Введение к работе
Актуальность исследования. В современных условиях важнейшим требованием при эксплуатации объектов явллетса оптимальное использование в. любых ситуациях и режимах работы всех располагаемых ресурсов (топливно-энергетических, технических, информационных и т.п.) для достижения главной на дачном зтапге цели с учета-' существующих ограничений. Решение задач управления в рамках этой концепции на объектах водного транспорта сталкивается с рядом проблем, присущих отрасли.
В эксплуатации находится большое количество типов судов (пассажирские суда и контейнеровозы, ледоколы к нефтеналивные суда, земснаряди и гидрслерегрухатели и т.п.;, годы постройки которых различаются на мксгие десятилетия. Для речного флота (б отличии от миопи других отраслей) не характерна глобальная замена устареваш судов , их оборудование модернизируется и заменяется по норе износа. Модернизация оборудования С в том числе внедрение средств контроля и управления) наталкивается- на серьезные трудности в связи со сложностью ВШЮЯЗ НА длительный срок судов из эксплуатации (что существенно ограничивает объемы, сроки к средства для проведения работ). Механизмы' и агрегаты, эксплуатирующиеся з настоящее время на судах, не приспособлены для "гстраираяия" в них электронных средств и практически отсутствует возможность внесения в их конструкции серьезный изменений. Технологические процессы иа объектах водного транспорта отличается сложиостьо к сукест-. венной зависимостью о? внешних условии, характеризуются беда-вим числом координат, 'измерение киторш часто ляво кеесамок-но, либо сопряжено с божыдав! трудностями' м затратами,к?прд-«млеыкю? в условиях, речного флота, і^довкг знергвтглекк;1 комплекса (СЭХ) характеризуется внреташ рлл-шоброзием «пас-труктивнія р«веиий. солькїоі числом кештродкруздш в регулируемы* параметров, существенно различными рзкздаих ра&зты щл-гатой, иеханндаов и систем. Рост мозксстй СЗ.І, стремление гя>-лучить максимальные зшикзтаїїхзягш оо*ет,з?ад?»аог-?гсжз5Е?й'<-рост опасности кеолагоприатки» воздейетадЗ за «жрулшзув tp>-'
ЛУ лрі! с-ііпібісах улравлекил,сложность функциональных зада1; требуют разработки нових подходов для решения задач управления.
Возраставшие требования к качеству и надежности систем контроля к управленім судовым!1, энергетическими комплексами не могут бить полностью удовлетворены л;шь применением современной элементной базы.'(вычислитель ной и микропроцессорной тех-ни;-:и). Требуется глубокое изучение и анализ режимов функционирования объектов управления и ,з первую очередь, их динами-
ЧчСГУ.Х У.гр5.КТер}:С7ИХ, ПОСКОЛЬК/ В СПЄ'ЦИфЯЧЄСГСИХ условиях эксплуатации, объектов водного транспорта СЗК работает значительна часть времени в переходных режимах. *
При достаточной энергии управления и необходимой степени управляемости почти любая цель управления мотет быть достигнута путем "навязывания" управляемому объекту новой, "искусственной" динамики. Одгако ограничения технических и энергетических ресурсе?, затрачиваемых на управление, делает энерго-. тиче.екп напряжение редимы неприемлемей для практической реализации. Целесообразно в процессе управления максимально использовать естественные динамические особенности объекта.
В связи с этим, разработка и всесторонний анализ математических моделей СЗК, изучение их динамики является актуальной задачей, требующей дальнейзего развития.
Дл.'і объектов водного транспорта ( характеризующихся относительно невысокой строительной стоимостью ) особую актуальность приобрела 'задача создания сравнительно недорогих средств контроля и управления технологическими процессами,механизмами и агрегатами с приемлемыми для практического использования точностью измерений и качественными показателями процесса управления, легко "Еписыващихся" в структуру СЗК.Учитывая специфику речного транспорта следует признать, что единственной, возможностью повысить технический уровень эксплуатируемых судов является поэтапное внедрение развиваю-щихся систем управления и контроля. При создании подобных систем должны максимально использоваться принципы топологической распределенности и функциональной децентрализации. В зависимости от- требований, технического состояния судна, уровня подготозш зкияааа, финансовых возможностей судовладельца и
других фсіктсрсь. такле r;i-rT'-'i.;!j могут знсдр.чггсн как г; ::о.:яс ;. объеме (в течение определенного периода времени), таки? экономически обоснованных конфигурациях.
