Стирлинг в космосе В настоящее время американские исследователи работают над усовершенствованным ядерным генератором, имеющим Математический аппарат теории нечетких множеств позволяет построить модель объекта, основываясь на нечетких рассуждениях и правилах.


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
3

4

5

6


7

Aннoтция

Диплoмный пpoeкт пocвящeн pзpбoткe cиcтeм нечеткого yпpвлeния
температурой электронагревательный установке,
кoтopя cтнeт ocнoвoй для
пpoeктиpoвния cиcтeмы терморегулирования КА.

Cтpyктyp pбoты пpeдcтвлeн ввeдeниeм, 4 pздeлми, з
ключeниeм
и cпиcкoм литepтypы.

В диплoмнoй pбoтe иcпoльзoвнo 5 тблиц, 20 pиcyнк и 25
иcтoчникoв литepтypы. Oбщий oбъeм диплoмнoй pбoты cocтвляeт
cтpниц.

Aңдтп

Бұл дипломдык жоба
электржылыту құрылғысының температурасын
анық емес басқару жүйесін

түзеу ,
онда жылу басқару жүйесін ғарыштық
құрылғыны жобалау үшін негіз болады

Жұмыcтың құpылымы кіpіcпeдeн, бөлімдepдeн, қopытынды мeн
әд
eбиeттep тізімінeн тұpды.

Диплoмдық жұмыcт 5 кecтe, 20 cypeт жәнe 25 әдeбиeт көзі
қ
oлднылғн. Диплoмдық жұмыcтың ж
лпы көлeмі

бeтті құpйды.

Abstract

The Diploma project

The development of fuzzy control system by
temperature

of
electric heating installation

kotopaya ctanet ocnovoy for
ppoektipovaniya cictemy spacecraft thermal control .

Structure of this work is pre
sented by introduction, chapters, conclusion and
bibliography.

There are 5 tables, 20 pictures and 25 literature sources in the diploma
project. The Diploma project totally consists of _pages.



8

Co
д
ep
ж
a
ни
e

Aннoтция
…………………………………………………………………………
3

Co
д
ep
ж
a
ни
e
………………………………………………………………………..
8

Вв
e
д
e
ни
e
…………………………………………………………………………...
9

1.
Теоретическая часть


1.1




Анализ объекта управления
……………..………………
..
.
..
.
............
7



1.
2



Назначение и задачи системы терморегулирования КА


…...
..9


1.
3

Анализ факторов космического пространства, влияющих н
а
температурный режим работы КА (перепады температуры, глубокий вакуум,
невесомость)
………………………………………

………
………

...
12



1.4



Анализ электронагревательной установки системы
терморегулирования КА, как объекта управления
……………………
...
……
.
15

1.5
Постановка задачи
управления электронагревательной установкой в
условиях космического пространства
……

………………………………
.
.20

2. Основная часть

2
.1



Принципы нечеткого управления
………………
……


…...
….
2
6

2.
2



Модели нечеткого управления
……………………...
...................
...
3
0

2.
3



Алг
оритмы нечеткого управл
ния
………………………


..

.31



2.
4




Особенности реализации систем нечеткого управления
……

..
.3
6

2.
5

Разработка системы нечеткого управления электронагревательной
установкой системы терморегулирования КА
……
...
4
6




2.
5
.
1

Разработка с
труктуры системы нечеткого управления
электронагревательной установки системы терморегулирования КА
.
.47


2.
5
.
2

Выбор средства разработки системы
…………
...
.........
...
…….
5
2


2.
5
.
3

Разработка приложения
………………………

…..
…………
..
53

3
. Безопасность жизне
деятельности

3
.1


Анализ условий труда сотрудников
………………
…………….
..57

3
.2

Расчет естественного освещения

……………………
.

….

..
59

3
.3
Расчет искусственного освещения
…………
…………




.
61

3
.4 Расчеты выбросов загрязняющих вещ
..
еств (ЗВ) в атмосферу

…...
..
.
63


4.
Т
e
хник
o
-
эк
o
н
o
мич
ec
к
oeo
б
oc
н
o
в
a
ни
e

4.1

Ц
e
ли

и

з
a
д
a
чип
poe
кт
a
……………………………

……



.
.6
6

4.2

Определение

з
a
тр
a
т

н
a

созд
a
ние

прогр
a
ммного

продукт
a


.
…6
7



4.3

Р
a
счет

з
a
тр
a
т

н
a

опл
a
ту

труд
a

р
a
зр
a
ботчик
a

………
…………
.
..
70



4
.4


Рсчет зтрт н техническое об
еспечение проект
……………
7
1


4
.5

Рсчет зтрт н энергоресурсы
……………………………
……
.7
3

4
.6

Клькуляция сметной стоимости
…………………………


...
7
4


4
.7

Цен прогрммного продукт
…………………………

……
.
…7
5

Заключение
………………………………………………………
…………….

7
7

Список литературы
……………………………………………………
…………
7
8

Пpилoжeниe А
……………………………………………………………………
80

9

Вв
е
д
е
ни
е

Мировой тенденцией развития космических аппаратов (КА) является
расширение их функциональн
ых возможностей, что приводит к росту
потребляемой мощности, большая часть которой выделяется в элементах
оборудования КА в виде теплоты.

Для поддержания требуемого температурного режима работы
оборудования используются системы терморегулирования. Рост
эн
ерговооруженности и линейных размеров новых КА в условиях жестких
конструктивных и массогабаритных ограничений приводит к усложнению
условий поддержания температурного режима
-

терморегулирования. В
результате ухудшения температурного режима работы оборудо
вания КА
снижаются его функциональные возможности, надежность работы и ресурс
как отдельных элементов оборудования КА, так и всего КА в целом. Поэтому,
проблема создания высокоэффективных систем терморегулирования КА
становится решающей, а ее решение − важ
ной научно
-
практической задачей.

Эффективность работы системы терморегулирования (СТР)
характеризуется совокупностью частных показателей, находящихся во
взаимном противоречии друг с другом, когда улучшение по одному из
показателей ведет к ухудшению по друг
ому и наоборот. Кроме того,
показатели эффективности и ограничения имеют трудноформализуемую или
даже неформализуемую природу, задаются неопределенно.

Наиболее встречаемым видом неопределенности при решении задач
автоматизации технических средств является

неопределенность, связанная с
невозможностью контроля параметров технологического процесса во всех
требуемых точках объекта. И, как следствие,неточность задания переменных в
расчетных моделях, начальных и граничных условий.

Для работы с неопределенностями

такой природы используется теория
нечетких множеств и нечеткая логика, которые позволяют математически
формализовать неопределенности неслучайной природы.

Причинами быстрого развития нечеткого моделирования явились:

-

возможность построения систем упра
вления в условиях, когда имеется
информация лишь качественного характера;

-

малая чувствительность систем управления к изменению параметров
объекта управления;

-

малая трудоемкость построения систем управления сложными
объектами.

Для нечеткого моделирова
ния существуют области, где их применение
наиболее предпочтительно:

-

системы регулирования, где модель объекта управления определена
лишь качественно;

-

надстройка над традиционными системами регулирования для
придания им адаптивных свойств (например,
в ПИД
-
регуляторах);

10

-

воспроизведение участия человека
-
оператора в интеллектуальных
систем управления (ИСУ).

Общей предпосылкой для применения нечетких регуляторов
существуют два фактора: как уже отмечено выше, наличие неопределенности
и наличие информац
ии качественного характера необходимой при построении
ИСУ. Последний фактор имеет принципиальное значение, поскольку такой
характер информации присущ только интеллекту.

Преимущество ИСУ перед АСУ при управлении сложными
технологическими процессами с участи
ем живых организмов обусловлено тем,
что они работают не только с количественной информацией, в отличии от
традиционных АСУ, но и с качественной информацией, характерной для базы
знаний, где заложены причинно
-
следственные взаимосвязи в
каждойконкретной сит
уации, информацией о возможном дальнейшем
развитии событий в управляющей системе и переходе к другой ситуации в
зависимости от предпринятых действий, другой информацией методического
характера.



11

1.1

Теоретическая часть



1.1
Анализ объекта управл
ения

Космический аппарат непрерывно получает тепло от внутренних
источников (приборы, агрегаты и

т.

Д.) И от внешних: прямого солнечного
излучения, трения об остатки атмосферы планеты на высоте полета. Также КА
теряет тепло в виде излучения. Многие узлы ко
смических аппаратов
требовательны к температурному режиму, не терпят перегрева или
переохлаждения. Поддержанием баланса между получаемой тепловой
энергией и её отдачей, перераспределением тепловой энергией между
конструкциями КА и таким образом обеспечение
м заданной температуры
занимается система терморегулирования.

В земных условиях это тепло в большинстве случаев отводится от
приборов по принципу естественной конвекции: нагретый воздух, расширяясь,
понижает свою плотность и поднимается вверх. На его место

приходит более
тяжелый холодный воздух и забирает избыточное тепло от аппаратуры. В КА
в условиях невесомости нагретый воздух, находящийся в герметичном отсеке,
никуда от аппаратуры не уходит. Следовательно, во избежание перегрева
необходимо принудительно

его удалять и замещать более холодным. Это
делается с помощью вентиляторов, которые приводят в движение
внутреннюю атмосферу автоматического КА.

В космическом пространстве при удалении от Солнца на 150

млн. Км
(район земной орбиты) элементы конструкции ав
томатического КА,
обращенные к Солнцу, могут нагреваться до +150°C, а находящиеся в тени


охладиться до
-
120

°C. Существующая аппаратура такой диапазон тепловых
условии не выдерживает. Так, например, полупроводниковые
электрорадиоэлементы при нагреве выше

температур +80

90

°C выхолят из
строя. А при низких температурах замерзает электролит в химической
буферной батарее и прекращается подача электрической энергии.

Для нормальной работы приборов и систем создают более узкий
диапазон температур от 0 до 30°C.
Поддержание такого интервала температур
и возлагается на систему терморегулирования, в которой используются как
пассивные, так и активные средства поддержания заданного теплового
режима.

К пассивным средствам можно отнести окраску наружных поверхностей
авт
оматических КА: подбираются различного цвета краски с определенными
оптическими коэффициентами. Поглощение и рассеяние тепла поверхностью
характеризуются коэффициентом поглощения и степенью черноты
поверхности. И при избытке тепла на автоматическом КА необ
ходимо, чтобы
поверхность эффективно излучала тепло и мало его поглощала. А для этого
нужно снизить коэффициент поглощения и увеличить степень черноты
поверхности.

12

К пассивным средствам терморегулирования относится и изготовление
специальных ©шубª


экрано
вакуумной тепловой изоляции (ЭВТИ). Такая
изоляция состоит из 15

30 слоев металлизированной полимерной пленки,
переложенных тончайшими слоями стекловаты, причем верхний и нижний
слои для прочности выполнены из стеклоткани. ЭВТИ для упрощения
технологии изг
отовления создается из нескольких частей, подобно тому как
сшивается из разных частей одежда для человека: рукав, спинка и т.

Д.
Различие только в том, что тепловой ©комбинезонª для автоматического КА
©сшиваетсяª не заранее, а соединяется из частей непосре
дственно на самом
КА.

Тепловая зашита с помощью ЭВТИ заключается в том, что каждый слой
металлизированной пленки отражает большую часть теплового потока, а
пропускает малую его часть. В итоге поток тепла от Солнца доходит до
конструкций в очень ослабленном

виде. С теневой же стороны КА ©шубаª
препятствует уходу тепла в окружающее пространство путем лучеиспускания.

Как правило, одних пассивных средств системы терморегулирования
недостаточно, особенно для длительно существующих ИСЗ или
межпланетных станций. В
едь условия работы последних меняются: тепловой
поток с приближением к Солнцу увеличивается, а при удалении


уменьшается. Поэтому приходится использовать активные средства
терморегулирования в сочетании с пассивными.

Активные средства системы терморегулир
ования состоят из двух
взаимосвязанных контуров обогрева и охлаждения и включают в себя два
радиатора (холодного и горячего контура), вентиляторы, систему
трубопроводов, заслонки с приводами, логические блоки и систему
температурных датчиков, размещающихся

и различных местах КА.

В двухконтурной системе терморегулирования при повышении
температуры работает контур охлаждения, при понижении


контур обогрева.

В холодном контуре


воздух по системе трубопроводов попадает к
радиатору
-
холодильнику, в горячем


п
ротекает через радиатор
-
нагреватель,
расположенный с солнечной стороны.

Трубопроводы после радиаторов сходятся вместе, и поток воздуха
регулируется заслонкой, способной перекрывать либо горячий, либо
холодный поток или смешивать их в любой пропорции. Засло
нка с приводом
управляется блоком автоматики, к которому сходятся данные от
температурных датчиков.


Так, например, при понижении температуры внутри отсека
температурные датчики выдают сигнал на блок автоматики, который
формирует команду на перекладку засл
онки. Последняя частично
перекрывает поток воздуха от холодильника и увеличивает доступ воздуха от
радиатора, нагреваемого Солнцем. В итоге из смесителя идет более теплый
воздух. При повышении же температуры заслонка поворачивается в другую
сторону. Весь в
оздушный поток через трубопроводы и смеситель продувается
13

вентилятором, непрерывно функционирующим во время полета
автоматического КА.

Система терморегулирования на всех этапах космического полета, т.е.
При изменении солнечного излучения, при выделении теп
ла от работы
аппаратуры на борту КА, обязана поддерживать тепловой режим КА в узких
пределах, необходимых для сохранения работоспособности всех систем.



1.2


Назначение и задачи системы терморегулирования КА



Система терморегулирования космического апп
арата (СТР)
предназначена для поддержания теплового режима всех элементов КА в
заданных пределах путем обеспечения контролируемого их теплообмена с
окружающей средой. СТР обеспечивает решение задачи поддержания
температуры и температурных условий оборудова
ния платформы,
конструкции и раскрываемых элементов, а, главное, обеспечение требуемого
теплового режима аппаратуры целевого назначения.

Необходимость обеспечения определенных диапазонов температур
оборудования вызвана тем, что от температуры зависят:

-

св
ойства материалов (жидкости, газы, смазки, резины…),

-

выходные характеристики оборудования,

-

величина температурных деформаций,

-

прочностные характеристики конструкций.

Температура газа в гермоконтейнере должна быть в пределах от 0 до
40oc.

Температура
жидкости в жидкостных трактах, как правило, должна
быть в пределах от 0 до 40oc.

Температурные требования к оборудованию полезной нагрузки разнятся,
в основном, от назначения КА.

Для спутников связи допустимые пределы температуры от минус 10 до
65°С.

Для н
авигационной аппаратуры, для которой важна стабильность
характеристик, возникает необходимость обеспечения более узких диапазонов
(допустим 15
-
25°С) со стабильностью в течении определенного времени
±0,1°С.

Для научной аппаратуры нередко требование обеспече
ния температуры
не выше 20 К или по Цельсию минус 253°С.

Эти требования должны выполняться в любое время:

-

при всех наиболее жестких условиях, внешних воздействиях и
деградациях, которым подвергается КА на протяжении всех этапов
эксплуатации до конца эксп
луатационного срока службы;

-

при всех возможных режимах эксплуатации оборудования.

СТР по способу регулирования, составу элементов, наличию
теплоносителя можно условно разделить на несколько типов, показанных на
рисунке 1.1.

14



Рисунок 1.1
-

Типы систем т
ерморегулирования КА


Выбор типа СТР и ее основных параметров определяется требованиями
к тепловому режиму элементов КА, его компоновкой, внешним и внутренним
теплоподводом, характеристиками ориентации и требуемой длительностью
эксплуатации.

Практически вс
я электроэнергия, потребляемая оборудованием, за
вычетом энергии излучаемой передающими устройствами (для связного КА
-

ретранслятор), в конечном счете, превращается в тепловую энергию, которую
необходимо отвести.

По мере увеличения тепловыделений и габари
тов спутников,
усложнения их конструкции совершенствовались СТР.

К пассивным средствам терморегулирования добавились управляемые
электрообогреватели и тепловые трубы.

Одновременно с пассивными разрабатывались активные системы
терморегулирования. Одной из т
аких систем является СТР с жалюзи.
Принцип её действия заключается в том, что установленный над
радиационной поверхностью спутника экран, при повышении температуры
открывает радиационную поверхность, а при снижении температуры
закрывает. Тем самым обеспечи
вая температуру радиатора и оборудования
спутника в заданных пределах.

Обобщенная структура СТР КА приведена на рисунке 1.2.

15


Рисунок 1.2
-

Структура системы терморегулирования КА

СЭП
-

система энергопитания; БКУ


бортовой комплекс управления;
БИ БКУ


б
лок интерфейсный; БСТК


бортовая система телеконтроля; БА
КИС


бортовая аппаратура командно измерительной системы; ПО БКУ


программное обеспечение БКУ; БУ БКУ


блок управления;

Требования к СТР КА

Система терморегулирования КА должна иметь минимальную
массу,
минимальное энергопотребление, высокую надежность и быть
работоспособной в течении длительного срока активного существования КА.

В настоящее время этот показатель составляет
.

Основным параметром оценки качества СТР космического аппарата
, в
частности, телекоммуникационного спутника, является степень совершенства
СТР
, определяемая как отношение теплоотводящей способности
СТР

в условиях орбитального функционирования к ее массе
,



,



(1.1)

Показывающее, сколько избыточного тепла от работающих приборов
КА способен отводить в космическое пространство один килограмм массы
СТР, и чем больше величина
,тем СТР совершеннее,т.е.
Конкурентоспособнее.

В настоящее время этот показатель составляет ~
.

А)

Минимальная масса

16

Качество системы по массовым показателям определяется по
отношению массы системы к массе КА:
;

Б) Мин
имальное энергопотребление
;

В пассивных СТР нет энергопотребляющих агрегатов.

Требуемая мощность электрообогрева не превышает разницы в
мощности оборудования в максимально нагруженном и дежурном режимами
работы.

В активных системах терморегулирования отнош
ение мощности,
потребляемой СТР к энергопотреблению КА составляет ~ 1
-
2%. Каждый Вт,
потребляемый СТР, это дополнительная масса солнечных батарей.

В) Высокая надежность
.

Требуемая вероятность безотказной работы современных СТР
составляет не менее 0,98.

Раб
отоспособность в течении длительного срок активного
сосуществования (САС) КА

Проектируемые в настоящее время КА должны иметь
работоспособность в течении срок активного сосуществования (САС) не
менее 10
-

15 лет.

Вероятность безотказной работы СТР в конце С
АС должна быть не
менее 0,999.

Для обеспечения требуемой надежности в СТР применено
резервирование на уровне различного оборудования, датчиков и др.


1.3
Анализ факторов космического пространства, влияющих на
температурный режим работы КА

Главной особе
нностью условий эксплуатации для космической техники
является совокупность воздействий факторов космической среды.

Наиболее существенными факторами, оказывающими влияние на СТР
условиях космического пространства, являются:

-

температурные условия (сверхвы
сокие и сверхнизкие температуры,
перепад температур на солнечной и теневой стороне на орбите (

90; +120°С));

-

глубокий вакуум;

-

невесомость.

А) Температурные условия. В тропосфере температура воздуха
уменьшается на 4
-
8°С на каждый километр высоты. Есл
и летом у земли
температура +20
-

+ 30°С, то на высоте 3
-
4 км температура около 0°С, а на
высоте 9
-
11 км достигает минусовой температуры 40
-
50°С.

Тропосферу от стратосферы отделяет переходная область
протяженностью 1
-
3 км, называемая тропопаузой. Ее высот
а над земной
поверхностью зависит от географической широты места.

У экватора температура в тропопаузе на высоте 16
-
18 км равна
примерно 70
-
80°С; у полюсов высота тропопаузы равна 3
-
6 км и температура
в ней значительно выше.

17

Над тропопаузой начинается стра
тосфера. В отличие от тропосферы, где
температура в основном регулируется турбулентным перемешиванием
воздуха, в стратосфере регулятором температурного режима является лучевой
теплообмен. Стратосфера простирается до высоты 60
-
70 км.

Самые верхние слои атм
осферы, расположенные за стратосферой,
называются ионосферой. Молекулы воздуха этих слоев сильно ионизированы.

