Оптимизация систем управления камерами микроклимата тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Нгуен Тхань Хунг

• Нгуен Тхань Хунг
• кандидат технических наук
• 1995

Оглавление диссертации кандидат технических наук Нгуен Тхань Хунг

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ МИКРОКЛИМАТА.

1.1. Роль камер микроклимата в народном хозяйстве СРВ.

ГЛАВА 2. АЛГОРИТМЫ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА СИСТЕМ КАМЕР МИКРОКЛИМАТА.

2.1. Постановка задачи синтеза структур камер микроклимата.

2.2.Алгоритмы дискретной оптимизации параметров камер микроклимата.

2.2.1. Алгоритм оптимизации дискретных систем методом вектора спада.

2.2.2. Алгоритм оптимизации дискретных систем методом направляющих окрестностей .35 2.2.3 Оптимизация дискретных параметров имитационных моделей.

2.3. Алгоритмы статистической оценки экстремальных значений критерия.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ В КАМЕРАХ МИКРОКЛИМАТА.

3.1. Переходные процессы регулирования температуры в камере микроклимата.

3.2. Модель звена 1.

3.2. Модель звена 2.

3.4. Модели звеньев 1 и 2.

3.5. Модель звена 3.

3.6. Модель звена 4.

3.7. Модель звена 5.

3.8.Переходный процесс систем автоматического регулирования.

3.9.расчет моментов времени переключений и уровней переключений в САУ камеры микроклимата.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация систем управления камерами микроклимата»

В настоящее время во многих странах мира наблюдается устойчивые тенденции к развитию систем микроклимата различного типа и назначения от автомобильных и бытовых небольшого объема и с ограниченными функциями до больших промышленных камер предназначенных для обслуживания больших объемов (порядка сотен тысяч кубических метров рабочего пространства).

Особенно большое значение камеры микроклимата имеют в таких отраслях как пищевая промышленность, перерабатывающая, химическая и т.д. Широкое распространение подобные системы получили в странах с эстремальными климатическими условиями, такими как, например, Социалистическая Республика Вьетнам.

В настоящее время в СРВ насчитывается до нескольких десятков тысяч камер микроклимата среднего уровня с рабочими объемами порядка 1000 м3. Назначения их использования в основном следующие:

-Пищевая промышленность (мясо-молочная, рыбная и др, заготовительные отрасли, связанные с переработкой овощей и фруктов и.т.д.).

-Химическая промышленность.

-Медицинская промышленность.

Интерес к внедрению новых высокоэффективных и экономически выгодных камер микроклимата весьма велик и поэтому разработкой новых технологий, приводящих к созданию данного типа технических устройств заниматься в большом числе научно-исследовательских организаций и внедренческих промышленных компаний. При этом к проектируемым образцам проявляются два основных условия: высокая техническая эффективность, связанная с возможность высокоустойчивого функционирования в эстремальных условиях и низкие стоимостные характеристики изделия, что особенно важно для выхода на рынки таких стран, как СРВ. Дело в том, что СРВ, как типичный представитель бурно развивающгося региона Юго-восточной Азии характеризризуется большими потенциальными возможностями по массовому сбыту товаров (как известно население приближается к 80 млн. человек), но при одном условии, связанным с тем, что предлагаемый на рынке товар должен быть достоточно дешевым.

Перечисленные требования обосновывают актуальность настоящей работы, связанной с решением двух важных научных проблем:

1. Создание методики синтеза комплекса оборудования камер микроклимата, удовлетворяющих требованиям одновременно высокой технической эффективности (низкие параметры стоимости создания и эксплуатации).

2. Создание методики синтеза оптимизации управления температурными режимами камер микроклимата.

Последнее дает возможность повысить экономическую эффективность использования камер микроклимата, так как позволяет существенно экономить электроэнергию в процессе работы камер и улучшить потребительские свойства хранимых товаров, сырья, продуктов и т.д.

Отметим, что при этом оптимизация различного уровня (уровня синтеза оптимальной структуры комплекса оборудования камер микроклимата и уровня синтеза оптимального управления оборудованием) должна осуществляться согласованно, обеспечивая синхронизацию показателей эффективности этих уровней.

