автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Методы и средства измерительного преобразования скорости движения плазмы для информационно-измерительных и управляющих систем электродинамических ускорителей

На правах рукописи

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПЛАЗМЫ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЕЙ

Специальность 05.1116 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в машиностроении)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

003458439

Волгоград 2009

003458439

Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная и медицинская техника» ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Научный консультант

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Горбатенко Николай Иванович

доктор технических наук, профессор Заярный Вячеслав Петрович. доктор технических наук, профессор Сипливый Борис Николаевич. доктор технических наук, профессор Фандеев Евгений Иванович.

Московский инженерно-физический институт (технический университет) МИФИ

Защита состоится «6» февраля 2009 г.в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.05 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, пр. Ленина, 28, ауд. 209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного

технического университета

Автореферат разослан « <yfc » fJZ,

» ФЛт^ТхЛ 200 Вт.

la&jJtA

Ученый секретарь . 1Ау.

диссертационного совета Loy № ^ / O.A. Авдеюк

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Технология разгона плазмы и толкаемых ею тел с помощью магнито-лазменных электродинамических ускорителей (ЭДУ) в последние два десятилетия активно раз-ивается как за рубежом, так и в нашей стране. Исследованию проблем электрофизики, связанных ЭДУ, посвящены труды отечественных и зарубежных ученых (Арцимович JI.A., Бабаков Ю.П., ашкатов Ю.Л., Венгерский В.В., Велихов Е.П., Галанин М.П., Глинов А.П., Глухих В.А., Додот-енко В.В., Дрейзин Ю.А., Дробышевский Е.М., Железный В.В., Жуков Б.П., Иерусалимская '.В., Калихман С.А., Калюжный В.Е., Колядин Н.М., Кондратенко А.К, Кудрявцев A.B., Кузне-ов В.М., Кузнецов М.М., Кучинский В. Г., Леонов С.А., Лотоцкий А.П., Минайлос А.Н., Неча-вН.Н., Олейник Н.И., Осташев В.Е., ПерковС.А., Письменный В.Д„ Плеханов A.B., Поли-;ук В.П., Полтанов А.Е., Полянский О.Ю., Рутберг Ф.Г., Сафонов В.И., Стадниченко И.А., Суров A.C., Терентьев В.Г., Титов В.М., Шамраев И.М., Швецов Г. А., Школьников Э.Я. и др., Bat-n J.H., Brooks A.L., Deadrick F.D., Fowler C.M., Hawke R.S, Kemmey P. J., Marshall R.A., Peter->n O.R., Powel J.D., Usuba S. и др.).

Одной из основных проблем в этой области является создание информационно-змерительных и управляющих систем (ИИУС) ЭДУ с целью обеспечения управляемого разгона лазмы (толкаемых ею тел) и регистрации результатов эксперимента. Решение этой проблемы вязано с необходимостью получения измерительной информации о скорости движения системы плазменный поршень (ПП) - разгоняемое тело» в канале ЭДУ. При этом достигаются две цели: о-первых, измерение и регистрация параметров движения на участке внутренней баллистики (в анале ЭДУ) и, во-вторых, допусковый контроль скорости разгона для формирования подсисте-юй автоматического управления (САУ) ИИУС ЭДУ в рассчитанный момент команды на пре-ращение подвода энергии к ЭДУ для стабилизации заданной скорости на выходе. До недавнего ремени решалась только первая задача, а вторая задача находилась в стадии постановки. Впер-ые задача управляемого разгона ПП и тел в ЭДУ путем стабилизации заданной скорости была еоретически сформулирована учеными НИИ прикладной механики и электродинамики МАИ и ЩИИ Машиностроения Азановым И.Б., Александровым В.А., Обыденниковым С.С., Тютиным .К., Хрусталевым М.М., Юдасом В.И., которыми был предложен алгоритм управления разгоном механизмом памяти и коррекцией скорости путем использования измерительной информации :я вычисления в режиме on-line с несколькими уточнениями момента формирования команд на рекращение подвода энергии к ЭДУ. Этот алгоритм управления обеспечивает высокую точность погрешность стабилизации скорости не более ± 3,0 %), однако он является сложным для реали-ации, учитывая необходимость выполнения нескольких итераций расчета момента формирована команды на прекращение подвода энергии в реальном времени в течение первых нескольких отен микросекунд после начала движения. Сложность этого алгоритма управления обусловлена тем, что он требует проведения измерений не только средней на интервале пути скорости, но и яда других параметров движения, в частности, ускорения, координаты и др.. Поэтому актуален юиск более простых, а значит, более надежных, алгоритмов управления разгоном, не требующих змерения ряда параметров и выполнения многократных итерационных расчетов в процессе раз-она. Проблема упрощения и повышения надежности алгоритма управления разгоном при сохра-ении заданной точности может быть решена путем получения измерительной информации не о редней на интервале пути, а о мгновенной скорости разгона: при этом отпадает необходимость вмерения дополнительных информативных параметров и многократных итерационных расчетов режиме on-line с использованием механизма памяти.

