Введение к работе
Актуальность
Экспресс-анализ состава и свойств веществ с адаптацией по диапазону контроля - основа интеллектуальных технологий, реализу-змых измерительно-вычислительными системами (ИВС). Создание КВС -злогная задачь, включающая разработку программно управляемых процессов аналитического контроля, іішкропроцессоршп средств к из зоглооованпеЛ
В настоядее время проектирование микропроцессорных измери-"ельннх средств и процессов аналитического контроля решаете: >аздельно. Создании методов контроля посвящены фундаментальные шботы, но прогршлшо управляемые способы находятся в стадии рзз-ятия. Проектирование микропроцессорных измерительных, средств іазрабстано для измерений о непосредственным отсчетом и не рае-матривает вопросы аналитического контроля.
Для розданкя наукоемких и экономически эффективных технологій проектирования ИВС необходимо систематизировать п согласовать процессы еналкгического коЕтроля с архитектурами мккро-роцессорных измерительных средств.
Диссертационная работа посвящена реизшю указанных вопросов выполнена в соответствии с координационным планом НИР по ком-іексной проблеме "Теплофизика" за 1981-1985 гг. пифр 1.9.19->тода, средства п метрологическое обеспечение теплофазических мврешй; по теме 2.27.6 ШШУЗ РСТСР ца 1936-1990 гг- Оптимиза-[я, автоматизация, управление аппаратншн и химико-технологичее-зяі процэссатаг иекаузовокоя научно- технической программой ^образования FCSCP "Создание высокоэффективных методов и прибо-в анализа веществ и материалов" на 1990-1993 гг. едиет послэдовався
Математические модели и алгоритмі программно управляемых особов экспресс- анализа вдоіетрофгзпчесігих, теплофизических и екгрогишчеекпх характеристик.
Структуры п программы .чшеропроцеосорзнх измерительных здстз с Енвариантшап интерфейсами я информационными эцессаки.
Методы.оптимизации по точности п быстродействия моделей и гчэрятмоз структур и програг-пі для проектирования информьционного їспечения измерительно- вычислительных систем.
Прогрєілшо управляешіа петрологические средства измеритель-
но- вычислительные систем для их адгшгацпз по диапазону контре состава и свойств веществ. Цель работы
Создание технологии проектирования НЕфор-тциспноге обеспечь ния ИВС для экспресс-анализа состава и свойств вецеств с здаптг цией по диапазону аналитического контроля. Задача работы
Для достижения ето цели необходимо решить следующие задачі -провести информационный анализ функциональных признаке аналитического контроля и морфологии иикропроцессорш средств; -систематизировать признаки для выбора технзческ: требований и прототипа проектирования; -преззети анализ пнфорлацЕоннш: процессов ИБО д пдєзтхикации архитектуры средства и физических процессе объекта аналитического контроля;
-ПС0В2СТИ математическое їлодвшровавЕв архитектур ^пп-грспроцессорныл средств п фазических прсцасс( аналитического контроля для оптимизации по точности бнетродєдетгпз;
-разработать оптпііальнцо по быстродействия програаді структуры проектируемой' К2С; -создать петрологические средства, сптг^пзируїщие пзтурл: образец по точности і
-про^зстз про:,""ленніа'з гспнтання и внедрение . рззулътат* работы. І'з т оди і:с слэ довспга
В диссертационное работе, попользована иетодн chctc-:-.jho: сіналдза п математического моделирования. гінеиотехЕика е систс-мі
"аЄХППКЛв гІ8ХПИЧ0КОІ* КЛиорНа ТІТКИ П 1ЛЄТрОЛОГПП, & TEKZ19 ОПііГ
cCjiau'Ui і^хроіиса&отеіїйііаі измерительно- вычислительных систем д контроля состава и сео2стб вєдєстз при исследованиях,проводимых раьках ЮіР н ОКР на Сазе ТГТУ.ШО "Энергия",ВНИИЭИ.Ш0 "Реьтруд АН СССР по разделу ''Теплофизика". Научная новизна
1. Систематизированы функциональные признаки процессов аналит ческого контроля и морфологические компоненты микроэлектроники матрацы проектирования информационного обеспечения изыерительн вычислительных систем.
— о —
2. Предлоясен синтез информационного обеспечения по диффэренци-
!ванным признакам интегральных, компонент, включающих аппаратные
метрологические средства, математическое и программное обеспэ-
іНИЯ.
-
Предложен анализ информационного обеспечения по дифференци-сьныы компонентам интегральных, признаков, организованных в руктуры и связи, модели и алгоритмы.
