Місюра М.Д.

Національний університет харчових технологій, Україна

ВИКОРИСТАННЯ МЕТОДІВ НЕЛІНІЙНОЇ ДИНАМІКИ ДЛЯ ПРОЦЕСІВ БРАГОРЕКТИФІКАЦІЇ В СПИРТОВІЙ ГАЛУЗІ

Технологічні процеси брагоректифікації є останньою стадією в технологічному комплексі виробництва спирту. Ці процеси характеризуються нестабільністю технологічних параметрів, високим енергоспоживанням, складністю проходженням процесів масообміну. Незважаючи на наявність високого рівня автоматизації процесів брагоректифікації, слід зазначити, що системи управління не завжди дають можливість оперативного реагування на зміни різних технологічних ситуацій, викликаних флуктуацією якісних характеристик сировини, рівнем невизначеності поведінки процесів брагоректифікації, сукупним діянням різноманітних збурень.

Брагоректифікаційні установки (БРУ) виробництва спирту є складними об’єктами автоматизації, що мають багатоцільову поведінку, причому цілі змінюються в залежності від ситуації, яка склалася в об’єкті на поточний час. Це призводить до зниження ефективності прийняття рішення через велику розмірність управляючих дій в реальному масштабі часу.

Технологічні процеси брагоректифікації проявляють складну поведінку при відносно простих, детермінованих внутрішніх законах функціонування, тобто виникають хаотичні дисипативні просторово-часові структури. Моделі та методи, які використовуються при моделюванні хаотичної поведінки в БРУ, повинні враховувати їх важливі особливості, які відбиваються в часових рядах спостережень за технологічними та режимними показниками (наприклад, високий рівень концентрації домішок, неоднорідність фазового простору, зміна параметрів системи із часом та ін.). При цьому особлива увага приділяється визначенню наявності нелінійностей та хаосу в динаміці, оскільки від цієї особливості кардинально змінюється поведінка технологічних об’єктів. Існують різноманітні тести і методи, які дозволяють встановити наявність нелінійностей та хаосу в часових рядах.

Задачею наукового дослідження є використання сучасної теорії автоматичного керування, методів системного аналізу, нелінійної динаміки і хаосу, дослідити поведінку процесів брагоректифікації, сформувати алгоритми управління, представити структуру системи автоматизації. Застосування нових підходів, методів нелінійної динаміки дозволить істотно підвищити якість висновків про наявність або відсутність детермінованого хаосу в поведінці процесів брагоректифікації.

Алгоритм комплексного аналізу технологічних систем та процесів, представлених часовими рядами методами нелінійної динаміки (теорії хаосу) містить у собі такі основні етапи:

1. Етап візуалізації, аналізу та попередньої обробки часового ряду.

2. Обчислення метричних характеристик, що дозволяють діагностувати тип динаміки.

3. Побудова прогнозу: або локального, шляхом пошуку близьких траєкторій, або глобального, шляхом реконструкції атрактора або побудови предиктора (специфічної прогнозної функції).

В роботі розглядається етап візуалізації, що був проведений з використанням графічного тесту Гілмора.

Досліджувались часові ряди змінювання ряду технологічних параметрів БРУ. Як приклад, наведені результати досліджень часового ряду температури верху бражної колони БРУ. Аналіз результатів проведення графічного тесту Гілмора вказує на змінювання характеру хаотичної поведінки об’єкта в різні періоди: спостерігається лабільність областей переміжності, варіація типів джокерів, змінюються періоди та частотний спектр циклів (рис. 1а-1в).

На рис. 1а видно характерні суцільні лінії, що свідчать про присутність у системі точкового джокера. На рис. 1б представлено більш складну структуру – на ньому присутні «порожні» області, що не містять точок, і області з паралельними відрізками. Наявність «порожніх» областей свідчить про розриви у відображенні, а відрізки прямих – про «шумові» цикли, тобто ця картина характерна для систем з інтервальним джокером. На рис. 1в приведено тест Гілмора для часового ряду, на якому чітко видно інтервальний джокер із наявними руслами складного частотного спектру.

а б

в

Рис. 1. Графічний тест Гілмора температури верху бражної колони БРУ.

В результаті дослідження часових рядів отримана оцінка утворених просторово-часових структур в результаті еволюції системи: були визначені області русел – детермінований хаос і області інтервальних джокерів – зони стохастичної поведінки, виявлені параметри порядку і керуючі параметри основних технологічних змінних.