Обоснование способа адаптивного управления процессом доения коров

Одним из актуальных вопросов в области машинного доения является разработка адаптивных технологий управления процессом доения.

Важным подходом к управлению процессом машинного доения является изменение рабочих параметров доильного аппарата, в частности глубины подсоскового вакуума, в зависимости от интенсивности молокоотдачи в каждой фазе доения по долям вымени. При этом в зависимости от интенсивности молокоотдачи в каждой фазе доения поддерживается определённое значение глубины вакуума под соском, способствующее безопасному и наиболее полному молоковыведению [1]. Анализ кривых молоковыведения [2] показал, что для повышения эффективности машинного доения необходима адаптация процесса доения по долям вымени, то есть выдаивание животных в индивидуальном режиме с учетом особенностей переходных характеристик каждой доли вымени.

Путём математического описания физиологических процессов в работах [1], [2] получены математические модели узлов доильного аппарата.

При дальнейшем анализе использованы:

– математическая модель вымени

Т3 -+ + P = T4 -г + kP + кзРi -kp - ksSn; ц      a      nn dt            dt

T5 ^”7 + pc = T6 ~~В + kgpe + T7 —p + k 10Sn + T8 pnr — k 11 pn + k 12рц • dt             dt                dt                dt                  ;

– динамическая модель доильного аппарата dp

^T -   ,  + P 4 = k 18 P 2 ;

dt dp

T1  dt + pM = k І^сФ .1 + k 2 pk 1 + k 3асф.2 + k 4 pk 2 + k 5^сф ..3 + k 6 pk 3 + k 7^сф .4 + k 8 pk 4 + dp

+ k 9aa + k 19 рш + T2 —— ; dt dpс

^T 3 J, + p c    ^k 10 p у ;

dt dp

^T 4 -T" + p 3 = ^k 1i ^a 8 + ^k 12 p уп . + ^k 13 p 2 ;

dt dpdp

T5     + p 2 = k i4a8 + k 15p 3 + k i6a9 + k 17p 4 + T6

dtdt

– постоянные времени;

k 1 , k 2 , k 3 , k 4 , k 5 , k 6 , k 7 , k 8 , k 9 , k 10 , k 11 , k 12 , k 13 , k 14 , k 15 , k 16 , k 17 , k 18 , k 19 –

где Т 1 , Т 2 , Т 3 , Т 4 , Т 5 , Т 6, T 7 , Т 8 фициенты;

a ₈ , a ₉ - дроссели;

p – мгновенные значения давлений пульсатора;

p a – атмосферное давление;

α сф1-4 – проводимости сфинктеров сосков;

p k 1-4 – давление в молочной и сосковой цистерне вымени;

• p ц – давление в цистерне вымени;

• p н – наружное давление, действующее на цистерну вымени;

• p c – давление, оказывающее воздействие на соски вымени;

• p в – глубина вакуума;

P п – значение давления под соском;

S п – площадь соска, на которую действует давление p c ;

Р м – давление, с которым молоко вытесняется из альвеолярной ткани;

Р у – соответственно давление в управляющей камере пульсатора.

На основании анализа моделей, их идентификации были получены значения постоянных времени и коэффициентов, являющихся статистическими характеристиками. Полученные математические модели послужили исходным материалом для построения компьютерных моделей, разработанных в среде Matlab.

На основании анализа результатов компьютерного моделирования и исследований физиологов был предложен способ адаптивного управления процессом дое- передаточные коэф- ния. Значения постоянных времени и передаточных коэффициентов приведены в [1].

Целью настоящих исследований являлось обоснование способа адаптивного управления процессом доения.

Такой способ адаптивного управления процессом доения, включающий выдаивание с одновременным измерением интенсивности молоковыведения и изменение длительности такта сосания в зависимости от характеристик молоковыведения, можно реализовать следующим образом. В качестве характеристик молоковыведения используют интенсивность и скорость изменения интенсивности молоковыведения.

После надевания доильного аппарата в подсосковом пространстве доильных стаканов устанавливают глубину вакуума, равную 0,8 p_H . Через период времени 4 т_ср глубину вакуума под соском ступенчато увеличивают на значение A p и затем через период времени 4 т_ср по переходной характеристике интенсивности молоковы-ведения вычисляют значение постоянной времени процесса нарастания молоковыве-дения данной доли вымени т_6і и скорость изменения молоковыведения на данном интервале времени.

Переходная характеристика изменения интенсивности молоковыведения q (t) в начале доения и график изменения ваку- ума под соском вымени во времени приведены на рисунке 1.

Если интенсивность молоковыведе-ния увеличилась, то глубину вакуума под соском снова повышают на Ap на период времени 4 тв1, если уменьшилась - то оставляют на прежнем уровне. Далее в про- цессе доения через каждый промежуток времени, равный 4 тв1, вычисляют скорость изменения интенсивности молокоотдачи и при ее возрастании повышают глубину вакуума под соском Ap . При этом учитывают, чтобы вакуум под соском не превышал значения, равного 1,1 p .

Рис. 1. Переходная характеристика изменения интенсивности молоковыведения q ( t ) в начале доения и график изменения вакуума под соском вымени во времени

При снижении интенсивности моло-ковыведения подают в подсосковое пространство воздух атмосферного давления на промежуток времени т_в1 , в конце которого вычисляют постоянную времени процесса снижения интенсивности молоковы-ведения т, и под соском устанавливают номинальную глубину вакуума p .

Переходная характеристика изменения интенсивности молоковыведения q (t) в конце доения и график изменения вакуу- ма под соском вымени во времени приведены на рисунке 2.

Затем через каждый промежуток времени 4т_к1 подают поочередно в подсосковое пространство доильного стакана воздух атмосферного давления на период т_к, . Далее снова вакуум p .

Так продолжается до тех пор, пока интенсивность молоковыведения по доле вымени не снизится до значения, равного 3,3 г/с. Причем период времени т - сред- нее значение постоянной времени процесса нарастания интенсивности молоковыведе-ния для данной породы коров, p – номинальная глубина вакуума в подсосковом пространстве для данного типа доильного аппарата, а 0,01 pH < Ap < 0,1 pH.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для адаптивного управления доением необходимо в процес- се выдаивания каждого соска вычислять присущие именно ему динамические характеристики – постоянные времени моло-ковыведения и молокоотдачи и уточнять коэффициенты передаточных функций, внося изменения в режим управления, что обеспечит безопасное и наиболее полное молоковыведение.

Рис. 2. Переходная характеристика изменения интенсивности молоковыведения q ( t ) в конце доения и график изменения вакуума под соском вымени во времени