-
Создана технология проектирования ИВС, включающая структур-то и параметрическую оптимизацию признаков и компонентов инфор-ционного обеспечения при их синтезе и анализе по критериям еф-ктивности.
-
Разработан экспериментально-аналитический метод структурной тимизации информационного обеспечения по мультипликативно-ыметричному критерию эффективности для оценки аналогов, ставлення вектора технических требований и выбора прототипа.
-
Развит метод вариационного исчисления (оптимизации) для нтеза информационного обеспечения при параметрической оптимиза-и математических моделей измерения, контроля и идентификации
точности и быстродействию.
7. Получен универсальный алгоритм определения комплекса состава
свойств веществ на Сазе принципа релаксации объекта
алитического контроля.
8. Разработано программно управляемое метрологическое обеспече-
е для адаптации КЗС по диапазону аналитического контроля.
актическая ценность
1. Рззрзбстаинкэ методы проектирования информационного эигэчения реализованы в КВС для опр-эдэлелпл тзплсфізическпх, зктрофизическнх и электрохЕ\"гческлг пзргштроз состава и :*стз вешеств серии ТЕШ с поешзнпы?.:л гидрологическими и лілуатацлонньг.сі характеристика; п.
5. На основе матриц прсеїлнропакгїя ::г::эрг!тальноа технологии эдло^ены новые способы іш^рг.оіггговшіх процессов архитектуры ISC контроля состава теплопзоляюроз, элгктроугольных изделий, згяролнтоз о широким диапазоном измерения и высокой зпроизводимостьи эксперимент алышз; результатов. 3. Созданные инвариантные способы гранения,преобразования и лена информации с прямым доступом к операционной магистрали сопроцессора с кольцевой структурой попользованы в фотренакэрах и микроконтроллерах,системах її сетях серии
ТЕМП, реализованных на микрокалькуляторах, что повысило метрологические характеристики,гибкость и универсальность,снизило интеллектуальные, материальные и внергетические затраты.
4. Предложенная методика оптимального проектирования компонентов информационного обеспечения апробирована на блочном и структурном уровнях микропроцессорных оснасток и ИВС, реализующи: замкнутый контур регулирования с итерационным алгоритмом оптимизации по точности и быстродействию.
5- Принцип релаксации реализован в частотных кондуктометричес-ких, широтных электрофизических и импульсных теплофизических методах контроля комплекса состава и свойств веществ для псвышенш достоверности экспресс - анализа ИВС серий ТЕРМИС и ТЕМП.
6. Разработанные способы идентификации качества веществ ш
программно управляемым алгоритмам коррекции и калибровки п<
веществам с нормированными характеристиками реализованы з
метрологическом обеспечении натурных образцов ИВС еерш
ТЕМП,адаптивных в процессе експерименте по диапазону контроля.
7. Идентификация микропроцессорных средств по матрица»
проектирования позволяет оценивать функциональную гибкостз
создаваемых моделей и разработанных натурных образцов дан
прогнозирования перспектив тиражирования конкурентноспоообнш
серийных изделий.
Реализация работы
Основные результаты теоретических и експериментальних работ автора при непосредственном его участии шедрены в промышленносп В частности, эти результаты нашли применение при создании:
-
контроля общего солесодержания оборотных и сточных вод; концентрации хлоридов в сточных водах производства хлебопекарнш дрожжей (Рассказовский биохимический завод, Рассказово);
-
микропроцессорных кондуктометрических анализаторов (РБХЗ, Рассказово);
-
ИВС для контроля и разбраковки електроугольных изделий ш величине электрической проводимости (ВНИИЭИ, Электроугли):
4) автоматизации теплофкзического контроля теплоизолятороз
класса РИПОР, ТИНК, КССК в температурном диапазоне 20-1200С,
изменяемом по заданной программе при адаптивном экспресс- анализ!
температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности (п/я I
2572, Москва);
5) експресе- анализа комплекса теплофизических характеристик
зердых материалов в широком диапазоне контроля: пенопласты-иастмаесы- стекла (НПО "Энергия", Калининград);
-
ИВС серии ТЕРМИС и ТЕМ! для контроля комплекса яыюфизических и электрохимических характеристик электролитов;
-
микропроцессорных оснасток серий ТИЛІ для организации рограммного обеспечения и метрологического контроля ИВС (НПО Энергия", Калининград);
8) микрогренажеров, микроконтроллеров и сетей серий ТЕШ для
рганизации учебного процесса, научных исследований, ОКР и
«сплуатации ИВС (ТГТУ, Тамбов; Школа дифференцированного
Зучения N13, Тамбов).
