СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БАЗОВОЙ И ОБОБЩЁННОЙ ГИБРИДНЫХ АНИМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА ОЗОННОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

Abstract

Разработка цифровых двойников процессов водоподготовки требует применения математических моделей, обеспечивающих одновременно физическую адекватность, вычислительную эффективность и возможность интеграции с интеллектуальными алгоритмами управления. В работе выполнен сравнительный анализ двух вариантов цифрового описания процесса озонной очистки воды: базовой анимационной модели с двумя основными переменными состояния и обобщённой гибридной модели, учитывающей суммарные загрязнители, органические вещества, соединения железа и марганца, бактериальную нагрузку, кислотность среды (pH) и температурный режим. Исследование проведено на основе численного моделирования с использованием единого интеллектуального контура управления MPC-подобного типа, что обеспечило сопоставимость результатов и позволило объективно оценить влияние структуры математической модели на качество управления.
Установлено, что базовая модель характеризуется меньшими значениями среднеквадратической и интегральной ошибок регулирования, а также более низким интегральным расходом управляющего воздействия благодаря упрощённому представлению загрязняющей нагрузки. В свою очередь, обобщённая гибридная модель обеспечивает более полное описание процессов потребления озона, учитывает многокомпонентный состав исходной воды и воспроизводит физико-химические закономерности озонирования с более высокой степенью достоверности. Показано, что увеличение расхода озона и ошибок регулирования при использовании обобщённой модели обусловлено не снижением эффективности интеллектуального управления, а усложнением математического описания объекта и перераспределением озона между несколькими каналами окисления.
Научная новизна работы заключается в сравнительном исследовании базовой и обобщённой гибридных моделей процесса озонной очистки воды при использовании единой структуры прогнозирующего управления, что позволило выделить влияние исключительно математической модели на характеристики интеллектуальной системы. Практическая значимость результатов состоит в обосновании применения обобщённой модели в качестве вычислительного ядра цифрового двойника и интеллектуального анимационного интерфейса водоочистной установки, предназначенных для анализа, прогнозирования и оптимизации технологических режимов