автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированная система управления остановкой плотов способом прижима

На правах рукописи

Вннтураль Дмитрий Александрович

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОСТАНОВКОЙ ПЛОТОВ СПОСОБОМ ПРИЖИМА

Специальность 05.13.06 — «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Красноярск — 2006

Работа выполнена в Сибирском государственном аэрокосмическом университете имени академика М.Ф. Решетнева.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Гайденок Николай Дмитриевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Охорзин Владимир Афанасьевич доктор технических наук, профессор Дитрих Виктор Иванович

Ведущая организация: Красноярский государственный техниче-

ский университет

Зашита состоится «9» ноября 2006 года в 1400 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.249.02 при Сибирском государственном аэрокосмическом университете им. академика М.Ф. Решетнева по адресу: г. Красноярск, пр. им. газ. «Красноярский рабочий», 31.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного аэро космического университета им. академика М.Ф. Решетнева.

Автореферат разослан

«9» октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.В. Ковалев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с тем, что лесная отрасль занимает в экономике Ангаро — Енисейского региона третье место, возникает необходимость в дальнейшей ее совершенствовании. Создание современных эффективных технологий на основе информационной поддержки решений (САЬБ/ИПИ) требует автоматизации разнообразных технологических процессов.

Водный транспорт леса, играющий значительную роль в функционировании лесной отрасли, является одним из наименее компьютеризованных и его совершенствование имеет своей перспективой развитие автоматизированных систем управления с использованием спутниковой системы позиционирования в рамках систем ОР5ЛЗЬСМА88.

Актуальность использования систем ОРЗ/СЬСЖАЗБ обусловлена необходимостью точного определения местоположения плота в процессе оптимального управления его остановкой.

Цель работы заключается в совершенствовании технологии процесса остановки плотов способом прижима (ОПСП) на основе автоматизированной системы управления с применением систем позиционирования СРЭ/ОШКАБЗ.

Данная цель достигается за счет решения следующих задач:

1. Анализа особенностей технологического процесса ОПСП;

2. Изучения результатов исследований для разработки и реализации концептуального, математического, программного и технического обеспечений АСУ ТП и анализа результатов теоретических исследований в области задач синтеза оптимального управления;

3. Регламентации технологической схемы для разработки математической модели и представлении ОПСП в виде задачи синтеза оптимального управления;

4. Получении аналитического решения задачи синтеза оптимального управления, обосновании на его основе режимов оптимального управления движением плотов и построении алгоритма управления процесса ОПСП;

5. Разработки программного и технического обеспечений АСУТП ОПСП.

Научная новизна и теоретическая ценность.

1. Регламентирована технологическая схема и разработана математическая модель процесса ОПСП.

2. Для полученной модели решена задача синтеза оптимального управления и обоснованы режимы оптимального управления движением плотов.

3. Впервые получена зависимость времени переключения режимов управления движением плота от геометрических и технических парамет-

ров плота и рейдов приплава, что позволяет на основе измерений текущего состояния объекта построить АСУТП по закону обратной связи.

4. Разработаны математическое и программное обеспечение системы автоматизированного управления движения плотов.

Практическая ценность работы состоит в:

1. Разработке программного и технического обеспечений АСУТП ОПСП;

2. Повышении эффективности ОПСП за счет сокращении времени остановки на 31 - 41% и экономии ГСМ на 33 - 46 % в зависимости от параметров рейда приплава и вида движения плота в результате эксплуатации разработанной АСУТП;

3. Использовании теоретических результатов и системы оптимального управления процессом остановки плотов способом прижима в учебном процессе по дисциплине «Автоматизация измерений, испытаний и контроля».

Место проведения экспериментальных исследований. Построение АСУ ТП ОПСП и проведение вычислительного эксперимента проводилось на кафедре Управления качеством и сертификации СибГАУ.

Результаты выносимые на защиту:

1. Регламентированная технологическая схема и разработанная математическая модель ОПСП.

2. Рассмотренный в виде задачи синтеза оптимального управления процесс ОПСП и полученное аналитическое решение.

3. Обоснованные режимы оптимального управления движением плотов,

4. Построенный алгоритм управления процессом ОПСП и полученная зависимость времени переключения режимов управления движением плота от геометрических и технических параметров плота и рейдов приплава.

5. Разработанное математическое обеспечение АСУ ТП ОПСП.

6. Созданное программное обеспечение АСУ ТП.

Апробация работы. VII всероссийской научной конференции с международным участием, посвященной 80-летию со дня рождения генерального конструктора ракетно-космических систем академика М.Ф. Ре-шетнева (Красноярск 2005), на всероссийской научно-практической конференции "Наука и образование в системе водного транспорта" (2004 г.), "Экология Красноярского края", Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. "Наука. Технологии. Инновации" (2006 г.).

Объем работы. Диссертация общим объемом 120 стр. машинописного текста состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 110 наименований.

Публикации. Основное содержание работы и результаты выполнен-

ных исследований опубликованы в б научных статьях, одна нз них опубликована в издании, рекомендованном ВАК РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы, цель и задачи исследований и дается общая характеристика работы.

Глава 1. В данной главе приводиться аналитический обзор существующих исследований посвященных изучению ОПСП.

Исследованиям процесса остановки плотов посвящены работы: В.В. Звонкова, А.А. Митрофанова, Г. И. Ваганова, К.А. Чекалкина, Н.Г. Внцо-нова, В.П. Корпачева, А.А. Гоника, Г.А. Манухина, Д.В. Мелешкина, Г.М. Черкасова, П,М. Родионова, М.М, Овчинникова, М.М, Солодухина, В.А. Щербакова, В.Н. Худоногова, Г.А. Крапухина, М.Н. Фомицева, Л.В. Мельникова, В.И. Михасенкоа.

Глава 2. Технологические процессы служат материальной базой любого производства, поэтому для повышения таких характеристик производства, как производительность, качество выпускаемой продукции, рентабельность производства, необходимо обеспечить «управляемость» процессов и внедрить автоматизированные системы управления ими.

