SANOAT OBYEKTLARINI KESKIN O'ZGARUVCHAN HARORAT SHAROITIDA ISSIQLIK BILAN TA'MINLASHNING ADAPTIV REJIMINI ISHLAB CHIQISH VA TAHLILI

Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal November, 2025 83 DOI: https://10.5281/zenodo.17780232 SANOAT OBYEKTLARINI KESKIN O‘ZGARUVCHAN HARORAT SHAROITIDA ISSIQLIK BILAN TA’MINLASHNING ADAPTIV REJIMINI ISHLAB CHIQISH VA TAHLILI Tojiboyev Suhrobxon Ja’far o‘g‘li Qarshi davlat texnika universiteti dotsenti Eshonqulov Mansur Nasim o‘g‘li Qarshi davlat texnika universiteti dotsenti ANNOTATSIYA Ushbu maqolada sanoat obyektlarini keskin o‘zgaruvchan tashqi harorat sharoitida issiqlik bilan ta’minlash tizimining adaptiv boshqaruv algoritmini ishlab chiqish va tahlil qilish masalasi yoritilgan. Tadqiqotning dolzarbligi O‘zbekistonning kontinental iqlim sharoitida tashqi haroratning katta amplitudali o‘zgarishlari sanoat tizimlarining issiqlik barqarorligiga salbiy ta’sir ko‘rsatishi bilan izohlanadi. Tadqiqotda MATLAB/Simulink muhitida modellashtirish asosida an’anaviy PID va adaptiv PID boshqaruv algoritmlari solishtirildi. Adaptiv tizimda boshqaruv parametrlarining real vaqt rejimida tashqi haroratga moslashuvchan o‘zgarishi hisobga olindi. Natijalar shuni ko‘rsatdiki, adaptiv PID tizimi an’anaviy PID tizimiga nisbatan ichki haroratning tebranish amplitudasini 2–3°C dan 1°C gacha kamaytirgan, barqarorlashish vaqtini esa 45 daqiqadan 22 daqiqagacha qisqartirgan. Shuningdek, umumiy energiya sarfi 14% gacha kamaygan va RMSE(Root Mean Square Error - o‘rtacha kvadratik xatolik) qiymati 1.72°C dan 0.83°C gacha pasaygan. Tadqiqot natijalari issiqlik tizimlarining energetik samaradorligini oshirish, ishlab chiqarish jarayonlarining termik barqarorligini ta’minlash va ekologik chiqindilarni kamaytirishda amaliy ahamiyatga ega. Kelgusida ishlab chiqilgan modelni real sanoat obyektlarida sinovdan o‘tkazish hamda sun’iy intellekt asosidagi o‘z-o‘zini o‘rganuvchi boshqaruv algoritmlari bilan kengaytirish istiqbolli yo‘nalish sifatida tavsiya etiladi. Kalit so‘zlar: adaptiv boshqaruv, issiqlik tizimi, PID algoritm, energiya samaradorligi, modellashtirish, MATLAB/Simulink, harorat o‘zgarishi, termik barqarorlik, energiya tejamkorlik, sanoat obyektlari. Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal November, 2025 84 АННОТАЦИЯ В статье рассматривается разработка и анализ адаптивного режима управления системой теплового обеспечения промышленных объектов в условиях резко изменяющейся наружной температуры. Актуальность исследования обусловлена континентальным климатом Узбекистана, где значительные суточные и сезонные колебания температуры создают трудности для стабильной работы тепловых систем. В работе проведено моделирование в среде MATLAB/Simulink, где сравнивались классический PID-регулятор и адаптивный PID-регулятор, параметры которого изменяются в зависимости от внешней температуры в реальном времени. Результаты моделирования показали, что адаптивный алгоритм снижает амплитуду колебаний внутренней температуры с 2–3°C до 1°C и сокращает время стабилизации с 45 до 22 минут. Общие энергозатраты уменьшились на 14%, а значение RMSE(Root Mean Square Error) снизилось с 1.72°C до 0.83°C. Это доказывает повышение энергетической эффективности и устойчивости работы системы. Предложенная модель имеет практическое значение для повышения энергоэффективности, уменьшения эксплуатационных затрат и снижения выбросов CO₂ в промышленных объектах. В перспективе планируется апробация модели в реальных промышленных условиях и интеграция алгоритмов самообучающегося адаптивного управления на основе искусственного интеллекта. Ключевые слова: адаптивное управление, тепловая