Том 27, № 2 (2019)

Рассматривается опыт разработки динамической модели водяного тракта парового котла для построения компьютерного тренажера. Тренажер служит для обучения и оценки действий оперативного персонала котельного цеха при выполнении основных технологических операций в процессе эксплуатации котла. Сложность задачи заключается в моделировании технологических параметров объекта на всех режимах функционирования - от заполнения барабана питательной водой и растопки до функционирования с номинальной нагрузкой. Модель описывает изменение температуры и давления в барабане котла в зависимости от расхода питательной воды, непрерывной и периодической продувок, расхода острого пара и расхода газа. Модель учитывает нагрев питательной воды в топочных экранах и водяном экономайзере, а также температуру питательной воды, поступающей на вход водяного экономайзера. Сохранение энергетического баланса в модели реализуется за счет проведения всех промежуточных расчетов относительно энтальпии теплоносителя. Такая реализация позволяет корректно учитывать изменение физических параметров воды в процессе нагрева и роста давления, обеспечивает линейное поведение модели даже с учетом перехода теплоносителя из одного агрегатного состояния в другое. Модель учитывает основные технологические операции, выполняемые оперативным персоналом котельного цеха в процессе растопки котла. Идентификация модели выполнена по данным системы автоматизированного управления паровым котлом, полученным при растопке. В статье приводятся экспериментальные данные, структурные схемы основных подсистем модели, результаты компьютерного моделирования. Обосновываются допущения, которыми руководствовались авторы при разработке модели, а также описываются ограничения, возникшие при ее реализации.

Работа посвящена одной из наиболее сложных и актуальных проблем в современной теории управления – задаче поиска оптимальных алгоритмов управления, действующих в условиях неполной информации о параметрах объекта. Рассматривается задача синтеза оптимальной по быстродействию системы управления процессом индукционного нагрева металлических полуфабрикатов цилиндрической формы перед обработкой давлением в характерных условиях интервальной неопределенности значений начальной температуры и уровня тепловых потерь. Решение указанной задачи приводит к замкнутому оптимальному алгоритму управления, дополненному, в начале, идентификатором первого порядка в форме линейной зависимости неопределенных величин объекта и параметров обратных связей от результатов всегда неполного наблюдения за температурами в выбранных точках заготовки. Выполняется анализ необходимости повышения порядка идентификатора до второго, в ходе которого выявляется нелинейный характер зависимостей параметров обратной связи от уровня тепловых потерь. Представлена структура замкнутой оптимальной по быстродействию системы управления процессом индукционного нагрева с идентификатором второго порядка в контуре обратной связи. По результатам моделирования замкнутых систем управления с идентификаторами первого и второго порядков производится сравнительный анализ качества оптимального уравнения.

Проведен анализ технического состояния систем теплоснабжения г. Самары и предложена модель оценки вероятности их безаварийной работы в отопительный период. Проведен анализ статистических данных о состоянии тепловых сетей г. Самары за период с 2006 по 2016 гг., который показал, что к началу 2017 года протяженность тепловых сетей, требующих замены и находящихся в эксплуатации, составляла 36,7 % от всей ее длины. Для оценки вероятности безаварийной работы системы теплоснабжения разработана математическая модель в виде степенной неоднородной функции, связывающая протяженности сетей, требующих замены и находящихся в рабочем состоянии, с вероятностью безотказной работы. Проведена идентификация параметров построенной модели и оценена корреляция расчетных значений по ней с вероятностью, посчитанной по статистическим данным. Критерии оценки качества построенной модели свидетельствуют о хорошей сходимости модельных результатов с расчетами по статистическим данным.

Рассмотрены вопросы оперативного измерения интенсивности одиночного импульса, а также определения его аппроксимационной модели. В качестве импульса выбрана огибающая радиолокационного импульса, а также пик сигнала аналитического прибора. В качестве меры интенсивности выбрана площадь, а также дисперсия импульса. Для решения поставленной задачи используется сплайн-аппроксимация дискретных значений импульсного сигнала. Определена погрешность сплайн-аппроксимации дискретных значений импульсного сигнала, а также погрешность аппроксимации при наличии случайной помехи. Показано, что использование сплайн-аппроксимации снижает влияние случайной помехи. Определены характеристики предложенного метода при использовании параболической, а также кубической сплайн-аппроксимации. Приведен анализ погрешности рассмотренного метода, вызванной наличием случайной аддитивной помехи. Определены характеристики рассмотренного метода при анализе гауссового сигнала. Определена зависимость погрешности рассмотренного метода от интенсивности случайной помехи. Исследование проведено для равномерного закона распределения случайной помехи. Описана структура системы, реализующей описанный метод сплайн-аппроксимации дискретных значений сигнала. Предложено использовать рассмотренный аппроксимационный метод измерения интенсивности импульсного гауссового сигнала при решении задач обнаружения сигнала на фоне помех, а также определения его границ. Предложено использовать описанные методы при необходимости оперативного определения эффективного значения периодического негармонического сигнала (за время не более половины его периода) путем определения дисперсии его одной полуволны. Предложено также использовать описанные методы для определения информативных параметров импульсного сигнала (его положения начала, конца, амплитуды).

Многоканальные преобразователи обычно строятся на основе традиционной схемы мультиплексор - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), и повышение быстродействия обеспечивается совершенствованием элементной базы, применением улучшенных схемотехнических решений. На основе применения принципа логического развертывания предложена структура многоканального аналого-цифрового преобразователя, отличительной особенностью которого является применение оптимальной процедуры подбора кода, учитывающей динамические параметры цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и вероятностные характеристики входных сигналов. Процесс функционирования многоканального АЦП представлен в виде выполнения некоторой совокупности стратегий поиска множества кодов, соответствующих входным сигналам. Каждая стратегия состоит из последовательности тестов, характеризующихся временем выполнения и вероятностью их положительного или отрицательного исхода. Время выполнения каждого теста зависит от номера предыдущего. Вероятность того или иного исхода теста зависит от функции распределения входных сигналов. Приведен вывод формулы для вычисления среднего времени выполнения стратегий поиска. Указан метод решения построения оптимальных стратегий на основе метода ветвей и границ с вычислением нижних оценок решением задачи о наименьшем покрытии. Показано, что учет динамических параметров ЦАП и применение оптимальной стратегии поиска позволяют значительно повысить скорость преобразования. Показано, что применение предложенной схемы преобразования позволяет повысить скорость преобразования в несколько раз.