Для создания подобных систем очень вахней становится га-дача выбора методов ксыерекия или оценки координат- состояния объектов, позволяющих в судовых условиях получать достоверную исходную информации. Это в значительной степени -будет определять качество и эффективность процесса управления. безопасность эксплуатации СЭК. В -настоящее гремя накоплен в»зчите.зь-uwft опыт ислольгованля косвенных методов для опенки состояния объектов управления.Этску вопросу.посвячено больсое келкчест-Ео работ. Однако в бодьккксгзе "этих работ рассиатрстззтея ус-таковиваиеея рекпми функшсчирсвани» агрегатом и г'ехгтеетса, В связи с этим, требует дальнейшего развития проблема сбооно-ваяня !1 реализации методои косвенной оценки состояния объектов управления применительно к еяецифйчесга-м условиям речного транспорта.
Гакам образом, ергда - проблем, возникэхких при создании средств контроля и управления СЭК, особо вначииши явхаїжя: .
і. ацекваяное' иатаиатмеское моделирование хияамических особенности и критериев кахеегш функционирования реагькмя
З.сбссксз.ъ'!ие и рр&диззтя методов сцеюги coaxzwiz г-й--егеязв управления ка Седове косвєниш uaw?psjfuO;
й.сиярез эф&еквшпшх структур-и Лрсгрзии aiavnt угузгаг'.?-
пші рзеурсат СЭК. у '
Лаяния работа поеввя&иа взаиыоуввззяиш проблема,',* сдад/*-іяів> исслвіїоттЯ; пржпхгеского npuuesewiss хаятзахтаыя: аадегсііі іяпзхоп и зл?0*ггу«зз, прчбероя и а><тяги дот р5лг\га&-
гі.'-?;^.?С'.тгл'сс?",.т /'^nrrnraf?.
Cu.^;c;,;..:;!.;.: '.rrcvuer*::- ;а/;ллс;,.;г:г:" i'.'f ' r;;. ' ^ " .'-'> Еїсл;{П.'гк;.'-іісз азтерем а г,с-р:ззл с Ш"8 га Ш5 го-г (.-^.p^jr
ъчл-л и внедрением систем контроля и управления СЗК судоь ТО. нического флота, транспортних и пассажирских судов, в том числе судов на подводных крыльях.Многообразие технических средств и объектов, эксплуатационных требований и ситуаций в указанной области привело к постановке серии новых задач управления ресурсами СЭК, созданию математических моделей, исследованию динамики, поиску единого подхода к решению задач управления с максимальным использованием динамических особенностей поведения комплексов объект-система управления,синтезу на этой базе алгоритмов управления.Это,в свою очередь,позволило сформировать интегрирующую точку зрения на проблематику управления ресурсами СЭК, создать и внедрить ряд приборов и систем управления на различных объектах водного транспорта.
Объектами исследования являются судовые энергетические комплексы судов технического флота и транспортных судов.
Предмет исследования - процессы управления ресурсами "СЭК и технические средства их"реализации.
Цель работы. Дедъ работы - создание методологии реализации управления ресурсами СЭК в переходных режимах,основанного на-динамических особенностях объектов управления, а также применение полученных результатов для решения практических задач по созданию средств контроля и управления режимами ' работы сложных судовых энергетических комплексов,существенно повышающих эффективность их функционирования.
Достижение цели исследования включает в себя оценку современного состояния проблемы на основе анализа научных публикаций по рассматриваемой теме и предполагает решение следую-вдя.задач:
-разработка методологии выбора параметров управления и
координат,характеризующих состояние объекта в системах с не
полной информацией, и эталонных режимов функционирования объ
ектов управления для проведения калибровок системы управления
с целью исключения влияния внешних факторов на процесс управ
ления; '
-построение математических моделей для систем и технологических процессов транспортных судов и судоб технического ота, проведение машинного моделирования,выявление динами-
чі'сч;іх оссОсгі.чоетей объжтоъ упр<эзл'«/я:
Прй вшолненйи исследований аз юр опирайся ка работу ряда отечественных и зарубежных авторов (йкдронсіі A. A. „Брускп В.А., Емельяноз СВ. ,5'ейц В.А. .Кашля Р.'Е. .Маимчог й.М., Попов Е.П., _ Пятницкий E.G..Фейгия М.М., Цкпккн Я.З. и др. ),а также на результата, полученные яр;: .решеязк указзнлых зад-зч для " СЭК .( Бадан П.И., Брук М. А., Власов В.Г. t Гйттас В.Ю.,. Овонцов В.А., Козаков Г.А., Куги^анлв Ю.И., Кутвркив В.А., Лукин К.В., HcfiecnOB В.И., Налепкь' Р.Л., Яисакчююв Г. П., Попев С. Л., Рихтер А. А., Сахаров Е.В., Стариков А.О.* Так;.т-{ В.И. .Harms П., Kadcwaa Т.,Lee М., Нгупгоск', А., Зоищ к., ;: йр.)
