Введение к работе
Актуальность работы заключается в применении математических методов с целью совершенствования электронных и микропроцессорных устройств в коммунально-бытовых предприятиях. В этой связи первостепенное значение приобретает совершенствование существующих и разработка новых методов математического моделирования. При этом большое значение представляет идентификация технических систем и автоматизация численных расчетов обработки измерений некоторых физических, в частности, электрических величин в условиях стационарных и переходных процессов.
Научное развитие и техническая вооруженность оказывают значительное влияние практически на все сферы человеческой деятельности и выдвигает задачи, решение которых требует новых подходов с применением математического моделирования. Одной из задач является автоматизация инженерного труда с применением математического моделирования с целью совершенствования электронных и микропроцессорных устройств. Это позволит обеспечить выполнение возрастающего объема научно-исследовательских, проектно-конструкторских н технологических работ в приемлемые сроки при ограниченных людских и материальных ресурсах.
Задачи эффективного проектирования новых электронных и микропроцессорных устройств в коммунально-бытовых предприятиях связаны с особенностями их применения. В условиях априорной неопределенности качество управления достигается на основе математического моделирования поведения систем и обеспечивается степенью точности проделанных измерений физических величин и результатом их предварительной обработки. В отдельных автоматизированных или автоматических системах управления технологическими процессами объем перерабатываемой информации невелик и требует отработки управляющих воздействий в реальном масштабе времени при значительной скорости протекания процессов в объекте управления.
Технологические объекты и процессы, происходящие в них, при проектировании и эксплуатации в коммунально-бытовых предприятиях, требуют современного уровня автоматического или автоматизированного управления и совершенствования электронных и микропроцессорных устройств. Большое значение приобретает точность расчетов в условиях установившихся и переходных процессов, которые имеются в случаях аномальных явлений, в результате исполнения управляющих воздействий, в экстремальных и аварийных режимах. Математические модели таких технологических объектов и процессы, происходящие в них, как правило, описываются системами дифференциальных уравнений, которые относятся к классу прямых задач, для которых весьма редко существуют точные аналитические решения. Задачи, связанные с обработкой измерений физических величин и численных результатов эксперимента, являются обратными и относятся к классу некорректно поставленных задач.
Цель работы. На основе современных математических методов разработать и апробировать на практике отыскание и прогнозирование по измерениям характеристик исследуемых электротехнических объектов применительно к электронным и микропроцессорным устройствам в коммунально-бытовых предприятиях.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
-
Выявить зависимости, определяющие связь характеристик (амплитудной, частотной, переходной, импульсной) электротехнических объектов, описываемых переменной величиной x(t), с результатами совокупности проделанных измерений x(t,) на основе математических методов.
-
Проделать сравнительный анализ известных методов математического моделирования электрических величин и сигналов, рассматриваемых электротехнических объектов и систем управления.
-
Предложить вычислительный алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрации для микропроцессорных устройств:
автоматизированного контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммуналыю-бытовогс назначения;
токовых релейных защит электроэнергетических.
4. Разработать электронные устройства и микропроцессорную систем)
для коммунально-бытовых предприятий.
Метод исследования. Исследования, главным образом, базируются ш применении вычислительной техники, математического моделирования, ма тематических методов, в частности, численного анализа, методов идентифи кации систем, теории конечных элементов, теории автоматического управле ния и регулирования, вариационных методов оптимального управления, тео ретических основ электротехники, теории информации и кодирования, тео рии алгоритмов и программ, методов структурного и системного программи рования, методов технической кибернетики и теории управления техниче сними системами.
Новые научные результаты и положения. На защиту выносятся:
-
Метод расчета амплитудной, частотной, переходной и импульсноі характеристик электротехнических объектов, описываемых дифференциаль ным уравнением связи с переменной физической величиной x(t), совокуп ность значений которой получена в результате измерений x(t,).
-
Вычислительный алгоритм обработки совокупности результатов из мерений переменной величины для управления (наблюдения) на основе ди намической фильтрации.
-
Алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрацш и формирования входных величин для применения в микропроцессорны; устройствах:
контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммунально-бытсвого назначения;
токовых микропроцессорных релейных защит электроэнергетических объектов.
4. Электронные устройства:
источники опорного напряжения повышенной стабильности для применения в микроэлектропных стабилизаторах;
непрерывные стабилизаторы с нелинейной коррекцией для электропитания радиоэлектронной аппаратуры;
быстродействующий операционный усилитель для использования в аналоговых вычислительных системах и устройствах.
5. Микропроцессорная система управления конвейерными установками.
