Автоматизована система управління мікрокліматом для камер сушки лікарських рослин на основі інноваційних засобів

Abstract

Кваліфікаційна магістерська робота присвячена розробленню програмно-апаратного комплексу автоматизованої системи керування процесом сушіння рослинної сировини на базі підвісної мобільної робототехнічної системи. Актуальність роботи зумовлена потребою підвищення енергоефективності, завадостійкості та точності контролю параметрів мікроклімату в промислових сушильних камерах шляхом впровадження безконтактного індуктивного живлення та мобільних засобів сканування простору. Об’єктом дослідження є процес автоматизованого керування температурно-вологісними режимами середовища сушильної камери. Предметом дослідження є математичні моделі тепломасообмінних та електромагнітних процесів, алгоритми адаптивного PID-регулювання та програмно-апаратні засоби мобільного моніторингового комплексу. Метою роботи є розроблення комплексної системи, що забезпечує безконтактне енергозабезпечення робота під час руху, прецизійне вимірювання параметрів мікроклімату, формування керуючих рішень для виконавчих механізмів та візуалізацію стану енергосистеми й камери в реальному часі. У роботі проаналізовано сучасний стан автоматизації сушильних процесів, виконано порівняльний та патентний огляд бездротових систем передачі енергії. Розроблено функціональну архітектуру АСК, математичну модель тракту IPT у MATLAB, алгоритми адаптивного керування, UML-моделі взаємодії компонентів, а також програмну логіку для промислового контролера та людино-машинний інтерфейс . Тестування та аналіз перехідних процесів показали високу завадостійкість і коректну реакцію системи на зовнішні температурні та координатні збурення. Також розглянуто питання охорони праці, виробничої санітарії та безпеки використання розробленого комплексу. The qualification master’s thesis is devoted to the development of a software and hardware complex of an automated control system for the drying process of plant raw materials based on a suspended mobile robotic system. The relevance of the work is driven by the need to increase energy efficiency, noise immunity, and the accuracy of microclimate parameters control in industrial drying chambers through the implementation of inductive power transfer and mobile spatial scanning tools. The object of research is the process of automated control of temperature and humidity regimes in the drying chamber environment. The subject of research is mathematical models of heat-and-mass transfer and electromagnetic processes, adaptive PID-control algorithms, and software and hardware components of the mobile monitoring complex. The purpose of the work is to develop a comprehensive system that provides contactless energy supply to the robot during movement, precision measurement of microclimate parameters, generation of control decisions for actuators, and real-time visualization of the energy system and drying chamber status. The thesis analyzes the current state of automation in drying processes and provides a comparative and patent review of wireless power transfer systems. The functional architecture of the automated control system, a mathematical model of the IPT path in MATLAB, adaptive control algorithms, UML models of component interaction, as well as software logic for a programmable logic controller and a human-machine interface have been developed. Testing and analysis of transient processes demonstrated high noise immunity and correct system response to external temperature and coordinate disturbances. The issues of occupational health and safety, industrial sanitation, and the safe operation of the developed complex are also considered.