рость течения реки, 50 — расстояние от плота до берега.

Назначение любой автоматизированной системы управления, ее необходимые функциональные возможности, желаемые технические характеристики и другие особенности в решающей степени определяются тем объектом, для которого создается данная система. Для АСУТП управляемым объектом является так называемый технологический объект управления (ТОУ), представляющий собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства целевого продукта.

Управляя ТОУ, АСУТП воздействует непосредственно на те или иные элементы оборудования. Интенсивность этих управляющих воздействий во время эксплуатации выбирают так, чтобы реализуемый в технологическом оборудовании процесс переработки входных материальных и

энергетических потоков осуществлялся наиболее целесообразным образом.

В рассматриваемом случае технологическим процессом является остановка плотов способом прижима к берегу. В этих целях заблаговременно с понтона сбрасывались цепи - волокуши и затем 3 буксира начинают прижимать плоты параллельно берегу. Технические характеристики буксира проекта N2 861А: мощность 150 л.с., сила тяги на швартовых при 1500 оборотах/мин 1700 кгс. Время прижима - от 310 с до 760 с. Поперечное смещение находится в пределах от 120 до 250 м. Средние параметры плота: ширина - 33 м, длина - 230 м, осадка - 1 м.

В своих исследованиях мы используем эти данные. Технологическая схема процесса представлена на рисунке 1.

Концептуальная схема автоматизированной системы остановки плотов способом прижима представлена на рисунке 2,

Для определения позиции плотов относительно рейда приплава и контроля расстояния да берега применяется система глобального позиционирования (GPS) (Рис. 3).

GPS приемники используются для позиционирования, навигации, наблюдения и определения времени как частными лицами, так и

компаниями.

Используя систему глобального позиционирования, следующие два значения определяют точку на Земле: точное расположение (координаты

Рисунок 2. Схема АСУ ТПОПСП

долготы, широты и высоты) обеспечивается в диапазоне от 13 м до 1 мм; прецизионное время, его точность лежит в диапазоне от 60 не до 5 не.

Скорость и направление движения можно получить из этих координат. Значения координат и времени определяются посредством 28 спутников Земли.

Глава 3. В этой главе приводится обоснование режима управления движением плотов посредством решения соответствующей задачи оптимального управления. Для выбора корректных формул сопротивления воды движению плота был проведен натурный эксперимент, в результате которого была поведена верификация различных формул расчета силы сопротивления воды движению плота, а также расчет по этим формулам, на основе которого мы принимаем формулы расчета сопротивления для дальнейшего использования.

Далее разработан способ получения аналитического решения задачи оптимального управления плотом при ОПСП. Для этого необходимо решить задачу движения объекта при одном типе плоско — параллельного движения объекта, при котором движение происходит только при неотрицательных величинах скорости, как классическую задачу оптимального управления. Траектория движения и силы действующие на объект представлены на рисунке 5.

евяю,_______ ..... л

Рисунок 3. Применение GPS в процессе ОПСП

Рисунок 4. Блок-схема работы АСУ ОПСП

Рассмотрим плоско - параллельное движение центра масс объекта в плоскости 1£. Система уравнений для решения поставленной задачи может быть записана в виде:

т

О

^ = = 4 (1)

А^Р-Н^у, у(0) = Уо; *(Т) = ут-, а/

где Ь„ — путь смещения вдоль горизонтальной оси, V — скорость смещения, А — линейная функция массы объекта, Г — сила тяги двигателей объекта, Т - время остановки объекта, Я(\>) - сила сопротивления среды движению объекта, V;, - скорость потока среды.

Перейдем к построению синтеза оптимального управления движением объекта в рассмотренных средах.

В системе (1) можно устранить первое уравнение, и она примет вид т

J= ^ЛяГ-ишп

о

а/

= у(0) = Уо; у(Г) = »уе(0,у,]

Для нахождения оптимального управления воспользуемся принципом максимума Понтрягина. Запишем гамильтониан для системы (2):

<р, я, у) = -1 + ^-Д(у)). (3)

Его максимум по управляющему параметру Р формально достигается при

Р = (4)

Данная зависимость означает, что в общем случае объект сначала нужно разгонять до максимальной скорости, а затем тормозить для того, чтобы он в момент времени Т имел скорость у-р. В данном исследовании рассматривается движение объекта только положительной скоростью, выражение (4) преобразуется к виду

^е(р),

где е(х) - функция Хэвнсайда, Такое изменение особенностей режима управления на практике означает, что на объект можно оказывать, либо только положительное воздействие, либо не оказывать никакого воздействия. Графически это можно представить в следующем виде - рис. б.

1

0 х •1

Рисунок 6. Динамика режимов управления 51§п(д:) и е(лс)

Уравнения для сопряженных переменных (индикаторов режима управления) у/п <р имеют вид

<5>

а/ 5s

с1<р дН ( с!И(у)

——V"* л

Переменная yÄj) является константой С^, величину которой определим из свойств оптимальной траектории. Как известно, на оптимальной траектории для Н(у/, (р, s, v) справедливы два свойства:

1. Н{щ <p,s,v, 0 = const; (6)

2. ф, s, V, Т) = 0 или yv + qiF- Щу)) = 1

Из (6.2) можем легко найти величину Cv. Учитывая, что при достижении максимальной скорости выражение стоящее в скобках в левой части (6.2) равно нулю, получим с учетом (6,1)

Cr=/Vm (7)

где vm — максимальная возможная скорость разгона.

