CC BY
46
ния от оптимального режима вспашки в основном влияют на расход топлива, и в меньшей степени — на производительность.
Изложенная в статье теория применима для тракторов различного класса тяги и почв с любыми характеристиками. Полученный алгоритм определяет требования к вновь проектируемому трактору с учетом прогнозируемых оптимальных значений расхода топлива и производительности.
Список литературы
1. Парфенов, А.П. К методике прогнозирования показателей удельной материалоемкости тракторов / А.П. Пар-
фенов, В.А. Ротенберг // Тракторы и сельхозмашины. — 1978. — № 9. — С. 6-9.
2. Кнесевич, И.П. О совершенствовании оценки металлоемкости машин / И.П. Кнесевич, С.С. Дмитриченко,
В.А. Ротенберг // Тракторы и сельхозмашины. — 1981. — № 10. — С. 1-2.
3. Кутьков, Г.М. Удельная конструкционная масса сельскохозяйственного трактора как показатель его технического уровня / Г.М. Кутьков, А.П. Парфенов // Тракторы и сельхозмашины. — 1987. — № 2. — С. 12-15.
4. Горячкин, В.П. Собрание сочинений. — М.: Колос, 1968. — Т. 1. — 720 с.
5. Антипин, В.П. Влияние динамических характеристик двигателя на энергозатраты трактора / В.П. Антипин, Е.Н. Власов, Г.В. Каршев, А.Я. Токин // Вестник: сб. науч. тр. — М.: МГАУ, 2004. — № 4 (9). — С. 25-29.
УДК 631.36-52
А.Н. Васильев, канд. техн. наук, профессор А.А. Васильев, инженер
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия»
С.В. Маркова, канд. техн. наук, доцент
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ АКТИВНЫМ ВЕНТИЛИРОВАНИЕМ ПРИ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРАХ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
В работах [1, 2] показано, что оптимальное управление процессом сушки зерна активным вентилированием возможно за счет изменения производительности подачи вентилятора. Анализ энергозатрат на сушку зерна активным вентилированием показывает, что на их увеличение значительно влияет использование нагревательных элементов калорифера, поэтому при расчете оптимальной подачи вентилятора обязательно нужно учитывать энергозатраты на подогрев воздуха. В этом случае целевая функция энергозатрат имеет вид
8,333 -10_10 Q
/ \ 0,95
rAW
ус3 ДЄ
х
(0,0064Q +1,089 10“6 Q2 )/
Л
(1)
+ 6 10-4 Qcvув(F - 65)] х
х
r AW
С, Д0
Т Т Л“1,9 d0,24 /1,07 Tc ~Tм “пр ‘ Q-0,69
v273 + Тс/
0,31
при граничных условиях 2,778 • 10“7 Q(0,0064Q +1,089 • 10“6 Q2 )/
6 10-4 Qcvу (F - 65) < 18;
0,003Q Q > 0.
-0,69
rAW \сз Aöy
ч0,95
T - TM v273 + Tc,
< 7,5;
-1,9 ,0,24,1,07
(2)
0,24 1 dnp l
< X '
0,31 _ np’
где Q — подача вентилятора, м3/ч; Р — относительная влажность воздуха, %; I — толщина зернового слоя, м; П — кпд вентилятора; ув — удельный вес воздуха, кг/м3; й — приведенный диаметр зерна; г — теплота парообразования, Ккал/кг; скрытая теплота парообразования: АЖ = — Щ_, %; сз — удельная теплоемкость зер-
на, °С-кДж/кг; А9 — начальный температурный напор атмосферного воздуха: А9 = Тн — 9н (здесь Тн — температура воздуха, подаваемого в слой зерна, °С; 9н — начальная температура зерна; Тс — температура сушильного агента: Тс = Тн, °С; Тм — температура адиабатического насыщения воздуха (показания мокрого термометра), °С; тпр — предельное время активного вентилирования, ч.
Второе неравенство в граничных условиях предусматривает, что мощность калорифера не может быть больше 18 кВт.
В выражении (1) и в системе уравнений (2) присутствует переменная Г, изменяемая в течение времени. Ее необходимо учитывать при поиске оптимальной подачи вентилятора. Возможны два варианта поиска оптимального значения Q. В первом случае на основании прогноза изменения влажности и температуры атмосферного воздуха находят такую подачу вентилятора, которая остается постоянной в течение всего времени сушки, но обеспечивает минимальные энергозатраты. Во втором случае принимают, что параметры атмосферного воздуха остаются постоянными в течение определенного времени (например, 3 ч). Для данных параметров воздуха рассчитывают оптимальную подачу вентилятора, которая остается постоянной в течение указанного времени. По истечении данного времени оптимальную подачу находят для изменившихся параметров атмосферного воздуха. Процесс продолжается до тех пор, пока зерно не достигнет требуемой влажности.
