Введение к работе
сертлци
~ ТПстуальность работы. При создании систем управления сложными технологическими процессами, проектировании информационно-измерительных' теплофизических систем, организации рационального теплообмена в аппаратах возникает необходимость в детальном исследовании процессов переноса теплоты и синтезе систем управления тепловыми процессами. При решении этой проблемы перед исследователем встают две задачи: создание и анализ математической модели теплового объекта (процесса) и синтез на ее основе системы управления тепловыми процессами. Следует заметить, что классические методи моделирования, основанные на решеїшях дифференциального уравнения теплопроводности в пространственно-временной области, оказываются малоэффективными для целей анализа и синтеза из-за громоздкости таких решений, выражающихся через сложные комбинации производных, интегралов и рядов специальных функций. В значительной мере лишены указанного недостатка методы математического моделирования, основанные на структурном представлении тепловых процессов. Б отличие от временного, представления, структурное представление тепловых процессов позволяет упростить их рассмотрение, более детально представить характер протекания, выделить основные особенности, а, следовательно, более активно и целенаправленно воздействовать на сами процессы. Теоретической основой структурного моделирования тепловых процессов является системно-структурный анализ, разработанный А.Г.Шашковим. Системно-структурный анализ является не только мощным средством исследования тепловых процессов, но и методом синтеза тепловых систем, в том числе систем идентификации теплофизических характеристик (ТФ)0 и восстановления тепловых воздействий (теплового потока и температурного поля). Синтез указанных систем требует применения эффективных методов ре-ления некорректных обратных.задач теплопроводности (ОЗТ) в про-зтранственно-частотной области. В настоящее время наиболее универсальным методом решения некорректных задач является метод эегуляризации А.Н.Тихонова. Однако его применение для синтеза тепловых систем требует решения вопросов построения регуляри-зоваяных решений ОЗТ в пространственно-частотной области, ана-шза регуляризованных решений с целью выбора оптимального, разработки методов программной и технической реализации систем.
Кроме того, в настоящее время недостаточно разработаны вопросы построения структурных моделей теплопроводности для неразруша-нцих методов идентификации ТФХ, создания аналоговых и цифровых моделей тепловых объектов, используемых в схемах идентификации.
Необходимость решения этих задач весьма актуальна не только для систем управления тепловыми процессами, но и для развития теплофизического приборостроения, при проектировании систем охлаждения електронних устройств и теплообменных конструкций.
Пель работы состоит в разработке структурных моделей нестационарной теплопроводности для неразрушащих способов определения ТФІ и синтезе соответствующих аналого-цифровых систем идентификации ТФХ, а также систем восстановления тепловых воздействий с использованием регуляризации А.Н.Тихонова, ориентированных на микроироцессорную реализацию.
Задачи исследования. В соответствии с целью исследования необходимо выделить следущие основные задачи:
анализ аналитических решений двумерных задач нестационарной теплопроводности в области L -изображении и разработка струкзуршх моделей, ориентированных на неразрушавдий способ определения ТФХ;
разработка аналоговых и цифровых моделей тепловых объектов и исследование погрешностей моделирования;
разработка систем идентификации ТФХ неразрушавщим способом;
исследование и построение оптимальных регуляризирован-ных решений обратных задач теплопроводности в пространственно-частотной области;
исследование методов цифровой реализации алгоритмов идентификации ТФХ,восстановления тепловых воздействий;
разработка аналого-цифровых микропроцессорных средств для создания систем идентификации ТФХ и восстановления тепловых воздействий.
Методы исследования. При решении поставленных задач используются методы интегральных преобразовании, функционального анализа и теории специальных функций, системно-структурного анализа процессов нестационарной теплопроводности с разрывными ГУ, теории подобия, теории решения некорректных обратных задач, спектрального анализа, теории автомагического управления, теории цепей и др.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
разработаны структурные модели нестационарной теплопроводности для реализации неразруиающих способов комплексного определения ТФХ;
разработаны принципы аналогового и цифрового моделирования тепловых объектов, исследованы погрешности моделирования и предложены схемы идентификации Т<5Х неразрушаицим способом;
исследованы методы построения регуляризованкых решений ОЗТ и разработан способ построения квазиоптимального решения на основе локальной регуляризации;
разработаны принципы выбора стабилизатора (его функции и параметры), обеспечивавшего минимальное значение ошибки решения ОЗТ;
разработаны методы экономичной реализации алгоритмов решения ОЗТ в пространственно-частотной области;
разработаны аналого-цифровые микропроцессорные средства для построения систем идентификации ТФХ и восстановления тепловых воздействий (температурного поля и теплового потока).
Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что разработанные в ней методы и средства могут быть использованы для построения регуляризовашшх решений ОЗТ в пространственно-частотной области, для синтеза систем идентификации и восстановления тепловых величин, для алгоритмической и программной реализации процедур идентификации и восстановления, для технической реализации систем. Использование указанных методов и средств позволяет создавать качественно новые системы для автоматизации теплофизических исследований и управления тепловыми процессами. Внедрение разработанных средств в системы управления технологическими процессами позволяет повысить их производительность и надежность на основе экспресс-измерений, дает возможность оптимизировать технологию производства.
Внедрение -результатов работы. Основные результаты диссертационной работы использовались в системах автоматизации теп-пофизических исследований, а также при решении ряда прикладных задач на предприятиях Академии наук Белорусской ССР и Министер-:тва народного .образования БССР, в частности:
- в экспериментальной установке для определения лазерно
го воздействия на биологические ткани-(Институт физики АН
ЗССР, г.Минск);
- в автоматизированной установке для определения теплофи-зических свойств материалов (БГУ им. В.й.Ленина, г.Минск).
Использование результатов работы подтверждается актами о внедрении.
Апробация -работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, научно-технических совещаниях и семинарах: I. Республиканская научно-техническая конференция "Перспективы развития и применения автоматизированной радиоизмерительной аппаратуры в народном хозяйстве", г.Минск, 1985. 2. Всесоюзное научно-техническое совещание "Теплофизические измерения в решеюп актуальных задач современной науки и техники", г.Киев, 1985 г. 3. Всесовззная научно-техническая конференция "Методы и средств теплсфизнческих измерений", г.Киев, 1987 г. 4. Международная школа-семинар "Тепло- и массообмен в технологии и эксплуатации электронных и микроэлектронных систем", г.Минск, 1989 г.
В полном объеме диссертационная работа докладывалась и об суждалась в Институте прикладной физики АН БССР (лаборатория теплофизики), Новосибирском электротехническом институте (кафедра "Автоматика").
Публикации. Основное содержание работы отражено в 8 печат ных работах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вве^ дения, четырех глав, заключения, списка литературы (135 наименований) и двух приложений. Работа изложена на ІЄ2 страницах машинописного текста.