3.Методика выбора параметров -управления, являющихся функцией "активных" ( легко измеряемых ) координат,,, и подав-ления влияния "пассивных" ( недоступных для измерения ПО ТЄХ-ническим, вконоыическиы и другим причинам ) координат.
Д. Методика синтеза траекторий в фаговом пространстве (трек - характеристик ), движение по которым обеспечивает иа- \ перед заданные качественные показатели процесса управления, в условиях, когда структура и конструкция объекта задана его целевым назначением и возможности его изменения весьма ограничены ( а часто и невозыозиы).
б.Алгоригш управления, максимально адаптированные для спьцифзгческих условий работы судовій энергетических комплексов.
б.Обоснование способа оперативного контроля нагрузки ди
зеля. '
7.Методология проектирования сксгеи управления с использованием диисютеских особенностей объектов, позволяющая создавать аппаратные сродства элективного управления ресурсами СЄК с заданными качественными псказатзляын.
Соэонугтоогь їпооретчестіх и практических резуднгзтов. соохтлякцих зеацщземив научные лрлтаеяия диссертации, решают крупную say-тую и прикладную проблему, имеющую фундзисяязлъ-пое затенив дхя отрасли з. чгст создания мшэдагогии реализации систем ковтрахя' и управления ресурсам судових знерге-
ШУеОЯИГ ЛШШГЄЯСОВ.
Обоснованность и достоверность обеспечена результатами вироких мавшиш зкспериаентов.сопосгавлелкіасіс результатами натурных испытаний, а также реализацией основных защищаемых ютожониЯ в ряде устройств и систем, прошедших длительные периоды .чат/рннх испытаний и лрошзяенной эксплуатации на, объектах водного "транспорта в 1982 - 1995 гг.
Практическая значимость и ценность диссертационной работы определяется созданным подходом к решению задач управления СЭК объектов ьодного транспорта в динамических режимах* с максимальным использованием естественных,собственных движений объектов управления для получения заданных, высоких качественных показателей процесса управления при неполной информа-8
циіі.Епедренйе и использование, указанного подхода лри создали.:. устройств и систем управления позволили значительно пошел;г, эффективность функционирования СЭК, реаить ряд актуальных за дач для cyviecmenso различных объектов водного транспорта.
E^J/Il^riS-JuSlt^Ti}!?!?.-Материал лкссертация пр?дстазляят собой теоретическое обобтсіп» зффектісгязх гтодголс? к р??::^."^."-практических задач создания средств управления и-контроля ГОК в динамических рекимзх.
Резусі тэты диссертации наази лржекегше при создаяюі
ПрКбОрОП КОНТРОЛЯ if СТЇСТЄМ уПраЗЛЄ;!Г:Я ДЛЯ 0СЙЬЄ«ТСЗ полного
транспорта, гколрешгь? гел руководстве^ гг при непсередстзгн-нс; у-^сткі? аятора гї ускегдга ^ксплу-ктрок'гпг-гся v, pw.i:x .чеглак її п^охоцстгох:
-микропроцессорной системы' 'комплексной а-чго^атязашст
ТеХНОЛОГІПУ.-СгСК ПрОЦеССОВ ДОбаЧЯ її ОбОГГГ,0!ГИЯ НЄРУ",'",У. СТТО'Т-
тельных материале!: на гидромеханизирэванкоч ьташтхе "Пр~га
- 7" Казанского речного порта; , - . '
-і-глкропрсцессорноЯ систе*.!Ы автоматического контроля и . упраглекга процессов грунтозабора пздрокехашгзкрованшзс добу-. ватаже комплеіссоз- -"Прага -1,-12:" Казанского речяого порта н "Прага -14" порта- Набережные Чедны;
-скстеїаі автоматического управлений процесста . разгрузки гилроклассйііиїатороз на всех лщрдаехатгаироваапых добывай;» юатяексач Казанского речного порта и Камского пароходства;;
-устройства контроля процесса.грунтозабора на гвдромехя
йязкропаннюс'дэбыззэздйк комплексах "Зтекгорпы* -2,-3"* Кагакс-
кого речного порта н "ЗйекторвнЙ - 4" Камского резного паро
ходства;
-адаптивно;! микропроцессорной системі упраагеккз лизед?;* сукна ка подЕодгагк хрудьях к переходных режчл* из тегггоходах "Озскод - 24, -20" Вольского сЗгедйзекнаго р^чтсго ппро-от--тса ( идт AC Tanr-i - Олог'*);
-!*УЬ?№рЗЦеСССрИС& СЛС7СН.І СПСрЛ'Г.'ЕГГОГО і-гнїралл каг-
рузгл дизелей ігз теплоходе "Лект" АО -"Осдгз - $?;?";
гхешш і?л. .геялскаде "Д;-«ня" АО " Вздлз - i*;of\
-иультйяроцеесс-ряого і««пз*ксз оперативного контроля і'
о
-: ;л-.л.,:>;-..;: ллл'слк-.;/ тралслортнсто Судка на той;.:: іс-лє ';-..-;;.-ге :'!:.'v,:i. *" .'0 "і-'слготаі-гкер".
