Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Столбовская Алла Александровна. Исследование и разработка автоматизированной системы управления процессом влаготепловой обработки сои с целью инактивации антипитательных веществ : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : Владикавказ, 2005 192 c. РГБ ОД, 61:05-5/3720

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

Глава 1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ВЛАГОТЕПЛОВОИ ОБРАБОТКИ СОИ
КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 13

  1. Анализ основііьіх аспектов и проблем построения систем управления сложными технологическими объектами 13

  2. Технологические свойства продуктов кулинарной обработки бобовых 30

  3. Особенности организации и ведения процесса инактивации антипитлтельных соединений, содержащихся в сое и соевых продуктах 36

  4. современное состояние технологии и исследований в области моделирования и управления процессом инактивации антипитательнбгх веществ в сое и соевых продуктах 43

  5. Общая постановка задачи оптимального управления процессом инактивации антипитальных веществ в сое и соевых продуктах .... 59

1.6. Основные выводы и постановка задачи исследования 68

Глава 2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ ОСНОВНЫХ КАЧЕСТВЕННЫХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ АВТОКЛАВИРОВАНИЯ И
СВЧ-ОБРАБОТКИ АНТИПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ СОИ
72

2.1. Формализация качественных показателей инактивации

антипитательных веществ сои при автоклавировании 72

2.2. Формализация качественных показателей инактивации

аптипитательньгх веществ сои при СВЧ-обработке 77

  1. Формализация качествені іьіх показателей инактивации антипитательных веществ сои при комбинироваі II ЮМ СПОСОБЕ 90

  2. Выявление влияния содержания уреазы на содержание ингибитора трипсина при реализации различных процессов 93

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ОСНОВНЫХ

ПРОЦЕССОВ ВЛАГОТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ СОИ С
ЦЕЛЬЮ ИНАКТИВАЦИИ АНТИПИТАТЕЛЬНЫХ
ВЕЩЕСТВ
98

  1. Выявление зависимости величины уреазы от некоторых параметров процессов 98

  2. Получение математической модели процессов автоклавирования и СВЧ-обработки путем расчета многофакторного уравнения регрессии 101

  3. Получение моделей процессов автоклавирования и СВЧ-обработки методом линейно-кусочной аппроксимации 109

  1. Математическая модель процесса автоклавирования (зависимость уреазы от температуры и времени) ПО

  2. Математическая модель процесса СВЧ-обработки (зависимость уреазы от частоты и времени) 114

  3. Математическая модель процесса комбинированной обработки 118

Глава 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ИНАКТИВАЦИИ АНТИПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ СОИ
124

4.1. Постановка задачи оптимального управления процессом

ВЛАГОТЕПЛОВОЙ обработки сои 124

4.2. АНАЛИЗ основных проблем и выбор метода структурного СИНТЕЗА
СИСТЕМЫ управления процессом 125

  1. Выбор варианта организации САР технологических параметров процесса влаготепловой обработки сои 139

  2. Формирование и анализ вариантов структур СУ процессом инактивации антипитательных веществ сои 151

  3. Формализация задачи определения оптимальных заданий локальным регуляторам СУ процесса влаготепловой обработки сои 157

  4. Основные структурные решения при разработке СУ процессом инактивации антипитательных веществ сои 160

  5. Алгоритм функционирования СУ процессом инактивации

антипитательных веществ сои 165

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 168

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 171

Введение к работе:

Актуальность работы.

Рыночная экономика жестко диктует необходимость обновления ассортимента продуктов питания богатых белками, исключая дорогостоящие- В настоящее время разработана возможность их замены растительным протеином, в первую очередь, за счет соевого белка. Но использование соевого белка в питании сдерживается из-за содержания в нем ряда таких антипитательных веществ, как ингибитор трипсина, уреаза, гемагглютин, липоксидаза и другие.

Для решения этой проблемы сою и продукты ее переработки следует подвергать влаготепловой обработке. Судя по анализу литературных данных, существует множество способов инактивации антипитательных соединений соевых продуктов, которые сводятся к 3 основным; физическим, биохимическим и комбинированным. При этом каждый инактивационный фактор избирательно действует на отдельное антипитательное вещество.

До настоящего времени нет единой точки зрения на эффективность того или иного технологического способа тестирования сои, но при этом все шире стали использоваться комбинированные способы влаготепловой обработки, сочетающие действие 2-х и более инактивационных фактора. В частности, ещё в 1986 году XJ. Chen et.al. свидетельствуют о высоком качестве инактивации антипитательных веществ соевой муки под действием СВЧ- обработки в сочетании с пропариванием.

Одной из важнейших задач предприятий, работающих в жестких условиях рыночной экономики, является конкурентоспособность: стабильность высокого качества продукции, снижение себестоимости производства вследствие снижения, прежде всего, энергетических и трудовых затрат, и как следствие увеличение спроса, а следовательно и увеличение производительности.

Рост интенсивности технологических процессов пищевого производства, повышение требований к объему и качеству выпускаемой продукции и снижению затрат при производстве продуктов питания - все это определяет жесткие требования к системам управления соответствующими технологическими процессами и объектами в целом.