система, PIDрегулятор, энергоэффективность, моделирование, MATLAB/Simulink, температурные колебания, термическая стабильность, энергосбережение, промышленные объекты. ABSTRACT This paper presents the development and analysis of an adaptive control strategy for industrial heating systems operating under rapidly changing ambient temperature conditions. The study is motivated by the continental climate of Uzbekistan, where large daily and seasonal temperature fluctuations significantly affect the thermal stability and energy efficiency of industrial heating systems. Using MATLAB/Simulink, a comparative simulation of a conventional PID controller and an adaptive PID controller was carried out. In the adaptive model, the controller parameters dynamically adjust to the external temperature in real time. Simulation results demonstrate that the adaptive PID system reduces indoor temperature oscillations from 2–3°C to 1°C and decreases the settling time from 45 minutes to 22 Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal November, 2025 85 minutes. Furthermore, the total energy consumption was reduced by up to 14%, and the RMSE value decreased from 1.72°C to 0.83°C. These outcomes confirm that adaptive control significantly improves thermal stability and energy performance. The developed approach has practical importance for industrial facilities seeking to reduce operational costs, minimize heat loss, and enhance environmental sustainability. Future research will focus on implementing the model in real industrial systems and integrating AI-based self-learning adaptive control algorithms for predictive energy management and optimization. Keywords: adaptive control, heating system, PID algorithm, energy efficiency, simulation, MATLAB/Simulink, temperature variation, thermal stability, energy saving, industrial facilities. KIRISH Sanoat obyektlarida energiya resurslaridan samarali foydalanish masalasi bugungi kunda global miqyosda dolzarb yo‘nalishlardan biri hisoblanadi. Issiqlik bilan ta’minlash tizimlari bu obyektlarning texnologik jarayonlari, ishlab chiqarish barqarorligi hamda energetik samaradorligini ta’minlovchi muhim infratuzilma qismi sifatida katta ahamiyatga ega. Ushbu tizimlarning optimal ishlashi sanoat korxonalarining iqtisodiy samaradorligiga, ekologik barqarorligiga va texnologik xavfsizligiga bevosita ta’sir ko‘rsatadi. Tadqiqotlar natijasiga ko‘ra, ishlab chiqarish korxonalarida issiqlik energiyasi umumiy energiya sarfining 30–40 foizigacha ulushini tashkil etadi [1]. Shu bois, issiqlik ta’minoti tizimlarini takomillashtirish va energiya sarfini kamaytirish bo‘yicha izlanishlar tobora dolzarb bo‘lib bormoqda. O‘zbekistonning kontinental iqlimi sharoitida tashqi havo haroratining kunlik va mavsumiy tebranishlari yuqori amplitudali bo‘lib, bu holat issiqlik ta’minoti tizimlarining samaradorligiga sezilarli ta’sir ko‘rsatadi. Qishki davrlarda haroratning bir necha soat ichida -20 °C dan +10 °C gacha o‘zgarishi kuzatiladi. Bunday keskin tebranishlar natijasida tizimning barqaror ishlashi qiyinlashadi, energiya sarfi ortadi hamda ichki haroratda noxush o‘zgarishlar yuz beradi. An’anaviy boshqaruv tizimlari, odatda, statsionar rejimda ishlaydi, ya’ni ularning boshqaruv parametrlarini tashqi o‘zgarishlarga qarab dinamik tarzda o‘zgartirish imkoniyati cheklangan. Natijada, bunday tizimlar real vaqt sharoitida muhit o‘zgarishlariga moslasha olmaydi va energiya samaradorligi pasayadi [2]. So‘nggi yillarda avtomatik boshqaruv nazariyasi va raqamli modellashtirish usullarining rivojlanishi issiqlik tizimlarining ishlash samaradorligini oshirish uchun yangi imkoniyatlar yaratdi. Xususan, adaptiv boshqaruv tamoyillari asosida