CC BY
6
tr
ждении зерна из него испаряется влага, причем на испаре-
Наружный воздух с температурой 0 , относитель- ние расходуется теплота, аккумулированная зерном в су-
P0 d 0
ной влажностью 0, влагосодержанием 0 и энтальпией
Jo
входит в калорифер, где нагревается и с параметрами
tl Pi di Ji
1, г 1, 1, и 1 поступает в сушильную камеру. При нагреве воздуха в калорифере его влагосодержание не из-
^ /л ц
меняется, т.е. 0 = 1. После сушильнои камеры состоя-
г 2 (
шильноИ камере. На выходе из охладительной камеры
г'2 ( /2 ][
воздух характеризуется параметрами 2 , ' 2, 2, 2. Температура зерна снижается с 2 до 3, влажность с 2 до 3, а расход с
G G,
2 до 3 .
Применение машины возможно как для подсушки зернового вороха перед его дальнейшей обработкой, так и для сушки зерна на хранение. В результате сушки влаж-
ность зерна уменьшается до
а
ние агента сушки характеризуется параметрами
/2, 0 о
Сырое зерно, пропускаемое через сушилку с расхо- пература зерна имеет значение = 45-50°С. Агент
2 = 15.. .17%, при этом тем-в
дом
G
а
имеет влажность
и температуру
а
в
1. В про-
а
сушки поступает в сушильную камеру при температуре до
г г
1 = 100°С, а на выходе имеет температуру 2 , примерно
цессе сушки влажность зерна снижается с в в
пература возрастает с
G
i до 2 , тем-
1 до 2, а расход убывает с
G
равную температуре зерна, т.е.
t2
до
В охладительной камере зерно продувается наруж-10 ( d0, Jo. при охла-
ным воздухом с параметрами
Литература
1. Жидко, В .И. Зерносушение и зерносушилки [Текст] / В.И. Жидко, В.А. Резчиков, B.C. Уколов. - М.: Колос, 1982. - 239 с.
2. Лебедев, П.Д. Расчет и проектирование сушильных установок [Текст] / П.Д. Лебедев - М.: Госэнерго-издат, 1962. - 320 с.
НЕЧЕТКАЯ ЛОГИКА В PID -РЕГУЛЯТОРАХ
Юрошева Татьяна Александровна
канд. тех. наук, доцент кафедры «Системы автоматизированного проектирования», г. Владикавказ
Козонова Марина Анатольевна
аспирант кафедры «Системы автоматизированного проектирования», г. Владикавказ
PID-регуляторы, описанные выше, имеют плохие показатели качества при управлении нелинейными и сложными системами, а также при недостаточной информации об объекте управления. Характеристики регуляторов в некоторых случаях можно улучшить с помощью методов нечеткой логики, нейронных сетей и генетических алгоритмов. Перечисленные методы называют "soft-computing", подчеркивая их отличие от "hard-computing", состоящее в возможности оперировать с неполными и неточными данными. В одном контроллере могут применяться комбинации перечисленных методов (фаззи- PID, нейро- PID, нейро-фаззи- PID регуляторы с генетическими алгоритмами).
Основным недостатком нечетких и нейросетевых контроллеров является сложность их настройки (составления базы нечетких правил и обучения нейронной сети) [1].
Нечеткое управление (управление на основе методов теории нечетких множеств) используется при недостаточном знании объекта управления, но наличии опыта управления им, в нелинейных системах, идентификация которых слишком трудоемка, а также в случаях, когда по условию задачи необходимо использовать знания эксперта. Примером может быть доменная печь или ректификационная колонна, математическая модель которых содержит много эмпирических коэффициентов, изменя-
ющихся в широком диапазоне и вызывающих большие затруднения при идентификации. В то же время квалифицированный оператор достаточно хорошо управляет такими объектами, пользуясь показаниями приборов и накопленным опытом.
PID -регуляторы с нечеткой логикой в настоящее время используются в коммерческих системах для наведения телекамер при трансляции спортивных событий, в системах кондиционирования воздуха, при управлении автомобильными двигателями; для автоматического управления двигателем пылесоса и в других областях.
Поскольку информация, полученная от оператора, выражена словесно, для ее использования в PID -регуляторах применяют лингвистические переменные и аппарат теории нечетких множеств, который был разработан Л. Заде [Zadeh] в 1965 году. Основная идея этой теории состоит в следующем. Если в теории четких множеств некоторый элемент (например, температура 500 C) может принадлежать множеству (например, множеству "температура горячей воды Тгоряч.") или не принадлежать ему, то в теории нечетких множеств вводится понятие функции принадлежности, которая характеризует степень принадлежности элемента множеству. При этом говорят, например, "температура 500 C принадлежит множеству Тгоряч.