За последние 10-15 лет наблюдается быстрое изменение и усложнение технологических схем пищевого производства и их аппаратурного оформления, существенная интенсификация технологических процессов. Одновременно весьма ощутимо вырос уровень автоматизации производственных процессов и, как следствие, значительно усложнились проектные решения. Появление широкой номенклатуры приборов и средств автоматизации, быстродействующей вычислительной техники и совершенных математических методов переработки информации в корне изменили системы управления (СУ), Наиболее характерным стало построение многоуровневых иерархических систем, широкое использование в системах управления цифровых вычислительных машин, человеко-машинных комплексов, значительное повышение требований к эффективности и надежности СУ, Наряду с этим определилась тенденция к быстрому обновлению СУ, В этих условиях возникла необходимость использования новых подходов к их созданию, позволяющих комплексно решать проблему повышения уровня автоматизации с целью повышения эффективности реализуемых технологический процессов.

Все это определяет актуальность и необходимость поиска эффективных технологических решений и соответствующего аппаратурного оформления процессов, реализующих новые способы влаготепловой обработки сои на основе применения новых научных подходов к разработке современных методов термической обработки, базирующихся на основных положениях системного анализа, с использованием современных технологических способов, систем контроля, управления и высокоэффективных информационных технологий, обеспечивающих все необходимые и достаточные условия наблю-

даемости и управляемости реализуемых процессов в условиях накладываемых возмущений и управлений.

Проведенный анализ затронутой проблемы показал, что широкому внедрению эффективных систем управления указанными процессами препятствует отсутствие единого подхода к комплексной проблеме их разработки и реализации. Повышение эффективности создания таких систем связано, в первую очередь, с созданием и совершенствованием специализированных математических моделей технологических процессов. При создании таких систем возникают многочисленные задачи, требующие анализа поведения объекта в статических и динамических режимах. Поэтому одной из главных проблем становится исследование и разработка эффективных и легко реализуемых машинно-ориентированных методов и алгоритмов управления такими процессами, обеспечивающих необходимую точность и качество.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка математической модели, алгоритмов и автоматизированной системы оптимального управления процессом влаготепловой обработки сои комбинированным способом, сочетающим автоклавирование и СВЧ-обработку, для разрушения антипитательных веществ, с использованием оперативной информации об активности уреазы и ингибитора трипсина в продукте.

Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1. Системный анализ проблем инактивации ант и питательных веществ сои; различных подходов и способов технологической реализации процессов инактивации антипитательных веществ; путей и методов повышения эффективности реализации аппаратурного оформления технологического процесса и системы управления им. Исследование и постановка задачи создания системы оптимального автоматизированного управления процессом инактивации анти питательных веществ в сое и соевых продуктах

  1. Исследование и разработка комбинированного способа влаготепловой обработки сои, сочетающего автоклавирование и СВЧ-обработку. и системы оценки качества инактивации антипитательных веществ в сое.

  2. Выбор методологической основы и разработка математической модели процесса влаготепловой обработки сои, ориентированной на использование ее при оптимизации режимов ведения технологических процессов; проведение исследований изменений параметров инактивизации антипитательных веществ в сое; экспериментальное исследование эффективности разработанной модели на основе данных, полученных на промышленном объекте.

  3. Выбор системы основных показателей процесса, оценивающих эффективность управления и формирование системы технологических условий и ограничений, определяющих допустимость реализуемых технологических режимов.

  1. Исследование статических и динамических режимов процесса влаготепловой обработки сои в широком диапазоне входных воздействий с целью выявления характерных особенностей процесса; постановка и формализация задачи управления; выбор метода и разработка машинно-ориентированных алгоритмов решение задачи оптимального управления процессом влаготепловой обработки сои комбинированным способом, сочетающим автоклавирование и СВЧ-обработку.

  2. Формирование оптимальной структуры системы оптимального управления процессом влаготепловой обработки сои и выбор технических средств, обеспечивающих реализацию оптимальных режимов ведения процесса; разработка алгоритма функционирования СУ.

Методы исследования. Проводимые исследования базировались на положениях технической кибернетики, методах статистического анализа, методах математического моделирования статического и динамического поведения сложных технологических объектов, методах оптимизации, методах

синтеза и анализа САР технологических параметров, имитационного компьютерного моделирования функционирования сложных объектов и систем управления ими.

Научная новизна работы;

1. Проведен системный анализ процесса влаготепловои обработки сои как объекта управления, результаты которого позволили поставить и формализовать задачу оптимального управления и выявить основные задачи, решение которых необходимо для разработки системы оптимального управления процессом.

2-Предложен новый способ аппаратурной и технологической организации процесса влаготепловои обработки сои и соевых продуктов на базе комбинированного способа, сочетающего автоклавирование и СВЧ-обработку. Научная новизна разработанного способа обработки сои подтверждена патентом РФ № 2003123642/13(024983).

  1. Разработаны и исследованы математические описания всех основных процессов, протекающих в технологической схеме комбинированной влаготепловои обработки сои, ориентированные на использование их при оптимальном управлении на базе современных программно-технических средств и информационных технологий.