Теория и практика оптимизации структуры и управления такими сложными объектами, как камеры микроклимата базируются на работах таких ученных, как В.Н. Афанасьев, A.A. Воронов, A.A. Красовский, В.Б. Колмановский, П.Д. Крутько, П.И. Михалевич, В.Р. Носов, И.В. Сертиенко, П.И. Чипаев, В.Я. Якубович и др.

Среди зарубежных ученых можно отметить Р. Беллмана, К. Острема, Дж. Мелсу, А. Брайсона, Хо-Ю-Ши, Д. Ба и др.

Цель работы: Целью исследований, результаты которых представлены в диссертации является создания методики оптимизации (выбора рациональных) параметров камер микроклимата, описывающих состав и структуру камер по векторному критерию эффективности, учитывающему технические и стоимостные параметры изделия. Кроме этого, в цели диссертации вошло создание методики синтеза оптимального управления температурными режимами камер микроклимата, а также создание комплекта компьютерных программ, обеспечивающих проведение практических расчетов по оптимизации структуры и режимов управления камер микроклимата.

Методы исследований: Выполненные теоретические исследования и практическме расчеты базируются на использования теорий: исследования операций, математического программирования, оптимального управления, принятия оптимальных решений, а также методов программирования на современных компьютерах.

Общей методологической основой всех исследований является системный подход.

Достоверность полученных в диссертации результатов базируются на строгих математических выводах при построении и исследовании моделей и алгоритмов, результатами моделирования на быстродействующих компьютерах; согласованностью полученных результатов с имеющимися в отечественной и зарубежной литературе; результатами внедрения материалов диссертации на предприятиях СРВ.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту

Новые нучные результаты, полученные в диссертационной работе состоят в следующем:

1. Разработка методики оптимизации структуры камер микроклимата по векторному критерию эффективности, учитывающему факторы технической эффективности камер микроклимата и стоимостные факторы.

2. Разработаны математические модели контура управления камерами микроклимата с учетом тепловых процессов в камерах и функционирования контура регулирования с факторами температурной инерционности элементов.

3. Синтезированы математические алгоритмы синтеза оптимального управления камерами микроклимата.

4. Разработано специальное математическое обеспечение в виде алгоритмов и компьютерных программ, позволяющих осуществить практические расчеты по моделированию и оптимизации параметров структуры и управления камерами микроклимата.

В целом, на защиту выносятся:

1. Методика и алгоритмы оптимизации параметров, описывающих структуру и состав отдельных подсистем камер микроклимата, а также всего технического комлекса камер.

2. Математические модели функционирования камер микроклимата.

3. Алгоритмы синтеза оптимального управления камерами микроклимата.

Практическая ценность и реализаия результатов работы

Тема диссертации связана с планом научно-исследовательских работ (Института Машиноведения им. A.A. Благонравова РАН (Госбюджетной №2786 и договорной №628)), выполняемых при участии автора.

Результаты исследований, полученные в работе, реализованы в виде алгоритмических моделей и комплектов программ, позволяющих конструктору решать задачи автоматизированого выбора наилучших проектных параметров для камер микроклимата с учетом экономических (стоимостных) факторов, а также реализовать оптимальные режимы управления камерами в благоприятных климатических условиях (характерных в первую очередь для стран Юго-восточной Азии).

Результаты работы - методики, алгоритмы, компьютерые программы внедрены в компании "Главный центр материальных ресурсов" .(г. Хошимин, СРВ), специализирующейся на изготовлении и эксплуатации камер микроклимата в промышленном зоне Южного Вьетнама с экономическим эффектом в 10 ООО американских долларов.

Апробация работы: Основные результаты и положения работы докладывались на научных семинарах Института Машиноведения им. A.A. Благонравова РАН , а также на научной конференции в Технологическом Университете г. Хошимин, СРВ в 1994 г.