Нижний слой ионосферы, лежащий на высоте 70
-
90 км (слой Д),
образован ионизацией излучением хромосферы, а расположенный на высоте
90
-
100 км
-

ре
нтгеновским излучением короны Солнца. Зависимость
температуры от высоты в верхних слоях атмосферы, если взять некоторые
средние значения, вырисовывается в следующем виде: начиная с высоты 11
км, температура остается постоянной примерно до 20 км и равной
-
5
60

С.
Затем на высотах 20
-
50 км наблюдается повышение температуры за счет
интенсивного поглощения ультрафиолетового солнечного излучения слоем
озона, расположенного на этих высотах. На высоте около 50 км температура
атмосферы достигает примерно +70° С. Дал
ее начинается новое понижение
температуры. На высоте 80
-
100 км температура падает примерно до
-
60°Си
затем неуклонно повышается, переходя в область положительных значений.
Это повышение температуры связано с бомбардировкой земной атмосферы
космическими час
тицами и с солнечной радиацией.

Температурные условия эксплуатации космической техники охватывает
очень широкий диапазон температур, от криогенного уровня (до
-
270°С) до
высокотемпературных систем тепловой защиты (более 2000°С).

Б) Невесомость


состояние
материального тела, при котором
действующие на него внешние силы не вызывают взаимных давлений частиц
друг на друга, которое имеет место при свободном орбитальном полете.
Невесомость оказывает влияние на тепловой режим изделий через изменение
гидродинамики

теплоносителей, процессов кипения и конденсации
хладагентов. Важность вопроса обусловлена тем, что результаты наземных
экспериментальных исследований теплового режима КА из
-
за влияния
естественной конвекции могут в ряде случаев существенно отличаться от т
ого
теплового режима, который будет иметь место при эксплуатации в условиях
космоса.

Одной из физических проблем, возникающей в условиях невесомости,
-

проблема работоспособности и, в частности, запуска двигательных установок,
работающих на жидких, а особе
нно на криогенных компонентах.

Фактор невесомости обычно учитывается только для изделий,
размещаемых в герметизированных отсеках космических аппаратов.

А)Глубокий космический вакуум. Воздействие факторов космического
пространства на конструкционные матер
иалы и элементы изделий происходит
на фоне определяющего фактора


давления глубокого космического вакуума,
обусловленного сильной разреженностью среды. Глубокий вакуум
характеризуется длиной свободного пробега молекул газа, соизмеримой с
характеристически
ми линейными размерами космического аппарата или
18

испытательной вакуумной камеры (например, при высоте 150 км длина
свободного пробега молекул газа около 20 м).

В космических условиях все другие факторы действуют на фоне
глубокого вакуума, что ускоряет про
текание различных физических
процессов. В космическом пространстве любой материал выделяет газы и
пары, примеси и добавки на поверхности и в объеме.

Космический вакуум может вызвать ускоренную сублимацию
(испарение) поверхностных слоев материалов КА, приво
дящую к изменению
их поверхностных свойств, в том числе к изменению радиационно
-
оптических
характеристик. При этом для металлов вакуум не представляет особой
опасности, исключая металлы с относительно высоким давлением
насыщенных паров, такие как Cd и Zn.
Так, например, при температуре 120 С
лист из кадмия толщиной 2 мм за год может испариться полностью (при
двустороннем испарении), пластины Zn за год уменьшаются на 0,1мм.

Потери полимерных соединений происходят главным образом за счет
разложения в более пр
остые летучие вещества. Массопотери некоторых
материалов достигают 2% при циклическом изменении температуры 90
-
120°С
и облучении Солнцем.

В результате происходит изменение оптических, теплофизических и
диэлектрических характеристик материалов. Теплообмен
может
осуществляться только за счет излучения. Затруднена теплопередача за счет
соприкосновения из
-
за микронеровности и вакуумных промежутков между
ними. В среднем падение температуры воздуха с высотой составляет
примерно 0,56°С на каждые 100 м вертикально
го подъема.

В условиях космического вакуума имеет место неравномерное
динамическое и тепловое воздействие разреженной космической газообразной
материи на поверхность КА.

Важными являются также следующие явления, обусловленные
космическим вакуумом:

-

на
грузки от перепадов давления (внутри КА и снаружи);

-

утечка хранящихся на борту КА газов;

-

разгон истекающих и стравливаемых газов до предельных скоростей;

-

переохлаждение поверхностей при стравливании криогенных
компонентов;

-

возникновение токов

утечки, разрядов, пробоев, а также других
нежелательных электрофизических явлений при эксплуатации электронного и
электротехнического оборудования КА.


19

1.4

Анализ электронагревательной установки системы
терморегулирования КА, как объекта управления


Проц
есс проектирования КА
-

это путь компромиссных решений между
разнохарактерными по решаемым задачам направлениями общего процесса
проектирования при выполнении единой цели создания оптимального проекта.
Тепловое проектирование аппарата
-

неотъемлемая часть
общего процесса
проектирования, его обязательная составляющая и важнейший вид
инженерной
-
деятельности при разработке КА/56,68,69/.

Основной задачей этого направления проектирования является
обеспечение температурных режимов бортового радиотехнического
ком
плекса (БРТК), отдельных функциональных приборов, различных
электромеханических устройств, больших пространственных конструкций,
антенно
-
фидерных устройств (АФУ) и т.п. Их нормальное функционирование
и выходные параметры, а также надежность и ресурс работы

во многом
определяются температурными условиями, при которых эти устройства
выполняют свои функции. Большой объем и, зачастую, противоречивость
температурных требований, обязательных к реализации в процессе
проектирования, обуславливают особую значимость
теплового
проектирования и взаимной увязки тепловых аспектов с общими задачами
проектирования КА.

КА, находящийся вне пределов атмосферы планеты, является
автономным объектом, распределение температур в котором определяется
полем внешних тепловых потоков,

свойствами поверхности аппарата,
ориентацией его в пространстве (в космосе одна и та же поверхность,
ориентированная по
-
разному относительно поля, внешних тепловых потоков,
будет иметь разную температуру), энергопотреблением бортовой аппаратуры,
тепловыми

связями в аппарате и рядом других факторов. Вместе с тем многие
элементы и приводы аппарата работоспособны в строго определенных
диапазонах температур. Поэтому современный КА немыслим без специальной
бортовой системы
-

системы обеспечения теплового режима

(СОТР)/82,87,103/.

Экспериментальная отработка требует создания уникальной
экспериментальной базы, поэтому их отработка при натурных испытаниях
связана со значительными материальными затратами, поэтому расчетно
-
теоретические методы анализа и проверки тепл
ового режима и эффективности
СОТР играют весьма важную роль в решении задачи обеспечения теплового
режима КА.

В орбитальном полете КА находится под воздействием большого числа
дестабилизирующих факторов, влияющих на его тепловой режим, а именно:
временная
и количественная неравномерность внешнего теплообмена,
временная и количественная неравномерность внутренней тепловой нагрузки,
определяемой программой работы БРТК и ее целевой направленности. В этих
условиях обеспечение требуемых температурных условий пре
дставляет собой
сложную научно
-
техническую задачу и ее решение возлагается на сервисную
20

систему
-

систему терморегулирования (СТР), которая включает в себя
большой набор терморегулирующих мероприятий и теплозащитных мер
единой целевой направленности.

Практ
ика создания высокоэффективных систем регулирования
теплового режима помимо использования новых принципов, новых
материалов, новых физических эффектов и других новых решений,
определяющих общую структуру создаваемой системы, включает выбор
наилучшего сочет
ания значений параметров системы (геометрических
размеров, энергетических характеристик, режимных параметров и т.п.). В
процессе проектирования подобных систем необходимо учитывать и такие
факторы, как возможность практической реализации элементов, входящи
х в
структуру системы, наличие элементов в серийном производстве, высокую
степень надежности, их стоимость.

Особенности теплообмена в космическом пространстве не позволяют
использовать для обеспечения теплового режима готовые, апробированные в
земных услов
иях технические решения. Развитие космической техники
обусловлено качественным отличием каждой новой серии аппаратов от
предыдущей, что не дает в полной мере воспользоваться ранее
разработанными решениями без оценки их достаточности. Трудности же, а
иногда

и невозможность воспроизведения условий теплообмена КА во время
полета при испытаниях в земных условиях делают часто расчет единственным
средством получения информации о распределении температур по элементам
КА. Например, на теплообмен в объемах жидкости
или газа в земных
условиях влияет естественная конвекция, которая отсутствует во время
эксплуатации К А, если в нем не создается искусственная тяжесть/78,95/.
-

Сложно воспроизвести поля внешних тепловых потоков в установках,
имитирующих внешний теплообмен
в космическом пространстве/25,26/. Эти
трудности усугубляются еще и тем, что для любого КА характерно большое
количество вариантов условий внешнего теплообмена.

Тепловое проектирование подобных систем должно проводиться на
основе математического моделирова
ния системы терморегулирования и
процессов теплообмена КА с определенной степенью детализации, зависящей
от поставленной задачи исследования/22,23,38/. С этой целью в соответствии
с агрегатным принципом в структурной схеме КА выделяются характерные
агрегат
ы, выполняющие определенные функции и для них после анализа
особенностей процессов и условий взаимосвязи с учетом поставленной задачи
исследованийстроится математическая модель процесса теплообмена КА и
регулирования температурного режима.

Очевидно, что ра
зные задачи, поставленные перед тепловыми расчетами,
требуют различных математических моделей /85,88/. Например,
математическая модель, предназначенная для прогнозирования теплового
режима в процессе эксплуатации КА, должна наиболее полно рассматривать
про
цессы теп
-

лообмена. Модель же для проведения расчетов с целью выбора
средств СОТР должна быть по возможности простой, учитывающей только
21

главные тепловые связи. Она призвана помочь быстро оценить большое
количество вариантов СОТР. Таким образом, степень с
ложности
математической модели зависит от содержания поставленной задачи/108/.

Анализ таких сложных систем известными методами гармонического
баланса, широко применяющегося в инженерных расчетах нелинейных систем,
или методами Z
-
преобразований для импульсн
ых систем вызывает
дополнительные осложнения, возникновение которых почти невозможно
предвидеть. Известно, что точность приближенного описания при решении на
ЭВМ является функцией шага квантования (интегрирование исходных
уравнений), выбранного для приближ
енного выражения системы.
Фактическое определение величины шага связано с большими трудностями.
Очевидно, что в сложных системах переходные процессы в значительной
мере зависят от величины управляющих и возмущающих воздействий. Таким
образом, можно ожидать
, что выбор размера шага будет определяться вообще
локальным усилением или локальной постоянной Липшица. При
использовании переменного размера шага необходимо использование
программ интегрирования, которые могут регулировать размер своего шага в
соответств
ии с оценками местных ошибок, однако в этом случае машинное
время, а, следовательно, стоимость анализа оказываются чрезвычайно
большими, что экономически нецелесообразно при инженерном анализе
большого числа различных вариантов системы.

При размещении бор
товой аппаратуры в КА при выполнений различных
задач возможны два варианта. В первом случае бортовая аппаратура
располагается внутри КА в герметичном контейнере, что позволяет
использовать высокоточную аппаратуру с определенным диапазоном
работоспособности
. Во втором случае применяется бесконтейнерный вариант,
т.е. Бортовая аппаратура расположена непосредственно на рамах и корпусе
КА, что позволяет вырабатывающееся тепло бортовой аппаратуры отводить
непосредственно в космическое пространство. Однако, для ис
пользования
особо чувствительных приборов бесконтейнерный вариант непригоден, т.к.
Данная аппаратура работоспособна лишь в определенном, как правило, узком
температурном диапазоне.

Для анализа систем терморегулирования космических аппаратов с
высокой степе
нью стабилизации температурного режима БРТК в
представленной работе использован частотный метод анализа, как наиболее
информативный, и позволяющий с помощью логарифмических частотных
характеристик при выборе оптимального варианта СТР и анализе ее
особеннос
тей при относительно небольшой трудоемкости с сохранением
достаточной точности расчетов определить статическую и динамическую
точность регулирования, запас устойчивости СТР, параметры вынужденных
колебаний и качество переходного процесса.

Существующие СТР
отличаются многообразием технических решений в
зависимости от поставленных задач, требований эксплуатации, условий
работы. Общим для любых устройств, предназначенных для обеспечения
22

теплового режима КА, являются требования надежного съема, передачи и
сброс
а излишней энергии с минимальными затратами в течение всего периода
эксплуатации КА. Сложность поддержания требуемой температуры
заключается в автономном эксплуатационном режиме, наличии
пульсирующих тепловых нагрузок больших расстояний теплопередачи,
дегр
адации поверхностей радиаторов, сложности алгоритма регулирования,
воздействии внешних и внутренних возмущающих факторов. Исходя из
методов поддержания требуемого теплового режима, СТР подразделяются на
два основных типа
-

пассивные и активные системы, име
ющие свои
достоинства и недостатки.

Пассивные системы терморегулирования.

Наиболее простыми и, обладающими минимальной массой системами,
являются пассивные системы терморегулирования, в которых съем, отвод и
сброс излишней энергии производится без использо
вания механических
средств.

Одним из примеров пассивной системы является не автоматизированная
пассивная электрическая система обогревателей гасителей мощности /79/.
Сложность организации автономного терморегулирования каждого отдельно
взятого отсека вызыв
ает необходимость усреднения температуры всех отсеков,
что обеспечивается соединением отсеков при помощи платформы,
окрашенной черной теплопроводящей краской.

Терморегулирование данного КА обеспечивается, в значительной
степени, подсистемой электроснабжени
я. Избыточная мощность
электроэнергии, возникающая при работе без нагрузки радиоизотопного
термоэлектрического генератора, передается к внешним и внутренним
системам гасителей мощности, имеющих определенную емкость мощности. В
случае переохлаждения системы
, включается обширная цепь обогревателей,
расположенных в различных точках КА, теплопроводность конструкций
улучшена при помощи алюминиевой ленты. Для того, чтобы избежать потери
тепла, излучаемого маломощными обогревателями, и устранить влияние
внешних те
пловых потоков, отсеки теплоизолируются, а избыток тепла
сбрасывается в окружающее пространство при помощи теплообменников,
выполненных из алюминия и связанных с отдельными блоками отсеков КА.

Специально составленная программа исследует по телеметрическим
данным состояние блоков с возможностью проведения регулировки и дает для
каждого конкретного случая приемлемую регулировку. Отсутствие связи с
Землей в течение длительного периода приводит к накоплению погрешности
регулирования, которая может привести к ав
арийным режимам. Еще одним из
главных недостатков является сложность поддержания требуемого теплового
режима маломощной системой обогревателей/гасителей мощности.

Еще один из вариантов пассивных систем терморегулирования
основывается на надежной термоизоля
ции отсеков с оборудованием от
внешнего теплового воздействия и компенсации внешних и внутренних
температурных отклонений путем управляемого рассеивания тепла
23

тепловыми матами, установленными внутри отсеков, регулируемого с
помощью замкнутой системы с обра
тной связью, при использовании бортовой
ЭВМ. Сброс избыточной тепловой энергии, выделяемой работающим
бортовым оборудованием, осуществляется при помощи радиаторов.
Особенностью данной СТР является осреднение температуры отсеков за счет
теплопроводности алю
миниевой платформы, на которой установлены
нагреватели и равномерным тепловым излучением с поверхностей платформы.
Данный вариант СТР предполагает, что если внутренние поверхности отсеков
будут иметь заданную температуру, то элементы внутри отсека будут та
кже
иметь заданную температуру при отсутствии пиковых внутренних
возмущений. Теплорассеивающая платформа выбирается исходя из
максимальной величины отношения теплопроводности к плотности.
Предпочтительными материалами являются алюминий и бериллий, но чаще
используется алюминий, исходя из сложности обработки бериллия в ввиду его
токсичности.

Для любой СТР необходимо обеспечение надежного теплосъема,
поэтому в системах с пассивным терморегулированием, в настоящее время
наиболее широко применяемым методом тепл
осъема от теплоизлучателей
является метод с проводимостью через, так называемый, стык с "мокрым"
соединением к тепло рассеивающим поверхностям. "Мокрые" соединения
обычно содержат не наполненную термоэластичную смолу, такую как RTV
556 или проводящие прокл
адки, такие как "SIGRAFLEX".

Помимо вышеперечисленных устройств и конструкций пассивных
систем терморегулирования, для обеспечения передачи и съема тепла,
используют тепловые трубы с постоянной проводимостью, позволяют
осуществлять съем тепла большой мощно
сти с передачей для утилизации на
значительные расстояния. Однако, дополнительные особенности, связанные c
трудностью изготовления вырабатыванием неконденсируемого газа,
микроповреждениями метеоритами, вынуждают отказываться от их
применения на КА. Тепловы
е трубы постоянной проводимости применялись в
ряде космических программ (ATS
-
6, MARCES
-
A, "OLIMPUS", TV
-
SAT,
RCA/STC
-
DBS). Несмотря на то, что данное устройство для передачи и
рассеивания тепловой энергии прошло успешные испытания, оно еще не
нашло широког
о применения в СТР современных КА и, следовательно,
относится к разделу перспективных.



24

1.5
Постановка задачи управления электронагревательной
установкой в условиях космического пространства

В

космосе можно использовать практически любые силовые агрегаты

и

источники энергии. Вопрос только в

стоимости доставки топлива на

орбиту.
Именно поэтому в

качестве альтернативы солнечной энергии
рассматриваются порой весьма экстравагантные варианты.

Радиоизотопные источники

Иной раз бесплатная энергия обходится слишк
ом дорого. В

частности,
солнечные батареи должны быть постоянно повернуты к

источнику света,
иначе они теряют эффективность. В

земных условиях этим неудобством
можно пренебречь, запасая энергию в

аккумуляторах. Но

в

космосе
бесполезное утяжеление конструкц
ии недопустимо. Приходится
разворачивать аппарат, чтобы удерживать правильную ориентацию.
В

противном случае системы навигации и

связи окажутся обесточенными.
Кроме того, солнечные батареи не

действуют в

тени планеты или ночью
(последнее актуально для авто
номных станций на

поверхности Марса и

Луны).
А

на

затянутой облаками Венере они будут бесполезны и

днем.

Солнечные батареи более или менее приемлемы разве что в

условиях
земной орбиты. Но

уже на

орбите Марса их

площадь и

масса для получения
той

же мощности

должны быть увеличены в

2,5 раза, на

орбите Юпитера



в

27 раз, на

орбите Сатурна



в

91, а

на

орбите Нептуна



аж

в

900. В

любом
случае аккумуляторы, устанавливавшиеся на

первых спутниках, а

также
генераторы, использующие энергию химических реакций, не

м
огут
рассматриваться в

качестве альтернативы солнечным батареям. Уже на

заре
космической эры надежду возлагали на

радиоизотопные источники.

Еще в

1913 году Генри Мозли изготовил первый генератор,
преобразующий энергию спонтанных ядерных реакций в

электрич
еский ток.
Устрой
ство, изумительное по

своей простоте, представляло собой полую,
посеребренную изнутри сферу, в

центр которой помещалось некоторое
количество радия. Излученные радием электроны поглощались слоем серебра,
что приводило к

разделению заряда и

возникновению разности потенциалов.
Несмотря на

то

что энергия распада непосредственно трансформировалась
в

электрическую, КПД батареи Мозли оставался ничтожным. Источник
производил почти исключительно тепло. Недаром капсулы с

полонием
-
210
в

советских ©Лу
ноходахª служили именно для обогрева приборного отсека.
Тем не

менее такие качества радиоизотопных генераторов, как предельная
простота устройства, нетребовательность к

обслуживанию и

небольшая
по

отношению к

выделяемой энергии масса, были отмечены уже тог
да.

В

середине прошлого века кон
струкция радиоизотопных источников
энергии усложнилась. Капсула с

изотопом стала рассматриваться только как
тепловыделяющий элемент. Электричество

же вырабатывалось
полупроводниковым термоэлектрогенератором либо термоэмисс
ионным
преобразователем, использующим эффект испускания электронов нагретыми
телами. Со
вре
менные генераторы используют для производства
25

электроэнергии эффект Зеебека, или термоэлектрический эффект



возникновение ЭДС в

замкнутой электрической цепи, состо
ящей
из

последовательно соединенных разнородных проводников, контакты между
которыми имеют различные температуры. Устрой
ства такого типа
эксплуатируются с

1960 года и

применялись во

время пилотируемых полетов
на

Луну.