Систему (5) с учетом (7) можно переписать как

dt dv

В полученной системе необходимо решать только последнее уравнение. Однако, в него входит переменная v. Поэтому его необходимо решить с учетом (5) следующую систему

+ „(0) = ^, (8)

^ = Fe(<p)-R(v), v(0) = v0, v(7>vr€(0,v,]

Перейдем к анализу конкретного варианта нелинейной зависимости R(y), выражаемого степенной зависимостью с показателем 2. Данная величина показателя соответствует классическим зависимостям, определяющим сопротивление воды движению плота от скорости движения плота. В этом случае систему (8) можно записать в виде

®

Формально, систему (9) можно решить аналитически. Для этого выразим из (9Л) скорость V и ее производную по времени и подставим их в (9.2), которое будет иметь вид

p = 2CF<pe(<p)+£~- (10)

Синтез оптимального управления на основе комбинации комплекса обычных и особых решений, определяющих возможные варианты режимов управления.

Случай 1.

?? 1

э а 8 3 §

Рисунок 7. Только разгон по особому решению

му положительному, затем по обычному отрицательному

же решению

Случаи с отрицательным решением не удовлетворяют реальному положению дел — объект, при скорости 0 в начале нужно сдвинуть с места. Что возможно только тогда, когда р(0) > 0.

Данные исследования динамики индикаторов режима оптимального управления говорят о наличии двух режимов управления. Это следующие режимы:

1. Постоянный разгон для (о (/) >0 V / > 0;

2. Разгон в начале движения для р (0 £ 0 и движение по инерции для <р(1)0.

Графическая иллюстрация динамики Ч?) при указанных режимах дана на рисунке 10.

Рисунок 10. Динамика скорости движения объекта при различных типах

движения

С учетом выше сказанного возникает формальная необходимость интегрирования следующих дифференциальных уравнений первого порядка:

^ = = (11) М

где v,— максимально возможная скорость разгона, Ст —удельное сопротивление.

Для данных уравнений существуют следующие интегралы:

= (12)

где — скорость на активном участке, — скорость на инерционном участке.

После непосредственного интегрирования (12)

'.М-^-Ч'ЧО'.,')); (13)

я V т У

где — длина пути на активном участке, — длина пути на инерционном участке.

Требуется соотношение, отражающее зависимость пути как функции от скорости, которое представляет собой решающее правило для идентификации режимов оптимального управления. Исключая (из (12.1) и (13.1) получим

(14)

Полученный алгоритм синтеза:

1. Короткая дистанция. Проверяем достаточность пути разгона для достижения заданного значения конечной скорости V*. Если длина достаточна, то осуществляем разгон на максимальном усилии. Если длина не достаточна, то необходимо увеличить величину усилия.

2. Длинная дистанция. В данном случае из очевидного равенства

^

суммой выражений, входящих в состав системы (13)

ЦсЬ(СЛА)) + 1п^Д- + ^ = С1А (15)

Однако, в (15) кроме искомой величины (г входят две неизвестные величины и у„ которую можно определить из соотношений (12). Действительно, из (13.2) определим время движения по инерции необходимое для снижения некоторой скорости у„ Соотношение для его определения имеет вид

П V,

Подставим его в (15) и получим

{1 1

In (ch {CmvJr)) + In

П n(0 , .

(16)

Здесь присутствуют и у/^), для последней переменной получим соотношение из (13.1)

и подставив его в (17) получим искомое соотношение для определения точки переключения на длинных дистанциях.

Г 1 1

ln(ch(C.vjr,)) + Io

v„th(C„v„ir)

= С sn. 0 *

(18)

Можно выразив th(x) через ch(x) решить его как соответствующее алгебраической уравнение. Однако, учитывая тот факт, что при s0 —уж v,= vm и второй член в (18) представляет собой константу (I/А) можно получить tr из следующего соотношения:

ch (CHvJr) = Af-*.

Конкретное значение tr находится путем решения соответствующего квадратного уравнения относительно exp(C„v„tJ.

Итак, задача определения режимов управления и синтеза оптимального управления решена численно и аналитически в асимптотическом случае при больших величинах tr Таким образом, синтез оптимального представляется в следующем виде:

1. Длинная трасса. Объект сначала нужно разгонять до максимальной скорости v„; двигаться с ней определенное время до точки Tg затем объект должен двигаться по инерции до v*.;

2. Короткая трасса. Объект все время разгоняется с нулевой скорости

до v^.

Глава 4. Дается описание программного обеспечения АСУТП ОПСП.

Практическая программно-аппаратная реализация АСУТП выполнена для семейства операционных систем Windows. Система написана в пакете Visual Studio 2003 .Net, с использованием объектно-ориентированного языка Visual Basic.

Приведем примеры работы системы.

Первый вариант.

Произведем расчет для следующих данных: ширина В = 230 м, длина L в 30 м, осадка плота 1 м, количество буксиров N = 3, сила тяги одного буксира W =1700 кгс, расстояние до берега S0 = 200 м.

Результаты расчета показывают оптимальные путь (рис. 13) и скорость (рис. 12) с наличием участка инерции и рассчитанными данными рис. 11: продолжительность активного участка пути Т^ = 207,15с, продолжительность инерционного участка пути Тш =747,93с, полное время остановки 7^=955,08с, максимальная скорость разгона У^ = 0,61 активный участок = 98,08 м, инерционный участок =101,92 м, отношение времени переключения к общему времени Горб = 22 %.

шжвш

Введите лише V . ДпПП ПЛОТ* В, М • -

Шнр»аплотаЬ, ы Ос«дк» плота Т, и Л -.КолАкп» буксиров Ы, 12ГГ. Снпи ТЯ1Т( одного Аукснри^Етс,

. .Расстошне до б<р«га Э0, м

..,.-..•■..:-■ Рсо^пьтпы ;■; ВрсмяишаиюгоучтаТж, С ВрешннфцаотногоутпТЁцс Овщее вреш Т. с. , : Мпошинш скорость Vom, н'с ", ;:Ак™*ньй участок S«,» s.: J Инерщкпвыйучйскж Sis, u , :

.горб,« , ■:■:; ■'■■

107,13 Va-.S, и

747,93 МЛ

933,08 . -«0

,6»

98,08 .121)

101,92 .160

22

ОшимагшаД пун

э:

t,c

Рисунок 11. Результаты расчета первого варианта Второй вариант:

Изменим данные: ширина В = 230 м, дайна Ь = 30 м, высота плота 1 м, количество буксиров N = 3, сила тяги одного буксира V/ =1700 кгс, расстояние до берега 80 = 50 м.