qurilgan Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal November, 2025 86 tizimlar tashqi harorat, yuklama va issiqlik talabining o‘zgarishlariga real vaqt rejimida javob bera oladi. ASHRAE (2021)( ASHRAE — bu “American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers”) tomonidan chop etilgan HVAC (Heating, Ventilation, and Air Conditioning). Systems and Equipment qo‘llanmasida energiya tejamkor boshqaruv strategiyalarining amaliy qo‘llanilishi yoritilgan bo‘lsa [3], Ljung (1999) adaptiv boshqaruvning model identifikatsiyasi va tizim parametrlari o‘zgarishiga moslashuv mexanizmlarini asoslab bergan [4]. Khalil (2002) esa nolinear tizimlarni boshqarish nazariyasi asosida adaptiv algoritmlarning matematik bazasini ishlab chiqqan [5]. Shu bilan birga, mavjud ilmiy ishlarda asosan statsionar yoki yarimstatsionar sharoitlarda ishlovchi tizimlar ko‘rib chiqilgan, keskin o‘zgaruvchan tashqi harorat ta’siridagi real vaqt adaptiv boshqaruv mexanizmlari esa yetarlicha tadqiq qilinmagan. Mavjud adabiyotlar tahlili shuni ko‘rsatadiki, sanoat issiqlik ta’minoti tizimlarida tashqi haroratning tezkor o‘zgarishlariga nisbatan javob tezligini oshiruvchi, energiya sarfini kamaytiruvchi va termik barqarorlikni saqlovchi adaptiv boshqaruv algoritmlarini ishlab chiqish hozircha to‘liq yechimini topmagan. Shu sababli, ushbu tadqiqotning asosiy maqsadi - keskin o‘zgaruvchan tashqi harorat sharoitida sanoat obyektlarini issiqlik bilan ta’minlash tizimi uchun adaptiv boshqaruv rejimini matematik modellashtirish va uning samaradorligini kompyuter simulyatsiyasi yordamida tahlil qilishdan iboratdir. Tadqiqotning ilmiy ahamiyati shundaki, u sanoat obyektlarida adaptiv boshqaruv nazariyasini issiqlik ta’minoti jarayonlariga tatbiq etishning yangi yo‘nalishini taklif etadi. Amaliy jihatdan esa ishlab chiqiladigan adaptiv boshqaruv algoritmi sanoat korxonalarida issiqlik energiyasini boshqarish samaradorligini oshirish, ekspluatatsion xarajatlarni kamaytirish va energiya resurslaridan oqilona foydalanishni ta’minlashga xizmat qiladi. 2. METODLAR (METHODS) 2.1. Tadqiqot obyekti va sharoitlari Tadqiqot obyekti sifatida sanoat binosining issiqlik bilan ta’minlash tizimi tanlandi. Tizimning asosiy elementi — issiqlik generatori (qozon), issiqlik tashuvchi (suv yoki bug‘), issiqlik almashuvchi qurilmalar va ichki haroratni saqlovchi avtomatik boshqaruv konturlaridan iborat. Boshqaruv tizimi tashqi harorat o‘zgarishlariga mos ravishda issiqlik oqimini real vaqt rejimida optimallashtiradi. Tadqiqot shartlariga ko‘ra, tashqi havo harorati –20°C dan +10°C gacha o‘zgaradi. Ichki harorat esa sanoat binolari uchun normativ qiymat sifatida +18°C ± Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal November, 2025 87 1°C diapazonda saqlanishi kerak. Tizimda issiqlik yo‘qotishlar, tashqi harorat tebranishlari va inertsiya omillari hisobga olingan. 2.2. Issiqlik tizimining matematik modeli Tizim dinamikasi quyidagi energiya balans tenglamasi orqali ifodalanadi: bu yerda: Tin - bino ichki harorati (°C), C - binoning issiqlik sig‘imi (J/°C), Qin - issiqlik manbadan kiritilayotgan energiya oqimi (W), Qloss - tashqi muhitga chiqayotgan issiqlik yo‘qotilishi (W). Issiqlik yo‘qotish miqdori tashqi haroratga bog‘liq tarzda quyidagicha aniqlanadi: bu yerda k - issiqlik uzatish koeffitsienti (W/°C), Tout - tashqi havo harorati (°C). Shu asosda tizim differensial tenglamasi quyidagicha yoziladi: Mazkur model tizimning issiqlik dinamikasini tasvirlaydi va keyingi bosqichda boshqaruv algoritmi uchun asos bo‘lib xizmat qiladi. 