Радиоизотопные генераторы показали се
бя идеально подходящими для
космических аппаратов источниками энергии, очень компактными
и

эффективными. Особенно высокой оценки заслуживает надежность
радиоизотопных батарей. Отказ возможен только в

случае механического
разрушения устройства. Неудивительн
о, что на

принципе преобразования
отдаваемого плутонием
-
238 тепла в

электричество основана и

силовая
установка mrssciencelbortory



марсохода, которому предстоит попасть
на

Красную планету в

2012 году.

Стирлинг в

космосе

В

настоящее время американские и
сследователи работают над
усовершенствованным ядерным генератором, имеющим много общего
с

известным еще с

1816 года двигателем Роберта Стирлинга. Работа
устройства, КПД которого может достигать 30%, основана на

циклическом
изменении температуры рабочего те
ла. Нагреваемый газ расширяется, толкая
поршень, и

заполняет охлаждаемую часть цилиндра. Остывая, он

сжимается.
Эффективность тепловой машины повышается рекуператором



дополнительной камерой, проходя через которую разогретое рабочее тело
отдает часть тепл
а, с

тем чтобы при обратном движении холодный газ
нагрелся.

Двигатель Стирлинга имеет высокий КПД в

стационарных режимах,
но

недостаточно гибкий, чтобы быстро менять мощность по

требованию,



именно эта особенность в

свое время не

позволила ему составить с
ерьезную
конкуренцию паровым машинам. Зато он

чрезвычайно удобен тем, что дает
возможность использовать любую разницу температур, даже самую
незначительную.

Преобразование ядерной энергии в

тепловую, потом в

кинетиче
скую,
и

только потом в

электричество пр
едставляется чрезмерно сложным
процессом. Атомная энергетическая установка с

поршнем выглядит
экстравагантно, а

наличие движущихся частей создает дополнительные
проблемы. Но

первое впечатление обманчиво: нет никаких препятствий
объединению принципов термоэ
лектрогенерации и

тепловой машины
Стирлинга. В

последнем случае поршень позволит преобразовать
в

электричество до

30% энергии распада.

На

сегодняшний день технология находится в

стадии разработки
специалистами NASA. Проект может столк
нуться с

множеством
препятствий
в

процессе практической реализации. Беспокойство вызывает поведение
механизма в

условиях перегрузок и

изменения температур за

время
26

космического полета. Тем не

менее есть шанс, что уже в

2016 году NASA
применит двигатель Стирлинга в

космосе.

Р
еактор в

цилиндрах

Не

исключено, что в

будущем окажется пересмотренной и

основная
концепция ядерных источников энергии космического назначения. Рабочим
телом в

двигателе Стирлинга может быть и

сам делящийся материал
в

газообразной фазе. Начавшаяся цепная р
еакция в

этом случае приведет
к

нагреву, расширению газа и

смещению поршня. При этом плотность
газообразного изотопа снизится, потери нейтронов возрастут, и

цепная
реакция прекратится. После охлаждения пара и

возвращения поршня
в

исходное положение условия

для осуществления цепной реакции
восстановятся и

нач
нет
ся следующий цикл. Реактор, основанный на

таком
принципе, будет достаточно безопасным, так как реакция не

сможет выйти из
-
под контроля. Поршень позволит эффективнее, чем это делают
полупроводниковые
термоэлектрогенераторы, преобразовывать тепло
в

электриче
ство. Однако для осуществления проекта требуется преодолеть
целый ряд серьезных технических препятствий, связанных с

созданием
сверхэффективного газообразного замедлителя нейтронов. Но

они
представл
яются вполне преодолимыми в

случае использования в

качестве
ядерного горючего специальных изотопов.

В

любом случае сконструировать ©реактор Стирлингаª будет куда
проще, чем газофазный ядерный ракетный двигатель, использующий уран
в

форме высокотемпературно
й плазмы. А

работы над созданием ГФЯРД
ведутся и, возможно, увенчаются успе
хом уже в

ближайшее десятилетие.

Ядерные реакторы

Реактор в

космосе



редкий гость. Тем не

менее будущее космонавтики
немыслимо без управления ядерными реакциями. До

сих пор боль
шинство
атомных энергетических установок космического назначения не

использовали
цепную реакцию, полагаясь лишь на

тепло, выделяющееся при естественном
распаде плутония
-
238 или стронция
-
90 (то

есть радиоизотопные источники).
Такое решение уравнивало послед
ние с

солнечными батареями по

крайней
мере в

одном отношении: регулирование поступления энергии оставалось
невозможным. Если требовалось в

какие
-
то моменты резко повышать
ее

расход, нельзя было обойтись без аккумуляторов, подзаряжающихся
в

периоды относите
льного покоя.

А

это

-

лишний вес и

явный шаг назад.

Собственно, впервые ядерный реактор был выведен на

орбиту в

1965
году. Американская установка SNAP
-
10A проработала 43 дня. Реактор
на

тепловых нейтронах использовал обогащенный до

10% уран
-
235 в

качеств
е
горючего, гидрид циркония в

качестве замедлителя и

натрий
-
калиевый
теплоноситель. Источник энергии мог выполнять возложенные на

него задачи


частности, питание ионного двигателя), но

КПД, составлявший всего 1,5%,
оставлял желать лучшего. Из

40 квт выде
ляющейся энергии лишь 500−600
Вт

переводилось в

электрическую форму. SNAP
-
10A остался в

истории как
27

единственный энергетический ядерный реактор, не

способный обеспечить
работу обычного электрочайника.

Советский космический реактор БЭС
-
5 ©Букª, серийно
про
изводившийся с

1970 года, отличался чуть лучшими характеристиками.
При тепловой мощности 100 квт в

электрическую форму полупроводниковым
термоэлектрическим генератором переводилось около 3 квт. ©Букª
предназначался для питания радиолокационной аппаратуры с
путников
-
шпионов и

представлял собой миниатюрный реактор на

быстрых нейтронах.
Соответственно, уран требовалось обогатить до

90%, а

замедлитель
не

использовался, что позволяло снизить массу конструкции. Теплоносителем
служил калий
-
натриевый сплав. КПД на

у
ровне 3% объяснялся
миниатюрностью устройства.

В

дальнейшем совершенствование реакторов космического назначения
велось путем включения в

кон
струк
цию термоэмиссионного преобразователя
(проект ©Топазª, 1980
-
е годы), по
зво
ляющего повысить КПД, увеличить
р
есурс и

уменьшить массу и

габариты установки. В

частности, количество
урана
-
235 удалось снизить до

11,5

кг (против 30

кг у

©Букаª), при этом
электрическая мощность составила от

5 до

6,6 квт (при тепловой 150 квт).

Но

препятствия на

пути широкого внедрения

ядерных источников
энергии остались весомыми. Масса реактора примерно на

порядок больше,
чем у

радиоизотопной батареи, а

надежность существенно ниже. Тот

же
SNAP
-
10A вышел из

строя в

результате сбоя управляющей аппаратуры.
Аварии подобного рода в

космосе
вполне вероятны, так как могут
провоцироваться воздействием самого реактора на

электронику: жесткие
требования к

массе не

позволяют установить противорадиационную защиту.
Ионизирующее излучение из

активной зоны, которое нельзя ни

экранировать,
ни

использов
ать, исключает применение реакторов на

пилотируемых
кораблях.

Невелик и

срок службы реактора



всего около года. Извлечение
отработанного горючего и

перезаправка на

орбите если и

теоретически
возможны, то

нерентабельны. Предельная

же миниатюризация и

упро
щение
кон
струк
ции реактора приводят к

тому, что цепная реакция прекращается
даже при незначительном падении содержания 235
-
го изотопа. Лишь
применение газообразного горючего, которое можно автоматически подавать
в

активную зону, позволит исправить ситуац
ию.

И поэтому, учены выявили самый оптимальный вариант оснащения
космического аппарата эллектроэнергией, который на данный момент
является более используемым


это электронагревательные установки,
которые, со временем, стали автоматически управляться.

Под

автоматическим управлением электронагревательными
установками понимают автоматическое, то есть без непосредственного
участия человека, выполнение с заданной последовательностью различных
операций, таких, как включение и отключение установки, изменение и
28

р
егулирование режима нагрева, а также защита установок при анормальных
режимах работы (коротких замыканиях и перегрузках).

В качестве аппаратов систем управления и защиты применяют в
основном релейно
-
контактную аппаратуру. Последовательность включения
аппар
атов управления, необходимая для согласованной работы установки,
предотвращения поломок и обеспечения безопасных условий работы людей, в
схемах автоматического управления осуществляется, как правило, при
помощи блокировочных цепей.Схемные решения блокирово
чных цепей
аналогичны таковым при управлении электроприводами.Управление пуском
установок зависит от значения пускового тока. Прямое включение в сеть
допускает, как правило, большинство установок с резистивными
металлическими электронагревателями. Распрост
раненным приемом,
повышающим скорость нагрева, является включение электронагревательных
установок на повышенную мощность в начале разогрева.

Электронагревательные установки предназначены для получения и
передачи тепловой энергии к объекту нагрева (или обог
рева), поэтому их
автоматизация в конечном итоге призвана обеспечить регулирование
теплового потока . Учитывая, что превращение электрической энергии в
тепловую практически безынерционно, интенсивность нагрева среды зависит
от мощности установки, способа в
вода тепловой энергии, объекта нагрева
(объемного или поверхностного) и теплофизических свойств нагреваемой
среды.

Регулируемыми параметрами электронагревательной установки могут
быть температура нагреваемой среды в рабочей зоне, мощность, ток,
напряжение
и производительность установки в замкнутых системах
управления с обратными связями.

Системы регулирования подразделяют по следующим признакам.

По виду регулируемого параметра: температуре нагреваемой среды, рабочему
току, напряжению, производительности уст
ановки и их производным.

Наиболее широко распространены системы регулирования по температуре
нагреваемой среды (микроклимат производственных помещений,
водонагреватели, электротермические печи и др.).

По рабочему току регулируются электродуговые и индукцио
нные
установки.


По производительности можно регулировать проточные установки для
нагрева жидкостей и воздуха (водонагреватели, пастеризаторы, калориферы).



По количеству обратных связей регулирования: одноконтурные и
многоконтурные.

Многоконтурн
ые системы применяют при повышенных требованиях к
качеству регулирования теплового режима в быстродействующих процессах
электронагрева(например, при электродуговом и индукционном нагреве, где
обратные связи могут быть как по току, так и по напряжению).

По
принципу действия: непрерывного и дискретного действия.
Последние можно разделить на релейные и импульсные.

29

В системах непрерывного действия изменение мощности установки
непрерывно следует за величиной рассогласования на входе регулятора. В
системах релейн
ого действия мощность изменяется ступенчато, в зависимости
от знака рассогласования, а в системах импульсного действия мощность
установки представляет собой последовательный ряд импульсов, амплитуда,
длительность или частота которых зависят от величины рас
согласования.

Наиболее распространены системы релейного действия, главное
преимущество которых заключается в простоте ступенчатого управления
мощностью установки (©включено


выключеноª). Однако в связи с
быстрым развитием силовой полупроводниковой техники

(тиристоры,
симисторы) все шире используют более точные и надежные системы
непрерывного действия.


30

2.
О
сновная часть



2.1 Принципы нечеткого управления

В настоящее время начинают находить широкое применение так
называемые нечеткие системы управления (f
uzzy
-
системы), основанные на
нечеткой логике, разработанной профессором Лотфи Заде еще в 1965 году.
Особенно эффективно применение нечетких систем управления там, где
объект управления достаточно сложен для его точного описания и существует
дефицит априорн
ой информации о поведении системы. Область применения
нечетких систем управления показана на рис. 2.1.




Рисунок. 2.1 Сфера применения нечетких систем упра
вления


Принцип действия нечетких систем управления основан на выполнении
нечеткого логического вы
вода типа:


Нечеткие
системы имеют базу знаний и зачатки искусственного интеллекта.


Рис
унок
. 2.2 Простейша
я одновходовая нечеткая система

Простейшая система управления, функциональная схема которой
показана на рис. 2.2, реализует один восход
ящий нечеткий вывод, схему
которого можно представить в следующем виде

,

,

,

31

Здесь

-

описательная информация
-

лингвистические
переменные, представляемые в виде нечетких множеств


Связь меж
ду, например, входной переменной


и соответствующей ей
лингвистической переменной


может быть представлена в виде
характеристической функции
-

функции принадлежности, как показано на рис.
2.3. Для лингвистической переменной “Высок
ий”.


Рисунок.
2.3

Функция принадлежности лингвистической перем
енной
“Высокий”

,



.


При дискретном представлении функции принадлежности А можно
рассматривать как вектор



Анал
огично

,

В нечетком логическом выводе А
-

причина и В
-

результат связаны
матрицей R, отражающей нечеткие причинно
-
следственные отношения между
А и В. Матрица R может быть представлена в следующем виде

32








(2.1)

Заде следующим образом определил результат нечеткого восходящего
вывода для В‱


(2.2)

Из (2.1.2) вытекает, что


,







(2.3)

;


-

логическое сложение (MAX).



Для непрерывной логики логическое умножение эквивалентно
нахождению минимального значения, а логическое сложение
-

максимального.

Мамдани предложил следующий вариант не
четкого отношения,
наиболее часто используемый на практике





(2.4)

.

Рассмотрим реализацию нечеткого управления в простейшей системе
управления с одним входом и одним нечетким выводом типа



,на примере системы управления
компенсационной емкостью, функциональная схема которой показана на рис.
2.4.



Рисунок. 2.4

Функциональная схема системы управления компенсационной
емко
стью

Система должна следить за тем, чтобы в компенсационной емкости К.Е.
было достаточное количество жидкости, но не было переполнения.

Система реализует нечеткий вывод типа:

33


Если уровень “высокий”, то открыть” клапан К”.

Таким образом входной лингвисти
ческой переменной в данном случае
является переменная:


А=“Высокий”,


выходной













“Открыть”.

Функции принадлежности, связывающие физическую входную
переменную “Уровень” в метрах с лингвистической переменной “Высокий” и
выходную перем
енную “Угол поворота вентиля” с лингвистической
переменной “Открыт” показаны соответственно на рис. 2.5, (а) и (б).



А)




















































б)




Рисунок. 2.5

Функции принадлежности лин
гвистических п
еременных
“Высокий” и “Открыть”

В соответствии с приведенными функциями принадлежности входная и
выходная лингвистические переменные могут быть представлены в виде
следующих дискретных множеств

“Высокий” =

“Открыть” =

Нечеткий вывод “Если высокий, то открыть” реализуется в данной
системе на основе формул (2.3) и (2.4), как показано на рис. 2.6. Управление
происходит в три этапа:

34

-
фаззификация
-

превращение уровня выдаваемого датчиком (например
1.75 м) в лингвистич
ескую переменную (в данном случае A‱
-

довольно
высокий), представленную на рис. 2.6.(а) в виде множества m(x) с учетом
разброса измеряемого параметра x;

-
реализация нечеткого вывода по формуле полученной из (2.3) и (2.4)



,


(2.
5)


Как показано на рис. 2.6 (б) и (в);

-
дефаззификация, то есть превращение полученного выходного
множества mb‱(y) в выходную величину y. В данном случае на рис. 6.6, (в)
показана де
фаззификация по методу центра тяжести (фигуры заштрихованной
на рис. 6.6, (в), который дает

.


Рисунок. 2.6 Реализация управления в простейшейfuzzy
-
системе


2.2

Модели нечеткого управления

Сложные системы характеризуются большим числом вх
одов
-
выходов и
элементов, связи между элементами носят разнотипный, нелинейный характер.
Часть информации о системе представлена в качественном виде.
Функционирование системы происходит в условиях нечеткости и
неопределенности, которую вносит человеческий
фактор. В этом случае, как
правило, получение закона распределения параметров, воздействующих на
систему, становится трудной, часто неразрешимой за ограниченное время
35

задачей. Традиционные средства (вероятностный подход на основе аппарата
математической ст
атистики, имитационное моделирование) не позволяют
строить модели таких систем в условиях ограниченности временных,
материальных и трудовых ресурсов. Спектр таких задач постоянно
расширятся: это управление производственными системами, распознавание
сигнало
в и образов, классификация и многие другие.

Поэтому в последние годы наблюдается повышение научного и
практического интереса к методам интеллектуальной обработки информации.
К ним относятся: искусственные нейронные сети, гибридные нейронные сети,
модели на

основе нечеткой логики

Нечеткая логика (англ.: fuzzylogic), основы которой заложил Л. Заде в
60
-
х годах прошлого столетия ,за несколько десятилетий превратилась в
мощный инструмент для построения моделей приближенных рассуждений
человека в задачах приняти
я решений в условиях неопределенности,
классификации и анализа данных. Математический аппарат теории нечетких
множеств позволяет построить модель объекта, основываясь на нечетких
рассуждениях и правилах. Нечеткие модели описывают явления и процессы
реально
го мира на естественном языке при помощи лингвистических
переменных, а механизм нечеткого вывода прозрачен и понятен человеку. Эти
преимущества обусловили широкое применение нечеткой логики для решения
задач автоматического управления, принятия решений, пр
огнозирования в
различных прикладных областях науки, техники и экономики.

Таким образом, модели, построенные на нечеткой логике, в которых
подбор параметров нечеткой модели ведется в процессе обучения на данных,
описывающих исследуемую сложную систему, отн
осят к классу адаптивных
моделей нечеткого логического вывода.


2.3

Алгоритмы нечеткого управления

Для обработки fuzzymodel‱ используется правило обобщенного
Моdusponens, расширенный на Т
-
нормы. Расширение обобщенного
modusponens на Т
-
нормы позволяет нас
троить нечеткую модель управления
на Т
-
нормы пользователя и, таким образом, адекватно предс тавить модель
проблемной области [Averkin, 1995; Averkinetl, 1995; Averkin, 1996].

Приведем алгоритм функционирования нечеткого регулятора WARP,
разработанного фир
мой SGS
-
THOMSON (Италия) [Pgnietl, 1992], который
восходит к алгоритму нечеткого регулятора Ватанабы [Wtnbeetl, 1990],
расширив его на аппарат Т
-
норм.

Шаг 1. Этап фаззификации. Присвоение входным переменным значений,
считываемых с датчиков.

Шаг 2. О
пределение

-
значений продукционных правил.

-
значения
продукционных правил определяются по формуле:

36

,где

значение антецендентов i
-
го продукционного правила;

-
число одновременно срабатываемыхпродукционных провал;

M
-
чи
сло антецендентов в i
-
м продукционном правиле;

значение j
-
гоантецендента i
-
го продукционного
правила.


Шаг 3. ^ Этап вывода. Модификация функций принадлежности консеквентов
на основе максминного метода и метода максимальных точек. Нами
реализо
ван максминный метод, в основе которого лежит срез функций
принадлежности консеквентов на уровне

-
значений анцетендентов.
Следующий шаг
-

комбинация функций принадлежности консеквентов с
целью вычисления единственного значения выходной переменной. Это
зна
чение находится путем суммирования модифицированных функций
принадлежности консеквентов и получения новой выходной функции
принадлежности G. Сумма может быть вычислена двумя способами: или как
логическая сумма, которая соответствует логическому оператору м
аксимум,
или как арифметическая сумма, которая соответствует суммированию от
точки к точке значений функции принадлежности. Во втором способе
осуществляется нормирование выходной функции. Нами реализован метод
логического суммирования для получения новой в
ыходной функции
принадлежности, соответствующей выходной переменной, расширенный на
S
-
нормы.


Шаг 4. ^ Этап дефаззификации. На этом шаге определяется выходное
значение (четкое) нечеткого регулятора на основе функции принадлежности G.
Известны различные мет
оды дефаззификации, наиболее распространенными
из которых являются метод центра тяжести, который нами был реализован,
метод центрирования и метод середины максимума.

Программное средство нечеткого семиотического моделирования
управления

В настоящее время р
азработано несколько версий программного
средства Trincon v.1.0
-
v.6.0 (tringulrnormcontroller) [Аверкин и др., 1997;
Аверкин и др., 1998], из которых каждая последующая версия является
расширением функциональных возможностей предыдущей.

Программное сред
ство Trincon является ©настройкойª над
программным окружением WARP
-
SDT (weightassociativeru leprocessorso
ftwredeve lopmenttool) [Pgnietl, 1992]разработки модели нечеткого
регулятора, созданным фирмой SGS
-
THOMSON (Италия) в 1994 г.. Нечеткая
37

модель упра
вления, разработанная в программном окружении WARP
-
SDT,
является исходной моделью для программного средства Trincon, в котором
осуществляется нечеткое семиотическое моделирование управления с
настройкой моделей на Т
-
нормы пользователя.