со степенью принадлежности 0,264". Функцию принадлежности можно приближенно трактовать как вероятность того, что данный элемент принадлежит множеству.
В 1974 году Мамдани [Mamdani] показал возможность применения идей нечеткой логики для построения системы управления динамическим объектом, а годом позже вышла публикация, в которой описывался нечеткий PI-регулятор и его применения для управления парогене-
ратором. С тех пор область применения нечетких регуляторов постоянно расширяется, увеличивается разнообразие их структур и выполняемых функций.
Нечеткая логика в PID-регуляторах используется преимущественно двумя путями: для построения самого регулятора и для организации подстройки коэффициентов PID -регулятора. Оба пути могут использоваться в PID -контроллере одновременно [2].
Рисунок 2 - Структура нечеткого PI -регулятора
Одна из наиболее распространенных структур нечеткого PI--регулятора) показана на рисунке 2. На вход регулятора поступает ошибка е и вычисляется ее производная по времени de/dt. Далее обе величины сначала подвергаются операции фаззификации (преобразования в нечеткие переменные), затем полученные нечеткие переменные используются в блоке нечеткого логического вывода для получения управляющего воздействия на объект, которое после выполнения операции дефаззификации (обратного преобразования нечетких переменных в четкие) поступает на выход регулятора в виде управляющего воздействия u.
Для применения методов нечеткой логики прежде всего необходимо преобразовать обычные четкие переменные в нечеткие. Процесс такого преобразования называется фаззификацией (от английского "fuzzy"- "нечеткий"). Он иллюстрируется рисунком 3. Диапазон изменения переменной e разбивается на множества (подмножества) NL, NM, NS, Z, PS, PM, PL, в пределах каждого из которых строится функция принадлежности переменной e каждому из множеств. На рисунке 2 функции принадлежности имеют треугольную (наиболее распространенную) форму, хотя в общем случае они могут быть
любыми, исходя из смысла решаемой задачи Количество множеств также может быть произвольным.
Для нечетких множеств существует общепринятая система обозначений: N - отрицательный (Negative); Z -нулевой (Zero); P - положительный (Positive); к этим обозначениям добавляют буквы S (малый, Small), М (средний, Medium), L (большой, Large). Например, NL - отрицательный большой; NM - отрицательный средний (Negative Medium); PL - положительный большой. Количество таких переменных (термов) может быть любым, однако с увеличением их количества существенно возрастают требования к опыту эксперта, который должен сформулировать правила для всех комбинаций входных переменных.
Если величина ошибки e на входе нечеткого регулятора (рис. 2) равна e1 (рис.3), то соответствующее значение нечеткой переменной будет равно PS со степенью принадлежности подмножеству PS, равной д(е1)=0,82, или равно PM со степенью принадлежности jx(e1)=0,18. Степень принадлежности ошибки e1 другим множествам (Z, PL, NS и др.) равна нулю. Таким образом, величина ошибки e1 оказалась преобразованной в нечеткие переменные.
Рисунок. 2. Деление области изменения переменной e на множества ЫЬ, ЫМ, № и т.д. с функциями принадлежности
д(е) треугольной формы
Для выполнения функции регулирования над нечеткими переменными должны быть выполнены операции, построенные на основании высказываний оператора, сформулированных в виде нечетких правил. Совокуп-
ность нечетких правил и нечетких переменных используется для осуществления нечеткого логического вывода, результатом которого является управляющее воздействие на объект управления[3].
Список литературы 2.
1. Аверкин А.Н., Батыршин И.З. и др. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1986. 3. — 312 с.
Батыршин И.З. Основные операции нечеткой логики и их обобщения. Казань: Отечество, 2001. -100 с.
Борисов В.В., Круглов В.В., Федулов А.С. Нечеткие модели и сети. М.: Горячая линия - Телеком, 2007. -284 с.
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ОБРАЗОВАНИЕ
БИОМАССЫ ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ
Жуковская Светлана Викторовна
к.х.н., доцент кафедры ТБПиВ ФГБОУВО МГУТУ им. К.Г. Разумовского (ПКУ), г. Москва
Выращивание сахаромицетов на мелассово-дрож-жевых заводах - это биологический процесс, сложность которого определяется изменчивостью дрожжевых клеток, мгновенно реагирующих на изменения состава среды, избыток или недостаток компонентов, необходимых для накопления биомассы.
