БАГАТОКРИТЕРІАЛЬНА ОПТИМІЗАЦІЯ АДАПТИВНИХ СИСТЕМ КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСАМИ ВОДООЧИЩЕННЯ З ВИКОРИСТАННЯМ НЕЧІТКОЇ ЛОГІКИ

Анотація

Статтю присвячено розробленню та дослідженню методології багатокритеріальної оптимізації адаптивних систем керування процесами водоочищення та знезараження на основі інтеграції класичних методів автоматичного керування із сучасними алгоритмами. Метою дослідження є створення комплексної системи керування, що забезпечує високу якість питної води за мінімізації енергетичних та ресурсних витрат через використання адаптивних ПІД-регуляторів, нечіткої логіки та генетичних алгоритмів оптимізації. Об’єктом дослідження є процеси знезараження води в умовах невизначеності параметрів та динамічних змін якості вихідної води. Предметом дослідження є алгоритми адаптивного керування та багатокритеріальної оптимізації для систем водоочищення з використанням Level-2 S-Function-блоків у середовищі MATLAB/Simulink. Для досягнення поставленої мети проаналізовано математичні моделі кінетики знезараження води на основі моделі Чіка – Вотсона з урахуванням температурних залежностей, впливу pH та динаміки розпаду дезінфектантів. Виходячи з вимог до якості процесу знезараження, що передбачає забезпечення нормативних показників якості питної води згідно з ДСТУ 7525:2014, мінімізацію споживання реагентів та енергетичних витрат, сформульовано задачу багатокритеріальної оптимізації з використанням методу NSGA-II. Ураховуючи нелінійний характер процесів та наявність збурюючих факторів, обґрунтовано доцільність застосування гібридної архітектури, що поєднує адаптивні ПІД-регулятори з нечіткими алгоритмами керування. Розроблено структуру адаптивного регулятора з нечітким контуром настроювання параметрів, визначено функції приналежності для вхідних та вихідних лінгвістичних змінних, а також сформовано базу правил нечіткого виводу. Детально досліджено Level-2 S-Function-блок water_tank_level2 із реалізацією гідродинамічних рівнянь та динаміки концентрації хлору, що показав стабільну роботу з перерегулюванням 10,55% для рівня води та 2,06% для концентрації хлору. Дослідження, проведені з використанням імітаційної моделі в MATLAB/ Simulink, показали ефективність запропонованої методології та доцільність застосування багатокритеріальної оптимізації для підвищення якості регулювання та економії ресурсів.