В основе программно
го средства Trincon лежит алгоритм
функционирования нечеткого регулятора, расширенный на использование Т
-
норм и S
-
норм. Т
-
нормы используются при определении

-
срезов нечетких
продукционных правил, S
-
нормы используются при определении функции
принадлежности

выходной переменой, получаемой как объединение
выходных функций принадлежности, соответствующих данной выходной
переменной, одновременно срабатываемых продукционных правил. Т
-
норма
также используется при определении степени достоверности считываемой с
дат
чиков информации.

В программном средстве Trincon осуществляется настройка нечеткой
модели управления на следующие Т
-
нормы:



Т
-
норма и Т
-
конормазаде:

;

Вероятностные Т
-
норма и Т
-
конорма:

;

Т
-
норма и Т
-
конормалукасевича:


;

Т
-
норма и Т
-
конорма Франка:


;


(2.6)


;


(2.7)

Т
-
норма и Т
-
конормасугено: s

-
1

;

,

38

А также существует возможность настройки на гибридные Т
-
нормы.

Подсистемами программного средства Trincon v.6.0 являются:


-

Решатель, в основе которого лежит правило вывода


обобщенный
modusponens, расширенный на Т
-
нормы;


-

Подсистема загрузки исх
одных данных, которыми являются нечеткие
модели управления и исходные тесты;


-

Подсистема сохранения результатов функционирования нечеткой
модели управления;


-

Подсистема настройки нечеткой модели управления на гибридные Т
-
нормы;


-

Подсистема визуализ
ации функционирования нечеткой модели
управления с поддержкой 2D
-

и 3D
-
графиков;


-

Подсистема настройки изменения Т
-
норм в динамике;


-

Подсистема поддержки нечеткого семиотического моделирования
управления;


-

Подсистема поддержки многозадачности;


-

Подсистема помощи.



Рисунок.2.7
-
Куб переходов в Trincon v.6.0

В подсистеме поддержки нечеткого семиотического моделирования
управления смена нечетких моделей осуществляется при возникновении
внешнего воздействия, кото
рое имитируется нажатием правой кнопки мыши.
Далее осуществляется выбор гибридных Т
-
норм и нечеткой модели для
дальнейшего функционирования процесса управления. При этом последнее
состояние предыдущей нечеткой модели является первым состоянием для
последую
щей. В программном средстве Trincon v.6.0 осуществляются
переходы, которые описываются кубом переходов, представленным на рис. 1.
В общем случае куб переходов является 4
-
мерным, поскольку в Trincon v. 6.0
39

реализованы параметрические Т
-
нормы. На рис.1 введе
ны следующие
обозначения:


множество нечетких моделей;
}

множество Т
-
норм; S={
}

множество Т
-
конорм.

В подсистеме настройки нечеткой модели управления на гибридные Т
-
нормы существует возможность настройки каждого в
ыходного значения
модели на собственные Т
-
нормы.

Подсистема визуализации функционирования нечеткой модели
управления работает в двух режимах:

©modelingª, в котором отображаются зависимости значений выходных
переменных от входных переменных;

©simultionª,
в котором отображаются зависимости значений выходных
переменных от времени протекания процесса управления.


Подсистема визуализации является многофункциональной компонентой.
Ее основными функциональными возможностями являются:


Поддержка различных видов 2D
-
графиков;


Поддержка различных видов 3D
-
графиков;


Масштабирование координатных осей;


Изменение расположения начала координат;


Удаление графиков.



В программном средстве Trincon реализована визуализация
динамического поведения технического объекта, т.е
. Просмотр характеристик
его поведения во времени при непрерывной смене моделей управления. Для
этой цели используются 2D
-

и 3D
-

графики. Если для управления некоторым
параметром объекта используются несколько моделей, то для отображения
зависимости некото
рого параметра от времени используется график, точки
которого отображаются геометрическими фигурами (круг, эллипс, сектор,
прямоугольник), определяющими модель управления. Интерфейс с
пользователем в программном средствеtrincon представлен на рис.2.

Подсис
тема настройки нечеткой модели управления на гибридные Т
-
нормы обладает удобными средствами для задания параметров в
параметрических Т
-
нормах Франка и Сугено, которыми являются
горизонтальная и вертикальная линейки
-
прокрутки.

40


Рис
унок
. 2.8 Интерфейс с пол
ьзователем в программном средстве
Trincon

2.
4
Особенности реализации систем нечеткого управления

Современный уровень развития промышленности требует комплексного
подхода при разработке САУ техническими объектами. Это обусловлено, с
одной стороны, необход
имостью повышения качества управления при
минимальных затратах на создание и эксплуатацию систем, с другой стороны


усложнением структуры объекта управления, функций, выполняемых им, и,
как следствие, увеличением факторов неопределённости, которые необход
имо
учитывать для управления объектом.

В теории автоматического управления существует достаточно много
методов, позволяющих оптимизировать работу систем по тем или иным
критериям качества при выполнении ряда ограничений.

Математический аппарат, используемы
й в традиционных методах
автоматического управления, не всегда в полной мере может удовлетворить
нуждам современного производства. Поэтому в последнее время находят
широкое распространение так называемые “мягкие вычисления”, основной
принцип которых заключ
ается в обеспечении приемлемого (не обязательно
оптимального) качества управления в условиях неопределённости при
относительно невысоком уровне затрачиваемых ресурсов (стоимостных,
временных, вычислительных и т. П.). К мягким вычислениям в настоящее
время
относят такие информационные технологии, как экспертные системы,
нейронные сети, нечеткие системы, генетические алгоритмы и ряд других. В
их основе лежит попытка некоторой формализации деятельности головного
мозга человека и функционирования живых организм
ов.

Рассмотрим ряд аспектов использования нечеткой логики при
управлении ТО (техническими объектами). Построение нечетких систем
41

основано на имитации действия человека
-
оператора или ЛПР при помощи
ЭВМ. Действительно, человеку свойственно оперировать не кол
ичественными
показателями, а качественными, но следует учитывать, что эти качественные
понятия носят, по сути, нечёткий характер. При этом используются
лингвистические переменные, описывающие входную ситуацию и
управляющие воздействия на качественном уровн
е (например, ©Расход
ксантогенатаª
-

©Немного уменьшитьª, ©Температураª
-

©Средняяª, ©Уровень
пульпыª
-

©Не изменятьª). Эти лингвистические переменные задаются на
некоторой количественной шкале, при помощи которой определяются степени
соответствия данных р
ассматриваемым понятиям.

Для этого используются функции принадлежности, принимающие
значения от 0 до 1. Возможные значения лингвистических переменных
называются термами (например, для лингвистической переменной


©Уровень
пульпыª термами являются ©Понизит
ьª, ©Повыситьª, ©Не изменятьª). Кроме
того, задается набор правил, ставящих в соответствие входной ситуации
определённое управляющее воздействие. Эти правила обычно имеют вид
©Если …, то…ª и формируются при помощи эксперта или группы экспертов.
Однако во м
ногих случаях экспертам не удаётся принять однозначное
решение о требуемом воздействии на объект при сложившейся ситуации.
Например, если рассогласование между уставкой и выходом объекта
отрицательно, а его производная положительна, даже опытному специалис
ту
бывает затруднительно ответить, каким должно быть управляющее
воздействие. Поэтому представляется целесообразным каждому правилу
©Если …, то…ª также ставить в соответствие некоторую величину из
интервала от 0 до 1, отражающую степень уверенности в предп
ринимаемых
действиях. Таким образом, формируется нечеткое соответствие между
пространством предпосылок и пространством заключений.

После описанных процедур, выполняемых экспертами, вступает в
действие механизм нечеткого логического вывода, в ходе которого
осуществляется композиция нечеткого множества. Композицию можно
представить как аналог умножения вектор
-
строки на матрицу, только вместо
операции умножения используется расширенное представление логической
операции И, а вместо операции сложения


расширенн
ое ИЛИ. В результате
определяется нечёткое множество управляющих воздействий. Последним
этапом алгоритма нечеткого управления является дефаззификация (от англ.
Слова ©Fuzzyª


©нечеткийª)


процесс перевода нечетких данных в
конкретные физические управляющ
ие величины.

Обычно в качестве расширений операций Ии ИЛИ выбирают операции
взятия минимума и максимума соответственно, т.е. Используют максминный
логический базис. Однако существуют и другие точки зрения относительно
выбора логического базиса. Вообще тот
или иной логический базис задается
априори. Наиболее распространенными являются максминный,
алгебраический и ограниченный базисы.

42

Как было сказано выше, нечёткое соответствие отражает степень
уверенности ЛПР, выполняющего данное действие в сложившейся ситу
ации.
График нечеткого соответствия может быть представлен в виде матрицы. Так,
например, если входная Х и выходная Y переменные имеют одинаковые терм
-
множества

={©Отрицательноª, ©Около нуляª, ©Положительноª}, а
график нечеткого соответствия
имеет вид:



,




(2.
8)

То система правил нечеткого вывода имеет следующий вид:

-

если Х ©Отрицательноª, то Y


©Отрицательноª со степенью
уверенности 0,9, ©Около нуляª
-

со ст
епенью уверенности 0,3;

-

если Х ©Около нуляª, то Y ©Отрицательноª со степенью уверенности
0,3, ©Около нуляª со степенью уверенности 0,8 , ©Положительноª со
степенью уверенности 0,3;

-

если Х ©Положительноª, то Y ©Около нуляª со степенью уверенности
0,3, ©
Положительноª со степенью уверенности 0,9.

Фактически механизм нечеткого логического вывода представляет
некоторое нелинейное преобразование.

В качестве иллюстрации различий в статических характеристиках
нечеткого регулятора при выборе различных логических

базисов для
одномерного случая рассмотрим зависимости, изображенные на рисунках
1…3 приложения А. График нечеткого соответствия имеет вид


,

(2.
9)

Такой график не
четкого соответствия означает, что эксперт, чьи знания
были использованы при построении НР, мог выразить свою мысль
следующим образом: ©Я уверен, что, если

положительно, то

должно быть
положительно и, если

отрицате
льно, то

должно быть отрицательно, но
если

близко к нулю, то

может быть как близким к нулю, так и
отрицательным, так и положительным


наверно, это зависит от
дополнительных неучтенных условий (например, от произво
дной Х по
времени)ª.

Приведенные примеры достаточно наглядно демонстрируют различия
свойств НР при выборе того или иного логического базиса.

Так, например, алгебраический базис обеспечивает более линейную
статическую характеристику. С одной стороны, это с
войство является
положительным, поскольку разработчику систем управления всегда удобней
иметь дело с линейными характеристиками. С другой стороны, линейную
43

зависимость легко реализовать, не прибегая к нечёткой логике. Иными
словами, если разработчик систем
ы управления считает, что зависимость
между входом и выходом системы должна быть близка к линейной и
настаивает на том, что система должна строится на основе теории нечетких
множеств, то можно порекомендовать ему использовать именно
алгебраический базис.

М
аксминный базис генерирует характеристику, которую можно
аппроксимировать типовой нелинейностью ©зона нечувствительности +
насыщениеª. Подобная характеристика является достаточно надежной,
поскольку ©насыщениеª не дает системе идти в разнос, ограничивая
не
устойчивый режим автоколебаниями, а ©нечувствительностьª
стабилизирует систему в режиме, близком к установившемуся. Такой вид
характеристики в полной мере удовлетворяет концепции мягких вычислений.

Наиболее интересным является ограниченный базис, поскольк
у
изменение графика нечеткого соответствия в этом случае может качественно
повлиять на характеристики системы. Наглядным примером тому служит
зависимость, изображённая на рис. 3. Как видно из этого рисунка, статическая
характеристика имеет два участка, где

коэффициент передачи отрицателен, т.
Е. При попадании на эти участки система теряет устойчивость (несмотря на то,
что все промежуточные операции на первый взгляд кажутся монотонными).
Как показал анализ эта немонотонность обусловлена способом
дефаззификац
ии.

Таким образом, целесообразно при построении нечётких систем
управления пользоваться не только знаниями эксперта, но также базовыми
понятиями теории автоматического управления.

Дать общие рекомендации относительно выбора того или иного базиса
не предста
вляется возможным


все зависит от специфики управляемого
объекта.

Анализ работы нечетких САУ позволил выявить следующие основные
факторы, влияющие на качество управления:

-





количество термов входных и выходных переменных;

-





вид функций принадлежн
ости нечетких переменных, составляющих
терм
-
множества лингвистических переменных;

-





характер нечеткого соответствия между пространством предпосылок
и пространством заключений;

-





способ дефаззификации;

-





выбор логического базиса.

Следует замети
ть, что во многих публикациях на основании
ограниченных экспериментальных данных делается вывод о том, что нечеткие
алгоритмы обеспечивают более высокую эффективность по сравнению с
классическими. Это далеко не всегда справедливо. В каждом конкретном
случа
е необходимо сопоставлять требуемое качество управления с
располагаемыми ресурсами. Появление теории нечетких множеств и
алгоритмов управления на её основе обусловлено, в первую очередь,
44

появлением задач, для решения которых традиционного математического
а
ппарата просто не существует.

Эффективность использования мягких вычислений весьма высока. Об
этом можно судить по многочисленным публикациям, посвященным данной
теме. Однако эта эффективность заметно возрастает, если наряду с мягкими
вычислениями применят
ь традиционные методы теории автоматического
управления, опробованные в течение десятилетий и имеющие под собой
достаточно жесткую математическую основу.

Нечеткая логика в соединении с ПИД регулированием

Для управления дискретными событиями обычно служит
многоступенчатая логика, реализованная на программируемых логических
контроллерах (ПЛК). Для непрерывного управления применяют релейные
(двухпозиционные) или ПИД
-
регуляторы.Последние работают хорошо, когда
управляемый объект находится в устойчивом режиме.
В ситуациях же
сильных помех, изменения параметров во времени или наличия запаздывания
традиционные регуляторы могут не справиться со своей задачей, поскольку
исходное для них предположение о линейности объекта уже не действует. В
подобных случаях замена (
дополнение) ПИД
-
регуляторов регуляторами на
нечеткой логике часто оказывается более удобной, чем использование
привычных, но усложненных регуляторов состояния или применение
адаптивного подхода.

Это, однако, не единственная область, где находят применение
решения,
базирующиеся на нечеткой логике. Её основной потенциал в области
промышленной автоматизации реализуется в возможностях
непосредственного конструирования многосвязных регуляторов. Обычно с
регулированием одной переменной вполне справляется релейный

или ПИД
-
регулятор. Однако установки для множества одноконтурных регуляторов
приходится задавать вручную. Операторы анализируют условия
функционирования объекта и задают установки регулятору в целях его
оптимизации. Этот процесс называется диспетчерским уп
равлением и
охватывает множество переменных. К сожалению, релейные и ПИД
-
регуляторы имеют дело лишь с одной переменной, поэтому необходимо
множество независимых контуров управления, которые не могут ©общатьсяª
друг с другом. В тех случаях, когда необходимо

учитывать взаимосвязь
физических величин (параметров объекта), приходится строить полную
математическую модель (ММ) объекта, позволяющую найти решение.

В промышленной автоматизации этому препятствует длительность
разработки ММ, необходимость введения спе
циальных настроечных
параметров для последующей оптимизации регулятора из
-
за существенных
упрощений при построении большинства ММ и сложность настройки этих
параметров (поскольку оптимизация объекта в одном режиме работы нередко
ухудшает её работу в других

режимах). Кроме того, большинство
специалистов не имеют достаточной подготовки для построения строгой ММ.

45

В итоге релейный и ПИД
-
регулятор управляет отдельной переменной
объекта, а операторы осуществляют диспетчерское управление.

Нечеткая логика предостав
ляет высокоэффективное решение этой
проблемы. Она позволяет разрабатывать многосвязные регуляторы с
диспетчерскими функциями не по ММ, а на основании экспериментальных
данных и опыта операторов. Такое решение характерно для случаев,
подобных, например, рег
улированию нескольких температурных зон в печи
или управлению дозированием флотационных реагентов.

Промышленное применение нечеткой логики началось в 80


х годах,
прежде всего в Европе и Японии. Когда выяснилось, что достоинства
нечеткой логики можно испо
льзовать в полной мере лишь в сочетании с
традиционными способами регулирования, начался выпуск продуктов,
интегрирующих технологии нечеткой логики в аппаратуру и программное
обеспечение промышленной автоматизации.

В 1990 г. Японская фирма Omron разработал
а микропроцессор на
нечеткой логике и реализовала его в виде сопроцессорного модуля для своих
ПЛК. В 1992 г. Корпорация Klockner
-
Moeller (Австрия) разработала
специализированный ©нечеткий ПЛКª, сочетающий нечеткую логику и
обычные методы автоматизации как
в самом ПЛК, так и в соответствующем
программном обеспечении. В 1994 г. Компании Allen
-
Bredley (США) и
Siemens (Германия) разработали полностью программные реализации ПЛК в
виде функциональных блоков.

В 1997 г. Международная электротехническая комиссия ра
зработала
стандарт нечеткой логики CD IEC 1131
-
7 с целью объединить её с
существующим стандартом IEC 1131 для ПЛК. Производители следуют этому
направлению и широко интегрируют компоненты на нечеткой логике в
АСУТП. Таким образом, разработчики большинства п
ромышленных систем
управления сегодня вполне обеспечены средствами нечеткой логики.

В качестве примера успешного применения контроллера на нечеткой
логике можно привести систему стабилизации температуры горения на
мусоросжигательных заводах в Мангейме. Пр
и использовании стандартных
регуляторов производительность паровых котлов колебалась в пределах
±35 % от номинальной. Внедрение контроллера на нечеткой логике позволило
на порядок уменьшить эту величину. В результате существенно повысилась
управляемость пр
оцесса и снизились вредные выбросы в атмосферу, в
частности, оксида углерода в 2 раза.

Еще один пример практического применения НЛ


очистка стоков.
Процесс включает в себя комбинацию биологических, химических и
механических факторов и практически не подда
ется математическому
моделированию. Однако имеется большой опыт операторов, который можно
реализовать с использованием нечеткой логики.

Основной переменной, характеризующей качество процесса, является
содержание ионов тяжелых металлов в стоках на выходе из

аппарата очистки.
Существующие средства измерения концентраций ионов тяжелых металлов
46

сложны и дороги в эксплуатации, не обеспечивают необходимые для
управления процессом точность и частоту измерения. Кроме того, малые
изменения входных переменных процесс
а могут резко изменить показатели
выходных переменных. Поэтому следует определить некий показатель,
характеризующий качество очистки стоков, либо содержание ионов тяжелых
металлов в них.

Как показали экспериментальные исследования, переменными,
определяющи
ми качество протекания процесса очистки, являются значения
водородного показателя рн и окислительно
-
восстановительного потенциала
стоков ен, измеряемые на входе и выходе из аппарата очистки. Однако каждая
измеряемая переменная рн и ен в отдельности не дает

четкой и достоверной
информации о содержании ионов тяжелых металлов в стоках. Поэтому
появилась необходимость синтезировать на основе этих двух величин
косвенный показатель качества очистки промышленных стоков,
используемый в роли индикатора при управлени
и процессом. Исследования
позволили выявить как косвенный показатель величину произведения рн и ен.

Используя аппарат НЛ, был составлен алгоритм управления процессом
очистки стоков.

Структуру схемы управления можно представить следующим образом.
Измеряемые

на выходе из аппарата очистки величины рн и ен поступают на
вход контроллера на нечеткой логике в блок вычисления косвенного
показателя Y. Контроллер, используя 207 правил, рассчитывает и задает
уставкистандартному ПИД
-
регулятору расхода стоков, поступающ
их на
очистку. Этот ПИД регулятор является функциональным блоком нечеткого
ПЛК. Проект был реализован в течение 3 месяцев и окупился за полгода.