2.3. Adaptiv boshqaruv algoritmi Issiqlik oqimini boshqarish uchun adaptiv PID (Proportional–Integral– Derivative) algoritmi tanlandi. Bunday tizimda boshqaruv signali quyidagicha aniqlanadi: bu yerda: e(t)=Tset−Tin(t) - xatolik signali, Tset - kerakli ichki harorat (setpoint), Kp, Ki, Kd - mos ravishda proporsional, integral va differensial koeffitsientlar. Adaptivlik mexanizmi shundan iboratki, bu koeffitsientlar tashqi haroratga bog‘liq ravishda real vaqt rejimida yangilanadi: Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal November, 2025 88 bu yerda α va β - moslashuv koeffitsientlari bo‘lib, ular tashqi haroratning o‘zgarish tezligiga mos ravishda tanlanadi. Natijada tizim sovuq sharoitda kuchliroq, iliq sharoitda esa yumshoqroq boshqaruvni ta’minlaydi. Bu energiya tejamkorlikni oshiradi va ortiqcha issiqlik ishlab chiqarilishini oldini oladi. 2.4. Simulyatsiya muhiti va tajriba shartlari Model MATLAB/Simulink muhitida qurildi. Tashqi harorat o‘zgarishi sinusoidal shaklda (−20°C dan +10°C gacha, 24 soatlik siklda) berildi. Tizim parametrlari quyidagicha tanlandi: Parametr Belgilanish Qiymat Bino issiqlik sig‘imi C 1.5×10⁶ J/°C Issiqlik uzatish koeffitsienti k 420 W/°C Dastlabki harorat Tin0 18°C Setpoint harorat Tset 18°C Simulyatsiya davri t 0–24 soat Tizim ikkita holatda sinovdan o‘tkazildi: 1. An’anaviy PID boshqaruv (doimiy parametrlar bilan) 2. Adaptiv PID boshqaruv (parametrlar tashqi haroratga qarab o‘zgaradi) 2.5. Baholash mezonlari Tizim samaradorligi quyidagi ko‘rsatkichlar asosida baholandi: O‘rtacha kvadratik xatolik (RMSE): Energiyani tejash darajasi (%): bu yerda EPIDE - an’anaviy tizim energiya sarfi, Eadapt - adaptiv tizim sarfi. Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal November, 2025 89 Barqarorlashish vaqti: tizimning kerakli haroratga yetish tezligi. 3. NATIJALAR (RESULTS) 3.1. Simulyatsiya ssenariysi Tadqiqotda ishlab chiqilgan adaptiv boshqaruv algoritmining samaradorligini baholash uchun MATLAB/Simulink muhitida modellashtirish o‘tkazildi. Tashqi harorat Tout sinusoidal shaklda –20°C dan +10°C gacha o‘zgaruvchi bo‘lib, 24 soatlik davrda o‘zgarish takrorlanadi. Ichki haroratning normativ qiymati Tset=18°C deb qabul qilindi. Simulyatsiya quyidagi ikki holatda amalga oshirildi: 1.An’anaviy PID boshqaruv tizimi (parametrlari doimiy). 2.Adaptiv PID boshqaruv tizimi (parametrlari tashqi haroratga qarab o‘zgaruvchi). Tizim parametrlari 2.4-bo‘limda keltirilganidek, issiqlik sig‘imi C=1.5×106 J/°C, issiqlik uzatish koeffitsienti k=420 W/°C deb olingan. 3.2. Ichki harorat dinamikasining tahlili Simulyatsiya natijalari shuni ko‘rsatdiki, an’anaviy PID tizimida tashqi haroratning keskin o‘zgarishlari ichki haroratda 2–3°C amplitudali tebranishlarni keltirib chiqardi. Adaptiv PID algoritmida esa bu tebranishlar 1°C dan oshmagan, ya’ni tizim tashqi o‘zgarishlarga nisbatan ikki barobar tezroq barqarorlashgan. Harorat grafigining tahlili quyidagicha baholandi: • An’anaviy tizim: Barqarorlashish vaqti ≈ 45 daqiqa • Adaptiv tizim: Barqarorlashish vaqti ≈ 22 daqiqa Bu natija adaptiv mexanizmning tashqi muhit tebranishlariga javob tezligini oshirganini tasdiqlaydi. 3.3. Energiya sarfi va tejamkorlik tahlili Simulyatsiya jarayonida tizim tomonidan iste’mol qilingan umumiy energiya quyidagicha hisoblandi: Natijalar quyidagi jadvalda keltirilgan: Boshqaruv turi Umumiy energiya sarfi, MJ Energiya tejamkorligi, % An’anaviy PID 5.21 — Adaptiv PID 4.48 14.0 Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal November, 2025 90 Ko‘rinib turibdiki, adaptiv algoritm yordamida energiya sarfi 14% ga kamaygan, bu esa tizimning energetik samaradorligini sezilarli darajada oshirganini ko‘rsatadi. 