Результаты расчета показывают оптимальные путь и скорость без участка инерции и рассчитанными данными (рис. 14): =67,65с,

7} =67,65с, ^=0,47^, = 50ж.

-40 \ —1- 191 -1 1 ла 575 1 70*

.во

.120

Рисунок 12. Оптимальная скорость Рисунок 13. Оптимальный путь

с.

■.-■■■,■■- ■■ Вмднте лшш Дтв плоя В,м ■

.ШиритПНИ*I, М . ! Осадка топ Т, и . . ■ г К<ит«сткобуксцкя^ш1.; .

I . ■ ■■ . . 4 - ■ ■■ : V-' ■ ■ ■ V. . ..........- - ■

! Сипа таги одного Сукснра V/, ктс I :Рдсстожне да берега БО, ы .,• -

У.ж/с

Г)»фи( откшпыкй скорости

■ 'у- Реэут>та1ы

I ■. Врш наивного учйпа Ти, с !■ Врою жфщопюго учтя ТЬ, с ц. ОвшвваремяТ, с I ■ Мисаоальим скорость Уши, м/с * _ Активный участок Бяс, и : Вжрцноиньйучкток Йп^ ы

Горв.% '

Рисунок 14. Результаты расчета второго варианта

Отдельно оптимальные путь и скорость показаны на рисунке 15 и рисунке 16 соответственно.

В рамках этой системы проведем сравнительный анализ эффективности процесса остановки плотов при традиционной технологии и на основе результатов решения задачи оптимального управления.

Имеются следующие результаты:

1. Сокращение времени остановки плотов составляет 31 -41 %;

2. Экономия ГСМ-33-46%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в диссертационной работе, позволяют сформулировать следующие основные результаты:

1. Впервые рассмотрен в виде задачи синтеза оптимального управления процесс ОПСП и получено аналитическое решение, включая зависимость время переключения режимов управления движением плота от геометрических и технических параметров плота и рейда приплава.

2. На основе аналитического решения обоснованы режимы оптимального управления движением плотов.

3. Создана АСУТП ОПСП, в составе которой разработано математическое и программное обеспечение.

4. На основе эксплуатации созданной АСУ ТП ОПСП повышена эффективность процесса за счет уменьшения времени остановки на 31 -41% и экономии ГСМ на 33 - 46 % в зависимости от параметров рейда приплава.

Основные публикации по теме диссертации:

1.Вишураль, Д.А. Оптимальное управление процессом управления плотов на примере Лесосибирского ЛДК 102-107 / Д.А. Винтураль, A.C. Пантелеев // «Водные ресурсы региона, их охрана и рациональное использование». Сборник статей экологической конференции под ред. проф.

Корпачева В. П. - Красноярск: СибГТУ. -2004. -С. 132-135.

2. Винтураль, Д.А. Сопротивление воды движению плота / Д.А. Вин-тураль, A.C. Пантелеев // «Водные ресурсы региона, их охрана и рациональное использование». Сборник статей экологической конференции под ред. проф. Корпачева В. П. - Красноярск: СибГТУ. - 2004. - С. 116-119.

3. Винтураль, Д.А. Математическое обеспечение АСУ одним типом плоско-праллельного движения объектов в средах с квадратичным сопротивлением. / ДА. Винтураль // Материалы докладов Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, "Наука. Технологии. Инновации". Ч. 1. - Новосибирск: НГТУ. - 2005. - С. 50-51.

4. Винтураль, Д.А. Математическое моделирование движения объектов в среде с нелинейным сопротивлением / Д.А. Винтураль, Ю.А. Сипкин // Материалы докладов Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. "Наука, Технологии. Инновации". 4.1. — Новосибирск: НГГУ. - 2005. - С. 63-64.

5. Винтураль, Д.А., Гайденок Н.Д. Оптимальное управление плоско — параллельным движением объектов в средах с квадратичным сопротивлением. / Д.А. Винтураль, Н.Д. Гайденок // Вестник НИИ СУВПТ: Сб. научных трудов / Под общей редакцией профессора Н.В. Василенко; Красноярск; НИИ СУВПТ. - 2005. Вып. 20. - С. 43-51.

6. Винтураль, Д.А. Об одной задаче о быстродействии в средах с квадратичным сопротивлением. / Д.А. Винтураль, Н.Д. Гайденок // Вестник КрасГАУ: Красноярск,-2005.-№ 1.-С. 73-79.

Винтураль Дмитрий Александрович

Автоматизированная система управления остановкой плотов способом прижима

Автореферат

Подписано к печати 11.09.2006 Формат 60x84/16

Уч.изд.л. 1.0 Тираж 100 экз. Заказ № 201

Отпечатано в СибГАУ 660014, г. Красноярск, пр. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Введение. . .?

Глава I Концептуальное обеспечение АСУ 111 .„.„„„.„,.

Глава 2 Автоматизированная система управления остановкой плотов способом прижима,,.„..

2 J Основные принципы АСУ I'll.—.„„.

2-2 Назначение, цели и функции АСУТГ1.

2.3 Техническое обеспечение.„.„„

Глава 3 Математическое обеспечение АСУТП остановки плотов способом прижима .—.

3.1 Движения объектов при налнчнн сил сопротивления среды.„.,,

3.2 Базовые положения теории вариационного исчисления н оптимального управления

3-3 Анализ зависимостей енл сопротивления воды движению плотов.

3.4 Оптимальное управление плотами.

3.5 Синтез оптимального управления штотамн.„,„.

Глава 4 Программное обеспечение АСУТП остановки плотов способом прижима

4.1 Программное обеспечение АСУ "HI.„.„.„„.„„,„„.,.„„„.„„.„„.,.