Использование нечеткой логики в алгоритмах управления процессом
флотации


Процесс флотации характеризуется, с

одной стороны, достаточной
сложностью и многообразием протекающих во флотомашине
взаимосвязанных химических и физико
-
механических процессов, с другой
стороны,
-

отсутствием возможности на многих обогатительных фабриках
непрерывного оперативного контроля з
а рядом важнейших технологических
параметров. Поэтому термин ©недостаточная информация при управленииª
является синонимом понятия нечеткая логика. Действительно, весьма трудно
составить более или менее полную ММ процесса флотации в условиях
взаимного влиян
ия многих факторов (например, взаимодействие различных
типов флотационных реагентов, наличие внутренних технологических
обратных связей). Кроме этого коэффициенты уравнений модели переменны,
т.к. Статические и динамические свойства процесса изменяются во в
ремени
под воздействием помех (изменение характеристик флотомашин и
межремонтные промежутки времени; сезонные колебания ионного состава и
температуры воды; изменение свойств реагентов в зависимости от срока и
хранения). Применение алгоритмов управления, ос
нованных на нечеткой
47

логике, позволяет существенно сократить время введения САУ в
эксплуатацию на фабриках, подлежащих модернизации, а также уменьшить
капитальные затраты на средства автоматизации.

В качестве примера предлагаю рассмотреть систему автомати
ческого
управления дозированием ксантогената в процесс медной флотации на
Красноуральской обогатительной фабрике. Стоит отметить, что расход
реагентов


эффективное дорогостоящее регулирующее воздействие процесса
флотации. От правильно выбранного расхода р
еагента зависят конечные
результаты флотации, а перерасход реагентов сказывается неблагоприятно на
технико
-
экономических показателях работы фабрики.

Автоматизация процесса подачи реагента позволяет значительно
сократить его расход, а также должна служить
тому, чтобы более точно
следовать режимным технологическим картам, предъявляющим жесткие
требования к соблюдению постоянства соотношения ©возмущающее
воздействие


расход реагентаª. Однако довольно часто решения по
коррекции количества подаваемого реагента

принимаются оператором


технологом на основе личного опыта и носят, по сути, интуитивный характер.
Применение аппарата нечеткой логики позволит моделировать механизм
принятия решения оператором, используя его опыт в полной мере, и,
следовательно, более э
ффективно автоматизировать процесс подачи реагентов
и флотации в целом.

Главной задачей управления процессом подачи реагентов является
максимальное извлечение ценного металла в концентрат. Содержание
ксантогената во флотационной пульпе колеблется от 0,5


1 мг/л до 15
-

20
мг/л. Для многих условий оптимальной считается вполне определенная
концентрация ксантогената в пульпе. Между расходом ксантогената и его
концентрацией прослеживается четкая зависимость (рис.4)[6]. Для условий
Красноуральской обогатительно
й фабрики экспериментально установлена
оптимальная концентрация ксантогената со значением 5,5 мг/л. При снижении
концентрации увеличивается содержание меди в хвостах, а увеличение
приводит к необходимости осуществления дополнительных мероприятий по
очистке

сточных вод ОФ.

Дозирование ксантогената осуществляется комбинированной САУ по
расходу твердого Qт на входе с корректировкой по концентрации ионов
ксантогената в пульпе. Однако непосредственное оперативное измерение
концентрации ксантогената на должном ур
овне осуществить невозможно
вследствие того, что относительная погрешность средств измерения
концентрации составляет 10%.

Благодаря тому, что существует нелинейная зависимость между
расходом ксантогената и его концентрацией и, используя знания экспертов,
м
ожно применить аппарат нечеткой логики.

Следует уточнить, что задачей корректирующего контура является
сообщение основному контуру относительного расхода реагента.

48

Концентрационное состояние флотомашины будет характеризоваться
лингвистической переменной ©
Концентрационный режимª, которая в
зависимости от значения концентрации ксантогената в пульпе может
принимать три вербальных значения, т.е. Термы: ©Недопиткаª (НП),
©Нормальный режимª (НР), ©Перепиткаª (ПП). Использовать большое число
значений, например до
полнительную нечеткую переменную ©Сильная
перепиткаª, нецелесообразно, т.к. Для ЛПР это, вероятно, будет эквивалентно
в данных условиях термину ©ППª, что внесет лишь дополнительную
неопределённость на стадии экспертного опроса. Непрерывные кусочно
-
линейные

функции принадлежности нечетких множеств
,


И
, построенные на интервале 1,5…9,5 мг/л, представлены на рисунке
5.

Возможные управляющие решения по количеству подаваемого в
процесс ксантогената ограничен
ы в зависимости от конкретной ситуации
тремя управляющими воздействиями из терм
-
множества
©Расход
ксантогенатаª: ©Уменьшить подачу (УМ)ª, ©Не изменять (НИ)ª, ©Увеличить
подачу (УВ)ª. Непрерывные кусочно
-
линейные аппроксимированные
функции прин
адлежности нечётких множеств, задающих на абсолютной оси
значения управляющих решений, изображены на рисунке 6. Диапазон
изменения относительного расхода ксантогената ограничен интервалом
42…118 г/т. Максимальное значение функции принадлежности нечёткого
м
ножества ©НИª достигается на отметке 80 г/т.

Для каждого терма
,
,

лингвистической переменной
©Расход ксантогенатаª соответственно определены матрицы, МНИ и МУВ,
описывающие силу воздействия соответствующих управляю
щих решений
(рисунок 7, а…в). Например, на рисунке 7, визображена матрица МУВ,
характеризующая управляющее решение ©УВª. Из анализа матрицы видно,
что если объект управления имел значение ©НПª, то в результате
управляющего воздействия он со степенью уверен
ности 0,2 будет иметь
прежнее значение, со степенью 0,8


значение ©Нª и со степенью уверенности
0,4


©ППª.

Ситуация, в которую желательно перевести объект, т. Е. Целевая
ситуация, определяется исходя из анализа степеней предпочтения
управляющих решений.
Степени предпочтения последних зависят от
конкретной ситуации и задаются как продукционная система (набор правил)
©ситуация


предпочтение решенийª.

На основании экспертного опроса составляется следующая система:

1) если лингвистическая переменная имеет зн
ачение ©НПª, то степени
предпочтения управляющих решений составляют:

;

2) если значение лингвистической переменной ©Нª, то

49

;

3) если лингвистическая переменная имеет значение

то

.

При этом степень пре
дпочтения каждого вида управляющего решения в
конкретной ситуации определяется как конъюнкция степени применения того
или иного правила и заданных в них степеней предпочтения управляющих
решений. Результирующие степени предпочтения применения управляющих
р
ешений принимаются равными максимальным среди соответствующих
степеней предпочтения по каждому значению признаков
.

Рассмотрим процедуру поиска управляющего решения на основе
алгоритмов нечеткого ситуационного вывода.

По рисунку 5 идентифициру
ем текущую ситуацию, в которой находится
объект. Например, имеет место ситуация


;



(2.
10)

1) Определяем степени предпочтения каждого управляющего решения
©УМª, ©НИª, ©УВª.
Они соответственно равны

; a
; a

Выбираем управляющее решение R3 ©УВª как имеющее наибольшую
степень предпочтения.

2) Моделируем принятие выбранного управляющего решения R3. Для
этого выполняется композиция нечетких

значений признаков в ситуации s0 и
нечетких отношений, задающих силу воздействия управления R3 (рисунок 7,
в). В результате получаем ситуацию


;


(2.
11)

3) Находим в
еличину требуемого управляющего воздействия. Сначала
определяем нечеткое отношение М, для этого вычисляем декартово
произведение s0 ´ s03 и строим матрицу нечетких управляющих решений,
которая представлена на рисунке 8.

4) Раскладываем полученное управляющ
ее решение в базисе
. Для этого необходимо определить нечеткое множество

50

;

(2.
12)

Для определения коэффициентов
,
,

следует
вычислить степени включения

отношения М в отношения МУМ , МНИ, МУВ.
Управляющее решение в нечетком виде выглядит следующим образом:


;

(2.
13)

5) Проводим дефаззификацию
-

определяем количественное значение
управляю
щего решения. Для этого необходимо построить объединение
конъюнкций нечетких множеств, задающих термы
со
степенями принадлежности этих термов нечеткому множеству RJ и найти
центр площади полученной фигуры (рисунок 6), т.е. Применить метод
©цен
тральной точкиª. Верхняя огибающая, соответствующая объединению
полученных множеств, показана пунктирной линией. Перпендикуляр,
построенный в точке 86 г/т, делит площадь фигуры пополам. Это означает,
что значение 86 г/т является количественным выражением н
ечеткого
управляющего решения.

Следовательно, при возникновении рассмотренной в примере нечеткой
ситуации, надо увеличить относительный расход ксантогената до 86 г/т.

Техническая реализация данной системы дозирования ксантогената
может быть осуществлена с
помощью микропроцессорного
программируемого контроллера Omron C 200 H с блочно
-
модульной
архитектурой. Корректирующий контур реализуется в модуле нечеткой
логики, который выдает сигнал, пропорциональный величине относительного
расхода, в модуль ПИД


регул
ирования, где и формируется управляющее
воздействие для дозатора ксантогената.



2.5
Разработка системы нечеткого управления
электронагревательной установки системы терморегулирования КА

Изобретение относится к космической технике и может быть
ис
пользовано для обеспечения теплового режима космических аппаратов.
Согласно предлагаемому способу, в начале полета космического аппарата
производят тестовые измерения выходных характеристик бортовой
аппаратуры на протяжении всего допустимого диапазона темп
ератур в зоне ее
установки. Фиксируют одновременно наиболее точные измеренные значения
выходных характеристик и диапазоны температур в зоне установки и внутри
бортовой аппаратуры. Во время полета космического аппарата измеряют
текущие выходные характеристи
ки бортовой аппаратуры, сравнивают их с
наиболее точными и проверяют выполнение условия, согласно которому
расхождение между измеренными и точными значениями выходных
51

характеристик должно быть меньше допустимого значения. При выполнении
этого условия произ
водят терморегулирование в зоне установки бортовой
аппаратуры в пределах зафиксированного ранее температурного диапазона.
При невыполнении упомянутого условия проверяют выполнение второго
условия, согласно которому текущее значение внутренней температуры
б
ортовой аппаратуры в момент прекращения выполнения первого условия
должно находиться в пределах зафиксированного ранее температурного
диапазона внутри бортовой аппаратуры. При невыполнении второго условия
определяют и фиксируют новый диапазон температур в
зоне установки
бортовой аппаратуры, для которого второе условие выполняется. При этом в
случае выполнения первого условия производят терморегулирование в зоне
установки бортовой аппаратуры в пределах нового температурного диапазона,
а в случае невыполнения

первого условия при выполнении второго условия
повторяют тестовые измерения выходных характеристик бортовой
аппаратуры и определяют новые диапазоны температур для
терморегулирования бортовой аппаратуры указанным выше образом.
Операции способа повторяют до

завершения полета космического аппарата.
Изобретение позволяет продлить срок эксплуатации космического аппарата за
счет снижения расхода ресурса бортовой


Рисунок 2.9
-

Структура системы терморегулирования КА



2.
5
.1

Разработка структуры
системы нечеткого управления
электронагревательной установки системы терморегулирования КА

Изобретение относится к космической технике и может использоваться
в систе
мах терморегулирования космических аппаратов (КА).

Известны способы терморегулирования КА в местах установки
бортовой аппаратуры (БА) на радиационных поверхностях, за счет
поддержания на указанных поверхностях заданных радиационных
52

характеристик. Указанные

способы и системы, их реализующие, относятся к
пассивным методам терморегулирования.

Основными пассивными элементами систем терморегулирования (СТР)
являются терморегулирующие покрытия и экранно
-
вакуумная теплоизоляция
(ЭВТИ).

Пассивное терморегулирование

с использованием поверхностей с
определенными радиационными характеристиками и высокоэффективной
ЭВТИ позволяет снизить внешние теплопритоки внутрь БА (или тепловые
потери в космос). Оно также позволяет уменьшить тепловую нагрузку на
активную часть БА, вк
лючающую в себя чувствительные элементы (ЧЭ),
электронные блоки (ЭБ), индивидуальные средства прецизионного
терморегулирования (ИСПТ) и другие элементы приборных устройств,
входящих в состав БА.

Главными критериями при выборе наружных терморегулирующих
пок
рытий для их использования на КА являются коэффициенты поглощения
солнечного излучения AS и степень черноты
. Наиболее эффективной
термоизоляцией в космических условиях является многослойная ЭВТИ,
набранная из радиационных экранов и теплоизоля
ционных прокладок.

Терморегулирование достигается за счет обеспечения стабильности
характеристик терморегулирующих покрытий и радиационных экранов,
выполненных с ЭВТИ. При этом последние могут выполняться в виде
защитных шторок, конструкция которых позволя
ет эффективно
перераспределять внутренние и внешние тепловые потоки, обеспечивая
заданную изотермичность по всему объему приборного отсека, включая
расположенную в нем БА.

Терморегулирование КА БА осуществляется путем подвода тепловой
энергии в зону устано
вки БА и во внутрь БА в случае достижения
измеренными значениями температур нижнего предельного уровня
допустимого диапазона. И отвода тепловой энергии из зон установки БА и от
БА в случае достижения измеренными значениями температур верхнего
предельного у
ровня допустимого диапазона. Таким образом, обеспечивается
режим внешнего радиационного теплообмена БА с космической средой.

Недостаток пассивных способов терморегулирования заключается в том,
что их использование в известной мере определяется результатами
,
достигнутыми в разработке стойких к внешним факторам космического
пространства (ФКП) терморегулирующих покрытий.

Изменения и погрешности тепловых радиационных характеристик при
эксплуатации увеличивают разброс величин расчетной температуры для БА.
Это пр
иводит к созданию более сложных устройств внутреннего
терморегулирования, тем самым увеличивается масса БА, понижается
надежность ее работы и т.д. Указанные ограничения позволяют также
осуществлять терморегулирование только в узком температурном диапазоне.

Активные способы и системы терморегулирования способны
поддерживать необходимый тепловой режим при изменении внешних и
53

внутренних тепловых нагрузок в широком диапазоне. Причем точность
поддержания температуры значительно выше, чем у пассивных систем.

Регу
лирование величины сбрасываемого тепла осуществляется с
помощью специальных устройств
-

байпасных линий с клапанами,
вспомогательных теплообменников, радиаторов с регулируемым расходом
теплоносителя, тепловых труб переменной теплопроводности и других
устро
йств.

В качестве прототипа к предлагаемому изобретению рассмотрим способ
терморегулирования в зонах установки БА КА с помощью тепловых труб (ТТ).

Обычная ТТ переменной теплопроводности способна поддерживать
собственную температуру на постоянном уровне, нес
мотря на то, что
подводимая тепловая мощность и окружающие условия изменяются. Если
тепловое сопротивление между ТТ и тепловым источником мало, то
температура источника будет также примерно постоянной. На практике это
сопротивление нередко оказывается дост
аточно большим, вследствие чего
температура источника будет изменяться в более широком диапазоне, чем
температура ТТ.

Эти колебания температуры источника могут быть значительно
уменьшены при использовании ТТ переменной теплопроводности при
регулировании по

обратной связи.

Системы терморегулирования с электрической обратной связью
включают в себя термистор, электронный блок и электронагреватель (ЭН),
установленный на газовой емкости ТТ. Таким образом, в ТТ с обратной
связью управляющим параметром является те
мпература источника тепла,
которым в является БА.

В качестве прототипа принимается способ активного
терморегулирования БА, установленной на КА, содержащий
терморегулирование как в зонах установки, так и внутри аппаратуры.

Способ
-
прототип включает в себя из
мерение температуры в зонах
установки БА, к которым подведены ТТ. Управление тепловыми потоками в
указанных зонах за счет включения ЭН и тем самым подвода тепла в зоны
установки БА в случае достижения измеренными значениями температур
нижнего предельного у
ровня. При достижении верхнего предельного
температурного уровня производится отключение ЭН или их перенастройка
на работу на более низком температурном уровне. Таким образом,
осуществляется внешнее терморегулирование БА в зоне ее установки.

Указанный темп
ературный диапазон междуверхним и нижним
уровнями терморегулирования является расчетным для системы внутреннего
терморегулирования. По нему настраивается работа указанной системы. При
этом производится измерение внутренних температур БА в зонах
терморегули
рования БА, по которому непосредственно осуществляется
терморегулирование в допустимых диапазонах
-

при достижении
измеренными значениями температур нижнего предельного уровня
производится подвод тепловой энергии внутрь БА и отвод тепла от БА в
54

случае дост
ижения измеренными значениями температур верхнего
предельного уровня.

Недостаток способа
-
прототипа заключается в том, что
терморегулирование осуществляется без учета выходных характеристик БА.

В процессе эксплуатации БА в условиях космического полета
проис
ходят постепенные температурные изменения в работе ЭБ, ЧЭ, ИСПТ и
других частях БА, связанные с выработкой ресурса и воздействием внешних
ФКП (солнечной ультрафиолетовой радиации, ионного излучения и др.).
Указанные воздействия приводят, в свою очередь, к
изменениям выходных
характеристик БА. В целом измерения, которые производят ЧЭ БА, не
должны по техническим условиям на эксплуатацию выходить за номинальные
значения. Однако измеренные физические величины могут не иметь
оптимальных (по точным показателям)
значений как для непосредственно БА,
производящей эти измерения, так и для работающей с ней аппаратуры.
Например, для гироскопического измерителя вектора угловой скорости
(ГИВУС) увеличивается ошибка измерений, которая приводит к
необходимости более частог
о включения всех измерительных каналов
прибора для коррекции бесплатформеннойинерциально
-
навигационной
системы (БИНС) КА и дополнительного включения датчиков внешней
информации (солнечного, звездного и др.) Для работы в паре с ГИВУС. В
конечном результате
это приводит к более быстрому расходу ресурса
указанных приборов, что, в свою очередь, сокращает срок эксплуатации
спутника в целом.

Задачей, решаемой в предлагаемом изобретении, является продление
срока эксплуатации КА за счет уменьшения расхода ресурса Б
А по числу
включений и продолжительности ее работы при выполнении программы
полета.

Для достижения технического результата в способе терморегулирования
бортовой аппаратуры космического аппарата, включающем измерение
температуры в зоне установки БА, измерен
ие внутренних температур БА,
подвод тепловой энергии в зону установки БА и во внутрь БА в случае
достижения измеренными значениями температур нижнего предельного
уровня допустимого диапазона и отвод тепловой энергии из зон установки БА
и от БА в случае дос
тижения измеренными значениямитемператур верхнего
предельного уровня допустимого диапазона, в отличие от известного в начале
полета КА производят тестовые измерения выходных характеристик БА

-

число тестовых измерений, на протяжении всего
доп
устимого диапазона температур в зонах установки БА
,
фиксируют полученные наиболее точные измеренные значения

при
одновременной фиксации диапазонов температур в зонах установки БА
55


И внутри БА
, далее в
процессе полета КА, измеряют
текущие выходные характеристики БА u(t), сравнивают их с
для
выполнения условия




(2.
14)

Где

-

допустимое з
начение расхождений между измеренными и
точными значениями выходной характеристики БА,

И, если условие (1) выполняется, производят терморегулирование БА в
зонах установки в пределах температурного диапазона

, в противном случае проверяют выпол
нение
условия







(2.
15)

Где:
-

текущее измеренное значение внутренней температуры в
момент времени tx выхода за допустимое значение расхождений между
измерен
ными и точными значениями выходной характеристики БА

И, если
условие (2,15) не выполняется, производят изменение условий
терморегулирования в зоне установки БА до выполнения условия (2,15), при
этом фиксируют вновь определенный диапазон темпе
ратур


В зоне установки БА, для которого выполняется условие (2,15), далее
производят проверку соответствия условию (2,14) и в случае его выполнения
производят терморегулирование БА в зонах установки в пределах вновь
определенного температурного диапазон
а



,


А в случае если условие (2,14) не выполняется при выполнении условия
(2,15), производят повторные тестовые измерения выходных характеристик
БА

На протяжении всего допустимого диапазона т
емператур
,
повторно фиксируют полученные наиболее точные значения измерений

При одновременной фиксации диапазонов температур в зонах установки БА

И внутри БА

Далее в процессе полета КА продолжают
изме
рение текущих выходных характеристик БА u(t) и проверяют выполнение
условия

56







(2.
16)

При его выполнении продолжают терморегулирование БА в зоне ее
установки в диапазоне температур
, в противном случае повторяют
вышеуказанным образом цикл определения нового диапазона температур для
терморегулирования БА в зоне ее установки с учетом выполнения условия





(2.
17)

Далее терморегулирование осуществляют во вновь определенном
диапазоне температур, а в случае невыполнения условия (3) и выполнения при
этом условия (4), производят новые тестовые измерения выходных
характеристик БА вышеуказанным образом, п
о результатам которых
определяют диапазоны температур для последующего терморегулирования в
местах установки БА, и производят терморегулирование до завершения
полета КА.