  2. Выбрана эффективная методология и разработана оптимальная структурная организация двухуровневой системы оптимального управления процессом влаготепловои обработки сои, удовлетворяющей всем необходимым требованиям структурной управляемости и наблюдаемости,

5. Поставлена и формализована задача определения оптимальных за
даний локальным САР параметров технологических процессов двухуровне
вой системы оптимального управления.

Практическая значимость работы:

1, На основании проведенного системного анализа проблем инактивации антипитательных веществ сои предложен новый эффективный и легко

реализуемый в производственных условиях подход к организации процесса влаготепловой обрабоїки сои и соевых продуктов с использованием автоматизированной системы управления, базирующейся на современных программно-технических средствах и информационных технологий.

  1. Выбрана методологическая основа и разработана математическая модель технологического процесса влаготепловой обработки сои при комбинированного способе, сочетающем автоклавирование и СВЧ-обработку, ориентированная на использование ее при двухуровневом оптимальном управлении технологическим объектом,

  2. Выбрана система основных показателей процесса, оценивающих эффективность управления, и сформирована система технологических условий и ограничений, определяющих допустимость реализуемых технологических режимов.

  3. Выбран метод и разработаны универсальные машинно-ориентированные алгоритмы решения задачи оптимального управления процессом влаготепловой обработки сои комбинированным способом; разработана оптимальная структура двухуровневой системы оптимального управления процессом влаготепловой обработки сои, удовлетворяющей всем необходимым условиям структурной управляемости и наблюдаемости, и обеспечивающей повышение биологической и пищевой ценности, а также увеличение рентабельности производства соевых продуктов; разработай алгоритм функционирования СУ в условиях накладываемых возмущений и управлений.

  4. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при проектировании систем управления аналогичными объектами. Предложенные методы и алгоритмы используются в учебном процессе в СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов в области технологической переработки пищевых продуктов.

Обоснованность и достоверность научных положении и выводов

подтверждается:

результатами экспериментальных исследований;

результатами вычислительных экспериментов;

соответствием теоретических и экспериментальных исследований;

работоспособностью предложенных методов и алгоритмов управления.

На защиту выносятся:

1. Разработанные математические модели всех основных процессов,

протекающих в технологической схеме комбинированной влаготепловой обработки сои,

  1. Новый технологический способ влаготепловой обработки сои, сочетающий автоклавирование и СВЧ-обработку и основные структурные и аппаратурные решения его организации. Система основных показателей процесса, оценивающих эффективность управления, и система технологических условий и ограничений, определяющих допустимость реализуемых режимов ведения процесса,

  2. Метод структурного синтеза систем управления, основанный на эволюционном принципе и обеспечивающий удовлетворение всех необходимых требований структурной наблюдаемости и управляемости объекта; машинно-ориентированные алгоритмы решение задачи оптимального управления процессом влаготепловой обработки сои комбинированным способом.

  3. Структура и алгоритмы функционирования иерархической системы оптимального управления процессом влаготепловой обработки сои, обеспе-

чивающей повышение биологической и пищевой ценности, а также увеличение рентабельности производства соевых продуктов; результаты исследования эффективности разработанной системы оптимального управления.

Апробация работы. Основные положения работы и ее результаты были доложены и обсуждены на III Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, образовании, экономике» (Владикавказ, 2003), а также на конференциях: «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2003); «Новые и редкие растения Северного Кавказа» (Владикавказ, 2003); «Устойчивое развитие горных территорий : проблемы и перспективы интеграции науки и образования» (Владикавказ, 2004); «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2004); «Проблемы рационального использования растительных ресурсов» (Владикавказ, 2004).

Личный вклад автора, Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 печатных работах, в том числе 1 патент РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 187 страниц машинописного текста, 25 рисунков, 22 таблицы и список литературы из 217 наименований.

Подобные работы
Шведов Николай Георгиевич
Автоматизация и управление процессом многолезвийной механической обработки на основе динамического моделирования технологической системы
Плаксин Павел Леонидович
Разработка и исследование системы управления электроприводом ленточной раскройной машины
Багаева Мадина Эдуардовна
Исследование и разработка системы оптимального управления процессами приготовления смеси сухих компонентов и тонкого сухого помола в электродном производстве
Лопаткина Мария Васильевна
Исследование и разработка системы автоматического управления температурными режимами в процессе текстурирования синтетических нитей
Виниченко Светлана Николаевна
Разработка и исследование системы автоматического управления процессом шлихтования в пене
Святский Михаил Александрович
Исследование и разработка системы оперативной аттестации измерительных головок на станках с ЧПУ
Черный Сергей Петрович
Разработка и исследование систем управления пиролизными установками мобильного типа на базе нечеткой логики
Куделин Александр Руфович
Исследование и разработка системы оптимального управления межклетевым охлаждением на широкополосных станах
Служенко Сергей Юрьевич
Разработка и исследование систем управления производством труб большого и сверхбольшого диаметра
Белухин Виктор Анатольевич
Исследование и разработка систем весового дозирования мясного сырья для приготовления колбасного фарша и паштетной массы

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net