4.2 Информационное обеспечение АСУТП.

4.3 Программное обеспечение АСУТП остановки плотов способом прижима.

4.4 Анализ эффективности АСУТП ОПСП

Одной из характерных особенностей современной эпохи является все возрастающее внимание к проблемам управления. Как никогда прежде, ощущается потребность в плодотворном и эффективном использовании природных богатств, огромных людских ресурсов, материальных и технических средств. Говоря о наиболее приметных явлениях научно-технического прогресса в XX веке, обычно называют расщепление атома, освоение космоса, создание электронной вычислительной техники. На этом фоне теория управления выглядит пока менее эффектно, хотя в развитии современной цивилизации она уже играет выдающуюся роль, и есть основание думать, что в будущем эта роль станет еще значительней.

Всюду, где имеется возможность активного участия человека, возникает проблема отыскания наилучшего, или, как говорят, оптимального из возможных управлений. Вызванные к жизни потребностями экономики и техники, оптимизационные проблемы потребовали в свою очередь создания новых разделов математики.

В 40-х годах исследование задач экономики породило новое направление анализа, получившее название линейного и выпуклого программирования. В те же годы приобрели актуальность задачи управления летательными аппаратами и технологическими процессами сложной структуры. Соответствующая математическая теория была создана в середине пятидесятых годов и получила название теории оптимального управления. Выдающуюся роль сыграл в этом «принцип максимума» Л. С. Понтрягина. В теории оптимального управления произошел синтез идей и методов исследования, с одной стороны восходящих к классикам вариационного исчисления, а с другой - вполне современных. Ее развитие самым существенным образом связано с именами советских математиков.

Актуальность темы: В связи с тем, что лесная отрасль занимает в экономике Ангаро - Енисейского региона третье место, возникает необходимость в дальнейшей ее совершенствовании. Создание современных эффективных технологий на основе информационной поддержки решений (CALS/ИПИ) требует автоматизации разнообразных технологических процессов.

Водный транспорт леса, играющий значительную роль в функционировании лесной отрасли, является одним из наименее компьютеризованных и его совершенствование имеет своей перспективой развитие автоматизированных систем управления с использованием спутниковой системы позиционирования а рамках систем GPS/GLONASS.

Актуальность использования систем GPS/GLONASS обусловлена необходимостью точного определения местоположения плота в процессе оптимального управления его остановкой

Цель работы -заключается в совершенствовании технологии процесса остановки плотов способом прижима (ОПСП) на основе автоматизированной системы управления с применением позиционирования в систем GPS/GLONASS

Данная цель достигается ад счет решения следующих задач:

I Анализа особенностей технологического процесса ОПСП:

2. Изучения результатов исследований для разработки н реализации концептуального, математического, программного н технического обеспечений АСУ ТП н анализа результатов теоретических исследований в области задач синтеза оптимального управления:

3. Регламентации технологической схемы для разработки математической модели н представлении ОПСП в виде задачи синтеза оптимального управления:

4. Получении аналитического решения задачи синтеза оптимального управления, обосновании на его основе режимов оптимального управления движением плотов н построении алгоритма управления процесса ОПСП:

5- Разработки программного и технического обеспечений АСУ'ГП ОГ1СП.

Научная ноаш-ня и reaper нческам ценность.

1, Регламентирована технологическая схема н разработана математическая модель процесса ОПСП.

2. Для полученной модели решена задача синтеза оптимального управления н обоснованы режимы оптимального управления движением плотов. j, Впервые получена здвисимосгь времени переключения режимов управления движением плота от геометрических и технических параметров плота и рейдов приплава, что позволяет на основе измерений текущего состояния объекта построить АСУ ТП по закону обратной связи.

4, Разработаны математическое н программное обеспечение системы автоматизированного управления движения плотов.

Практическая ценность работы состоит в; t- разработке программного и технического обеспечений АСУТП ОПСП;

2. повышении эффективности ОПСП за счет сокращении времени остановки на 3t - 41% и экономии ГСМ на 33 * 46 % в зависимости от параметров рейда приплава и вида движения плота в результате эксплуатации разработанной АСУТП;

3, использовании теоретических результатов и системы оптимальною управления процессом остановки плотов способом прижима а учебном процессе по дисциплине «Автоматизация измерений, испытаний и контроля».

Теоретические и экспериментальные исследования, выполненные в диссертационной работе, позволяют сформулировать следующие основные результаты:

1. Впервые рассмотрен в виде задачи синтеза оптимального управления процесс ОПСП и получено аналитическое решение, включая зависимость время переключения режимов управления движением плота от геометрических и технических параметров плота и рейда приплава.2. На основе аналитического решения обоснованы режимы оптимального управления движением плотов.3. Создана АСУТП ОПСП, в составе которой разработано математическое и программное обеспечение.4. На основе эксплуатация созданной АСУ ТП ОПСП повышена эффективность процесса за счет уменьшения времени остановки на 31 - 41% и экономии ГСМ на 33 - 46 % в зависимости от параметров рейда приплава.

1. Адлер Ю.П. Предпланирование эксперимента Текст.. - М.: Знание, 1978. - 72с.

2. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий Текст. / Ю.П. Адлер, Е.В. Маринова, Ю.В. Грановский. - М: Наука, 1976. - 254с.

3. Алексеев, В.М Оптимальное управление Текст. / В.М. Алексеев; В.М. Тихомиров, СВ. Фомин. — М.: Наука. Главная редакция физико-математической литералитературы, 1979.

4. Альтшуль, А.Д. Гидравлика и аэродинамика Текст.: Учеб. для вузов / А.Д. Альтшуль, Л.С. Животовский, Л.П. Иванов. - М.: Стройиздат, 1987. - 414 с : ил.

5. Андриевский, Б.Р. Избранные главы теории автоматического управления Текст. / Б.Р. Андриевский, А.Л. Фрадков. - СПб.: Наука, 2000. - 475 с.

