близкими в прикладном отношении и (или) непосредственно использованными в диссертации либо в публикациях по ней [225 ... 232]. Указанные работы представляют лишь небольшую часть обширной мировой литературы: общее число публикаций в рассматриваемой области уже исчисляется сотнями тысяч.
Запросами современной практики объясняется особое внимание к методам и системам управления сельскохозяйственными технологическими процессами.
Наибольшие издержки сельскохозяйственных предприятий обусловлены расходами на корма, оборудование и энергоносители. В частности, расходы на эти цели животноводческих комплексов по производству говядины и свинины составляют ежедневно десятки миллионов рублей, приходящихся на один комплекс. Аналогичные затраты имеют место на тепличных комбинатах, птицефабриках, предприятиях по производству и переработке кормов, зерноочисти-тельно-сушильных пунктах и других технологических объектах сельскохозяйственного производства.
Автоматизация указанных объектов - доступный и сравнительно легко реализуемый практический способ увеличения эффективности производства. В первую очередь это объясняется тем, что технологические аспекты большинства сельскохозяйственных технологических процессов в настоящее время отработаны достаточно полно, а резервы повышения их эффективности, связанные с каче- ством управления и уровнем автоматизации в целом, использованы в меньшей степени.
Указанные резервы повышения эффективности технологических процессов производства особенно велики в случае автоматизации объектов сельскохозяйственных агрегатов, функционирование которых связано с тепло- и массообменом. Это теплицы, парники, сушильные установки, животноводческие помещения, птичники, хранилища сельскохозяйственной продукции, паровые и водогрейные котлы и другие энергоёмкие объекты.
Как известно [20], превышение температуры воздуха в теплице вследствие неточного регулирования всего на 1С приводит на площади 6 га к перерасходу газа до 116 м* за один час. Согласно исследованиям Академии сельскохозяйственных наук ГДР [205] система регулирования климата в теплицах с помощью микроэлектроники обеспечивает прибавку урожая огурцов на 15% и экономит 15 ... 20%энергии.
В животноводческих помещениях при создании необходимых температурно-влажностных условий электротермическими установками перерасход электрической энергии на отопление и вентиляцию ввиду неудовлетворительного качества регулирования достигает 10 ... 12%. Кроме того, указанные потери сопровождаются потерями продуктивности животных (до 15,5%) и перерасходом кормов (до 5%) [60].
Как показывают расчёты [56], оптимизация управления обработкой и хранением зерна позволяет повысить производительность машин на 20 ... 25%, снизить простои поточных линий в 4 ... 5 раз, обеспечить заданное качество готовой продукции и уменьшить затраты ручного труда в 2 ... 3 раза.
Таким образом, из всего многообразия сельскохозяйственных технологических процессов можно выделить тепло- и массообмен-ные как экономически наиболее подходящие для автоматизации.
Многие направления теории и практики построения систем управления рассматриваемыми процессами освещены в ряде работ отечественных и зарубежных учёных [1, 3, 5 ... 7, 11, 12, 16, 19, 27 ... 31, 33 ... 35, 37, 53, 55 ... 57, 59 ... 65, 67, 70, 72 ... 74, 78 ... 80, 87 ... 96, 98 ... 105, 114, 115, 119, 135, 136, 139, 141 ... 150, 153 ... 155, 159 ... 165, 168, 169, 170, 174, 175, 179 ... 189, 191, 193 ... 197, 199...201,203 ...205,212].
Однако большие значения времени транспортного запаздывания являются причиной низкого качества управления тепло- и мас-сообменными и другими технологическими процессами, а эффективного решения надлежащего повышения качества пока не было найдено.
Поэтому в настоящей работе предлагаются эффективные методы компенсации звеньев транспортного запаздывания, так или иначе входящих в состав соответствующих технологических объектов управления.
В настоящей работе достаточно подробно рассматриваются существующие методы управления обогревом теплиц. Помимо вредного влияния транспортного запаздывания устанавливаются и другие причины низкого качества управления температурным режимом этих объектов, а также предлагаются соответствующие методы совершенствования используемых автоматических систем.
Таким образом, настоящая работа посвящена решению указанных выше актуальных задач, т.е. экономии энергетических и материально-сырьевых ресурсов, а также увеличению выхода продукции сельскохозяйственных предприятий. Её результаты отражены в
7 публикациях [225 ... 232] и некоторых материалах по внедрению в научно-исследовательские работы, производство и учебный процесс (Приложение) и использованы:
1. В госбюджетной научно-исследовательской работе ФГОУ
ВПО «Российский государственный аграрный заочный университет» (РГАЗУ) [225];
2. В ЗАО «Агрофирма «Подмосковное»: компенсатор транспортного запаздывания; методы совершенствования действующих систем управления технологическими процессами;
3. В учебном процессе РГАЗУ, ВТУ и МГАУ.
Основное содержание диссертационной работы представлено в четырёх главах.
В первой главе изложены замечания по терминологии и свойствам объектов и систем управления, представленным матричными линейными дифференциальными уравнениями и передаточными функциями. Рассмотрены математические модели сельскохозяйственных технологических процессов, экономически наиболее подходящих для автоматизации, и соответствующие критерии управления. Здесь же дан анализ известных решений ряда проблем управления рассматриваемыми процессами с обоснованием необходимости совершенствования этих решений. В заключение главы даны выводы, определяющие конкретные задачи диссертации.
Вторая глава посвящена разработке метода и устройств компенсации звеньев транспортного запаздывания, так или иначе входящих в состав соответствующих технологических объектов управления, а также исследованию эффективности этого метода. Глава завершается выводами с резюме о необходимости разработки других методов совершенствования управления рассматриваемыми
8 процессами с учётом особенностей конкретных технологических объектов.
В третьей главе предлагаются эффективные методы управления обогревом теплиц, как с использованием дополнительных источников энергии, так и без них. Повышению эффективности управления способствуют: применение новых корректирующих устройств компенсации действия быстро изменяющейся тепловой нагрузки теплиц и дополнительных малоинерционных источников их обогрева, использование многопараметрических регуляторов на базе микропроцессорной техники и совершенствование настройки традиционных регулирующих приборов. В заключение главы даются выводы с резюме о необходимости проведения исследований предлагаемых методов и устройств, включая проверку их эффективности на действующем оборудовании систем управления технологическими процессами.
Четвёртая глава посвящена экспериментальным исследованиям и практической реализации предлагаемых методов и устройств на действующем оборудовании системах управления технологическими процессами сельскохозяйственного производства. Глава завершается выводами.
В приложении даны некоторые материалы по внедрению результатов диссертации в научно-исследовательские работы, производство и учебный процесс.
На защиту выносятся:
1. Методы и устройства компенсации транспортного запазды- вания;
2. Методы и системы компенсации действия быстро изме няющейся тепловой нагрузки теплиц;
3. Методы настройки традиционных и многопараметрических регуляторов.
Диссертация выполнена на кафедре электрооборудования и автоматики РГАЗУ под руководством доктора технических наук, профессора Солдатова Виктора Владимировича, которому автор выражает признательность и благодарность.
Автор выражает также благодарность инженеру Кудинову Александру Ивановичу и другим сотрудникам ЗАО «Агрофирма «Подмосковное», оказавшим содействие и помощь по выполнению экспериментальных исследований и внедрению результатов диссертации в производство.
Похожие диссертации на Методы и системы управления тепло- и массообменными процессами энерго#мких сельскохозяйственных объектов