Публикация: По теме диссертации опубликованы 2 печатные работы, в том числе брошюра под реализацией Акад. К.В. Фролова "Системы управления для гибких производств" (из-во МЦНТИ 1993 г.).

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, трех глав, замечания, списка литературы и приложения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Нгуен Тхань Хунг, 1995 год

1. Автоматизированные системы управления гибкими технологиями. - Киев: техника, 1987 - 166с.

2. Аоки М. Оптимизация стохастических систем. М. : Наука, 1971 —424с.

3. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Построение и анализ вычислительных алгоритмов. М.: Мир, 1979 - 536 с.

4. Афанасьев В.Н., Данилина А.Н. Вывод и сопровождение нестационарного объекта управления по заданной траектории. -Автоматика и телемеханика, 1979, № 12, с.87-94.

5. Афанасьев В.Н., Данилина А.Н. Адаптивные системы активного контроля качества обработки деталей. Измерительная техника, 1980, № 1, с. 17-20.

6. Афанасьев В.Н., Данилина А.Н. О некоторых подходах к задаче адаптивного субоптимального управления нестационарными объектами. -Автоматика и телемеханика, 1987, № 12, с. 117-130.

7. Бабенко К.И. Основы численного анализа. М. : Наука, 1986.744с.

8. Барра Ж.-Р. Основные понятия математической статистики. -М.: Мир, 1974.-276 с.

9. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М. : Радио и связь, 1984.-276 с.

10. Беллман Р. Динамическое программирование,- М. : Иностранная литература, i960.- 400 с.И. Белоусов Е.Г. Введение в выпуклый анализ и целочисленное программирование.-М.: Издательство МГУ, 1977.- 196 с.

11. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений М. : Наука, 1966.-450 с.

12. Болнокин В.Е., Чинаев П.И. Анализ и синтез систем автоматического управления на ЭВМ (алгоритмы и программы).- М. : Радио и связь, 1986.- 248 с.

13. Болнокин В.Е., Полойко И. И., Ле X. Куок, Нгуен Т. Хунг. Системы управления для гибких производств под редакцией академика К. В. Фролова.-М.: МЦНТИ, 1993.- 80 с.

14. Болнокин В.Е., Чинаев П.И., Ворошнина Л. В. Эффективность создания и внедрения ГПС на предприятиях Украинской ССР.- Киев: УкрНИИНТИ, 1987.- 60 с.

15. Болнокин В.Е. , Чинаев П.И., Аналитическое и имитационное моделирование процессов функционирования гибких производственных систем. В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной школы семинара "Математическое моделирование в науке и технике".-Пермь: 1986.-c.45.

16. Баженов В.П., Болнокин В.Е., Осин М.И. Задачи и методы целочисленного программирования при автоматизированном синтезе оптимальной структуры. В кн.: Научные чтения по авиации и космонавтике 1978 г. - Наука,1980, с. 191-192.

17. Баженов В.П., Болнокин В.Е., Осин М.И. Поиск проектных решений в многокритериальных задачах. В кн.: Научные чтения по авиации и космонавтике. - М.: Наука, 1981, с. 205.

18. Болнокин В.Е., Ворошнина J1.B., Калитич Г.И. и др. Анализ информационных материалов по автоматизации технологических процессов в машиностроении на основе создания робототехнических систем и гибких производств.- Киев: УкрНИИНТИ, 1985, 240 с.

19. Болнокин В.Е., Качанов А.И. Инженерные методы и программы для поисковых задач с несколькими критериями. М.: Научно-производственное объединение "Молния", 1978. - 76 с.

20. Борзенко И.М. Адаптация, прогнозирование и выбор решений в алгоритмах управления технологическими объектами. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 144 с.

21. Брайсон А., Хо-Ю-Ши. Прикладная теория оптимального управления. М.: Мир, 1972. - 544 с.

22. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978.- 400 с.

23. Варшавский В.И., Воронцова И.П. Стохастические автоматы с переменной структурой. В кн.: Теория конечных и вероятностных автоматов. Труды ИФАК, М.: Наука, 1965, с. 301-309.

24. Воронов A.A. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. -М.: Наука, 1979.

25. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления: Автоматическое регулирование непрерывных линейных систем. М.: Энергия, 1980.

26. Вязгин В.А. Иерархическая схема проектирования динамических систем. Известия АН СССР. Техническая кибернетика, 1987, № 4, с. 37-42.

27. Вязгин В.А. О методе последовательно анализа вариантов для решения задач проектирования динамических систем. 1985, № 3, с. 32-36.

28. Дуб Дж. JI. Вероятностные процессы. М.: Иностранная литература, 1956. - 606 с.

29. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследований операций. М.: Наука, 1971.-324 с.

30. Гибкие производственные комплексы. Под редакцией П.Н. Белянина и В.А. Лещенко. М.: Машиноведение, 1984. - 384 с.

31. Гихман И.И., Скороход A.B. Введение в теорию случайных процессов. М.: Наука, 1977. - 568 с.

32. Гумбель Э. Статистика экстремальных значений. М.: Мир, 1965.- 450 с.

33. Дегтярев Ю.И. Исследование операций. М.: Высшая школа, 1986.-320 с.

34. Дегтярев Ю.И. Методы оптимизации. М.: Сов. радио, 1980.

35. Закс Ш. Теория статистического вывода. М.: Мир, 1975. - 776 с.

36. Зойтендейк Г. Методы возможных направлений. М.: Иностранная литература, 1963. - 198 с.

37. Ибрагимов И.А., Хасьминский Р.З. Асимптотическая теория оценивания. М.: Наука, 1979. - 528 с.

38. Ибрамхалилов И.Ш., Скороход A.B. Состоятельные оценки параметров случайных процессов. Киев: Наукова думка, 1980. - 200 с.

39. Ильичев A.B., Волков В.Д., Грущанский В.А. Эффективность проектирования элементов сложных систем. М.: Высшая школа, 1982. -280 с.

40. Исследование операций (тт. 1,2),- М.: Мир, 1981.

41. Катковник В.Я., Хлудова М.В., Ганин Н.М. Математическое моделирование материальных потоков в ГПС. М.: ВНИИТЭМР, 1987. -60 с.

42. Калман Р., Фалб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. М.: Мир, 1971. - 400 с.

43. Клейнрок JI. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979. - 600 с.

44. Колмановский В.Б., Носов Р.В. Устойчивость и периодические режимы регулируемых систем с последствием. М.: Наука, 1981. - 448 с.

45. Колосов Г.Е. Синтез оптимальных автоматических систем при случайных возмущениях. М.: Наука, 1984. - 256 с.

46. Корбут A.A., Финкелыытейн Ю.Ю. Дискретное программирование. М.: Наука, 1969. - 368 с.

47. Корнейчук Н.П. Сплайны в теории приближений. М.: Наука, 1984.-352 с.

48. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975.648 с.

49. Красовский H.H. Теория управления движением. М.: Наука,1968.-476 с.

50. Крутько П.Д. Вариационнные методы синтеза систем с цифровыми регуляторами. М.: Сов. радио, 1967. - 440 с.

51. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: Линейные модели. М.: Наука, 1987. - 320 с.

52. Крылов И.А., Черноусько Ф.Л. Алгоритм метода последовательного приближения для задач оптимального управления. -Журнал вычислительной математики и математической физики, 1972, т. 12, № 1, с. 14-34.

53. Левит Б.Я. О поведении обобщенных байесовских оценок в случае марковских наблюдений. Теория вероятностей и ее применение, 19, 2, 1974, с. 340-354.

54. Липцер Р.Ш., Ширяев А.Н. Статистика случайных процессов. -М.: Наука, 1974. 696 с.

55. Логамев В.Г. Технологические основы гибких автоматизированных производств. Ленинград: Машиностроение, 1985. -176 с.

56. Лоэв М. Теория вероятностей. М.: Иностранная литература.720 с.

57. Методические указания. САПР. Типовые математические модели объектов проектирования в машиностроении. М.: Издательство стандартов. - 1985. - 200 с.