6. Ахназарова, Л. Методы оптимизации эксперимента в химической технологии Текст. / Л. Ахназарова, В.В. Кафаров. - М.: Высшая школа, 1985. - 326 с.

7. Балашов. Б.В. Экспериментальные исследования присоединенной массы и сопротивления воды для прямоугольного понтона Текст. / Б.В. Балашов // В кн. - Труды координационных совещаний по гидротехнике // Л.: "Энергия", 1971.- Вып.66,с.147-152.

8. Банди, Б. Методы оптимизации Текст.: Вводный курс; Пер. с англ. связь, 1988. — 128 с: ил. ISBN 5-256-00052-7.

9. Барабанов, В.А. Динамическое взаимодействие лесотранспортных единиц с водным потоком Текст.. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Архангельск 2003.

10. Бахвалов, Н.С. Численные методы Текст. / Н.С. Бахвалов // М.: Наука, 1975,480 с. Ill

11. Брага, В.В. Автоматизированные системы управления предприятиями Текст.: Учеб- пособие / В.В. Брага, Л.А. Вдовенко, Г.Д. Савичев; Под. ред. Г.А.Титоренко. - М.: Финансы и статистика, 1983. - 263 с, ил.

12. Будыка, СХ. Водный транспорт леса и механизация лесосплавных работ Текст. / Будыка X., Манухин Г. А., Пименов А. Н. // Минск: Высшая школа, 1970 г.

13. Ваганов, Г.И. Тяга судов Текст. / Г.И. Ваганов // М.: Транспорт, 1986. 200 с.

14. Ванько, В.И. Вариационное исчисление и оптимальное управление Текст.: Учеб / В.И. Ванько, О-В. Ермошина, Г.Н. Кувыркин // М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999,488 с.

15. Васильев, А.В., Белоглазова В.И. Управляемость винтового судна Текст. / А.В. Васильев, В.И Белоглазова//М.: Транспорт, 1986.-200 с.

16. Войткунский Я.И. Сопротивление воды движению судов Текст.. - Л.: Судостроение, 1964. - 542 с.

17. Воробьев, П.С. Экспериментальные исследования коэффициентов присоединенных масс для параллепипедов с учетом мелководья. Присоединенные массы Текст. / П.С. Воробьев / В кн. - Сб.научн.тр.НИИВТа // М.: - 1966.-е 3-9.

18. Галеев, Э. М. Оптимизация: теория, примеры, задачи Текст. / Э. М. Галеев, В. М. Тихомиров — М: Элиториал УРСС, 2000. — 320 с.

19. Гальчук, В.Я. Техника научного эксперимента Текст. / В.Я. Гальчук, А.П. Соловьев // Из-во судостроение, 1982 г.

20. Гидродинамический тормоз для остановки плота Текст.: Авт. свид. на изобретение № 350726 / Л.В. Мельников, К.А. Чекалкин.

21. Гидродинамический тормоз для остановки плота Текст.: Заявка на изобретение № 1921214 /Л.В. Мельников, К.А. Чекалкин.

22. Гидродинамический тормоз для остановки плота Текст.: Заявка на изобретение № 2074602 / Л.В. Мельников, К.А. Чекалкин.

23. Гилл, Ф. Практическая оптимизация Текст. / Ф. Гилл, У. Мюррей. М. Райт - Пер. с англ.—М.: Мир, 1985. — 509 с, ил.

24. Гоник, А.А. Плотовой сплав леса Текст. / А.А. Гоник // М.:Гослесбумиздат, 1951.-230с.

25. Диспетчерский справочник на суда Енисейского речного пароходства Текст.. -М.: Транспорт, 1971.-200 с.

26. Егоров, А.И. Основы теории управления Текст.. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 504 с.

27. Ерофеев, А.А. Теория автоматического управления Текст.: Учебник для вузов. - 2 - е изд., перераб. и доп. - Спб.: Политехника, 2003. - 302 с.

28. Зайдель, А.Н. Ошибки измерений физических величин Текст. / А.Н. Зайдель// Л.: Наука, 1974. 108 с.

29. Закс, Л. Статистическое оценивание Текст.. - М.: Статистика, 1975. - 350 с.

30. Звонков, В.В. Тяги речных судов Текст.. - М.: Речиздат, 1940.

31. Зогг, Ж.-М. Основы GPS Текст. // М.: Мир, 2005 г, 94 с.

32. Золотое, С. Гидравлика судовых систем Текст.. - Л.: Судостроение, 1970.-239 с.

33. Иванов, СМ. Технология рейдовых работ, сплоточные машины Текст. / СМ. Иванов, B.C. Найман - М.: Лесная пром-сть, 1990. - 264 с.

34. Инструкция по проектированию лесосплавных предприятий Текст. / Минлеспром СССР // М., 1978. - 293с. из

35. Исследование на моделях и разработка мероприятий по улучшению условий лесосплава в бассейне р.Чуна. (отчет) Текст., 128/2, № гос. per. 80062195. СТИ. Радюк А.Л. Красноярск - 1980. 68 с.

36. К.А. Чекалкин. Об оптимальном режиме торможения плотов при остановке в пунктах прибытия Текст. / Изв.высш.учеб.заведений. Лесн. журнал.- 1973.-№1с45-51.

37. Камке, Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям Текст., [5-е изд.]. - М.: Наука, 1976 г.

38. Камусин, А.А. Водный транспорт леса Текст.: Учебник для вузов. / А.А. Камусин, ЮЛ. Дмитриев, А.Н. Минаев / Под ред. В.И. Патякина // М.: МГУЛ. 2000.-432 с.

39. Ким, Д. П. Теория автоматического управления Текст.. Т. 1. Линейные системы. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 288 с. - ISBN 5-9221-0379-2.

40. Ким, Д. П. Теория автоматического управления. Т. 2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы Текст.: Учеб. пособие. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004.-464 с. - ISBN 5-9221-0534-5.