В техническом предложении, заложенном в способе
терморегулирования, определяется оптим
альная по точности выходная
характеристика БА, зависящая от управляемых тепловых потоков в зонах ее
установки.

Полученный технический результат позволяет выполнять программу
полета КА с меньшим расходом ресурса БА по числу включений и по
продолжительности
ее работы. Это приводит к продлению сроков
эксплуатации КА.


2.
5
.2

Выбор средства разработки системы
.

Для реализации системы принято решение использовать объектно
-
ориентированный подход в программировании. Этот подход позволяет лучше
отражать динамическо
е поведение системы в зависимости от возникающих
событий. Конкретный процесс обработ
ּ
к
ּ
и и
ּ
нфо
ּ
р
ּ
ма
ּ
ц
ּ
и
ּ
и п
ּ
р
ּ
и об
ּ
ъе
ּ
кт
ּ
но
-
о
ּ
р
ּ
ие
ּ
нт
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
но
ּ
м по
ּ
дхо
ּ
де фо
ּ
р
ּ
м
ּ
и
ּ
руетс
ּ
я в в
ּ
и
ּ
де пос
ּ
ле
ּ
до
ּ
вате
ּ
л
ּ
ь
ּ
ност
ּ
и
в
ּ
за
ּ
и
ּ
мо
ּ
де
ּ
йст
ּ
в
ּ
и
ּ
я об
ּ
ъе
ּ
кто
ּ
в. Та
ּ
к ка
ּ
к

этот по
ּ
дхо
ּ
д п
ּ
ре
ּ
д
ּ
по
ּ
ла
ּ
гает со
ּ
в
ּ
мест
ּ
ное
мо
ּ
де
ּ
л
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
ие да
ּ
н
ּ
н
ּ
ых и п
ּ
ро
ּ
цессо
ּ
в, то с
ּ
исте
ּ
ма об
ּ
ъе
ּ
кт
ּ
но
-
о
ּ
р
ּ
ие
ּ
нт
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
н
ּ
ых
мо
ּ
де
ּ
ле
ּ
й пос
ּ
ле
ּ
до
ּ
вате
ּ
л
ּ
ь
ּ
но на
ּ
п
ּ
ра
ּ
в
ּ
л
ּ
яетс
ּ
я к мо
ּ
де
ּ
л
ּ
и д
ּ
и
ּ
на
ּ
м
ּ
ичес
ּ
ко
ּ
го
в
ּ
за
ּ
и
ּ
мо
ּ
де
ּ
йст
ּ
в
ּ
и
ּ
я об
ּ
ъе
ּ
кто
ּ
в, на ос
ּ
но
ּ
ве кото
ּ
ро
ּ
й мо
ּ
гут б
ּ
ыт
ּ
ь с
ּ
ге
ּ
не
ּ
р
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
ы
к
ּ
ласс
ּ
ы об
ּ
ъе
ּ
кто
ּ
в в ко
ּ
н
ּ
к
ּ
рет
ּ
но
ּ
й п
ּ
ро
ּ
г
ּ
ра
ּ
м
ּ
м
ּ
но
-
тех
ּ
н
ּ
ичес
ּ
ко
ּ
й с
ּ
ре
ּ
де. Ос
ּ
но
ּ
в
ּ
ы
ּ
ва
ּ
яс
ּ
ь
на з
ּ
на
ּ
н
ּ
и
ּ
и я
ּ
з
ּ
ы
ּ
ка п
ּ
ро
ּ
г
ּ
ра
ּ
м
ּ
м
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
и
ּ
я
Object

Pascal

и т
ּ
ребо
ּ
ва
ּ
н
ּ
и
ּ
ях к п
ּ
ро
ּ
г
ּ
ра
ּ
м
ּ
ме

ּ
пе
ּ
ра
ּ
ц
ּ
ио
ּ
н
ּ
на
ּ
я с
ּ
исте
ּ
ма, в кото
ּ
ро
ּ
й о
ּ
на бу
ּ
дет работат
ּ
ь, на
ּ
л
ּ
ич
ּ
ие ба
ּ
з да
ּ
н
ּ
н
ּ
ых и
т.
ּ
д.), с
ּ
ре
ּ
до
ּ
й д
ּ
л
ּ
я реа
ּ
л
ּ
и
ּ
за
ּ
ц
ּ
и
ּ
и да
ּ
н
ּ
но
ּ
го п
ּ
рое
ּ
кта в
ּ
ыб
ּ
ра
ּ
н п
ּ
ро
ּ
г
ּ
ра
ּ
м
ּ
м
ּ
н
ּ
ы
ּ
й п
ּ
ро
ּ
ду
ּ
кт
ко
ּ
м
ּ
па
ּ
н
ּ
и
ּ
и
Embracadero

Rad

Studio

XE
7.

Embrac
adero

Rad

Studio

XE
7


е
ּ
д
ּ
и
ּ
на
ּ
я с
ּ
ре
ּ
да б
ּ
ыст
ּ
ро
ּ
й ра
ּ
з
ּ
работ
ּ
к
ּ
и
п
ּ
р
ּ
и
ּ
ло
ּ
же
ּ
н
ּ
и
ּ
й, по
ּ
д
ּ
де
ּ
р
ּ
ж
ּ
и
ּ
ваю
ּ
ща
ּ
я чет
ּ
ы
ּ
ре я
ּ
з
ּ
ы
ּ
ка п
ּ
ро
ּ
г
ּ
ра
ּ
м
ּ
м
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
и
ּ
я:

C++ д
ּ
л
ּ
я ра
ּ
з
ּ
работ
ּ
к
ּ
и б
ּ
иб
ּ
л
ּ
иоте
ּ
к по обес
ּ
пече
ּ
н
ּ
ию досту
ּ
па к с
ּ
пе
ּ
ц
ּ
иа
ּ
л
ּ
ь
ּ
но
ּ
му
обо
ּ
ру
ּ
до
ּ
ва
ּ
н
ּ
ию;

57

Delphi д
ּ
л
ּ
я о
ּ
р
ּ
га
ּ
н
ּ
и
ּ
за
ּ
ц
ּ
и
ּ
и досту
ּ
па к ба
ּ
за
ּ
м да
ּ
н
ּ
н
ּ
ых. (Delphi 2006 сч
ּ
итаетс
ּ
я
луч
ּ
ше
ּ
й с
ּ
ре
ּ
до
ּ
й досту
ּ
па к и
ּ
нст
ּ
ру
ּ
ме
ּ
нта
ּ
м п
ּ
рое
ּ
кт
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
и
ּ
я ба
ּ
з да
ּ
н
ּ
н
ּ
ых);

C#


д
ּ
л
ּ
я со
ּ
з
ּ
да
ּ
н
ּ
и
ּ
я п
ּ
р
ּ
и
ּ
ло
ּ
же
ּ
н
ּ
и
ּ
й у
ּ
п
ּ
ра
ּ
в
ּ
ле
ּ
н
ּ
и
ּ
я п
ּ
ре
ּ
д
ּ
п
ּ
р
ּ
и
ּ
ят
ּ
ие
ּ
м на п
ּ
латфо
ּ
р
ּ
ме
.Net от ко
ּ
м
ּ
па
ּ
н
ּ
и
ּ
и Microsoft;

Java


д
ּ
л
ּ
я со
ּ
з
ּ
да
ּ
н
ּ
и
ּ
я п
ּ
р
ּ
и
ּ
ло
ּ
же
ּ
н
ּ
и
ּ
й у
ּ
п
ּ
ра
ּ
в
ּ
ле
ּ
н
ּ
и
ּ
я п
ּ
ре
ּ
д
ּ
п
ּ
р
ּ
и
ּ
ят
ּ
ие
ּ
м на
п
ּ
латфо
ּ
р
ּ
ме CORBA/J2EE от ко
ּ
м
ּ
па
ּ
н
ּ
и
ּ
и Sun.

Б
ּ
ла
ּ
го
ּ
да
ּ
р
ּ
я но
ּ
во
ּ
й с
ּ
ре
ּ
де мо
ּ
ж
ּ
но, не в
ּ
ыхо
ּ
д
ּ
я и
ּ
з неё, со
ּ
з
ּ
да
ּ
ват
ּ
ь м
ּ
и
ּ
кс и
ּ
з
п
ּ
ро
ּ
г
ּ
ра
ּ
м
ּ
м, на
ּ
п
ּ
иса
ּ
н
ּ
н
ּ
ых на ра
ּ
з
ּ
л
ּ
ич
ּ
н
ּ
ых я
ּ
з
ּ
ы
ּ
ках п
ּ
ро
ּ
г
ּ
ра
ּ
м
ּ
м
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
и
ּ
я. Це
ּ
л
ּ
ь но
ּ
во
ּ
го
п
ּ
ро
ּ
ду
ּ
кта


у
ּ
луч
ּ
ше
ּ
н
ּ
ие качест
ּ
ва со
ּ
в
ּ
ме
ּ
ще
ּ
н
ּ
и
ּ
я ра
ּ
з
ּ
л
ּ
ич
ּ
н
ּ
ых с
ּ
ре
ּ
дст
ּ
в от
ּ
ла
ּ
д
ּ
к
ּ
и,
у
ּ
луч
ּ
ше
ּ
н
ּ
ие п
ּ
ро
ּ
и
ּ
з
ּ
во
ּ
д
ּ
ите
ּ
л
ּ
ь
ּ
ност
ּ
и и по
ּ
в
ּ
ы
ּ
ше
ּ
н
ּ
ие стаб
ּ
и
ּ
л
ּ
ь
ּ
ност
ּ
и с
ּ
ре
ּ
д
ּ
ы ра
ּ
з
ּ
работ
ּ
к
ּ
и
и п
ּ
р
ּ
и
ּ
ло
ּ
же
ּ
н
ּ
и
ּ
й, и, бе
ּ
зус
ּ
ло
ּ
в
ּ
но, по
ּ
в
ּ
ы
ּ
ше
ּ
н
ּ
ие п
ּ
ро
ּ
ду
ּ
кт
ּ
и
ּ
в
ּ
ност
ּ
и всех
ра
ּ
з
ּ
работч
ּ
и
ּ
ко
ּ
в, работаю
ּ
щ
ּ
их в это
ּ
й с
ּ
ре
ּ
де п
ּ
ро
ּ
г
ּ
ра
ּ
м
ּ
м
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
и
ּ
я.


Н
ּ
и
ּ
же п
ּ
р
ּ
и
ּ
во
ּ
д
ּ
ятс
ּ
я от
ּ
л
ּ
ич
ּ
ите
ּ
л
ּ
ь
ּ
н
ּ
ые особе
ּ
н
ּ
ност
ּ
и с
ּ
ре
ּ
д
ּ
ы ра
ּ
з
ּ
работ
ּ
к
ּ
и
Embracadero

Rad

Studio

XE
7

Ло
ּ
ка
ּ
л
ּ
ь
ּ
н
ּ
ы
ּ
й BckUp. В с
ּ
ре
ּ
де ве
ּ
дётс
ּ
я исто
ּ
р
ּ
и
ּ
я ра
ּ
з
ּ
работ
ּ
к
ּ
и п
ּ
рое
ּ
кта до 99
-
т
ּ
и ве
ּ
рс
ּ
и
ּ
й, в
ּ
к
ּ
люча
ּ
я со
ּ
де
ּ
р
ּ
жа
ּ
н
ּ
ие фо
ּ
р
ּ
м;

Пе
ּ
ре
ּ
работа
ּ
н
ּ
н
ּ
ы
ּ
й д
ּ
и
ּ
за
ּ
й
ּ
не
ּ
р фо
ּ
р
ּ
м (
ּ
в част
ּ
ност
ּ
и об
ּ
ле
ּ
гче
ּ
на п
ּ
роб
ּ
ле
ּ
ма
ста
ּ
рто
ּ
во
ּ
го ра
ּ
з
ּ
ме
ּ
ще
ּ
н
ּ
и
ּ
я фо
ּ
р
ּ
м
ּ
ы);

И
ּ
з
ּ
ме
ּ
нё
ּ
н
ּ
н
ּ
ы
ּ
й фу
ּ
н
ּ
к
ּ
ц
ּ
ио
ּ
на
ּ
л ре
ּ
да
ּ
кто
ּ
ра ко
ּ
да:

а) по
ּ
дс
ּ
веч
ּ
и
ּ
ва
ּ
н
ּ
ие ко
ּ
да (
ּ
по
ּ
дс
ּ
вет
ּ
ка и
ּ
з
ּ
ме
ּ
не
ּ
н
ּ
и
ּ
й пос
ּ
ле пос
ּ
ле
ּ
д
ּ
не
ּ
го
сох
ּ
ра
ּ
не
ּ
н
ּ
и
ּ
я);

б) с
ּ
вё
ּ
рт
ּ
ы
ּ
в
а
ּ
н
ּ
ие ф
ּ
ра
ּ
г
ּ
ме
ּ
нто
ּ
в ко
ּ
да;

ּ
в) а
ּ
вто
ּ
мат
ּ
ичес
ּ
кое соста
ּ
в
ּ
ле
ּ
н
ּ
ие с
ּ
п
ּ
ис
ּ
ка ло
ּ
ка
ּ
л
ּ
ь
ּ
н
ּ
ых пе
ּ
ре
ּ
ме
ּ
н
ּ
н
ּ
ых;

ּ
г) а
ּ
вто
ּ
мат
ּ
ичес
ּ
ка
ּ
я г
ּ
лоба
ּ
л
ּ
ь
ּ
на
ּ
я за
ּ
ме
ּ
на и
ּ
де
ּ
нт
ּ
иф
ּ
и
ּ
като
ּ
ро
ּ
в пе
ּ
ре
ּ
ме
ּ
н
ּ
н
ּ
ых;

ּ
д) а
ּ
вто
ּ
мат
ּ
ичес
ּ
ка
ּ
я расста
ּ
но
ּ
в
ּ
ка ка
ּ
в
ּ
ыче
ּ
к п
ּ
р
ּ
и
в
ּ
во
ּ
де д
ּ
л
ּ
и
ּ
н
ּ
н
ּ
ых з
ּ
наче
ּ
н
ּ
и
ּ
й
д
ּ
л
ּ
я ст
ּ
ро
ּ
ко
ּ
в
ּ
ых пе
ּ
ре
ּ
ме
ּ
н
ּ
н
ּ
ых;

е) б
ּ
ыст
ּ
рое ко
ּ
м
ּ
ме
ּ
нт
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
ие ко
ּ
да;

ּ
ж) по
ּ
дс
ּ
вет
ּ
ка/
ּ
в
ּ
ы
ּ
де
ּ
ле
ּ
н
ּ
ие о
ּ
ж
ּ
и
ּ
дае
ּ
мо
ּ
го в
ּ
во
ּ
да и
ּ
нфо
ּ
р
ּ
ма
ּ
ц
ּ
и
ּ
и;

ּ
з) во
ּ
з
ּ
мо
ּ
ж
ּ
ност
ּ
ь рефа
ּ
кто
ּ
р
ּ
и
ּ
н
ּ
га (а
ּ
вто
ּ
мат
ּ
ичес
ּ
кое доба
ּ
в
ּ
ле
ּ
н
ּ
ие но
ּ
в
ּ
ых
пе
ּ
ре
ּ
ме
ּ
н
ּ
н
ּ
ых во все об
ּ
ъ
ּ
я
ּ
в
ּ
ле
ּ
н
ּ
и
ּ
я г
ּ
лоба
ּ
л
ּ
ь
ּ
н
ּ
ых фу
ּ
н
ּ
к
ּ
ц
ּ
и
ּ
й);

ּ
и) и
ּ
нс
ּ
пе
ּ
кт
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
ие от
ּ
ла
ּ
доч
ּ
но
ּ
й и
ּ
нфо
ּ
р
ּ
ма
ּ
ц
ּ
и
ּ
и на эта
ּ
пе от
ּ
ла
ּ
д
ּ
к
ּ
и в фо
ּ
р
ּ
ме
вс
ּ
п
ּ
л
ּ
ы
ּ
ваю
ּ
щ
ּ
их по
ּ
дс
ּ
ка
ּ
зо
ּ
к.

Во
ּ
з
ּ
мо
ּ
ж
ּ
ност
ּ
ь а
ּ
вто
ּ
мат
ּ
ичес
ּ
к
ּ
и за
ּ
пус
ּ
кат
ּ
ь с
ּ
исте
ּ
м
ּ
н
ּ
ые за
ּ
дач
ּ
и пе
ּ
ре
ּ
д и
ּ
л
ּ
и
пос
ּ
ле ко
ּ
м
ּ
п
ּ
и
ּ
л
ּ
я
ּ
ц
ּ
и
ּ
и п
ּ
ро
ּ
г
ּ
ра
ּ
м
ּ
м
ּ
ы.

Бо
ּ
л
ּ
ь
ּ
ш
ּ
и
ּ
нст
ּ
во фу
ּ
н
ּ
к
ּ
ц
ּ
и
ּ
й а
ּ
вто
ּ
мат
ּ
и
ּ
за
ּ
ц
ּ
и
ּ
и п
ּ
ро
ּ
цесса ре
ּ
да
ּ
кт
ּ
и
ּ
ро
ּ
ва
ּ
н
ּ
и
ּ
я ко
ּ
да
в
ּ
ы
ּ
по
ּ
л
ּ
н
ּ
яетс
ּ
я "
ּ
ж
ּ
и
ּ
в
ּ
ы
ּ
м
ּ
и шаб
ּ
ло
ּ
на
ּ
м
ּ
и" и, л
ּ
ибо в
ּ
ы
ּ
по
ּ
л
ּ
н
ּ
яютс
ּ
я а
ּ
на
ּ
л
ּ
и
ּ
зато
ּ
ро
ּ
м ко
ּ
да
на лету, л
ּ
ибо в
ּ
ы
ּ
з
ּ
ы
ּ
ваютс
ּ
я и
ּ
з ко
ּ
нте
ּ
кст
ּ
но
ּ
го ме
ּ
ню. Набо
ּ
р
ּ
ы "
ּ
ж
ּ
и
ּ
в
ּ
ых шаб
ּ
ло
ּ
но
ּ
в"
х
ּ
ра
ּ
н
ּ
ятс
ּ
я в XML
-
фа
ּ
й
ּ
лах. Эт
ּ
и фа
ּ
й
ּ
л
ּ
ы со
ּ
з
ּ
даютс
ּ
я и по
ּ
д
ּ
к
ּ
лючаютс
ּ
я к
ко
ּ
нте
ּ
кст
ּ
но
ּ
му ме
ּ
ню бе
ּ
з необхо
ּ
д
ּ
и
ּ
мост
ּ
и в
ּ
ыхо
ּ
д
ּ
ит
ּ
ь и
ּ
з с
ּ
р
е
ּ
д
ּ
ы ра
ּ
з
ּ
работ
ּ
к
ּ
и.


58

2.
5.3
Разработка приложения

Для начала нужно будет скачать и установить
Embracadero

Rad

Studio

XE
7
.

После установки откройте
Embracadero

Delphi

XE
7 , для создания
нашего приложения нечеткого управления. Программа имитации разрабо
тка
систем нечеткого управления температурой электронагревательной
установки. В программе присутсвуют две части, а точнее одна форма
разделенная на 2 части. Одна часть ввод данных для электро нагревательной
установки и наша установка.Всё остальное можете у
видеть в приложении.


Рисунок 2.10
-
Интерфейс программы

Отправляем данные установке.


59


Рисунок 2
.11
-
Програма работает.

Далее собираем данные


Если все прошло при пересылке данные были потеряны то температура
для награва останется такой же какой была до
этого.Если же мы передовали
данные и перестали передовать, программа определяет среднее значение
переданных данных. И в писывает в следующею переменную.



60


Рисунок 2.1
2
-
Програма температура показывает




Рисунок 2.13
-
Отправка сообщении




Рисунок 2.14
-
Переданная сообщении


Если же они точны. То можно разрешить изменить температуру.