58. Методы вычислительной математики. Новосибирск: Наука, 1975.- 190 с.

59. Михалевич B.C., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М.: Наука, 1982. - 288 с.

60. Моисеев H.H. Элементы теории оптимальных систем. М.: Наука, 1975.-318 с.

61. Моисеев H.H. Численные методы в теории оптимальных систем. -М.: Наука, 1971.

62. Морозов В.П., Дымарский Я.С. Элементы теории управления ГАП. Ленинград: Машиностроение, 1984. - 334 с.

63. Неве Ж. Математические основы теории вероятностей. М.: Мир,1969.- 312 с.

64. Новости зарубежной науки и техники. Научно-информационный центр (770), 1983, № 18 (663), с. 22-31.

65. Острем К. Введение в стохастическую теорию управления. М.: Мир, 1973.-324 с.

66. Петров В.А., Масленников А.Н., Осипов Л.А. Планирование гибких производственных систем. Ленинград: Машиностроение, 1985. -182 с.

67. Полак Э. Численные методы оптимизации. М.: Мир, 1974.376 с.

68. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1969.-332 с.

69. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1979. - 256 с.

70. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Теория и практика. -М.: Наука, 1986. 288 с.

71. Прангишвили И.В. Микропроцессоры и локальные сети микроЭВМ в распределенных системах управления. М.: Энергоатомиздат, 1985. -272 с.

72. Пресман Э.Л., Сонин И.М. Последовательное управление. М.: Наука, 1982.

73. Рихтер К. Динамические задачи дискретной оптимизации. М.: Радио и связь, 1985. - 136 с.

74. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. М.: Наука, 1978.552 с.

75. Саати Т. Целочисленные методы оптимизации и связанные с ним экстремальные проблемы. М.: Мир, 1974. - 302 с.

76. Саридис Дж. Н. Самоорганизующиеся стохастические системы. -М.: Наука, 1980.-400 с.

77. Сборник научных программ на Фортране. Выпуск 1. М.: Статистика, 1974. - 316 с.

78. Сергиенко И.В., Лебедева Т.Т., Рощин В.А. Приближенные методы решения дискретных задач оптимизации. Киев: Наукова думка, 1980. - 276 с.

79. Сильвестров А.Н., Чииаев П.И. Идентификация и оптимизация автоматических систем. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 198 с.

80. Современное состояние теории исследования операций. М.: Наука, 1979. -464 с.

81. Соле Ж.-Л. Основные структуры математической статистики. -М.: Мир, 1972- 100 с.

82. Справочник по теории автоматического управления (под редакцией А.А. Красовского).- М.: Наука, 1987. 712 с.

83. Управление гибкими производственными системами. Модели и алгоритмы. ( Под общей редакцией академика АН СССР С.В.Емельянова).- М. Машиностроение, 1987. 368 с.

84. Финкельштейн Ю.Ю. Приближенные методы и прикладные задачи дискретного программирования. М.: Наука, 1976. - 286 с.

85. Холл М. Комбинаторика. М.: Мир, 1970. - 424 с.

86. Цвиргун А.Д. Основы синтеза структуры сложных систем.: Наука, 1982.-200 с.

87. Чинаев П.И. Самонастраивающиеся системы. М.: Машгиз, 1963.- 304 с.

88. Черноусько Ф.Л., Баничук Н.В. Вариационные задачи механики и управленияю М.: НаукаЮ 1973. - 252 с.

89. Шеннон Р. Имитационное моделирование сложных систем -искусство и наука. М.: Мир, 1978. - 418 с.

90. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. М.: Мир, 1975. -684 с.

91. Якобсон М. Автоматизация холодильных установок. М.: Машиностроение, 1987. - 212 с.

92. T. D. Ва, N. Nam, T. H. Dung, Т. Т. На, H. D. Loe. Lanh dong rau qua nhiet doi Nha xuat ban nong nghiep . 1994.

93. V.E.BONOKIN, N.T. Hung. Dieu khien tu dong he thong lanh. Hoi nghi Khoa hoc truong Bach khoa tp HOCHIMINH. 1995.