:.;vr.\.vj;:-;:? рлзрлйог;;.? ї[.;;;сіньли2ь п r.avjwi-: ;й:.'КР ілл^д-::':-.*. '4":v^apCT:j5H:i0j' оі-уіемик годного трглллорта к boy'J-нс'-лолілп.-СаСго центра Гссскйской ккленерной алялел»: по ка-ллл .-.;, ;.!.--;лот.-.'рст3 речного транспорта гХ'.ІСР (длларл'^лга олл'ого ;р.:.-.;;"ср~:'. ;Л;люгерстаа транспорта PI), Ili'j: no 'J.'.'K : .. f . Ало'.:оЛ1Л;.ЬлллЛкого оСъоликенного рлчкето ллрохслегла ;. ;; '''-....-.і u - слот"), Карского речкогс ларо:;одстга, АО "Еодго-і :--л-Л'".г.л:ЛЛл:огс речного нерта,порта На5ерокни« 4
Vjjcr;;-;- ГХ'ЛГПЛНЛД лііОСОрТаї^ІЯ ПСЛОЛЬРОЕЗНЫ .їірі-; їл'.'ОТаНОнК?'
: л,>г;рол, рлла лабораторных работ, Е курсором ;; дплломііск :;..л;гл;;;;ол,'і-чл>і .на электромеханическом факультете Баи:ексй го-гл,7Л..роті'еккей зеддеіші водного транспорта.
Лпроб5і;ил работа. Основные положения работы докладывались і; получили одобрение на научно-технических конференциях прс-Фесссрокж>-преподс1пательского состава Горьковского института .їллєкєсор аоднего транспорта ( ныне Волжской государственной = .-:о,'--л:кі! Ес-мкогс транспорта) Б 1980,1984,1988 к 1996 гг. ,. на -.-л-:-лvt".;:-:o-.l соггелажк специалистов МСЛ ССОР, №ї ГСССР і; ШЛ 'і1'.'-" (г.Клгц.іО&О г.),на научно-технических іовдсрєнцліл/ НТО і;,- л:лл=клка А.И.Крййова 'Очередные задачи речного оудсегро-онг.г" їг.Горілки,1633,1985 гг.),на Всесоюзном научно-техническом совещании га совершенствованию гидромеханизации и полюдней лоо'ычк полезных- ископаемых- (г.Москва. 1986 г.).на Есе-Ьоийком научно-техническом совещании "Интенсификация гидроме-' чате: ирозаннь'х работ и подводной добычи с применением пэгруж-иы/. ірунтсиасосяих комплексов" (г.Москва, 1989 г.), на Всерос-ллл?л:ом научном семинаре "Проблемы динамики и прочности л.іс'-к/грл" и экергомашга" (г.Санкт-Петербург,1GS3 г.), на ПГ кок&ередца: "Нелинейные колебания механических систем '.' (г.Нижний Новгород, 1993 г,), на научно-технкческой конференции "Транскш-Э^' (г.Санкт-Петербург, 1994 г.), на IV конфе-олнда "Нелинейные колебания механических систем" ( г. Нижний Белгород, 1996 г.), на технических совещаниях Волжского реч-когл і:;-ірохс'Дстг;а, Казанского речного порта, лерта Наоер
Публикации. Do теме дисаерташи опубликовано более 5G работ; основное содержание отражено в tl - 253.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из взеде-няя, шести глав, заключения, библиографии из 203 наїїмеяований и приложений, содержит 332 страницы , 90 рисунков.
Похожие диссертации на Разработка и реализация моделей и алгоритмов управления динамическими режимами судовых энергетических комплексов
