«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ (ИнЭРТ-2012) Труды X Международного научно-технического форума Ростов-на-Дону 2012 ИнЭРТ-2012 УДК 621:502:005.591.6:658 И 66 И 66 Инновация, экология и ...»
-- [ Страница 4 ] --
Заключение. Синергетический подход к адаптивному управлению документооборотом является весьма эффективным способом для формирования специализированной системы документооборота на предприятии между подразделениями и упрощения работы подразделений в обмене информацией и документов. Данный подход может быть применен для формирования электронного документооборота на любом предприятии в независимости от сферы его работы, структуры, специфики и предъявляемых требований к системе.
Список используемой литературы 1. Власов В.Г. Новый энциклопедический словарь изобразительного искусства.
В 10 т. – СПб.: Азбука-классика, 2004-2009.
2. Гапоненко А.Л. Теория управления. – М.: Изд-во РАГС, 2003.
3. Райзберг Б.А., Лозовский Л.Ш., Стародубцева Е.Б. Современный экономический словарь. - 5-е изд., перераб. и доп. – М.: ИНФРА-М, 2006. – 495 с.
4. Демин Ю. Делопроизводство. Подготовка служебных документов. – М.: «Питер Пресс», 2007.
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
УДК 681. Синтез системы управления реактором периодического действия In the report a complex problem of the creation of new control methods over chemical batch reactors (BR) is viewed. Those reactors represent non-linear multilinked objects. An ideology of general synergetic control theory is a basis of these methods. The core of new control methods comes to the synthesis objective control laws that take account of the natural chemical behavior of BR & the aspirations of the technological control task in the best way. At that the aims of the synthesized control systems are the desired invariants – attractors that reflect the technological aspirations. Chemical reactor; technological invariant; synergetic-chemical control theory; control law synthesis.
В докладе рассматривается задача синтеза синергетических законов управления [1, 2] типовыми химическими реакторами периодического действия (рис. 1). В реактор поступают потоки растворов некоторых веществ – компоненты G A и GB с начальными концентрациями C A 0 и C B 0.
С помощью мешалки производится интенсивное перемешивание реагентов, что позволяет усреднить концентрации по объему и использовать модель идеального смешения. В реакторе происходит необратимая химическая реакция соединения второго порядка типа, провоAB D вращением.
В процессе химического синтеза необходимо управлять подачей потока G A для приготовления раствора вещества в течение желаемого времени.
Математическая модель реактора имеет следующий вид [3]:
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
концентрацией x10 C A 0 ; – площадь сечения реактора.
Иначе говоря, реактор имеет один канал G A подачи реагента ( A ), а другой канал после загрузки компонента закрыт. Можно показать [3, 4], что начальная стадия протекания проB исходит процесс накопления подаваемого компонента A, что может привести к неуправляемому возрастанию его концентрации на завершающей стадии. Такое явление обычно недопустимо, т. к. оно ведет к излишнему загрязнению продукта исходным компонентом A. В этой свяD зи необходимо изменять поток G A компонента таким образом, чтобы на финишной стадии его концентрация уменьшалась вместе с убыванием концентрации ранее загруженного компонента B. Иначе говоря, требуется обеспечить управляемое плавное достижение желаемых конечных концентраций компонентов и и, в частности, их нулевых значений. Из уравнений (1) также следует, что при U 0, т. е. при прекращении подачи компонента A, в реакторе происходит неуправляемое естественное завершение химического процесса [3, 4].
Объект (1) включает управление во все уравнения и при u 0 обладает статической характеристикой в виде прямой независящей от управления. Это означает, что синтезируемый закон управления u ( x1, x 2, x3 ) должен обеспечивать асимптотически устойчивое удержание объекта (1) в одной из точек указанной характеристики.
Поставим задачу синтеза закона управления u ( x1, x 2, x3 ), обеспечивающего желаемое значение концентраций x1 x1s ; x 2 x 2s, в том числе и x1s x 2s 0. В соответствии с методом АКАР введем следующую макропеременную:
где 1, A x10. Тогда, используя функциональное уравнение
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
в силу уравнений объекта (1) получаем закон управления Этот закон обеспечивает неизбежный перевод объекта (1) сначала на многообразие (2), а затем движение вдоль него вплоть до попадания в заданное состояние x1 x1s ; x 2 x 2s.
Результаты моделирования замкнутой системы управления подтверждают эффективность предложенного в докладе синергетического метода синтеза систем управления химическими реакторами периодического действия.
представлены графики переходных процессов замкнутой системы (1), (3) и график изменения управления (3), подтверждающий эффективность синтезированных законов управления. Начальные условия переменных состояния: x1 ( 0) 15 моль м 3, x 2 ( 0 ) 1000 моль м 3.
Таким образом, метод АКАР позволяет осуществить аналитический синтез нового класса синергетических законов управления нелинейными химическими объектами.
Список используемой литературы Колесников А.А. Синергетическая теория управления. М.: Энергоатомиздат, 1994.
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
2. Современная прикладная теория управления. Ч. II. Синергетический подход в теории управления / Под ред. А.А. Колесникова. ФЦП «Интеграция». Москва-Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000.
Нейдорф Р.А. Характерные нелинейные инварианты и математические модели объектов управления химических производств // Современная прикладная теория управления.
Ч.III. Новые классы регуляторов технических систем / Под ред. А.А. Колесникова. ФЦП «Интеграция». Москва-Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000.
Ковалев П.А. Анализ задач управления химико-технологическими системами // Проблемы автоматизации и управление производственными системами. Ростов-на-Дону: Изд.
Центр ДГТУ, 1999.
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
УДК 681. The report provides a synergistic synthesis control system of injection engine with the analytical design of aggregated regulators (ADAR) [1]. The main engine fuel management tasks: getting the maximum torque on the shaft of the motor and the compliance with the stringent environmental requirements. To meet these challenges, according to the method of dekompozirovanna injection model is ADAR engine, which defines the controls u1, u2, providing maximum torque on the shaft and maintaining optimum air-fuel in the cylinders of the engine.
В данной работе рассматривается инжекторный двигатель внутреннего сгорания, как объект автоматического управления. Совершенствование двигателей внутреннего сгорания обусловлено ужесточением требований к экономичности, мощности, надежности и устойчивости их работы.
В настоящее время основными задачами, ставящимися перед системами управления, инжекторными двигателями являются: контроль заданного вращающего момента двигателя (или стабилизация скорости вращения коленчатого вала), поддержание заданного соотношения воздух-топливо и обеспечение оптимального угла опережения зажигания.
В докладе представлен синергетический синтез системы управления инжекторным двигателем с применением метода аналитического конструирования агрегированных регуляторов (далее АКАР) [1]. Рассмотрены основные задачи управления инжекторным двигателем: получение максимального крутящего момента на валу двигателя и соблюдение жестких экологических требований. Для решения этих задач согласно методу АКАР строится декомпозированная модель инжекторного двигателя, из которой определяются управления u1, u2, обеспечивающих максимальный крутящий момент на валу и поддержание оптимального соотношения воздухтопливо в цилиндрах двигателя.
Цель работы заключается в разработке процедуры синтеза законов управления инжекторным двигателем внутреннего сгорания. Для достижения поставленной цели применим метод аналитического конструирования агрегированных регуляторов (АКАР), опирающийся на идею введения притягивающих инвариантных многообразий.
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Рассмотрим модель синтеза, включающую в себя дифференциальные уравнения, изложенные ниже. Динамика инжекторного двигателя описывается следующими выражениями [2]:
где – скорость вращения двигателя; t – коэффициент эффективности заполнения впускного коллектора, c – коэффициент наполнения цилиндров, P – давление воздуха во впускном колa лекторе до дроссельной заслонки, – универсальная газовая постоянная, Ta – температура возP духа до дроссельной заслонки, – отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме, – диаметр дроссельной заслонки, 0 – угол дроссельной заD слонки при которой она полностью перекрывает отверстие, 1 – функция, определяющая поток воздуха через единицу площади, 2 – площадь открываемого дроссельной заслонкой отверстия, – угол поворота дроссельной заслонки, fi – поток топлива, впрыскиваемого форсункой, ff – поток массы топлива в топливной пленке, ign – угол опережения зажигания, J – приведенный к коленчатому валу момент инерции двигателя, M L – приведенный к коленчатому валу момент внешней нагрузки, – коэффициент, учитывающий, какая часть распыляемого топлива отношение воздух-топливо, c f 0, c f 1, c f 2 – коэффициенты, которые находятся экспериментально.
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
тивный момент, которые определяются выражениями [2] Составим расширенную модель синергетического синтеза, учитывающую влияние внешних неизмеряемых возмущений тезированная замкнутая система должна обладать свойствами асимптотической устойчивости, инвариантности к внешним возмущениям и параметрической робастности.
Поэтому для нахождения закона управления введём макропеременные: 1 z1, 2 P 2, удовлетворяющие решению 1 2 0 однородных дифференциальных уравнений При попадании изображающей точки системы в окрестность инвариантных многообразий 1 0, 2 0 поведение системы будет описываться редуцированной моделью
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Введем макропеременную 3 z 2 и функциональное уравнение d 3 3 3 0, из совместноdt го решения которых с учетом модели (8) определим выражение для внутреннего управления Законы управления u1 fi, u2 определяются из решения функциональных уравнений с учетом математической модели синергетического синтеза (6), выражения для которых здесь не приводятся ввиду их громоздкости. Результаты моделирования замкнутой системы приведены на рис. 1.
Графики показывают, что синтезированные законы управления обеспечивают быстрое а также асимптотическую устойчивость системы, параметрическую робастность и инвариантность к действию внешних возмущающих воздействий.
Список используемой литературы 1. Колесников А.А. Синергетическая теория управления. – М.: Энергоатомиздат, 1994.
2. Герасимов Д.Н., Джавахериан Х., Ефимов Д.В., Никифоров В.О. Инжекторный двигатель как объект управления. I. Схема двигателя и синтез математической модели // Известия РАН. ТиСУ, 2010, № 5, с. 135-147.
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
УДК 539.3:534. The problem of reconstruction properties of an inhomogeneous skin based on the standard model of a viscoelastic body with the multi-layer is considered. It is assumed that the layer has three components, simulating subcutaneous fat, dermis and epidermis. Two-dimensional problem is reduced to one-dimensional inverse problem whose solution is implemented with the involvement of the iterative process, every step of which deals with Fredholm integral equations of the first and second kind. Computational experiments are presented.
Одним из важнейших методов современной диагностики состояния здоровья пациента является анализ состояния его кожного покрова, который, в отличие от внутренних органов, доступен для непосредственного контакта. Изменение вязкоупругих свойств в ряде случаев может быть связано с патологией внутренних органов человека, например, на определенной стадии заболевания почек появляется отек кожи, а его степень и динамика развития свидетельствуют о тяжести патологии [1]. В таких случаях необходимо иметь объективные значения параметров, характеризующих вязкоупругие свойства, которые врач в силу своих субъективных ощущений дать не может.
В данной работе рассмотрена задача идентификации свойств неоднородного по толщине вязкоупругого слоя [2], моделирующего кожный покров, на основе модели стандартного вязкоупругого тела. Предполагается, что слой в свою очередь имеет три составляющих, моделирующих подкожный жир, дерму и эпидермис. С помощью осреднения задача сведена к более простой, для которой построена процедура идентификации на основе итерационного процесса.
Приведены результаты численных экспериментов.
Рассмотрим установившиеся сдвиговые колебания неоднородного по толщине вязкоупругого слоя, занимающего область S x1, x2 (, ), x3 [0, h ]. Нижняя грань слоя S ром pe i t, где р ( р1, 0,0). Также предполагается, что вязкоупругий слой в свою очередь состоит из трех слоев, толщины которых известны.
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Соответствующие уравнение и граничные условия после отделения временного множителя принимают вид:
В соответствии с используемой в данной задаче моделью стандартного вязкоупругого время релаксации, плотность неоднородного слоя. Введенные функции могут иметь конечное число разрывов первого рода (что моделирует слоистые структуры) и обратная задача состоит в определении либо функций мгновенного и длительного модулей либо плотности с учетом наличия точек разрыва первого рода на основе анализа физических полей на верхней границе.
Осредняя введенные в задаче функции по переменной x1 и проводя несложные преобразования, запишем задачу (1) в виде:
В данной работе рассматривала обратная задача реконструкции функций 2 ( x3 ) и U ( x3, ), удовлетворяющих (2), по дополнительной информации
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
n, получим вспомогательную задачу, для которой и построим операторные соотh ношения.
Дополнительное условие примет вид:
Заметим, что подобная задача рассматривалась ранее в [3], где для ее решения строился итерационный процесс, использующийся и в этой работе, однако в вычислительных экспериментах предполагалось, что материальные характеристики моделируются непрерывными функциями. В настоящем исследовании эта же задача рассмотрена в предположении, что характеристики имеют точки разрыва первого рода в известных точках. Обратная задача заключается в определении функций h( x ), g ( x), u ( x ) ( r (x) полагается известной положительной функцией) из краевой задачи (4) с учетом дополнительного условия (5). Полученные определяющие соотношения в итерационном процесс аналогичны полученным в [3], поэтому основное внимание уделено вычислительным экспериментам.
Параметр, соответствующий времени релаксации полагался равным, таблица остальных использованных параметров приведена далее:
Параметры для моделирования соответствуют участку кожного покрова в районе предплечья. Мгновенный и длительный модули предполагались кусочно-непрерывными квадратичными функциями на [0, 1]:
Начальные приближения выбирались методом минимизации на конечномерной сетке.
При выборе начального приближения, как уже отмечалось ранее, толщины слоев полагались известными. Для приведенного примера, начальные приближения найдены в виде:
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Далее приведены результаты восстановления (рис. 1, 2):
Для восстановления частотный диапазон выбирался в между первым и вторым экстремумами амплитудно-частотной характеристики. Погрешность реконструкции не превосходит % в окрестностях точек разрыва и 4 % остальных точках.
Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант №10-01-00194-а), ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 – 2013 годы (госконтракт П596).
Список используемой литературы 1. Балабанов Е. И Аналитический обзор. Кожа человека, механические свойства, теплопередача. М.: 2001.
2. Ватульян А.О. Обратные задачи в механике деформируемого твердого тела. М.:
Физматлит, 2007. 223 с.
3. Ватульян А. О., Явруян О. В., Богачев И. В. Идентификация упругих характеристик неоднородного по толщине слоя // Акустический журнал. Т. 57. № 6. 2011. С. 723-730.
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
УДК 621.391. Методика рационального проектирования конструкций погрузочного оборудования дорожных машин семейства «АМКОДОР» на основе конечно-элементного моделирования А. А. Боровик, В. В. Напрасников, Камран Каземпур Абдолреза Беларусь, БНТУ, [email protected], [email protected] A design procedure of the road-making machine loading equipment is considered on the base of finite-element modeling.
Создание новой техники в современном машиностроении проходит в несколько этапов:
на основе анализа выпускаемой продукции проектируется новая, обладающая более высокими эстетическими, эксплуатационными или другими свойствами, затем производятся инженерные расчеты и моделирование для выявления работоспособности проектируемого объекта, выполняется технологическая подготовка производства, изготовление и сбыт изделия.
В настоящее время все большее распространение на производстве получают системы, использующие конечно-элементный анализ (FEA) для моделирования сложных физических задач.
Использование систем конечно-элементного анализа делает возможным исследование объектов без создания их материального прототипа, путем создания адекватной математической модели. Это позволяет существенно сократить период создания продукции, материальные расходы и оптимизировать конструкцию в соответствии с основными критериями.
В работе рассмотрена методика прочностного анализа и улучшения конструкции рабочего оборудования семейства погрузчиков, основным рабочим органом которых является ковш (рисунок 1).
Последовательность создания рациональной конструкции состоит из следующих этапов:
- разработка полной трехмерной твердотельной модели рабочего оборудования погрузчика. Результаты выполнения этого этапа представлены на рисунке 2;
- определение элементов конструкции, не оказывающих существенного влияния на распределение напряжений в материале и соответствующее упрощение модели. Такое упрощение позволяет существенно сократить размерность конечно-элементной модели, создаваемой в дальнейшем. В данной работе такое упрощение выполнено вручную. В настоящее время ведутТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
ся работы по созданию интеллектуального интерактивного помощника для решения подобных задач. Результаты упрощения геометрической трехмерной представлены на рисунке 3.
- создание конечно-элементной сетки. На этом этапе особое внимание следует обратить на предполагаемые области концентрации напряжений, где размер конечных элементов должен быть существенно уменьшен;
- выполнение тестового расчета для проверки адекватности созданной модели, на примере одного расчетного случая;
Рис. 2. Вид рабочего оборудования погрузчика без упрощений Рис. 3. Вид рабочего оборудования погрузчика после упрощения геометрии
ТРУДЫ X МЕЖДУНАРОДНОГО НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ФОРУМА
«ИННОВАЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ»
- проверка точности расчетных результатов посредством сравнения с результатами силового расчета, а именно сверка полученных значений реакций в шарнирах и в характерных точках ковша;
- подготовка полного набора расчетных случаев, соответствующих условиям реальной эксплуатации изделия;
- определение воздействия внешней по отношению к объекту среды на выбранную конструкцию;
«