3.4. Xatolik (RMSE) tahlili Tizim chiqishining aniqligi o‘rtacha kvadratik xatolik (RMSE) mezoni bilan baholandi: Hisob-kitob natijalari: • An’anaviy PID: RMSE=1.72°C • Adaptiv PID: RMSE=0.83°C Demak, adaptiv boshqaruv algoritmi ichki haroratni 2 barobar aniqroq ushlab tura olgan. 3.5. Natijaviy tahlil Olingan natijalar shuni ko‘rsatadiki: Adaptiv boshqaruv tizimi harorat o‘zgarishlariga tezroq javob beradi (barqarorlashish vaqti 2 barobar qisqargan); Ichki harorat tebranishlari kamaygan, bu ishlab chiqarish jarayonlarining termik barqarorligini oshiradi; Energiyani 14% gacha tejash imkonini beradi, bu esa yillik ekspluatatsion xarajatlarni kamaytiradi. Ushbu natijalar adaptiv boshqaruvning real sanoat tizimlariga tatbiq etilishi iqtisodiy va ekologik jihatdan foydali ekanligini tasdiqlaydi. Kelgusida bu modelni real sanoat obyektlarida sinovdan o‘tkazish va sun’iy intellekt asosidagi prognozlash modullari bilan kengaytirish mumkin. MUHOKAMA (DISCUSSION) 4.1. Natijalarni adabiyotlar bilan solishtirish Ushbu tadqiqotda ishlab chiqilgan adaptiv PID boshqaruv algoritmi natijalari mavjud klassik boshqaruv tizimlari bilan taqqoslandi. An’anaviy PID tizimlari o‘zining soddaligi va ishonchliligi bilan ko‘plab sanoat jarayonlarida keng qo‘llanadi. Biroq ularning asosiy kamchiligi - parametrlarning o‘zgarmasligi tufayli tizim tashqi sharoitlarning keskin o‘zgarishlariga sekin javob berishidir [1]. Educational Research in Universal Sciences ISSN: 2181-3515 VOLUME 4 | ISSUE 15 | 2025 https://t.me/Erus_uz Multidisciplinary Scientific Journal November, 2025 91 Model-prediktiv boshqaruv (MPB) tizimlari esa o‘zgaruvchan obyektlarni modellashtirishda yuqori aniqlikka ega, biroq ularning amaliy joriy etilishi hisoblash quvvatiga bo‘lgan yuqori talab va real vaqt ishlov berishdagi murakkabliklar bilan cheklanadi [2]. Ushbu tadqiqotda ishlab chiqilgan adaptiv PID yondashuvi klassik PID tizimining soddaligi va MPB tizimining moslashuvchanligini birlashtiradi. Natijalar shuni ko‘rsatdiki, adaptiv PID algoritmi tashqi haroratning o‘zgarishlariga nisbatan tizimning javob tezligini ikki barobar oshirdi va energiya sarfini 14% gacha kamaytirdi. Bu yondashuv ASHRAE (2021) tavsiya etgan energiya samaradorlik mezonlariga to‘liq mos keladi [3]. 4.2. Adaptiv boshqaruvning afzalliklari Olingan natijalar adaptiv boshqaruvning sanoat tizimlari uchun quyidagi afzalliklarini namoyon etdi: 1. Tashqi sharoitlarga tez moslashish: adaptiv mexanizm harorat, yuklama yoki tashqi shovqinlardagi o‘zgarishlarga real vaqt rejimida javob beradi. 2. Energiyani tejash: boshqaruv parametrlarining dinamik o‘zgarishi ortiqcha issiqlik ishlab chiqarilishini kamaytiradi. 3. Ichki haroratning barqarorligi: harorat tebranishlari kamayadi, bu esa texnologik jarayonlarning uzluksizligini ta’minlaydi. 4. Moslashuvchanlik: tizim turli obyektlarga (bino, tsex, issiqlik markazi va hokazo) nisbatan minimal sozlash bilan ishlay oladi. Shunday qilib, adaptiv boshqaruv energiya tejamkor va barqaror tizimlarni yaratishda istiqbolli yechim sifatida namoyon bo‘ladi. 4.4. Tadqiqotning amaliy ahamiyati Tadqiqot natijalari shuni ko‘rsatadiki, ishlab chiqilgan adaptiv boshqaruv algoritmini real sanoat obyektlarida qo‘llash orqali: • issiqlik energiyasi iste’molini 10–15% gacha kamaytirish; • issiqlik yo‘qotishlarini minimallashtirish; • ekologik chiqindilar (CO₂ emissiyasi)ni qisqartirish; • tizimning ekspluatatsion barqarorligini oshirish mumkin. Bu yondashuv sanoat korxonalarining energiya menejmenti tizimlarida, avtomatlashtirilgan issiqlik markazlarida va “aqlli bino” (smart building) texnologiyalarida keng qo‘llanishi mumkin. XULOSA (CONCLUSION) Ushbu tadqiqotda sanoat obyektlarini issiqlik bilan ta’minlash tizimida tashqi haroratning keskin o‘zgarishlariga moslasha oladigan adaptiv boshqaruv algoritmi