61


Вся работа показана на схеме



Рисунок

2.15
-
Блок
-
схема программы















62



3

Безопасность жизнедеятельности

В дипломной работе рассматривается разработка сис
темы нечеткого
управления температурой электронагревательной установки.
Теплогенерирующая установка предназначена для отопления и горячего
водоснабжения промышленных и жилых зданий и включает блок управления,
котельный блок, состоящий из нескольких водогр
ейных котлов, каждый из
которых снабжен теплообменником и газовой горелкой, систему отвода
горячей воды от водогрейных котлов к потребителям тепла, горячей воды, и
систему подвода к водогрейным котлам холодной воды из водопроводной
сети и воды, возвращаемо
й от указанных потребителей, снабженную
гидромагнитной системой обработки воды. Котельный блок размещен в
корпусе, выполненном в виде шкафа или контейнера с поворотными
съемными панелями для доступа к агрегатам указанного блока. Блок
управления и системы п
одвода и отвода воды размещены в отдельном
корпусе, выполненном в виде шкафа с поворотными съемными панелями,
установленного внутри помещения, отапливаемого в холодное время года.



3
.1
Анализ условий труда сотрудников

Электронагревательной установка н
аходится в одноэтажном здании, в
помещении с размерами 4х5х3. В помещении имеется 2 окна (1,5х1,2). При
работе ТГУ образуется достаточно много вредных веществ, загрязняющих
окружающую среду. Загрязнение воздушной среды теплогенерирующими
установками связан
о с выбросами в дымовую трубу мелкодисперсной золы,
токсичных газов, таких как NO, NO2, SO2, СО, бензапирена и др. Количество
образующихся вредных газов зависит от вида топлива и его состава,
организации процесса горения в топочных устройствах, температуры

горения
и многих других факторов. Основным показателем, характеризующим
загрязнение воздушной среды, является выброс вредных веществ в единицу
времени. Для вывода загрязняющих веществ используется двухконтурный
металлический дымоход.


Двухконтур
ные трехслойные термоизолированные трубы
-

так
называемый "сэндвич"
-

состоят из внутренней сварной трубы из
нержавеющей стали и внешней трубы (обечайки) большего диаметра. Внутри
этих труб
-

слой негорючего изоляционного материала на основе базальтовых
по
род, исключающий сильное охлаждение отходящих газов и сводящий к
минимуму выпадение агрессивного конденсата. Внутренняя труба,
изготовленная из качественной нержавеющей стали, принимает на себя
воздействие продуктов сгорания и агрессивных сред. Она гаранти
рует
блестящие эксплуатационные характеристики, так как устойчива к
прогоранию, воздействию коррозии и кислот. При выборе дымохода следует

63

Обратить внимание на то, что толщина внутренних стальных труб
должна быть не менее 1 мм.

Утеплитель
-

прессованный м
инераловатный изоляционный материал на
основе базальтовых пород. Базальт характеризуется очень низкой
теплопроводностью и обладает эффективными теплоизолирующими
свойствами, что позволяет свести к минимуму образование агрессивного
конденсата. При выборе ды
мохода следует обратить внимание на
применяемый материал для утеплителя
-

он должен быть экологически
чистым, не содержать связующих смол и даже при высоких температурах
изоляция труб не должна выделять неприятно пахнущих веществ. Свойства
утеплителя можно

изучить в соответствующих сертификатах на материал,
которые должны быть у продавца дымоходов.

Внешняя труба
-

обечайка
-

может быть изготовлена из нержавеющей (в
том числе декоративной
-

"зеркальной", текстурированной, цветной) стали
или, для удешевления

конструкции, оцинкованной стали. Декоративная
нержавейка эффектно выглядит и при монтаже дымохода внутри дома,
органично вписываясь в интерьер, и при наружном монтаже. Есть варианты
дымоходов с внешней трубой, изготовленной из меди.

ТГУ полностью автомат
изированное, поэтому для его обслуживания
достаточно одного инженера. Для работы инженера необходимо достаточное
освещение, т.к. ТГУ полностью автоматизировано. Работа инженера
заключается в предоставлении удаленным пользователям управление
установкой, а т
ак же в поддержании установки в рабочем состоянии и
автоматической работы физической установки. Так как разрабатываемая
испытательная установка представляет собой оборудование, особенность
которого заключается в том, что оно работает автономно, необходимое

вмешательство требуется лишь для устранения аварий или же замены
определенного оборудования; при работе удаленный пользователь выполняет
ввод, чтение и обработку данных текущего процесса или диспетчеризации.

Так как инженер работает в помещении с персона
льным компьютером,
то минимальная освещенность светильника должна быть равна Ен=300 лк .
Отсюда следует, что в соответствии cо снип РК 2.04
-
05
-
2002 работу оператора
можно отнести к работе со средней точностью III, б разряда зрительной
работы.

Для инженера

созданы комфортные условия труда, такие как рабочее
место и состояние внутренней среды помещения, обеспечивающие
оптимальную динамику работоспособности, хорошее самочувствие и
сохранение их здоровья.

Работа с компьютером характеризуется значительным умст
венным
напряжением и нервно
-
эмоциональной нагрузкой пользователя, высокой
напряженностью зрительной работы и достаточно большой нагрузкой на
мышцы рук при работе с клавиатурой ПЭВМ. Большое значение имеет

Рациональная конструкция и расположение элементов р
абочего места,
что важно для поддержания оптимальной рабочей позы человека пользователя.

64

Задача точного отображения различного характера информации на
мониторе компьютера требует активизации внимания. Поэтому здесь следует
отметить то, что при работе тако
го характера, освещение помещений должно
быть достаточным. В противном случае, у инженера будут отмечаться
значительное напряжение зрительного аппарата с появлением жалоб на
неудовлетворенность работой, головные боли, раздражительность, нарушение
сна, уста
лость и болезненные ощущения в глазах, в пояснице, в области шеи и
руках. Для решения этой проблемы выбрали задачу освещения в помещении.
Т.к. ТГУ достаточно большая установка, она может загораживать поступление
естественного освещения. Поэтому достаточное

освещение необходимо
дополнить искусственным освещением.


3
.2

Расчет естественного освещения

Лаборатория имеет размеры: длина
-

5 м, ширина
-

4 м, высота
-

3 м,
высота рабочей поверхности


1м, длина окна
-

1,5 м, ширина


1,2 м.
Коэффициент отражения

стен ρст = 10%, потолка ρпот = 50% и пола ρпол =
30%. Род работ
-

III б. Emin=300 лк.

Помещения с постоянным пребыванием людей должны иметь, как
правило, естественное освещение. Расчет естественного освещения
заключается в определении площади световых пр
оемов. При ширине
помещения до 12 м применяется боковое одностороннее освещение, при
ширине 12
-
24 метра
-

боковое двусторонне освещение.

Общую площадь окон определяем по формуле (12) для бокового
освещения:




(3
.1)
Где
:



S0


площадь световых проемов при боковом освещении, м2;


Sп


площадь пола помещения, м2;




Sn=L*B=5*4=20
м2,


(3
.2)



Ен


нормируемое значение КЕО;






коэффициент запаса по таблице 3.11 : Kз=1,2;


Η0


световая характеристика окон. Принимают по таблице 3.2;
Необходимые расчеты для нахождения η0: 57




L

-
1=4
-
1=3
м





(3
.3)


Где l


глубина помещения, при одностороннем освещении и при
В<12м.


L
/
l
=5/3=1,67


(3
.4)


H
расч=
h
ок+
h
н.ок
-
h
р.п.,

(3
.5)

65

Где hр.п=0,8…1 м


высота рабочей поверхности


Hрасч=1,5+0,3
-
1=0,8м,



L
/
hрасч=3/0,8=3,75

(3
.6)

Используя значения полученные в формулах 1.4. И 1.6 определим по
таблице 3.2 η0=9,6;

Τ0


общий коэффициент светопропускания


Τ0= τ1

* τ2 * τ3 * τ4, по формуле (14)


(3
.7)


Где τ1


коэффициент светопропускания материала определим по
таблице 6 : для двойного оконного листового стекла τ1=0,8;


Τ2


коэффициент, учитывающий потери света в стальных пе
реплетах
(спаренные) таблица 7 : τ2=0,7;


Τ3


коэффициент, учитывающий потери света в несущих
конструкциях, при боковом освещении равен 0,8 по таблице 8 [8];


Τ4


коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных
устройствах по таблице 3.6 : τ4
=1.


Тогда τ0 = 0,8*0,7*0,8*1=0,448


R1


коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом
освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и
подстилающего слоя, прилегающего к зданию, см. Таблицу 3.9 .



Н
еобходимые расчеты для нахождения r1:



Расчетную точку располагаем в центре помещения, тогда расстояние
до наружной стены составит :


В=4/2=2м.


B/l=2/3=0,67






(
3
.8)


Используя значения полученные в формулах 1.4 и 1.6: L/l=1,67 и


L/ hрасч=3,75 , а также полученные выше значения определим по
таблице 3.9 r1=1.5


Кзд


коэффициент, учитывающ
ий затенение окон противостоящими
зданиями по таблице 3.8 :






Кзд =1,4


Нормированные значения КЕО
Для зданий, располагаемых в
различных районах с
ледует определять по формуле (15) :


66





(3
.9)
Где N


номер группы обеспеченности естественным светом по таблице
3.1 N=3

значения КЕО по таблице 3.12 для разряда зрительной
работы III, б

-

коэффициент светового климата, (ориентация световых
проемов в наружных стенах зданий: Ю) таблица 3.1 .


Подставим все значения в расчетную формулу:






Тогд
а длина окна будет равна

Lок= Sок/h ок=4/1,2=3,3

На рисунке 3
.1 представлено помещение, где стоит установка.



Рисун
ок 3
.1


Длина окна помещения

Схема расположения световых проемов при естественном освещении

Таким образом, площадь све
тового проема составляет 4м2 (3,3х1,2 м).
Общая площадь окна равен 1,8 м2. Так как при проектировании естественного
освещения площадь световых проемов, обеспечивающих нормированное
значение КЕО в соответствии с требованиями снип РК 2.04
-
05
-
2002
©Естественн
ое и искусственное освещение. Нормы проектированияª, является
больше реальной площади окон(3,3>,8), то в дневное время суток
дополнительно необходимо использование искусственного освещения.


3
.3


Расчет искусственного освещения

В рабочем помещении необход
имо осуществить естественное и
искусственное освещение. Естественное освещение осуществлено оконным
проемом, расположенным в помещении с южной стороны. Искусственное
67

освещение в помещении осуществляется с использованием люминесцентных
ламп мощностью 40 Вт
со световым потоком 3120 лм в светильниках общего
освещения (тип светильника


ПВЛМ 2x40). Рассчитаем количество
светильников методом коэффициента использования, необходимых для
создания освещенности в 300 лк, которая является достаточной для
обеспечения I
II

го разряда зрительных работ. Для того чтобы искусственное
освещение соответствовало стандартам и нормам, необходимо произвести
расчет количества светильников для сборочно
-
монтажного помещения.

Необходимое количество светильников определяется по формул
е
3
.1 :








(3
.10)

Где
:

-
минимальное нормативное освещение для данного разряда работы
(iiiб), 300 лк (для работы высокой точности);

S
-

площадь

помещения, 20 м2;

К
-

коэффициент запаса, 1.2;

Z
-

поправочный коэффициент светильника равный 1.1 по табл.3.11[8];

F
-

световой поток одной лампы, 3120 лм;

N
-

количество ламп в светильнике, 2;

Η


коэффициент использования осветительной установки, опред
еляется
в зависимости от показателя помещения и коэффициента отражения от стен и
потолка.









(3
.11)

Где:

a,b
-
соответственно длина 5 и ширина 4 поме
щения, м

H
-

расчетная высота подвеса

Определение расчетной высоты подвеса:

H
расч=
H
-
(
h
р.п+
h
св),









(3
.12)

Где hсв


высота свеса светильника ;

Н
-

высота потолков.

Hрасч=3
-
(1+0,5)=1,5 м

По формуле (4.2):







68

На основании показателя помещения, который равен 1,48 определяем
коэффициент использования осветительной установки по таблице 5.12[9]: η
=40,01% .

Тогда по формуле (3
.1) необходимое количество светильников будет
равна:


На рисунке 3
.2

представлена схема расположения светильников.


Рисунок 3
.2
-

Схема расположения светильников

Исходя из расчетов, можно сделать вывод, что для обеспечения
необходимой освещенности данного помещения с параметрами 5х4х3 и
разрядом зрительных работ III (б),

необходимо 4 ламп типа ПВЛМ 2х40
номинальной мощности 40 Вт, Ф=3120 лм.


3
.4


Расчеты выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферу

Расчеты проводятся для определения выбросов ЗВ в атмосферный
воздух от лабораторной ТГУ.

Установка работает на твердом
топливе (уголь марки Д АО

"Шубар
кулькомир"). В таблице 3
.1 представлен расчет выброса ЗВ.



Таблица 3.1


расчет выброса вредных веществ

Показатели

Обозначения

Ед.изм.

Величина

Примеч
ание

69

Марка угля

-


Д



Расход топлива
годовой

В

Т

0,027


Время работы общее

Т

Час

905


Время работы в день

T

Час

5


Влага общая

-


14,5



Зольность топлива

Аr

-


13


Доля золы топлива в
уносе

Х

-


0,0026


Доля твердых
частиц,улавливаемых
в золоуловителях

Η

0,85



Доля оксидов серы,
связы
вемых летучей
золой топлива

Η`so



0,1



Доля оксидов серы,
улавливаемых в
золоуловителях

Η" so



0



Теплота сгорания
натуральной топлива

Qir

Мдж/кг



Коэффициент,
учитывающий долю
потери теплоты
вследствие
химической

неполноты сгорания








Д
и
п
л
o
м
н
ы
й

c
и
c
т
e
м

п
o
70

топлива,
обусловленный
наличием в
продуктах сгорания
оксида углерода. Для
твердого топлива
R=1.



R



1

Потери теплоты
вследствие
химической
неполноты сгорания
топлива

Q



%

0,5


Потери теплоты
вследствие механ
-
кой неполно
ты
сгорания топлива

Q



%

5,5


Содержания серы в
топливе на рабочую
массу

%

0,5




Окончание таблицы
3
.1

Параметр,
характеризующий
количество оксидов
азота,
образующихся на 1
гдж тепла,

Кnox

Кг/гдж.

0,175


Коэффициент,
зависящий от
степени сн
ижения
выбросов оксидов
азота в результате
применения
технических
решений.

Р


0


71

Расчеты

ЗВ без очистки

Зола
казахстанских
углей


Тв

0,00028


0,0009


Г/сек


Т/год


Qтв=Qтв*10

/(T*3600)


Qтв=В*Аr*х*(1
-
η)




Диоксид
серы

SO



0,00013


0,0002

Г
/сек


Т/год

Qsо

=Qsо

*10

/(T*3600)


Qsо

=0,02*В*Sr(1
-
η`so

)(1
-
η" so

)


Оксид
углерода

СО

0,00015


0,0003


Г/сек


Т/год


Qсо=Qcо*10

/(T*3600)


Qсо=0,001*В*q

*R*Qir*(1
-
q

/100)


Диоксид
азота

Nox

0,00003


0,00014



Г/сек


Т/год


Qnox=qnox*1
0

/(T*3600)


Qnox=0,001*В*Qir*кnox(1
-
Р)



Из представленных расчетов наглядно видно количество
выбрасываемых ЗВ в атмосферу (г/сек, т/год). Малое количество выбросов
обосновано малым потреблением угля лабораторной установкой.


72

4
Т
e
хник
o
-
эк
o
н
o
мич
ec
к
oe
o
б
oc
н
o
в
a
ни
e



4
.1 Ц
e
ли и з
a
д
a
чип
poe
кт
a

Мировой тенденцией развития космических аппаратов (КА) является
расширение их функциональных возможностей, что приводит к росту
потребляемой мощности, большая часть которой выделяется в элементах
оборудования КА в вид
е теплоты.

Для поддержания требуемого температурного режима работы
оборудования используются системы терморегулирования. Рост
энерговооруженности и линейных размеров новых КА в условиях жестких
конструктивных и массогабаритных ограничений приводит к услож
нению
условий поддержания температурного режима
-

терморегулирования. В
результате ухудшения температурного режима работы оборудования КА
снижаются его функциональные возможности, надежность работы и ресурс
как отдельных элементов оборудования КА, так и вс
его КА в целом. Поэтому,
проблема создания высокоэффективных систем терморегулирования КА
становится решающей, а ее решение − важной научно
-
практической задачей.

Эффективность работы системы терморегулирования (СТР)
характеризуется совокупностью частных по
казателей, находящихся во
взаимном противоречии друг с другом, когда улучшение по одному из
показателей ведет к ухудшению по другому и наоборот. Кроме того,
показатели эффективности и ограничения имеют трудноформализуемую или
даже неформализуемую природу,
задаются неопределенно.

Наиболее встречаемым видом неопределенности при решении задач
автоматизации технических средств является неопределенность, связанная с
невозможностью контроля параметров технологического процесса во всех
требуемых точках объекта. И
, как следствие,неточность задания переменных в
расчетных моделях, начальных и граничных условий.

Для работы с неопределенностями такой природы используется теория
нечетких множеств и нечеткая логика, которые позволяют математически
формализовать неопреде
ленности неслучайной природы.

Причинами быстрого развития нечеткого моделирования явились:

-

возможность построения систем управления в условиях, когда имеется
информация лишь качественного характера;

-

малая чувствительность систем управления к изменен
ию параметров
объекта управления;

-

малая трудоемкость построения систем управления сложными
объектами.

Для нечеткого моделирования существуют области, где их применение
наиболее предпочтительно:

-

системы регулирования, где модель объекта управления оп
ределена
лишь качественно;

-

надстройка над традиционными системами регулирования для
придания им адаптивных свойств (например, в ПИД
-
регуляторах);

73

-

воспроизведение участия человека
-
оператора в интеллектуальных
систем управления (ИСУ).

Общей предпосылк
ой для применения нечетких регуляторов
существуют два фактора: как уже отмечено выше, наличие неопределенности
и наличие информации качественного характера необходимой при построении
ИСУ. Последний фактор имеет принципиальное значение, поскольку такой
хара
ктер информации присущ только интеллекту.

Преимущество ИСУ перед АСУ при управлении сложными
технологическими процессами с участием живых организмов обусловлено тем,
что они работают не только с количественной информацией, в отличии от
традиционных АСУ, но

и с качественной информацией, характерной для базы
знаний, где заложены причинно
-
следственные взаимосвязи в
каждойконкретной ситуации, информацией о возможном дальнейшем
развитии событий в управляющей системе и переходе к другой ситуации в
зависимости от
предпринятых действий, другой информацией методического
характера.


4
.2

Определение зтрт н

создние прогрммного продукт

Трудоемкость рзрботки прогрммного продукт можно определить
следующим способом:






(4
.
1)

Где:

-

зтрты труд н подготовку описние здчи;

-

зтрты труд н рзрботку лгоритм решение здчи;

-

зтрты труд н рзрботку блок
-
схемы лгоритм решение здчи;

-

зтрты труд н соствление прогрммы по готовой блок
-
схеме;

-

зтрты труд н подготовку документции здчи;

-

зтрты труд н отлдку прогрммы н ПК при комплексной
отлдке здчи.

Соствляющие зтрт, в свою очередь мож
но вычислить через условное
число оперторов
. В ншем случе число оперторов в отлженной
прогрмме

= 3000.

Зтрты труд н изучение описния здчи с учётом уточнения
описния и квлификции прогрммист определяются:






(4
.
2)

Где:

74

-

коэффициент увеличения зтрт труд вследствие недостточного
описния здчи, уточнений и некоторой не дорботки, B=1,2...5; B

K
-

коэф
фициент квлификции рзрботчик, для рботющих до 2 лет
К=1,1;

Зтрты труд н рзрботку лгоритм, блок
-
схемы, ткже зтрты
труд н соствление прогрммы определяется по формуле:





(4
.
3)

Зтрты труд н отлдку прогрммы н ПК при комплексной отлдке
здчи









(4
.
4)

Где:


-

затраты труда н
а отладку программы на ПК при автономной
отладке одной задачи;




(4
.
5)

Зтрты труд н подготовку документции по здче определяются:




(4
.
6)

Где:


--

зтрты труд н подготовку мтерилов в рукописи;




(4
.
7)

-

зтрты н редктировние, печть и оформление документции;




Тблиц 4.1


Рсчет зтрт н прогрммного продукт




Этпы
проектировния

В

К

Фор
мул рсчет

Трудоемко
сть чел.
Чс.

