Студентам ИТ / 3 ЛП_ИТ / ИТ_автоматич / Управление_ростом_белковой_массы
.pdf
|
|
|
Управление кинетикой |
|
|
|
|
промышленного производства |
|||
|
«Сухого ферментативного аминосодержащего |
||||
|
|
|
гидролизата мяса рыбы» |
|
|
Операторное описание стадий промышленного производства сухого |
|||||
ферментативного аминосодержащего гидролизата мяса рыбы. |
|||||
Операторная модель 6-ти стадий промышленного производства сухого фер- |
|||||
ментативного аминосодержащего гидролизата мяса рыбы приведена на рисунке 1. |
|||||
Каждая стадия процесса имеет вход, выход, контур операционной обратной |
|||||
связи и контур управления. |
|
|
|
||
|
|
|
|
10 циклов |
|
Вход |
Рыба |
|
Измельчение и |
Смесь |
|
|
|
|
гомогенизация |
|
|
|
Субпродукт |
рыбного сырья |
Степень |
||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
измельчения |
|
|
Скорость |
pH = 7,6; |
|
|
|
подачи сырья |
T = 35 ÷ 40 0C |
|
||
|
v = 102 ÷ 103 кг/мин |
|
|||
|
Смесь |
|
|
|
Концентрат |
|
|
|
|
Гидролиз |
Концентр. сухих |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
веществ, кг/м3; |
|
|
|
|
|
концентр. аминного |
|
|
|
Время t |
pH = 3,0 ÷10,0; |
азота, кг/м3 |
|
|
|
процесса |
T = 3 ÷ 60 0C |
|
|
|
|
5 ÷15 час |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Концентрат |
|
|
|
|
ФДС |
|
|
Центрифугирование |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Концентр. |
|
|
|
|
|
|
твердых частиц |
|
Скорость |
pH = 3,0 ÷ 3,5; |
|||||
годролизата |
||||||
подачи рабочей |
T = 85 ÷ 90 0C |
|
||||
смеси
ФДС |
|
|
|
|
Полуфабр. |
|
|
Сепарирование |
|
|
|
||
|
|
|
Остаточная |
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
концентрация |
|
Продолжительность |
pH = 3,0 ÷ 3,5; |
|||||
жира |
||||||
процесса |
T = 85 ÷ 90 0C |
|
||||
1 ÷ 3 часа
|
|
|
|
|
|
Полуфабр. |
Концентрирование |
|
|
Сухие в-ва |
|
|
|
|
|
||
|
(вакуум- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
выпаривание) |
|
|
Концентр. сухих |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
веществ, кг/м3; |
|
|
|
|
|
|
Продолжительность |
pH = 5,5 ÷ 6,5; |
концентр. аминного |
|||
процесса |
T = 50 ÷ 90 0C |
азота, кг/м3; |
|||
2 ÷ 5 часа |
остаточная H2O |
|
Сухие в-ва |
|
|
|
Продукт |
Выход |
|
Сепарирование |
|
|
|
|
|
|
|
|
Концентр. сухих |
|
|
|
|
|
веществ, кг/м3; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжительность |
pH = 3,3 ÷ 3,5; |
концентр. аминного |
|
||
процесса |
T = 80 ÷ 160 0C |
азота, кг/м3; |
|
||
2 ÷ 5 часа; |
|
|
остаточная H2O; |
|
|
|
|
|
|||
технологические |
|
|
технологические |
|
|
потери < 2% |
|
|
потери |
|
|
Управление
Рис. 1. Операторная модель 6-ти стадий промышленного производства сухого ферментативного аминосодержащего гидролизата мяса рыбы.
Динамическая модель управления количественным ростом белковой массы в процессе промышленного производства сухого ферментативного аминосодержащего гидролизата мяса рыбы.
Будем описывать количественный рост белковой массы y (о.е.) в процессе промышленного производства сухого ферментативного аминосодержащего гидролизата мяса рыбы дифференциальным уравнением в виде:
dy(t)/dt = P1 y(t) + P2 c(t) + P3 h(t), |
(1) |
y(0) = 0, c(0) = 0, |
|
где P1 , P2 и P3 – обобщенные параметры процесса, c – управление в виде концен-
трации щелочно-кислотного ингибитора, h - помеха. |
|
Управление было задано в виде пропорционального регулятора: |
|
c(t) = - С0 [y(t) - y*), |
(2) |
где С0 – коэффициент отрицательной обратной связи, y* – уставка по управлению,
т.е. желаемое значение белковой массы в процессе промышленного производства
сухого ферментативного аминосодержащего гидролизата мяса рыбы.
Стационарным решением уравнений (1,2) при dy(t)/dt = 0 является: |
|
y(t*) = [P2 С0 /(P2 С0 –P1)] y*+ [P3 /( P2 С0 –P1)]ht . |
(3) |
Отсюда видно, что при С0 >> P1 / P2 и С0 >> P3/ P2: |
|
y(t*) y*. |
(4) |
Дискретным аналогом уравнения (1) будет РАР модель: |
|
yt = (1 + P1 t) yt-1 + P2 t сt + P3 t ht , |
(5) |
ct = - С0 [yt - y*), |
|
S0 = 0, С0 = 0. |
|
Таким образом, объединяя уравнения (5) получим: |
|
yt = [(1 + P1 t ) yt-1 + P2 t С0y*+ P3 t ht ]/( 1+P2 t С0), |
(6) |
Модель (4) имитировалась с помощью программы, реализованной в среде
Excel. Фрагмент программы приведен на рисунке 2.
Программа расчета количественного роста белковой массы
А |
B C D |
E |
F |
G |
H |
Параметры процесса: |
|
|
|
|
|
P1 , обр. мин |
0.1 |
|
|
|
|
P2 |
0.1 |
|
|
|
|
P3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Модельное время: |
|
|
|
|
|
t = |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
t мин |
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Физическое время: |
|
|
|
|
|
t, мин |
0 |
2 |
4 |
6 |
8 |
|
|
|
|
|
|
Управление: |
|
|
|
|
|
амплитуда C0 = |
100 |
|
|
|
|
уставка S* = |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Помеха: |
|
|
|
|
|
амплитуда H0 = |
50 |
|
|
|
|
Ht = |
0 |
H0*СЛУЧМЕЖДУ(-1;1) |
50 |
-50 |
50 |
|
|
|
|
|
|
Белковая масса: |
|
|
|
|
|
yt = |
0.0 |
20.2 |
36.4 |
48.9 |
59.3 |
Рис. 2. Фрагмент программы.
Из рисунка видны все численные значения параметров модели.
На рисунках 3 и 4 приведены результаты численного моделирования количественного роста белковой массы y в процессе промышленного производства сухого ферментативного аминосодержащего гидролизата мяса рыбы для различных значений помехи.
Так, например, видно, что количество белковой массы y в процессе промышленного производства сухого ферментативного аминосодержащего гидролизата мяса рыбы выходит и стабилизируется на заданном «уставкой» уровне y* = 100 о.е. при значении амплитуды помехи в два раза меньшей амплитуды управления.
S t , о.е.
120.0
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 t , мин
Рис. 3.
На рисунке 4 приведен случай, когда амплитуда помехи в 15 раз превышает
амплитуду управляющего сигнала.
S t , о.е.
120.0
100.0
80.0
60.0
40.0
20.0
0.0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 t , мин
Рис. 4.
В этом случае, как видно из результатов имитационного моделирования, разброс количественного значения белковой массы не превышает 10% от заданного уровня.