41. Корпачев, В.П. Водные ресурсы и основы водного хозяйства: Учебное пособие для вузов Текст.. -Красноярск: Сиб.ГТУ, 1999. -219 с.

42. Корпачев, В.П. Движение лесотранспортных единиц в водном потоке на участках разгона Текст. // Межвуз. сб. науч. тр. КГУ и СТИ. Водный транспорт леса/ Отв. ред. Б.А.Ильин. - Красноярск. - 1977. - Вып.5. - 21-26

43. Корпачев, В.П. Лесопромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспектива Текст. // Межвуз., сб., науч., тр. Лесоэксплуатация. СибГТУ/ Отв. ред. В.П.Корпачев. - Красноярск. - 1998. - 8-18.

44. Корпачев, В.П. Некоторые вопросы неравномерного движения тела при продвижении его по воде Текст. // Сб. науч. тр. Лесоинженерное дело и механическая технология древесины. СТИ/ Отв. ред. Б.А.Ильин. - Красноярск. - 1967.-Вып.41.-С.78-88

45. Корпачев, В.П. Общий вид дифференциальных уравнений движения лесотранспортных единиц в водном потоке Текст. // Сб. науч. тр. ЛТА им.

46. I4 М.Кирова. Технология, комплексная механизация лесозаготовительных работ и транспорт леса/Отв. ред. Б.А.Ильин.-Л.: - 1972. - Вып.145. - C.112-^117.

47. Корпачев, В.П. Сопротивление воды движению лесотранспортных единиц в водном потоке Текст.: Учебное пособие / В.П. Корпачев, Ю.И. Рябоконь - Красноярск, РИО СТИ, 1978, 62с.

48. Корпачев, В.П. Теоретические исследования параметров плота при его разгоне Текст. // Межвуз., сб., науч., тр. Лесосечные, лесоскладские работы и сухопутный транспорт леса. ЛТА/ Отв. ред. Б.А.Ильин. - Л.: -1972. - Вып 1. - 82-87

49. Корпачев, В.П. Транспорт леса. Теоретические основы водного транспорта леса Текст.: Учебное пособие для вузов. - Красноярск: КГТА, - 254 с.

50. Лебедев, Н.И. Водный транспорт леса Текст. / Н.И. Лебедев, Поминова Г.И. - М.: Лесная пром-сть, 1965. - 398 с.

51. Лесоэксплутация и лесосплав Текст. / Обзорная информация, выпуск 20 //Москва, 1986.

52. Лутманов, В. Курс лекций по методам оптимизации Текст.. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаохаотическая динамика», 2001,-368 стр.

53. М.М. Овчинников, П.М. Родионов. Сопротивление движению хлыстовых плотов Текст. / Леси.пром-ть.-1979. №6.-с 28-29.

54. Мельников, Л.В. Инерционные характеристики плотов при остановке водными парашютами Текст. / Л.В. Мельников, К.А. Чекалкин /Водный транспорт леса. Межвузовский сборник научных трудов // Красноярск, 1977г, Вып №5.

55. Милованов, А.К. Исследование гидродинамических характеристик четырехпачкового хлыстового пучка Текст. / А.К. Милованов / В кн.: Механизация рейдовых работ на лесосплаве // Сборник трудов ЦНИИ лесосплава, 1975 г, №20.

56. Митрофанов, А.А. Исследование гидродинамических и инерционных характеристик плотов при остановке Текст.: Автореферат, канд.техн.наук / А.А. Митрофанов // Красноярск, 1974. - 20с.

57. Митрофанов, А.А. Научное обоснование и разработка экологически безопасного плотового лесосплава Текст. /А.А. Митрофанов// Архангельск, 1999 г.

58. Митрофанов, А.А. Результаты исследования на моделях неустановившегося поступательного движения плотов Текст. / А.А. Митрофанов. К.А. Чекалкин / В кн. - Науч.тр. АЛТИ, 1972, Вып.ХХХШ, с.58-66.

59. Налимов, В.В. Логические основания планирования эксперимента Текст. / В.В. Налимов, Г.И. Голинова. - М.: Металлургия, 1976. - 128 с.

60. Неймарк, Ю. И. Динамические модели теории управления Текст.. / Ю. И. Неймарк, Н. Я. Коган, В. П. Савельев. — М.: Наука. Главная редакция физико- математической литературы, 1985. —400 с.

61. Овчинников, М.М. Решение задачи по остановки плота постоянной силой Текст. / М.М. Овчинников / В кн.: Механизация рейдовых и лесоскладских работ: Сборник трудов ЦНИИ лесосплава // М.: Лесная промышленность, 1984.

62. Отчет по теме № 367 "Исследование условий остановки плотов на рейде Енисейской ЛПБ" Текст., -Красноярск 1971 г.

63. Павленко, В.Г. Элементы теории судовождения на внутренних водных путях Текст.. - М.: Транспорт, 1971. - 146 с.

64. Павленко, В.Г. Элементы теории судовождения на внутренних водных путях Текст.. -М.: Транспорт, 1971. -144 с.

65. Пижурин, А.А. Основы моделирования и оптимизации процессов деревообработки Текст. / А.А. Пижурин, М.С. Роземблит // Изд-во лесная промышленность, 1988 г.

66. Пискунов, Н.С. Дифференциальные и интегральные исчисления для втузов Текст. [т.1]: Учебное пособие для втузов. - 13е изд. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. -432 с.

67. Понтрягин, Л.С. Математическая теория оптимальных процессов Текст.. - М.: Наука, 1983 г.

68. Понтрягин, Л.С. Математическая теория оптимальных процессов. - М.: Наука, 1983.-396 с.

69. Правила (технические условия) сплотки, формирования и оснастки плотов для сплава по Ангаро-Енисейскому региону Текст. // Красноярск, 1983.

70. Прандтль, Л. Гидроаэромеханика Текст.. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000 г.

