Вельмицкая И.Е., Иноземцева Е.Ю.

Восточноукраинский национальный университет имени Владимира Даля, Украина

Разработка нечеткой системы управления автоматическим процессом производства теста

Повышение эффективности управления является актуальной проблемой в условиях растущей сложности технологического оборудования, процессов и систем.

Оперирование расплывчатыми понятиями в теории нечетких множеств максимально приближает описание объекта управления к обычной человеческой речи, что значительно облегчает построение модели системы.

Процесс приготовления теста является одним из основных и наиболее длительным этапом, во многом предопределяет качество будущего хлеба. К основным операциям, качество выполнения которых значительно влияет на технологические свойства теста, относят дозирования сырья и полуфабрикатов, их смешивания и замес, а также брожения.

Замес теста - важнейшая технологическая операция, от которой во многом зависит дальнейший ход технологического процесса и качество хлеба.

Для замеса теста на предприятиях хлебопекарной промышленности применяют тестомесильные машины. Процесс замеса заключается в смешивании муки, воды, дрожжей, соли, сахара-песка, масла и других продуктов в однородную массу, придании этой массе необходимых физических и механических свойств и насыщении ее воздухом с целью создания благоприятных условий для брожения.

Дрожжевое тесто можно приготовить опарным и безопраным способами.

Технология приготовления опары зависит от сорта муки, ее хлебопекарных свойств, рецептуры изделия и многих других факторов. При производстве пшеничного хлеба влажность опары должна быть 47—50%, булочных изделий — 44—46 %, что объясняется различной нормой влажности теста для этих изделий. Влажность опары снижают при переработке слабой муки, чтобы задержать дезагрегацию клейковины. Если клейковина муки короткорвущаяся, влажность опары повышают на 2—3%. Количество прессованных дрожжей для приготовления опары (по рецептуре) составляет 0,5—4 %.

Входными (управляющими) переменными замеса теста являются расходы компонентов (муки, опары, соли, сахара, жира), подаваемых соответствующими дозаторами. Выходными (управляемыми) переменными могут быть выход теста, влажность, вязкость, температура, кислотность теста и др. Это наиболее важные показатели процесса, рекомендуемые технологическими инструкциями.

Основным регулируемым параметром данного процесса является поддержание требуемой влажности теста на выходе из тестомесительной машины. Влажность определяется с помощью сверхвысокочастотного влагомера. Этот параметр регулируется изменением расхода подаваемой в аппарат опары с добавками из станции дозирования.

Модель технологического процесса производства теста приведена на рисунке 1.

Рис.1. Модель технологического процесса производства теста

где x (t) - расход опары на входе в тестомесильной машине; y (t) - влажность теста (регулируемый параметр), Y (t) - приведенная влажность теста (безразмерная величина 0 ... 1), u (t) - управляющий воздействие (0 ... 1), z (t) - изменение подачи опары на входе в объект.

В качестве регулятора выступает нечеткий регулятор.

В качестве входных переменных «error» и «rate» выбрана ошибка системы, между заданным значением влажности теста (%) и ее фактическим значением и скорость изменение ошибки.

Для входной переменной «error» определим 5 треугольных термов (рис. 2): NB - отрицательно высокая, NS - отрицательно низкая, ZЕ - нулевая, PS - положительная низкая, PB - положительная высокая.

Рис. 2. Входная переменная «error»

Для входной переменной «rate» определим 3 треугольных термов (рис. 3): N - отрицательная, Z - нулевая, P – положительная.

Рис. 3. Входная переменная «rate» в редакторе функций принадлежности

Исходной переменной «out» является степень открытия клапана, в диапазоне [-1, 1].

Определим 5 треугольных термов (рис. 4): NB - отрицательно высокая, NS - отрицательно низкая, Zе - нулевая, PS - положительная низкая, PB - положительно высокая.

Рис. 4. Выходная переменная «out»

Логика работы нечеткого регулятора представлена в таблице 1:

Таблица 1

Логика работе нечеткого регулятора

error rate	NB	NS	ZE	PS	PB
N	NB	NS	NS	PB	PB
Z	NB	NS	ZE	PS	PB
P	NB	NB	PS	PS	PB

Рисунок 5 иллюстрирует зависимость выходной переменной «out» от входных переменных «error» и «rate» на всем интервале.

Рис. 5. Поверхность системы нечеткого логического вывода

Таким образом, на основе изучения технологии и особенностей процесса, разработан алгоритм системы нечеткого управления процессом производства теста. Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшения качества производимой продукции, а также ее себестоимости. Внедрение специальных автоматических устройств способствует безаварийной работе оборудования, исключает случаи травматизма.

Литература:

1. Зверева Л.Ф., Немцова З.С., Волкова Н.П., Технология и технохимический контроль хлебопекарного производства: Учебное пособие. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983.- 416 с.

2. Гостев В.И. Нечеткие регуляторы в системах автоматического управления. Киев: Издательство «Радиолюбитель», 2008. - 972 с.