Результаты работы по созданию способов преобразования , ранения и передачи информации и способов экспресс-контроля пектрохкмических,' электрофизических и теплофизических зрактеристик, архитектуры ИВС серий ТЕРМИС и ТЕШ, жропроцессорные оснастки и интерфейсы защищены авторскими зидетельствами и патентами России (64 изобретения).
Экономический эффект от внедрения результатов диссертацион-эй работы составляет 486 тыс.руб.<в ценах 1991 г.).
Материалы диссертации используются в учебных курсах змбовского государственного технического университета для гудентов слециальности 21.02 ".Автоматизация технологических эоцессов и производств", специализации 21.02.17 "Автоматизация іалитического контроля технологических процессов и производств". гробация
Основные полоаения диссертации докладывались на Всесоюзной энференции "Автоматизация инженерных исследований п эксперимента" г.Москва,1978г.), Всесоюзной конференции "Вопросы теории и эоектирования аналоговых измерительных преобразователей" ^.Ульяновск,1978г.), Всесоюзной конференции "Суска и грануляция Х5ДУКГ0В микробиологического и гонкого химического синтеза" .Тамбов, 1981г.), IV Всероссийской научной конференции "Динамика эоцессов и аппаратов химической технологии" (г.Ярославль, 1994г.), [ Всесоюзной конференцій по автоматизации анализа химического ютава вещества (г.Москва,1930г.),Всесоюзном совещании механиков вашины-автоыаты-81" (г.Тамбов,'981г.),ГУ Республиканской научно-)Хнической конференции "Структурные методы повышения точности істродействия и чувствительности измерительных устройств и істем" (г.Киев,1981г.), IV Всесоюзной межвузовской конференции
"Электромагнитные методы контроля качества материалов и изделпЗ (г.Омск,1983г.), Всесоюзной научной конференции "Процессы" оборудование для гранулированных продуктов микробиологическог синтеза" (г.Тамбов,1984г.), Всесоюзной научной конференци "Методы кибернетики химике- технологических процессов (г.Москва,1984г.), I Всесоюзной научной конференции "Информатик и науковедение" (г.Тамбов, 1988г.), Всесоюзной научно конференции "Автоматизация и робототизация в химическо ігрошйзленности" (г.Тамбов, 1988г.), Всесоюзном совещании-семинар молодых ученых "Новейшие исследования в области теплофизически свойств" (г.Тамбов, .1988г.), Всесоюзной научной конференци "Повышение эффективности средств обработки информации на баз математического и машинного моделирования" {г.Тамбов,1989г.) Всесоюзной конференции "Моделирование систем автоматизированное проектирования автоматизированных систем научных исследований і гибких автоматизированных производств" (г.Тамбов,1989г.),Всесоюзной научной конференции "Разработка и внедрение вихревых электромагнитных аппаратов для интенсификации технологических процес-сов-АВС-89" (г. Тамбов, 1989г.), Республиканском семинаре "Ошг. применения однокристальных микроконтроллеров в народном хозяйстве" (г.Тернополі,1989г.), Всесоюзном совещании- семинаре молодыз ученых "Теплофизика релаксирупяих систем" (г.Тамбов,1990г.), Всесоюзном семинаре "Кондуктоматрическаэ методы и приборы в технологии различных производств" (г.Краснодар,1991г.), Всесоюзной конференции по математическому и машинному моделированию (г.Воронеж, 1991г.), мевдународноы совещании- семинаре молодых ученыз "Теллофизические проблемы промышленного производства" (г.Тамбов, 1992г.).
Разработки по диссертационной работе отмечены: в 1982г. Комсомольской премией им. Зои Космодемьянской в области науки і производства, в 1986-87 гг.- тремя серебряными медалями ВДЮ СССР, дипломами международных выставок (йшляндия-Хельсинки,1987і Швейцария-Женева,1987г.) и Международной ассоциации космонавтої (1992г.). Публикации
Теоретические основы и принципы проектирования по теме диссертации опубликованы в 75 печатных работах, включающих монографии, 4 учебных пособия и 69 статей. Практическая ценность диссертации подтверждается новыми способами експресе- контроля е
злизащш информационных процессов, архитектурами систем и
герфейсов, задищенными 55 авторскими свидетельствами и
тентами.
руктура и объем работы
диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, иска литературы, включающего 239 наименовании, 5 приложений. новная часть диссертации изложена на 291 странице шиношсного текста. Работа содержит 4-9 рисунков и 15 таблиц.