Cukoripar, 1998 (51. évfolyam, 1-4. szám)

1998-01-01 / 1. szám

CUKORIPAR LI. évfolyam (1998) 1. szám belül szabadon választhatjuk meg (pl. a sebesség ra­­cionális szám lehet csak). — A független változók értékeinek megadása után megoldjuk az egyenletrendszert, vagyis kiszámol­juk a többi, vagyis a függő változók értékeit. Ezeket azért nevezzük függő változóknak, mert értéküket a független változók értéke és a felállított egyenlet­rendszer (általában) egyértelműen meghatározza, értékük a független változók értékeinek kombináci­ójától függ. Példánkban tehát, ha ismert a kezdőse­besség iránya és nagysága, akkor bármelyik időpil­lanatra (ez is független változó) megoldva az egyenletrendszert, kiszámíthatjuk a megtett utat, a pillanatnyi sebességet, gyorsulást stb., vagyis a füg­gő változók értékeit.­­ A függő és a független változók értékei jellemzik a szimulált rendszer (eldobott kő) egy állapotát. Szimulációnak (alaphelyzetben) tehát a változókkal és az egyenletrendszerrel modellezett rendszer egy, a függet­len változók értékei alapján meghatározott állapotát, a cukoripari gyakorlatban egy üzem állapotát nevezzük. Fontos megjegyezni, hogy a matematikai modell (az egyenletrendszer) szempontjából bármelyik változó „ki­nevezhető” független változónak, ezek száma azonban egyenlő kell legyen a rendszer szabadságfokával. Ha en­nél kevesebb változónak adunk értéket, akkor a rendszer határozatlan lesz (az egyenletrendszert nem tudjuk meg­oldani), ha ennél többnek adunk értéket, akkor a megol­dott egyenletrendszerben (általában) a változóknak két különböző értéke is lesz. (amit nem mindig veszünk ész­re). Esetünkben tehát a kezdősebesség iránya, nagysága és az eltelt idő helyett megválaszthatnánk a pillanatnyi se­besség irányát és nagyságát, valamint a megtett utat, vagy bármelyik tetszés szerinti 3 változót, mint a rendszer füg­getlen változóját. Ebben az esetben a kezdősebesség nagysága és iránya, valamint az eltelt idő lesz a függő változó. Határozatlan lenne a feladat, ha pl. csak a kezdő­­sebesség irányát és az eltelt időt adnánk meg, viszont túl­határozott lenne, ha a kezdősebesség irányán, értékén, az eltelt időn túlmenően megadnánk pl. a sebességet. A gyakorlatban általában a szimulációt végző szakem­ber célja dönti el, hogy melyik változót tekinti független változónak. A tüzér számára például a cél iránya és távol­sága fontos, ebből számítja ki az ágyú csövének irányát a háromdimenziós térben. Az ejtőernyősöknél azonban már egyáltalán nem közömbös az idő sem (nem beszélve ar­ról, hogy a szél hatását figyelembe nem vevő, modellje nem is használható). A Kutatóintézet gyakorlatában kiala­kult szóhasználat szerint azokat a változókat, melyek érté­keit a gyakorlatban is meghatározhatjuk, a modellezett rendszer természetes független változójának nevezzük. Modelljeinket igyekszünk úgy felépíteni, hogy a progra­mot kezelő szakember lehetőleg a természetes független változók értékeit választhassa meg, mely értékek megha­tározzák a rendszer egy üzemállapotát. A cukoripari nagy rendszerek (hőséma, cukoroldali sé­ma) elméletben nagyon sok szabadságfokúak, hiszen elv­ben tetszés szerint választhatjuk meg az egyes berendezé­sek paramétereit, a működési paramétereket (pl. a pép szárazanyag-tartalmát, túltelítettségét, a fedővíz mennyi­ségét stb.). Két okból is nagy hibát követünk el, ha ezt a gyakorlatban is így végezzük el. Egyrészt a sok változási lehetőség gyakorlatilag áttekinthetelenné teszi a rend­szert, másrészt megengedhetetlen, hogy az egyes állomá­sok ne a berendezéstől (pl. a kristályosító típusa), a fel­adattól (megkívánt cukorminőség) és a répaminőségtől függő optimumnál üzemeljenek. Modellezés szempontjá­ból elvileg a műveleti paraméterek független változóknak tekinthetők, de mivel értékük megoldása (pép száraz­­anyag-tartalom:92%) egy egyenletet is jelent, ezért a to­vábbiakban a műveleti paramétereket általában nem te­kintjük a rendszer független változójának. Még egyszer hangsúlyozzuk: a műveleti paraméterek értékét az állo­más optimális működése érdekében határozzuk meg. Ké­sőbb látjuk, hogy ezeket akkor tekintjük csak független változónak, ha hibatartományuknak az egész rendszerre gyakorolt hatását elemezzük. A cukoripari gyakorlatban a nagy rendszereknél a rend­szerek stacionárius modelljeit alkalmazzuk. Ez azt jelenti, hogy a rendszer időbeli változásait figyelmen kívül hagy­juk, úgy tekintjük, mintha az egész rendszer időben állan­dósult állapotban lenne. Stabil rendszereknél ez az egy­szerűsítés általában elfogadható, ha a feltételezett állan­dósult állapotot azonosnak tekintjük a rendszer átlagos ál­lapotával. Ez a közelítés azért is elfogadható, mert alap­vető célunk a rendszerek időbeli stabilitásának biztosí­tása. Különbséget kell tenni egy rendszer szimulált és mérési adatok alapján meghatározott üzemállapotai között. Mé­rési adatokból a rendszer egy adott időpontban fennálló, tényleges üzemállapotát határozhatjuk meg. Mivel a cu­koripari rendszerek (hőséma, cukoroldali séma) eléggé bonyolultak, néhány paraméter mérési adatából a rend­szer többi változójának értékét számoljuk. Ehhez szintén a rendszer matematikai modelljét (képletgyűjtemény) használjuk, de más adatokat kell független változónak, bemenő adatnak tekinteni. Cukoroldali példánál maradva, a szörpváltás mértékét a pépek mért elemzési adataiból határozhatjuk meg. A rendszer szimulációjakor a szörp­váltást állandónak tekintjük és ebből határozzuk meg a szörpök mennyiségét és minőségét (sz.a. tartalom, tiszta­ság, szín). A szimulációs program nem más, mint az egyenletrend­szer megoldását segítő eszköz. Az intelligens cukorgyári programok ezen túlmenően tartalmazzák a rendszer fel­építéséhez, az adatok beadásához és az eredmények kiírá­sához szükséges felhasználóbarát részeket is. Egy rend­szer felépítése, például a cukoroldali séma berendezései­nek, az anyagáramok forrásainak és nyelőinek meghatá­rozása, az intelligens programoknál automatikusan felál­lítja a matematikai modellt, vagyis a változókat és az egyenletrendszert. A vizsgálni kívánt rendszer felépítése után következik a tényleges szimuláció, melynek során a rendszer független változóinak értéket adva a program ki­számítja a változók értékeit (ezzel a rendszer egy üzemál­lapotát) és ezeket, megfelelően rendezve, a felhasználó rendelkezésére bocsátja. Az igazán jó programok lehető­vé teszik a sorozatvizsgálatokat, vagyis a független válto­zók értékeinek olyan, bizonyos rendszer szerinti értékso­rozatából adódóan az üzemállapotok olyan sorozatának meghatározását, amely igen értékes információkat ad a rendszer viselkedésére vonatkozóan. Ilyen sorozatvizsgá­lat pl. a sűrűsé osztás arányának változtatása, amivel le­

Next