75


11

Подготовительны
й


1,2

1,1



46,75


12

Aлгоритм
решения здчи




45,5

23

Блок
-
схем
лгоритм





45,5

54

Соствление
прогрммы по
блок
-

схеме




45,5

55

Отлдк
прогрммы н ПК







68,18

76

П
одготовк
документции







32

76



Итого:




Т=254,86




Рисунок 4.1


Динмик зтрт н рзрботку прогрммного продукт

4
.3


Р
a
счет з
a
тр
a
т н
a

опл
a
ту труд
a

р
a
зр
a
ботчик
a


Для рзрботки прогрммы принимется нучный руководитель

и
инженер
-

прогрммист:


Рсходы н оплту труд рзрботчик прогрммы (

) определяются
путем умножения трудоемкости создния прогрммы н среднюю чсовую
зрплту рзрботчик (

). Зпишем рсходы н оплту труд рзрботчик
прогрммы в виде формулы:









(4
.
6)

Где:


-

трудоемкость рзрботки прогрммного продукт;

-

средняя чсовя оплт труд рзрбот
чик, тенге в чс.








(4
.
7)

Где:

77

зрботня плт прогрммист и руководителя, по
информции службы знятости средняя зрботня плт прогрммист
соствляет:


A нуч
ного руководителя:


-

месячный фонд рбочего времени, при 8
-
ми чсовом рбочем дне и
5
-
ти дневной рбочей неделе. Он будет рвен:


Подствляя в формулы знчения, получим знчения

:




тен
ге

Р
a
сходы

н
a
опл
a
ту

труд
a
р
a
зр
a
ботку

прогр
a
ммы

сост
a
вят

463404,30
тенге
.


Рсчет отчислений н социльные фонды

Единый социльный нлог соствляет 11 % от зрботной плты
рзрботчиков:




(4
.
8)

Следовтельно, сумм

н оплту труд нучного руководителя и
прогрммист н рзрботку прогрммного продукт соствят


тенге.

4.4


Рсчет зтрт н техническое обеспечение про
ект

Для рзрботки прогрммного обеспечения необходимы технические
средств:

-

мони
тор
-

30000 тенге

-

системный блок
-

75000 тенге

-

клвитур
-

1500 тенге

-

мышь
-

1000 тенге

78

-

прогрммный продукт
-

©Delphi 7ª (лицензионный)
-

120000 тенге

-

Windows XP (лицензионный)
-

10000 тенге

Итого зтрт н техническое и прогрммное обеспе
чение Соф =237500
тенге.Основные фонды переносят свою стоимость н создвемую продукцию
в виде мортизционных отчислений.

Рссчитывем издержки н мортизцию по формуле:






(4
.
9)

Где:

-
блнсовя стоимость компьютер, тенге/шт;

-
норм мортизции в процентх.

Блнсовя стоимость компьютер определяется по формуле:




(4
.
10)

Где:


-
рыночня стоимость ПК, в тенге

-
прочие зтрты (н доствку и устновку, от 3 до 6% от стоимости
ПК).

Берем

от рыночной стоимости ПК.

Рыночня стоимость компьютер соствит 12
7600 тенге.

Срок службы ПК соствляет 2,5 лет, отсюд норм мортизции Нª
соствит 40%.

Рссчитывем прочие зтрты


тенге.

Рссчитывем блнсовую стоимость ПК:



тенге.

Нходим по формуле [4
.10] издержки н мортизцию


тенге

Издержки н мортизцию соствляют 53592тенге.

Рссчитывем действительный фонд времени ПК:







(4
.
11)

Где:

79



количество месяцев , срок рзрботки прогрммного продукт (3);

-

количество рбочих дней в месяце (22);

-

средняя продолжительность рбочего дня (8 чсов)
;



часов

Действительный фонд времени в срок рзрботки прогрммного
продукт ПК рвен 528 чсов.

Теперь, рссчитывем цену мшино
-
чс (тенге):






(4
.
12)

Где:

-

зтрты издержек н мортизцию, тенге в срок;

-

годовые издержки н прочие и нклдные рсходы, тенге в срок;

-

действительный фонд времени ПК, чсов в срок;

Теперь,
подствляя в формулу [4.12] нйденные знчения нходим цену
одного мшино
-
чс:




Цен одного мшино
-
чс соствит 113,57 тенге.

Рссчитем зтрты н оплту мшинного времени при отлдке
прогрммы.

Стоимость мшинного времени определяется по формуле:


,



(4
.
13)

Где:

С
-

цен мшино
-
чсов, рссчитывется;

-

зтрты н прогрммировние;

-

зтрты н отлдку прогрммы.

По формуле [4.17] рссчитывем зтрты н оплту мшинного времени
при нписнии и отлдке прогрммы:



тенге

Общие зтрты н техническое обеспечение проект рссчитывется:



80

4
.5

Рсч
ет зтрт н энергоресурсы

Рссчитем зтрты н электроэнергию по формуле:

,

(4
.
14)

Где:

-

стоимость электроэнергии (1 квтч=12 тг);

P
-

мощность, потребляемя ПК (д
ля компьютер в вышеукзнной
конфигурции мощность соствит 800 Вт;

-

зтрты н прогрммировние

-

зтрты н отлдку
;

-

зтрты н подготовку документции



тенге

Зтрты н электроэнергию при рзрботке прогрммного продукт соствят

тенге.


4
.6

Клькуляция сметной стоимости

Сметня стоимость ПП
-

это эксплутционные рсходы н рзрботку
прогрммного продукт.

Рсчет клькуляц
ии зтрт н рзрботку прогрммного продукт
нглядно предствлен
в тблице 4.


Т
a
блиц
a

4.2


К
a
лькуляция з
a
тр
a
т н
a

р
a
зр
a
ботку прогр
a
ммного продукт
a

Зтрты н рзрботку ПП

Сумм
зтрт, тг

Рсходы н оплту труд руководителя и прогрммист, тг

4634
04,30

Зтрты не техническое обеспечение проект, тг

19985,69

Отчисления н социльные нужды, 9 %

45902,44

Зтрты н энергоресурсы, тг

1398,048

81

Итого

530690,478






Рисунок 4.2


Структур зтрт н рзрботку Программного продукта




4.7

Цен прогрммного продукт

Цен прогрммного продукт определяется по формуле:


,


(4
.
15)

Где:



-

себестоимость прогрммного продукт, тенге;



-

прибыль продукт от себестоимости (20%), тенге;





-

нлог н добвленную стоимость (12%), тенге.

Стоимость прогрммного продукт предствлен в тблице 4.3


Тбли
ц 4.3


Цен прогрммного продукт

Себестоимость прогрммного продукт,
Спр


489997,154

Прибыль продукт, П

20%

97999.431

82


НДС

12%

70559,59

Цен прогрммного продукт


631116,33





Вывод: Цель экономического обосновние при рзрботке
прогрммного п
родукт достигнут: рссчитны зтрты н оплту труд
руководителя и прогрммист; зтрты по техническим обеспечениям,
включющие в себя мортизционные отчисления от стоимости основных
фондов, используемых рзрботчикми при подготовке прогрммного
обес
печения, прочие зтрты и стоимость мшинного времени; зтрты н
потребляемую электроэнергию.


Исходя из днных структуры ©Зтрты н рзрботку прогрммного
продуктª мы видим, что зтрты н техническое обеспечение соствили 13%,
зрботня плт
-

77%
, отчисления н социльные нужды


9 % и зтрты н
энергоресурс


1%. Итого цена прогрммного продукт соствляет
649997,737тенге.


Следовтельно, полученные рсчеты, позволяют нлизировть
прогрммный продукт, который в дльнейшем будет использовться в

рзличных целях для обрботки изобржения . Интерфейс днного
прогрммного продукт прост и по этому доступен в понимнии рботы
прогрммы .

















83










Заключение

Область применения нечеткого управления достаточно широка


от

небольших и простых приложений до комплексных и сложных проектов.
Чтобы охватить все возможные случаи, следует использовать Правила
согласованности классов систем нечеткого управления, которые дополняют и
расширяют базовую нота
цию языка FCL. При этом Баз
овый Класс определяет
минимальное множество требований, которым должны удовлетворять все
согласованные системы, что обеспечивает переносимость программ нечеткого
управления. Существующая теория и системы, реализованные в области
нечеткого управле
ния, отли
чаются между собой по используемой
терминологии, функциональным возможностям и особенностям реализации в
инструментальных средствах.

С точки зрения информационных технологий системы нечеткого
управления являются продукционными экспертными системами. С точк
и
зрения теории сис
тем управления системы нечеткого управления являются
контроллерами с нели
нейными параметрами регулирования. При этом
текущие значения выходных переменных зависят только от текущих значений
входных переменных и не зави
сят от предыстори
и этих значений за
исключением случаев, когда отсутствуют активные правила и не определены
значения переменных по умолчанию. Если же контроллер должен быть
реализован как динамическая система, то соответст
вующие динамические
функции представляют собой вне
шние элементы для не
четкого
функционального блока.

Применение нечеткого управления может быть наиболее эффективным
в тех случаях, когда отсутствует явная модель процесса и аналитическая
модель явля
ется слишком сложной для представления (например, систем
ы с
несколькими входами и несколькими выходами) или для получения решений
в реальном мас
штабе времени. Другое достоинство нечеткого управления
заключается в непосредственном объ
единении опыта нескольких
специалистов. При этом вовсе не нужно моделиро
вать

целиком весь
контроллер с помощью нечеткого управления


иногда не
четкое управление
может только интерполировать серию локально линейных моделей или
динамически адаптировать параметры некоторого линейного регу
лятора. Тем
самым становится возможным не то
лько оперировать нелинейными моделями,
84

но и сосредоточить внимание на рассмотрении тех параметров суще
ствующих
регуляторов, которые следует улучшить.



85

Список литературы

1. Понятие лингвистической переменной и его применение к
принятиюприближенныхрешен
ий.
-

Заде Л.А. М.: Мир, 1976.

2. Fuzzycontrol Systems Design and Analysis: A Linear Matrix Inequality
Approach.
Kazuotanaka, Hua O. Wang, 2001

3. Орлов А.И. Теория принятия решений. Учебное пособие / А.И.Орлов.
-

М.:
Издательство ©Мартª, 2004.
-

656 с.

4.
Нейронные сети, генетические алгоритмы и нечеткие системы. Д.
Рутковская, M. Пилиньский, Л. Рутковский. 1999.

5. Устойчивость нечетких импульсных систем Такаги
-
Сугено: метод
линейных матричных неравенств. В.С. Денисенко. 2008. Стр. 66
-
73

6. Об одном подход
е к аппроксимации функции с помощью Систем Tkgi
-
Sugeno. Е. В. Кочергин, Т. М. Леденева, А. В. Алтухов. 2008. Стр. 72
-
79
(ВЕСТНИК ВГУ)

7. Формирование нечетких правил типа Tkgi
-
Sugeno по результатам
нечеткой кластеризации. А. В. Алтухов. 2008. Стр. 44
-
5
0(ВЕСТНИК ВГУ)

8. Космические аппараты. Под общей редакцией проф. К.П.Феоктистова. М.,
Военное издательство, 1983.

9. Космический аппарат блочно
-
модульного исполнения. Патент



HYPERLINK "http://www.freepatent.ru/patents/2092398"
\
t "_blank"

RU
2092398

.

10. Навигация, наведение и стабилизация в космосе. Москва,
Машиностроение, 1970 г.

11. Система обеспечения теплового режима КА ©Ямалª. Техническое
описание. РКК ©Энергияª им. С.П.Королева, 2002 г.

12. Е.И.Антонов, В.Е.Ильин, Е.А.Коленко, Ю.В.Петровский, А.
И.Смирнов.
Устройства для охлаждения приемников излучения. Ленинград,
Машиностроение, 1969 г.

13. Л.А.Мирошниченко, В.А.Раевский, Г.М.Маркелов. Система ориентации и
стабилизации спутника телевизионного вещания ©Экранª. Техническая
кибернетика, №7, 1977 г.,

стр.18
-
26.

14. Микропроцессорные системы автоматического управления / Бесекерский
В.А. и др.
-

Л.:Машиностроение, Лен.отд., 1988
-

365с.

15. Боборыкин А.В. и др., Однокристальные микроэвм, М.:МИКАП, 1994

16. Гребнев В.В., Однокристальные микроэвм (микроко
нтроллеры) семейства
MCS
-
96, 1995

17. Микропроцессоры в системах автоматического управления. INTEL
8XC196MC: Учеб. Пособие / Бутырин Н.Г. и др.: спбгту, спб., 1995, 115с.

18. Изерман Р., Цифровые системы управления: пер. С англ.
-

М.: Мир, 1984
-

541с., ил
.

19. Микропроцессорное управление электроприводами станков с ЧПУ. /
Тихомиров Э.Л. и др.
-

М.: Машиностроение, 1990

86

20. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и его применение к
принятию приближенных решений., М.: Мир, 1976, 165с.

21. Прикладные нечет
кие системы / Тэрано Т., Асаи К., Сугено М., 1993

22. Харитонова И.А., Михеева В.Д. microsoftccess 2000.
-

спб.: БХВ
-

Санкт
-
Петербург, 2000
-

1088 с.

23. Сибаров К.Г., Сколотнев Н.Н., Васин В.К., Начинаев В.Н. Охрана труда в
вычислительных центрах: учебн
ое пособие, М.: Машиностроение, 1985


123
стр.

24. Выполнение организационно
-
экономической части дипломных проектов:
учебное пособие.


М.: МИРЭА, 1994.


74 с.

25. Кураков Л.П., Попов В.М. и др. Сборник бизнес
-
планов: Современная
практика и документация.

Отечественный и зарубежный опыт.


М.: Финансы
и статистика, 1997.


336 с.



87

Приложение А


Листинг Лист

Unitunit
1;

Interface

Uses

Winapi.Windows, Winapi.Messages, System.sysutils, System.Variants,
System.Classes, Vcl.Graphics,

Vcl.Controls, Vcl.Forms,
Vcl.Dialogs, Vcl.stdctrls, Vcl.extctrls,Math;
//Vcl.stdctrls, Vcl.Controls, Vcl.Classes;

Type


Tform1 = class(tform)


Groupbox1: tgroupbox;


Button1: tbutton;


Groupbox3: tgroupbox;


Label11: tlabel;


Edit11: tedit;


Groupbox4: tgroupbox
;


Edit16: tedit;


Label16: tlabel;


Label17: tlabel;


Edit17: tedit;


Button3: tbutton;


Button4: tbutton;


Button5: tbutton;


Button6: tbutton;


Button7: tbutton;


Radiogroup1: tradiogroup;


Groupbox2: tgroupbox;


Butt
on8: tbutton;


Button9: tbutton;


Radiobutton1: tradiobutton;


Radiobutton2: tradiobutton;


Label1: tlabel;


Edit1: tedit;


Edit2: tedit;


Label2: tlabel;


Button2: tbutton;

Procedure Button1Click(Sender: tobject);

Procedure Button5
Click(Sender: tobject);

Procedure Button6Click(Sender: tobject);

Procedure Button7Click(Sender: tobject);

Procedure Button9Click(Sender: tobject);

Procedure radiobutton1click(Sender: tobject);

Procedure radiobutton2click(Sender: tobject);

Procedureformcrea
te(Sender: tobject);

Procedure Button4Click(Sender: tobject);

88

Procedure Button3Click(Sender: tobject);

Procedure Button8Click(Sender: tobject);

Procedure Button2Click(Sender: tobject);

Private

{ Private declarations }

Public

{ Public declarations }

End;

Va
r


Form1: tform1;


F,f1,f2,f3,f4,f5,f6,f7,f8,f9,proverka , raznica ,gradus , sravnenie ,srednii:
Integer;

Float,float1,float2,float3,float4,float5 : single;

I:integer=0;

K : Integer;

Bool :Boolean;

Mass: array[1..50] of Integer;

Implementation

{$R *.dfm}

Procedure tform1.Button1Click(Sender: tobject);

Begin

//i:=0;

//******************

F := Random(3);

F1 :=Random(5);

Float :=Random;

Float1 :=Random;

Float2 :=Random;

Float3 := Random;

Float4 :=Random;

Randomize;


//***********************

Proverka :=random
range(1,3);

//showmessage(inttostr(proverka));

//*********************

Ifproverka = 2 then

Begin

Edit11.Text := gradus.tostring;

Edit
1.
Text

:= '0';

Showmessage
('Данные успешно переданы!');

I :=i + 1;

Mass[i]:= strtoint(Edit2.Text);

//showmessage(inttostr(i));

Button8.Enabled :=True;

End else

89

Ifproverka = 1 then

Begin

Edit11.Text := inttostr(gradus
-
5);

Edit
1.
Text

:= '5';

Showmessage
('Данные не точны! Переотправь
те пожалуйста');

//mass[i] := 0;

End;

Button9.Enabled :=true;

Button1.Enabled :=false;


//**************************

Edit16.Text := '25';

Edit17.Text := '15';


//*
-
*************************

// if Edit2.Text = 'null' then

// begin

// mass[i] := 0;

// end e
lse

// begin

// mass[i]:= strtoint(Edit2.Text);

// end;


//
-----------------------

End;

Procedure tform1.Button2Click(Sender: tobject);

Begin

Gradus := 0;

Edit2.Text :='null';

End;


Procedure tform1.Button3Click(Sender: tobject);

Begin

Showmessage
('Перед
анная температура применена');

End;

Procedure tform1.Button4Click(Sender: tobject);

Begin

Sravnenie := strtoint(Edit11.Text);

If (sravneni�e15) and (Sravnenie 25) then

Begin

Button
3.
Enabled

:=
True
;

Showmessage
('Разрешение выдано можете выполнять действия'
);

Endelse

Begin

Showmessage
('Применяемая температура не подходит!
Переотправьте ');

Button3.Enabled :=False;

End;

90

End;

Procedure tform1.Button5Click(Sender: tobject);

Begin

Gradus:= 30;

End;

Procedure tform1.Button6Click(Sender: tobject);

Begin

Gradus :=
20;

End;

Procedure tform1.Button7Click(Sender: tobject);

Begin

Gradus := 0;

End;

Procedure tform1.Button8Click(Sender: tobject);

Var j : Integer;

Begin

If Edit2.Text = 'null' then

Begin

Srednii := 0;

For J:=1 to i do

Begin

Srednii := srednii + mass[j];

En
d;

Edit2.text := inttostr(srednii div i);

Gradus := srednii div i;

End;

Button1.Enabled :=True;

End;

Procedure tform1.Button9Click(Sender: tobject);

Begin

If radiogroup1.itemindex = 0 then

Begin

Gradus := 30;

End else

If radiogroup1.itemindex = 1 then

Begi
n

Gradus := 25;

End

Else

If radiogroup1.itemindex = 2 then

Begin

Gradus := 20;

End

Else

If radiogroup1.itemindex = 3 then

91

Begin

Gradus := 15;

End

Else

If radiogroup1.itemindex = 4 then

Begin

Gradus := 10;

End

Else

If radiogroup1.itemindex = 5 then

Begin

Gr
adus := 5;

End

Else

If radiogroup1.itemindex = 6 then

Begin

Gradus := 0;

End;

Button9.Enabled :=false;

Button1.Enabled := true;

//*****************************

Edit2.Text := inttostr(gradus);

End;

Procedure tform1.formcreate(Sender: tobject);

Begin

Radiobu
tton1.Checked :=true;

Button5.Enabled :=False;

Button6.Enabled :=False;

Button7.Enabled :=False;

Button3.Enabled := False;

Button8.Enabled :=False;

Srednii:=0;

End;

Procedure tform1.radiobutton1click(Sender: tobject);

Begin

Button5.Enabled :=False;

Button6
.Enabled :=False;

Button7.Enabled :=False;

Radiogroup1.Enabled :=True;

End;

Procedure tform1.radiobutton2click(Sender: tobject);

Begin

Radiogroup1.Enabled :=False;

Button5.Enabled :=True;

Button6.Enabled :=True;

92

Button7.Enabled :=True;

End;

End.




Приложенные файлы

  • pdf 87490997
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий