Введение к работе
Актуальность темы исследований. Системный подход к задаче повышения качества функционирования транспортных систем предполагает учет всех факторов, от которых зависит работа отдельных звеньев транспортного процесса.
В структуре себестоимости эксплуатации транспортных средств важную роль играют расходы энергетических ресурсов в движительных установках. Задача экономии этих ресурсов, решаемая в контуре автоматизированного управления, повышает технологическую и экономическую эффективность транспортных систем, их конкурентноспособность на рынке транспортных услуг.
Обеспечение работы транспортного средства на рациональных, близких к оптимальным, значениях эксплуатационных характеристик зависит не только от от профессионализма экипажа, состояния (износа) транспортного средства, но и от адекватного учета внешних условий: метеорологической обстановки, характеристики трассы, плотности движения. Многообразие и динамика соответствующих факторов обусловливают необходимость разработки математического, алгоритмического и программного обеспечения для решения задачи управления расходом энергоресурсов в контуре автоматизированного управления.
Современной тенденцией развития управления подвижными объектами является использование наряду с собственными, локальными управляющими контурами самих объектов также централизованных систем управления. Управляющая и информационная часть таких систем является общей для совокупности объектов.
Централизованные системы обладают значительно большей разрешающей способностью и меньшей относительной стоимостью. В диссертации разрабатывается математическое и программно-алгоритмическое обеспечение для обоих типов управляющих систем.
Математические модели, предлагаемые в данном исследовании, могут использоваться для проектирования систем управления расходом энергетических ресурсов в собственных системах и для разработки программ управления движением объекта по предлагаемым комплексным критериям, которые могут успешно использоваться в централизованных системах. Поэтому создание математического и алгоритмического обеспечения для подобного класса систем на основе современных математических методов и аппаратурных решений является актуальной задачей.
Цель работы и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является разработка математического и алгоритмического обеспечения систем автоматизированного управления расходом энергетических ресурсов движительными установками транспортных средств, в условиях взаимодействия централизованных и собственных систем транспортных объектах на трассах большой протяженности.
Реализация цели исследования обеспечена решением следующих задач:
Классификация транспортных средств по энергетическим характеристикам, лежащим в основе энергосбережения.
Качественный и количественный анализ возможностей энергосбережения для объектов водного и авиационного транспрорта.
Разработка математических моделей и алгоритмов для контуров централизованного и локального автоматизированного управления для минимизации энергозатрат при заданном и свободном времени перехода.
Разработка методики аппроксимации характеристик движительньгх установок с учетом условий эксплуатации для использования аналитических методов при обеспечении энергосберегающего управления.
Разработка моделей нелинейного программирования для задачи энергосберегающего управления; оценка эффективности управления.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы математического моделирования, основанные на теории больших систем, математический аппарат оптимизации и, в частности, принцип максимума и нелинейное программирование, теория автоматического и автоматизированного управления.
Научная новизна.
Идентифицированы параметры, существенные для энергосбережения и закономерности их динамики для объектов водного и воздушного транспорта.
Предложен критерий оптимальности энергосберегающего управления.
Разработана методика аппроксимации энергетических характеристик, необходимой для численного решения задач управления.
Сформулирована и решена задача оптимизации расхода энергоресурсов в статической и динамической постановках.
5. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение оптимального
управления энергоустановками транспортных объектов, минимизирующего
энергозатраты при заданном и свободном времени перехода.
На защиту выносятся следующие основные результаты:
Методики и характеристики процесса энергосбережения для плавающих и летающих транспортных средств.
Критерии управления и ограничения для минимизации энергозатрат транспортными объектами на трассах большой протяженности.
Формулировка и решение задач оптимизации в статической и динамической постановках на основе динамического программирования и принципа максимума.
4. Способы численной аппроксимации энергетических характеристик по
зволяющие применять аналитические методы для численного решения задач
энергосбережения с помощью аналитических методов.
5. Алгоритмы оптимального управления энергоустановками транспорт
ных средств, минимизирующие энергозатраты при заданном и свободном вре
мени перехода для в централизованных и собственных систем управления.
Практическая значимость исследований. Р азработанное методическое
обеспечение автоматизированных коїпуров энергосберегающего управления на трассах большой протяженности может быть использовано при проектировании,. создании и эксплуатации централизованных и собственных систем автоматизированного управления на транспорте.
Реализация и внедрение результатов. Результаты работы использованы при проектировании информационно-измерительных систем и систем управления энергосбережением в ОАО «Техприбор», ОАО «Звезда», при создании автоматизированных систем управления судоходством в Главном Беломорско-Балтийском бассейновом управлении водными путями и судоходством России, в учебном процессе СПГУВК.
Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований докладывались на международной научной конференции по наукоемким технологиям (г. Москва), на отраслевых семинарах в СПГУВК, ОАО «Техприбор» (г. Санкт - Петербург), на секции по наукоемким технологиям Дома ученых им. М. Горького (г. Санкт — Петербург), на Пятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт - Петербург).
Публикации. Основные положения, выводы и практические результаты опубликованы в 12 статьях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из. введения', пяти глав текста, заключения, списка литературы из 93 наименований, двух приложений. Основное содержание работы изложено на 150 страницах, включая 35 рисунков и графиков, 1 таблицу. Общий объем диссертации 195 страниц.