При изменении состава среды в дрожжевой клетке изменяется активность ферментов: замедляются реакции, направленные на ассимиляционные процессы в клетке; при этом ускоряются процессы брожения и приостанавливаются процессы синтеза белковых веществ и могут возникать явления протеолиза. В результате изменяется скорость роста дрожжевых клеток.
Накопление биомассы на дрожжевых заводах проходит в намеченном темпе скорости прироста дрожжей. Поэтому всестороннее изучение биологии дрожжей, культивируемых в аэрируемой среде, необходимо для направленного изменения жизнедеятельности сахаромицетов. Для дрожжевого производства важно изыскать условия, избирательно направленные на стабилизацию скорости роста и размножения дрожжевых клеток, без потери сахара на образование спирта. В процессе выращивания дрожжей на мелассовых растворах накопленная масса дрожжей в условиях одинаковой аэрации среды отличается различной генеративной активностью в зависимости от физико-химических факторов. При выращивании за-севных дрожжей при недостатке питательных веществ или при изменениях активной кислотности среды и отклонении от оптимальной температуры происходит ухудшение мальтазной активности засевных дрожжей, вследствие чего наблюдается замедленное накопление биомассы с уменьшением её количества в конце процесса. [3,с.46]
Цель работы - изучение влияния среды (температура, рН, формольное число) на физиологическое состояние хлебопекарных дрожжей Saccharomyces cerevisiae расы Л80У и расы Л153Б и выбор наиболее перспективной расы.
Активная кислотность рН среды оказывает большое влияние на жизнедеятельность дрожжей. Дрожжи сохраняют жизнеспособность в широких пределах колебания рН от кислого до щелочного (от 2,5 до 6,5). При выращивании дрожжей на мелассовых средах оптимальным является рН 4,5 - 5,8. при этом дрожжевые клетки хорошо растут и быстро размножаются. От уровня рН зависит скорость поступления питательных веществ в клетку, активность ферментов, образование витаминов.
При выращивании дрожжей сахаромицетов по воздушно-приточному методу при рН ниже 4,0 скорость накопления биомассы понижается, а при рН 3,0 - 3,5 размножение клеток приостанавливается. Это явление
наблюдается при быстром приросте биомассы на мелассо-вых средах с использованием, например, в качестве источника азота сернокислого аммония. В период быстрого прироста биомассы и использования аммонийного азота рН резко понижается - ниже 3,0.
При понижении рН среды до 2,8 - 3,8, тормозится размножение дрожжей и в результате уменьшается накопление дрожжевой массы.
Подщелачивание среды в процессе роста дрожжей обусловлено выделением аммиака, которое наблюдается при наступлении процессов автолиза в дрожжевой клетке. В дрожжевом производстве автолиз возникает при недостатке питательных веществ, несоответствии между количеством накапливающейся в течение часа биомассы и количеством поступившей питательной среды. При этом недостатке питания в условиях аэрации дрожжевые клетки сначала быстро используют запасные углеводы, затем наступает протеолиз белковых веществ с распадом до аммиака, выделяющегося в среду.
В случае подкисления среды ниже рН 4,0 необходимо при помощи аммиачного раствора, подаваемого в дрожжерастительный аппарат, вместо сернокислого аммония доводит рН до нормы. Чтобы предотвратить под-щелачивание среды, необходимо подачу мелассовых и солевых растворов отрегулировать в соответствии со скоростью роста и размножения дрожжей.
При подщелачивании среды иногда нарушается фосфорное питание дрожжей. Фосфорнокальциевые соли переходят в нерастворимые трикальцевые фосфаты, способствующие пенообразованию. Обильную пену в дрожжерастительном аппарате не удаётся погасить добавкой пеногасителя.
Отклонения рН среды в процессе выращивания приводят к понижению выхода и к ухудшению качества дрожжей. [2,с.138]
Дрожжи растут и размножаются в широких пределах колебаний температуры среды. Оптимальная скорость роста дрожжей при температуре 29-300С. И понижается при температуре 23- 27 0С. Повышенная температура 34 - 40 0С тормозит рост и размножение дрожжей сахаромицетов и не влияет на рост несахаромицетов. В мелассо-вых растворах с низкой концентрацией СВ несахаромицеты размножаются в 5 - 7 раз быстрее, чем сахаромицеты. В концентрированных растворах они размножаются медленно, а некоторые виды микоторулы совсем не проявляют способности к росту и размножению.
Повышенная температура отрицательно влияет на выход и качество дрожжей: если при температуре 30 0С выход составляет 90 %, то при 38 0С он уменьшается до 78 %. Подъёмная сила и бродильная энергия таких
