Система автоматического управления периодическим процессом ферментации Советский патент 1991 года по МПК C12Q3/00 

ности, соединенного с одним из пхо- дов второго сумматора 8, другой вход которого подключен к выходу релейного блока 9, связанного с выходом первое сумматора 6.

Контур стабилизации расхода воздуха на аэрацию содержит связанный с первичным преобразователем расхода 10 датчик 11, подключенный к входу регу- лятора 12, связанного с исполнительным механизмом 13, установленным на линии подачи аэрирующего воздуха.

Контур стабилизации давления в ферментаторе 1 содержит датчик 14, под- ключеннын к входу регулятора 15, связанного с исполнительным механизмом 16, установлонным на линии отходящих из ферментатора 1 газов.

Схема содержит блок 17 задержки, подключенный к выходу второго сумматора 8, корректируюгрш фильтр 18, подключенный к выходу датчика 2 температуры, выходы блока 17 задержки и корректирующего фильтра 18 подключены к входу третьего сумматора 19, выход которого подключен к входу интегратора 20, четвертый сумматор 21, один вход которого подключен к выходу интегратора 20, другой вход - к выходу второго сумматора 8, выход четвертого сумматора 21 соединен с исполнительным механизмом 22, установленным на линии подачи охлаждающей воды.

Система работает следующим образом.

Заданное значение температуры поступает с выхода блока 3 на вход блока 4 сравнения, на второй вход которого поступает сигнал с выхода датчи- ка 2 температуры. При действии возмущения на выходе блока 4 сравнения возникает рассогласование между заданным значением температуры и фактическим значением. Сигнал рассогласования поступает на вход дифференциатора 5, на вход первого сумматора 6 и н вход блока 7 с зоной нечувствительности.

Результирующий сигнал с выхода пер вого сумматора 6, составленный из суммы сигнала рассогласования и его производной, поступает на вход релейного блока 9, который с учетом знака поступившего на вход сигнала нормирует величину регулирующего воздействия поступающего на один из входов второго сумматора 8. Если величина рассогласования превышает величину

,

0- ю

р15671694

зоны нечувствительности нелинейного блока 7, то на другой вход второго сумматора 8 с выхода блока 7 поступает величина дополнительного воз- действия к регулирующему воздействию, формируемому релейным блоком 9, и суммарный сигнал с выхода второго сумматора 8 поступает на один из входов четвертого сумматора 21. Выходной сигнал датчика 2 тегшературы поступает также на вход корректирующего фильтра 18 с передаточной Функцией вида

( т . « 1 WT «j 1

(1)

w (p)-(TiD±lHTlEil) 1VP k-(T |P-H)()

5

0 5

4Q

0

5

где k - коэффициент усиления объекта по каналу расход охлаждающей воды - температура в ферментаторе;T,T - постоянные времени объекта

по этому же каналу; Т, ,1.2 - настроечные параметры;

р - оператор Лапласа. Передаточная функция объекта по каналу расход охлаждающей воды - температура, в (Ъерментаторе имеет вид

(2)

k е

WO(P)()()

где с - время запаздывания.

С учетом формул (1) и (2) выражение для выходного сигнала корректирующего Лильтра 18 в операторной форме можно записать следукнтим образом:

((р)(и,Р)-0У г-;тт,

(3)

- регулирующее воздействие ре- лейного блока 9 и нелинейного блока 7 с зоной нечувствительности .

где

и

Выбирая Т, «Т, и ,

можно

обеспечить на выходе корректирующего фильтра 18 значение сигнала (в частностиА

при

, )

F(t)U(t-Ј)+F(t-C), (4)

который содержит информацию о возмущении и регулирующем воздействии. Чтобы разделить эту информацию выходной сигнал корректирующего фильтра 18 поступает на вход третьего сумматора 3, на второй вход которого поступает инвертированный сигнал с выхода блока 17 задержки. В результате на выходе третьего сумматора 19 значение сигнала определяется выражением

16

F(t)F(t)-U(t-t)U(t-C)+F(t-Ј)- -UU-t)FU-C),(5)

если fl(t-c)U(t-Ј).

Таким образом, из выражения (5) следует, что при равенстве параметров передаточной функции корректирующего фильтра 18 и передаточной функции объекта по рассматриваемому каналу и при постоянстве запаздывания V выходной сигнал третьего сумматора 19 содержит информацию о внешнем неизмеряемом возмущении F. Поскольку величина возмущения по изменению выходного сигнала датчика 2 температуры с помощью корректирующего фильтра 18, имеющего передаточную функцию (1), определяется точно только О, Т{ Tj, 0 и постоянных параметрах объекта (2), что не выполняется в периодическом процессе ферментации, то с учетом динамических свойств объекта (Ферментатора) величина компенсирующего воздействия определяется с помощью сигналов U() и F(t), поступающих, с выхода третьего сумматора 19 на вход интегратора 20. Величина на выходе интегратора 20 определяется выражением Ј

(t)-U(t-Ј)dt, (6)

где Up - регулирующее воздействие,

компенсирующее влияние возмущения F на качество регулирования температуры; Т - настроечный коэффициент. Выходной сигнал интегратора 20 поступает на вход четвертого сумматора 21, на другой вход которого поступает регулирующее воздействие (J с выхода второго сумматора 8, определяющее динамику системы при возмущении .

Регулирующее воздействие

с выхода четвертого сумматора 21 поступает на вход исполнительного механизма 10, посредством которого обеспечивается компенсация влияния возмущения F на отклонение температуры в ферментаторе 1.

При снижении величины отклонения до величины зоны нечувствительности нелинейного блока 7 с зоной нечувствительности воздействие на выходе блока 7 отсутствует и процесс регули5

1694

рования температуры определяется

только регулирующим воздействием Ц% релейного блока 9, которое пройдя второй сумматор 8 и четвертый сумматор 21 поступает на вход исполнительного механизма 10. В результате работы интегратора 20 вырабатывается регулирующее воздействие, которое, прой- .Q дя четвертый сумматор 21, полностью

компенсирует возмущение F. В этом случае на выходе корректирующего фильтра 18 отслеживается только величина регулирующего воздействия (J , поступающая 5 на вход исполнительного механизма 10 с выхода второго сумматора 8. При этом на выходе третьего сумматора сигнал обнуляется, так как выходные сигналы блока 17 задержки U(t-c) и кор- 0 ректирующего фильтра 18 O(t-f) равны. При нулевом входном сигнале интегратора 20 прекращает интегрирование и на вход четвертого сумматора 21 поступает с выхода интегратора 20 сиг- 5 нал, компенсирующий влияние возмущения на процесс регулирования температуры. Вследствие этого при изменившемся возмущении нет необходимости делать перерасчет системы. При этом с 0 помощью релейного блока 9 реализуются регулирующие воздействия, обеспечивающие в установившемся режиме минимальные отклонения температуры от оптимальной при максимальных возмущаю- , щих воздействиях. Последние компенсируются регулирующим воздействием, формируемым с помощью корректирующего фильтра 18, третьего сумматора 19, блока задержки 17 и интегратора 20.

0

Формула изобретения

Система автоматического управления периодическим процессом фермента5 ции по авт. св. № 1413135, о т л и- чающаяся тем, что, с целью повышения точности, система содержит блок задержки и последовательно соединенные корректирующий Лильтр, тре0 тий сумматор, интегратор и четвертый сумматор, причем вход корректирующего фильтра соединен с выходом датчика температуры, второй вход третьего сумматора - с выходом блока задержки,

е входом соединенного с выходом второго сумматора, который соединен с исполнительным механизмом на линии подачи охлаждающей воды через четвертый сумматор.

Изобретение относится к автоматическому управлению процессами ферментации и может быть использовано в микробиологической, медицинской, химико-фармацевтической и пищевой промышленности. Цель изобретения - повышение точности системы и увеличение выхода целевого продукта за счет повышения качества управления. Система содержит контур регулирования температуры в ферментаторе, блок задания оптимальной температуры, контур стабилизации расхода воздуха на аэрацию, контур стабилизации давления, включающий последовательно соединенные датчик, регулятор и исполнительный механизм, установленный на линии отходящих из ферментатора газов. Новым в системе автоматического управления является то, что она дополнительно снабжена блоком задержки и последовательно соединенными корректирующим фильтром, третьим сумматором, интегратором и четвертым сумматором, при этом вход корректирующего фильтра соединен с выходом датчика температуры, входы блока задержки и четвертого сумматора подключены к выходу второго сумматора, а выходы их соединены соответственно с вторым входом третьего сумматора и исполнительным механизмом на линии подачи охлаждающей воды. 1 ил.