Введение к работе
Актуальность работы. Создание и применение в повседневной жизни сложных промышленных динамических систем, рост интенсивности их использования и повышения требований к их надежности усиливают значимость и задачи диагностирования объектов. Такие объекты являются типичными в технологических машинах, функционирующих в различных режимах их эксплуатации.
При исследовании, разработке и реализации процессов диагностирования одной из важнейших является проблема описания диагностируемой системы соответствующей математической моделью, для успешного решения которой требуются априорные сведения.
Помимо этого, особую актуальность для установления причинно-следственных зависимостей между входной и выходной информацией приобретает развитие методов идентификации, базирующихся на оценивании структуры и параметров математической модели диагностируемых объектов по экспериментальным данным.
При этом необходимо не только правильно составить математическую модель, которая бы достоверно описывала имеющуюся систему, но и выбрать удобные средства реализации этой модели на практике.
Как известно, для построения математических моделей используются два основных подхода:
первый основывается на применении априорных законов (физических, химических, биологических, социальных, экономических) для выявления соотношений, связывающих переменные задачи в пространстве состояний;
второй, использует эмпирические данные для построения модели -внешнее описание.
Каждый из подходов имеет свои достоинства и недостатки, однако, при отсутствии априорных данных о структуре моделируемого объекта
предпочтительней оказывается второй подход - система описывается в виде соотношений вход/выход.
В связи с широким использованием средств вычислительной техники как в контуре контроля и управления объектом, так и в качестве контрольно-измерительной аппаратуры, актуальными являются задачи совершенствования методов структурно-параметрической идентификации непрерывных математических моделей по дискретным измерениям входных и выходных переменных, что требует дополнительных исследований. В связи с этим, тематика диссертационной работы, направленной на повышение эффективности управления сложными техническими системами является актуальной.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности управления техническими системами за счет решения задач анализа и синтеза нелинейных моделей во временной и частотной областях на основе многомерных функциональных полиномов.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
Изучить особенности применения многомерных преобразований для задач идентификации, моделирования и диагностики сложных динамических систем;
Разработать способ приближения многомерных динамических характеристик во временной и частотной областях применительно к машиностроительным системам;
Разработать алгоритмы оценивания приближенных динамических характеристик во временной и частотной областях;
Предложить способы удобной визуализации многомерных характеристик на основе методов дополненной реальности;
Произвести апробацию и внедрение разработанного математического, алгоритмического, программного обеспечения.
Предметом исследования в соответствии с поставленными задачами является совокупность методов и средств, используемых для разработки способа приближения многомерных динамических характеристик во временной и частотной областях и для оценивания приближенных динамических характеристик применительно к машиностроительным системам.
Объектом исследования является автоматизированная измерительная система сложного машиностроительного изделия.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе теории систем, методологии функционального моделирования, концепции объектно-ориентированного программирования, технологии MFC, технологии .NET.
На защиту выносятся разработанные технологии и алгоритмы оценивания приближенных динамических характеристик во временной и частотной областях.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
выявлены связи между входными и выходными сигналами технических систем, которые можно использовать для изучения динамических характеристик машиностроительных комплексов;
на основе выявленных связей построены многомерные нелинейные математические модели, отличительной чертой которых является возможность анализа (идентификация) и синтеза (моделирование) динамических процессов в технических системах (применительно к изделиям различных отраслей машиностроения, в том числе авиационной промышленности);
разработан способ анализа и синтеза математических моделей многомерных нелинейных систем во временной и частотной областях применительно к различным отраслям машиностроения, в том числе авиационной промышленности;
разработаны алгоритмы, позволяющие повысить эффективность управления техническими системами на основе решения задач анализа и синтеза нелинейных моделей во временной и частотной областях. Практическая ценность заключается:
в разработке на основе математического обеспечения технологии исследования технических систем во временной и частотной области с применением многомерных динамических характеристик;
реализации программного обеспечения для моделирования и удобной визуализации, и позволяющего проводить исследования нелинейных динамических систем и аппроксимацию нелинейных динамических характеристик во временной и частотной области;
во внедрении разработанного математического и программного обеспечения в систему обработки результатов испытаний. Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на
Четвертой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности», Международной научной конференции «Моделирование нелинейных процессов и систем», научно-методической конференции «Машиностроение -традиции и инновации» (МТИ-08), на заседаниях кафедр «Теория систем и управления» и «Информационные системы».
Реализация работы. Научные результаты исследований были использованы в практической и научно-исследовательской деятельности ООО «Уфимское машиностроительное производственное объединение» в виде математического и программного обеспечения при проектировании автоматизированной измерительной системы испытательного стенда газотурбинного двигателя (ГТД) АЛ-31Ф.
Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ, в том числе две в изданиях, включенных ВАК в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 62 наименования и четырех приложений. Основная часть изложена на 119 страницах машинописного текста и включает 36 иллюстраций и 2 таблицы, общий объем 143 страницы.
