Разработка системы управления установкой пиролиза отходов агропромышленного комплекса с использованием нечеткой логики

Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Technology audit and production reserves; Vol. 4 No. 2(60) (2021): Information and control systems; 16-21
Technology audit and production reserves; Том 4 № 2(60) (2021): Інформаційно-керуючі системи; 16-21
Technology audit and production reserves; Том 4 № 2(60) (2021): Информационно-управляющие системы; 16-21
ISSN: 2664-9969
2706-5448
Popis: The object of research is the control system for the pyrolysis reactor of agricultural waste (plant biomass). The subject of research is the stability and the value of the calorific value of synthesis gas formed by pyrolysis of plant biomass. The biggest problem of the technological object (the pyrolysis reactor of agricultural waste) is the high sensitivity of the heating value of synthesis gas to disturbances in the composition of plant biomass. This sensitivity is expressed as a square law of the amount of oxidant required to achieve a high calorific value. Another problem is the deviation of certain time constants of the control object, caused by changes in the chemical composition of the plant biomass. The built control system provides a high calorific value of the generated syngas by determining the composition of the waste, pyrolysis by determining the composition of the generated syngas in a separate isoenthalpic device, and stabilizes it. Information on the composition of raw materials allows to calculate the optimal parameters for the pyrolysis process, and, accordingly, update the controller's task. This information also makes it possible to compensate for changes in the time constants of the control object caused by changes in the chemical composition of raw materials, which made it possible to achieve a high robustness of the system. Compensation for these changes was carried out by training a regression polynomial. The training was carried out on test sets of time constant deviations. The resulting polynomials were used for convolution with membership functions of a fuzzy controller. Such a convolution made it possible to obtain the following membership functions that ensure compliance with the control quality parameters close to those obtained without deviations in the time constants. Simulation of the constructed control system showed a significantly reduced sensitivity of the calorific value to the composition of raw materials, and also revealed a low sensitivity of the control quality from the deviations of the time constants of the control object caused by disturbances in the chemical composition of the waste. The method by which the control system for the pyrolysis reactor was built differs from the existing ones in that the use of information on the composition of the pyrolyzed substance is used to accurately calculate the optimal values of the pyrolysis parameters, as well as to mutate the membership functions of the fuzzy controller. The method can be used in other similar systems designed for the pyrolysis of organic substances in order to expand their scope. In particular, for the integration of such systems into technological objects, they are more sensitive to deviations in the calorific value of the gas used as fuel.
Объектом исследования является система управления реактором пиролиза отходов агропромышленного комплекса (растительной биомассы). Предметом исследования является стабильность и величина теплотворной способности синтез-газа, образованного путем пиролиза растительной биомассы. Наибольшей проблемой технологического объекта – пиролизного реактора отходов агропромышленного комплекса – является высокая чувствительность теплотворной способности синтез-газа к возмущениям состава растительной биомассы. Эта чувствительность выражается квадратичной зависимостью от количества окислителя, необходимого для достижения высокой теплотворной способности. Другой проблемой является отклонение определенных постоянных времени объекта управления, вызванная изменениями химического состава растительной биомассы. Построенная система управления обеспечивает высокую теплотворную способность образованного синтез-газа путем определения состава пиролизирующихся отходов, с помощью определения состава образованного синтез-газа в отдельном изоэнтальпийном устройстве, и стабилизирует ее. Информация о составе сырья позволяет вычислить оптимальные параметры для процесса пиролиза, и соответственно, обновить задачу регулятора. Также эта информация позволяет компенсировать изменения постоянных времени объекта управления, вызванные изменениями химического состава сырья, что позволило достичь высокой робастности системы. Компенсация этих изменений проводилась путем обучения регрессионного полинома. Обучение проводилось на тестовых наборах отклонений постоянных времени. Полученные полиномы использовались для свертки с функциями принадлежности нечеткого регулятора. Такая свертка позволила получить следующие функции принадлежности, обеспечивающие соблюдение параметров качества управления, близких к тем, которые получены без отклонений постоянных времени. Моделирование построенной системы управления показало значительно пониженную чувствительность теплотворной способности от состава сырья, а также выявило низкую чувствительность качества управления от отклонений значений постоянных времени объекта управления, вызванные возмущениями химического состава отходов. Метод, с помощью которого была построена система управления для пиролизного реактора, отличается от существующих тем, что использование информации о составе пиролизирующегося вещества используется для точного вычисления оптимальных значений параметров пиролиза, а также для мутации функций принадлежности нечеткого регулятора. Метод можно использовать в других подобных системах, предназначенных для пиролиза органических веществ с целью расширения их сферы применения. А именно, для интеграции таких систем в технологические объекты, более чувствительные к отклонениям теплотворной способности газа, используемого в качестве топлива.
Об’єктом дослідження є система управління реактором піролізу відходів агропромислового комплексу (рослинної біомаси). Предметом дослідження є стабільність і величина теплотворної здатності синтез газу, утвореного шляхом піролізу рослинної біомаси. Найбільшою проблемою технологічного об’єкту – піролізного реактору відходів агропромислового комплексу – є висока чутливість теплотворної здатності синтез-газу до збурень складу рослинної біомаси. Ця чутливість виражається квадратичною залежністю від кількості окисника, необхідного для досягнення найвищої теплотворної здатності. Іншою проблемою є відхилення певних сталих часу об’єкта управління, викликана змінами хімічного складу рослинної біомаси. Побудована система керування забезпечує високу теплотворну здатність утвореного синтез-газу, шляхом визначення складу відходів, що піролізуються за допомогою визначення складу утвореного синтез-газу в окремому ізоентальпійному пристрої, і стабілізує її. Інформація про склад сировини дозволяє обчислити оптимальні параметри для процесу піролізу, і відповідно, оновити завдання регулятора. Також ця інформація дозволяє компенсувати зміни сталих часу об’єкта управління, викликані змінами хімічного складу сировини, що дозволило досягнути високої робастності системи. Компенсація цих змін проводилася шляхом навчання регресійного поліному. Навчання проводилось на тестових наборах відхилень сталих часу. Отримані поліноми використовувалися для згортки з функціями приналежності нечіткого регулятора. Така згортка дозволила отримати такі функції приналежності, що забезпечують дотримання параметрів якості керування, близьких до тих, що отримані без відхилень сталих часу. Моделювання побудованої системи керування показало значно знижену чутливість теплотворної здатності від складу сировини, а також виявило низьку чутливість якості керування від відхилень значень сталих часу об’єкта управління, викликаних збуреннями хімічного складу відходів. Метод, яким було побудовано систему керування для піролізного реактора, відрізняється від існуючих тим, що використання інформації про склад речовини, що піролізується, використовується для точного обчислення оптимальних значень параметрів піролізу, а також для мутації функцій приналежності нечіткого регулятора. Метод можливо використовувати в інших подібних системах, призначених для піролізу органічних речовин з метою розширення їх сфери застосування. А саме, для інтеграції таких систем в технологічні об’єкти, більш чутливі до відхилень теплотворної здатності газу, що використовується як паливо.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: