хідних процесів , що протікають між нагрівальними елементами ферментатора і живильним середовищем і обумовлених теплофізичними властивостями агрегату. У результаті такого технічного рішення, з'ясовного з погляду обмежень температурного градієнта розчину ферментатора і продиктованого специфікою об'єкта управління, інерційністю теплових процесів при нагріванні ферментатора за рахунок подаваного теплоносія стає порівнянної зі швидкістю розвитку колонії мікроорганізмів і вимірюється годинами. Таким чином, надмірна температура, яку вносить калорифером, T 2=k 2 p T кал p + 1 u, де T 2 - надмірна температура, обумовлена ??життєдіяльністю мікроорганізмів, де k 2 - коефіцієнт підсилення, u - керування електроприводом, що змінює кут повороту клапана витрати теплоносія, T кал - штучно збільшені постійна часу перехідних теплових процесів (не плутати з позначенням температур T 1 T 2 T 3 T)
При постійно підтримуваної концентрації поживних речовин в ферментаторі N max=k 3 · K, де k 3 - коефіцієнт пропорційності, тобто максимальна концентрація визначається температурним режимом, оскільки K має максимальне значення при температурі T живильного розчину ферментатора, найбільш сприятливою для росту мікроорганізмів. На температурний режим ферментатора рівноваги вплив робить температура зовнішнього середовища T 3.
Структурна схема традиційної системи управління температурою ферментатора представлена ??на ріс.4.15.
Рис. 4.15. Структурна схема САУ температурою ферментатора з ПІД-регулятором
Моделювання традиційної САУ при наступних параметрах об'єкта управління: ие робить температура зовнішнього середовища ki=0,25, kp=0,2, kd=0,25, k 1=10 - 12, k 2= 1, k 3=5? 10 грудня, T кал=10 4 с - 1, a=50, b=20; у разі пуску ферментатора з початкової температури T=T 3=20 C о, до T=T зад=50 C о, відповідної сталому режиму роботи з максимальним показником зростання колонії мікроорганізмів показує, що при ПІД-регулюванні в системі неминуче присутній перерегулирование (рис.4.16).
Рис. 4.16. Результати моделювання динаміки САУ з ПІД-регулятором; зліва - температура ферментатора T, C o; праворуч - концентрація N, 10 12/см 3; t вим. в годинах
система автоматичний управління інтелектуальний
Причому, у випадку досить великого показника k 1 власного тепловиділення біохімічного синтезу, неможливо знайти такі коефіцієнти ПІД-регулятора, при яких перерегулирование відсутня. Це обумовлено тим, що САУ побудована за принципом зворотного зв'язку по температурі ферментатора, і зовсім не враховує внутрішнє тепловиділення, що відбувається в ферментаторі в результаті життєдіяльності мікроорганізмів. З погляду регулятора, внутрішньо тепловиділення T 1 формально є зовнішньою обурює перешкодою. Тому, при стабілізації температури ферментатора T виникає парадоксальна ситуація: компенсуючи вплив на тепловий баланс внутрішнього тепловиділення, цієї «нібито перешкоди», ПІД-регулятор провокує її прояв, оскільки змінюючи температурний режим ферментатора, він опосередковано змінює власне тепловиділення процесу біохімічного синтезу. Ситуація нерозв'язна традиційними методами теорії управління, оскільки неможливо ввести зворотний зв'язок, що враховує тільки внутрішній приплив тепла за рахунок власного тепловиділення. Побічно можна оцінити це надлишкове теплопоступленія, знаючи концентрацію мікроорганізмів у ферментаторі. Однак, більш менш точну оцінку N можливо отримати тільки в результаті лабораторних досліджень, тобто така швидкість отримання інформації прийнятна тільки для оцінки статичної сталого режиму роботи ферментатора, а для управління динамікою процесу потрібен датчик, який здійснює миттєву оцінку концентрації N. В якості такого датчика може бути використано пристрій, що оцінює концентрацію мікроорганізмів по ряду непрямих моментально вимірюваних величин: якось прозорість розчину (оптичні датчики), концентрація продуктів життєдіяльності (датчики хімічного складу) і т.п. Однак, зважаючи на специфіку мікробіологічних процесів, такий датчик матиме істотну погрішність, тому отриману оцінку N не можна використовувати як коригуючого сигналу при синтезі управління. Використання ж традиційної системи з ПІД-регулятором і неминучим перерегулюванням не завжди прийнятно, оскільки перевищення оптимальної температури ферментації негативно позначається на якості кінцевого продукту процесу ферментації; в іншому випадку з перерегулюванням цілком можна було б миритися: на динаміці зростання колонії мікроорганізмів воно позначається несуттєво.
Тим не менш, можливо побудувати систему управління, що оперує при стабілізації температурного режиму ферментатора такий дуже приблизною оцінкою концентрації N. Для нечіткої системи управління досить буде інтерпретувати концентрацію мікроорганізмів у поняттях «мало», «середньо», «багато», що цілком м...