Для моделирования системы управления разработана модель оптимальной САУ. В качестве базового программного продукта использована программа МАТЬАВ с пакетом БтиЫпк. Машинно-структурная схема такой САУ, приведенная на рис. 1, содержит две подсистемы: Ка1оп/ег и Б\о] гвта. В первой моделируются процессы изменения температуры и влажности атмосферного воздуха при его подогреве. Принято, что мощность нагревательных элементов калорифера регулируют плавно, чтобы относительная влажность воздуха на выходе калорифера не превышала 65 %.
Блоки 1ух, Г задают суточный график изменения температуры и относительной влажности ат-
мосферного воздуха. Блоки Wn, Tau задают начальную влажность зерна и текущее время вентилирования. Блок tm предназначен для расчета температуры, измеренной по мокрому термометру для воздуха на выходе из калорифера. В схему введен блок оптимизации NCD OutPort, позволяющий минимизировать суммарные энергетические затраты на сушку зерна. При таком варианте моделирования в рабочем окне MATLAB задается начальное значение производительности вентилятора Q, а в процессе моделирования блок оптимизации определяет его оптимальное значение.
При настройке блока оптимизации указывают желаемое значение минимизируемого параметра. В исследуемом случае это 60 кВтч. В процессе моделирования в рабочем окне блока NCD OutPort отображаются графики (рис. 2) изменения оптимизированного параметра. Так, нижняя кривая на рис. 2 соответствует оптимальному результату. В процессе оптимизации оптимальная подача составила 19 073 м3/ч при полных энергозатратах на сушку 59,46 кВтч. Неудобство заключается в том, что оптимизация энергозатрат не учитывает изменение влажности зерна. Поэтому оптимизацию необходимо проводить по двум параметрам Q и Wk.
Для этого в схему моделирования необходимо добавить еще один блок NCD OutPort на выход по каналу Wk. Оптимизация по двум параметрам дала следующие результаты: подача 19 919 м3/ч при полных энергозатратах на сушку 67,03 кВтч; конечная влажность зерна 13,94 %.
Блок оптимизации NCD OutPort позволяет находить оптимальные параметры и в условиях неопределенности. Эту способность можно использовать для задания интервала изменения параметров атмосфер-
tin=f(Q,tvx,Pkf) S1°j zel'na Рис. 1. Машинно-структурная схема САУ с блоком оптимизации
Response Response Response
Time (s)
Рис. 2. Иллюстрация процесса оптимизации в рабочем окне блока NCD OutPort
б
Рис. 3. Результаты работы блоков оптимизации:
а — по параметру «энергозатраты»; б — по параметру «влажность зерна»
а
ного воздуха без явного задания графиков их суточного изменения. Проверим эффективность работы системы в таком случае. В соответствии с ранее приведенными графиками суточного изменения температуры и относительной влажности воздуха для июля заданы диапазоны их изменения: для относительной влажности 46.. .81 %, для температуры 18.29 °С. В процессе моделирования использован метод Монте-Карло для задания значений температуры и относительной влажности в указанном диапазоне. Оптимизация в условиях неопределенности дала следующие результаты: за 10 ч вентилирования зерно высохло до 14,9 %, при энергозатратах 65,12 кВтч; оптимальная подача вентилятора составила 19 000 м3/ч. Результаты работы блоков оптимизации показаны на рис. 3.
Моделирование процесса сушки при данной подаче, но при суточном графике изменения температуры и относительной влажности показало, что зерно просушено до влажности 14,1 % за 9 ч при энергозатратах 58,84 кВтч.
В процессе поиска оптимального значения производительности вентилятора в условиях неопределенности по графику суточного изменения температуры и относительной влажности воздуха получен достаточно точный результат. Следовательно, данную методику можно использовать в алгоритме функционирования оптимальной САУ процессом сушки зерна активным вентилированием.
Список литературы
1. А.с. 1423150. Способ автоматического управления процессом активного вентилирования зерна / А.Н. Васильев, М.М. Фомичев, Б.А. Карташов, С.В. Новоселов. — Опубл. 05.05.88. Бюл. № 14.
2. Васильев, А.Н. Проблемы оптимального управления сушкой зерна активным вентилированием /А.Н. Васильев // 1-я Междунар. научно-прак-тич. конф. «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)». — Москва, МГАУ, 2002. —
С.80-83.