71. Пузыня, К.Ф. Организация и планирование научных исследований и опытно-конструкторских разработок Текст. / К.Ф. Пузыня, А.К. Казанцев, Л.С. Барютин // М.: Высшая школа, 1989 г.

72. Путанов, СВ. Результаты исследований присоединенных масс однопакетных хлыстовых пучков Текст. / СВ. Путанов / В кн. - Сборник трудов ЦНИИ лесосплава. Транспорт леса в плотах // Москва: Лесная промышленность, 1987 г.

73. Риман, И.С Присоединенные массы тел различной формы Текст. / И.С Риман, Р.Л Крепе // Сборник научных трудов ЦАГИ, 1947, Вып.635, 46 с.

74. Родионов, П.М. Метод подобия и его применение к решению задач лесосплава Текст.. - Л.: ЛТА, 1982. - 84 с.

75. Розов, Н. X. Линейная задача оптимального быстродействия Текст. / Сборник «Математика на службе инженера». - М.: Знание, 1973.

76. Розов, Н. X. Постановки задач оптимального управления Текст. / Сборник «Математика на службе инженера». - М.: Знание, 1973

77. Руководство по теплотехническому контролю серийных теплоходов Текст.. - М.: Транспорт, 1979. - 424 с.

78. Самусь, A.M. Техническая гидравлика Текст.. - М.: Энергоиздат. 1933. -315с.

79. Солодухин, М.М. Водный транспорт хлыстов Текст.: / М.М. Солодухин, М.М. Овчинников // М.: Лесная промышленность, 1986.

81. Способ швартовки плота к тормозному устройству Текст.: Авт. свид. на изобретение № 424943 / К.А. Чекалкин.

82. Суров, Г.Я. Присоединенные массы плавающего пучка бревен при ударе его о сооружение Текст. / Г.Я. Суров // Лесной журнал, 1977, №2, с.69-73.

83. Тихомиров В.М. Методы оптимизации Текст.. - М.: Наука, 1984 г.

84. Тихомиров, В.М. Вариационное исчисление и оптимальное управление Текст. / Сборник «Оптимальное управление». - М.: Знание, 1978.

85. Фоминцев, М.Н. Плоты (конструкция, эксплуатация, технология) Текст. / М.Н. Фоминцев, И.П. Львов, И.П. Соколов / Под ред. М.Н. Фоминцева // М.: Лесная промышленность, 1978.-216 с.

86. Харитонов, В.Я. Использование теории присоединенной массы в лесосплавных исследованиях и расчетах Текст. / В.Я. Харитонов // Лесной журнал, 1984, №5, 43-48

87. Харитонов, В.Я. Исследование параметров плавающего бревна Текст.. Лесн. журн. - 1977. - № 3. - 61-65.

88. Харитонов, В.Я. Подготовка пачек хлыстов к выгрузке на берег Текст. / В.Я. Харитонов, СВ. Пананов. Л.П. Чудаков //Лесная промышленность, 1985, №8, с. 27-28.

89. Хартман, К. Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов Текст. / К. Хартман, Э. Лецкий, В. Шефер [и др]. - М.: Мир, 1977.-552 с.

90. Худоногов, В.Н. Гидродинамическое воздействие плотов и внешней среды Текст. / В.Н. Худоногов // Красноярск, 1966. - 225 с.

91. Худоногов, В.Н. Основы моделирования в лесосплавном деле Текст.: Учебное пособие для студентов лесоинженерного факультета / В.Н. Худоногов, В.П. Корпачев. - Красноярск, СТИ, 1974. - 63 с.

92. Цирлин A.M. Оптимальное управление технологическими процессами Текст..-М.: Энергоатомиздат, 1986. -400 с.

93. Чекалкин, К.А. Гидродинамические основы проектирования агрегатов для остановки плотов Текст.: Учебное пособие. / К.А. Чекалкин, Л.В. Мельников // Ленинград, 1987.

94. Чекалкин, К.А. Движение твердых тел в жидкости Текст.: Конспект лекций. - Л.: ЛТА, 1981. - 48 с.

95. Чекалкин, К.А. К вопросу о техническом совершенствовании остановки плота Текст. / К.А. Чекалкин // ИВ УЗ, "Лесной журнал", 1976г, №1.

96. Чекалкин, К.А. К вопросу об определении нагрузок на наплавные сооружения Текст. / К.А. Чекалкин // Изв. высш. учеб. заведений Лесн. журнал, 1967, №2, с 48-51.

97. Чекалкин, К.А. О швартовке плота к тормозному устройству / К.А. Чекалкин Текст. // ИВУЗ, "Лесной журнал", 1973г, №4.

98. Черноусько, Ф. Л. Вычислительные методы оптимального управления Текст. / Сборник «Математика на службе инженера». - М.: Знание. 1973.

99. Чжен, П. Отрывные течения Текст.. -М.: Мир, 1973.-333 с.

100. Шарп, Дж. Гидравлическое моделирование Текст.. - М.: Мир, 1984. - 280 с.

101. Шмелев, В.И. Определение пути и времени разгона хлыстовых плотов Текст. / В.И. Шмелев, Г.Н. Долгобородов. - М.: Деп. ВНИПИЭИЛеспром. № 1162 - В83, 1983.-6 с.

102. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика Текст.: Учеб. для вузов.-В 2-х кн.: Кн.1. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 1991. - 351 с : ил.

103. Щербаков, В.А. Лесосплавные рейды Текст. / В.А. Щербаков // Москва: «Лесная промышленность», 1979 г, 335 с.

104. Щербаков, В.А. Расчет пути и времени торможения пучковых плотов при остановках в пунктах приплава Текст. / В.А. Щербаков // В кн.: Сборник научных трудов по лесосплаву: М.: Лесная промышленность, 1964, с. 92-106.

105. Щербаков, В.А. Эксплуатация флота машин и механизмов на лесосплаве Текст. / В.А. Щербаков, Ю.П. Борисович, Д.Н. Липман // М.: Лесная промышленность, 1975. - 184с.