Обоснованность и достоверность. Научные положения, выводы и рекомендации определяются использованием современных методов математического и численного анализа, методов идентификации систем и метода конечных элементов. Кроме того, применяются достоверные методы технической кибернетики, теории управления техническими системами, теории автоматического управления и регулирования, вариационные методы оптимального управления и методы электротехники. В работе используются теория информации и кодирования, теория алгоритмов и программ, методы структурного и системного программирования. Научные положения, выводы и рекомендации подтверждаются сопоставительным анализом результатов теоретических и экспериментальных научных исследований, выполненных в промышленных и лабораторных условиях, на математических и физических моделях электронных устройств и микропроцессорных систем коммунально-бытовых предприятий.
Практическое значение. На основе выполненных в работе исследований:
-
Предложен математический метод обработки измерений для управления (наблюдения) техническими системами и технологическими объектами. Вычислительный алгоритм функционирования на основе динамической фильтрации такого математического метода предназначен для обработки измерений переменных величин. Этот алгоритм рассчитан на применение современных ЭВМ общего назначения, специализированных микро-ЭВМ п РІС-контроллеров. Алгоритм на основе динамической фильтрации позволяет с высокой степенью быстродействия и достаточной для практики точностью обнаруживать амплитудные, частотные и импульсные характеристики при ограниченном объеме априорной информации.
-
Разработан вычислительный алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрации и формирования входных величин для микропроцессорных устройств:
контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммунально-бытового назначения;
токовых микропроцессорных релейных защит электроэнергетических объектов.
-
Разработаны источники опорного напряжения с термокомпенсациег для применения в электротехнических устройствах и микроэлектронных стабилизаторах.
-
Разработаны эффективные схемы непрерывных стабилизаторов с нелинейной коррекцией для электропитания радиоэлектронной аппаратуры.
-
Разработан быстродействующий операционный усилитель для использования в аналоговых вычислительных системах и устройствах.
-
Разработана микропроцессорная система управления конвейерньїмі установками.
-
Реализованные в конструкциях новые технические решения, воплощенные в электронных устройствах и микропроцессорной системе и предназначенные для использования в промышленных и коммуналыю-бытовы* предприятиях, защищены авторскими свидетельствами.
Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методы, методики и рекомендации по исследованию, расчету и проектированнк электронных устройств и микропроцессорных систем для промышленных I коммунально-бытовых предприятий, а также новых технических решений иг протяжении последних 20 лет являются основной научной базой для созда ния эффективных и производительных электронных устройств и микропро цессорных систем.
Результаты научной работы внедрены в Южно-Российском государст венном университете экономики и сервиса и производственно-техническш объединением «Коммутатор».
Работы автора по исследованию, проектированию и расчету электрон пых устройств и микропроцессорных систем промышленных и коммунально бытовых предприятий на основе математических методов используются і учебном процессе на механико-радиотехническом факультете ЮРГУЭС прі подготовке инженеров по специальностям «Проектирование и сервис быто вых машин и приборов» и «Сервис и техническая эксплуатация транспорт пых и технологических машин и оборудования».
Апробация работы. Основные положения работы докладывались:
на республиканской научно-технической конференции «Синтез сие тем управления в электроэнергетике на базе микро-ЭВМ» (г. Киев, 1981 г.);
на республиканской научно-технической конференции «Диагности ка неисправностей устройств релейной защиты и автоматики электрически) систем» (г. Жданов, 1982 г.);
на научном семинаре «Прикладная математика и программирова нне» (г. Рига, 1981, 1983, 1986 г.г.);
* на научно-методической конференции «Научная организация учебного процесса» (г. Рига, 1983 г.);
на второй республиканской научно-технической конференции «Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике» (г. Харьков, 1985 г.);
на семинаре-совещании Московского Дома научно-технической пропаганды (г. Москва, 1990 г.);
на ХХП-ом международном конгрессе по применению математики в технических вузах (ГДР, г.Веймар, 1990 г.);
на 2-х международных семинарах, ежегодных внутривузовских научно-технических, научно-методических конференциях и семинарах, организованных на базе ЮРГУЭС (г. Шахты, 1980 - 2000 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 научные работы. Общее число опубликованных и представленных в печати научных и научно-методических работ составляет 41.
Вклад аптора состоял в формировании идей и гипотез, выборе методов исследований и в их выполнении, анализе полученных результатов и подготовке на их основе методик и рекомендаций. В целом в соавторстве подготовлены и опубликованы 36 научных и научно-методических работ.
При разработке алгоритма расчета показателей качества электроэнергии автор пользовался консультациями В.Ф. Ермакова.