Однако такой перспективный путь решения проблемы управляемого разгона сталкивается с ядом нерешенных задач, связанных с созданием важнейшего элемента ИИУС ЭДУ - измери-ельного преобразователя скорости (ИПС) движения ПП. Среди них: обоснование методологии ыбора принципа управления ЭДУ для обеспечения стабилизации скорости ПП и определения ебований к соотношению точности и быстродействия ИПС; систематизация известных методов принципов построения ИПС; исследование влияния параметров системы "рельсотрон ЭДУ-атчики положения ПП" на выходные сигналы датчиков положения; метрологический анализ ШС и оценка путей снижения различных составляющих погрешности измерения; разработка ма-

тематической модели системы «ЭДУ - ИПС» для проведения вычислительных экспериментов исследованию точностных характеристик алгоритмов измерительного преобразования скоро ПП в ЭДУ; разработка методов параметрического и структурного синтеза ИПС и др.

Нерешенность этих задач требует проведения дополнительных исследований и обобщения I результатов. Поскольку точность управления разгоном и достижение заданных баллистических х рактеристик разгоняемых ПП и тела зависят от качества контроля их скорости, а в мировой практ ке до сих пор отсутствовали методы и средства измерительного преобразования мгновенной скор сти разгона ПП и тел в ЭДУ, задача разработки ИПС для ИИУС ЭДУ является актуальной.

Данная диссертация посвящена разработке методов и средств измерительного преобразован] параметров движения ПП и ускоряемых тел для ИИУС ЭДУ. Работы по решению этой проблемы течение ряда лет выполнялись в рамках целевой комплексной научно-технической программы «К чество и безопасность», утвержденной совместными приказами Минвуза РСФСР №28/82 26.02.81г. и Министерства машиностроения СССР №91/92 от 24.02.87г., в соответствии с «Пере нем Приоритетных направлений развития науки и техники и критических технологий федерально уровня» (раздел «Проблемы управления и автоматизации»), утвержденными Постановлением Пр вительства РФ от 17.04.95 г. № 360, «Перечнем критических технологий Российской Федерации утвержденным Президентом РФ 21.05.06 г. X» Пр-842 (разделы «Технологии обработки, хранени передачи и защиты информации», «Технологии создания интеллектуальных систем навигации управления»), в соответствии с тематикой по единым заказ-нарядам Минобразования РФ: «Теор тические основы и математическое моделирование специальных систем управления, измерения диагностики» №1.10.99Ф, №1.6.99Ф, №1.7 99Ф и №1.9.99Ф» и по научному направлению ЮРГТ (НПН) «Теория и принципы построения информационно-измерительных систем и систем управл ния» (утверждено решением ученого совета университета от 25.01.03).

Актуальность и фундаментальность темы настоящего научного исследования подтверждав ся ее поддержкой РФФИ в 2008 году (грант 08-08-00667-а по проекту «Разработка основ теории методов проектирования систем автоматического контроля параметров движения плазмы в ма нитоплазменных электродинамических ускорителях с управляемым разгоном»).

Целью диссертационной работы является создание научной базы проектирования измер! тельных преобразователей средней, квазимгновенной и мгновенной скорости разгона ПП к элементов ИИУС ЭДУ путем проведения комплекса теоретических исследований и разработ новых методов измерительного преобразования скорости, параметрического и структурного сш теза ИПС, что позволит повысить точность контроля скорости ПП и качество управления магш топлазменными ЭДУ.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие о новные задачи:

1. Выбор алгоритма управления ЭДУ для стабилизации скорости ПП и анализ требований точности ИПС как элемента ИИУС ЭДУ.

2. Исследование закона движения ПП в ЭДУ методом вычислительного эксперимента и ана: требований к соотношению точности и быстродействия ИПС как элемента ИИУС.

3. Обоснование базового метода измерения скорости на основе анализа современного состо ния проблемы контроля параметров движения ПП и тел в ЭДУ.

4. Разработка структурных и параметрических методов повышения помехозащищеннос

ИПС.

5. Исследование методом вычислительного эксперимента влияния на сигналы датчиков пар метров системы "движущийся ГОТ - датчики положения".

6. Метрологический анализ базового метода измерения скорости.

7. Разработка математической модели системы «ЭДУ - ИПС» и программ для вычислител ных экспериментов по исследованию точности алгоритмов измерительного преобразования скорост движения ПП в ЭДУ.

8. Разработка и исследование на ЭВМ методов измерительного преобразования квазимгнове; ной и мгновенной скорости разгона ПП в ЭДУ.

9. Разработка методологии структурного и параметрического синтеза ИПС.

Методы исследования и достоверность результатов. Поставленные в диссертации задачи >ешались с использованием комплексного подхода, основанного на теоретическом анализе и вы-¡ислительном эксперименте. При теоретическом анализе использовались методы теорий: диффе-¡енциального и интегрального исчисления, математического анализа, комбинаторного анализа, ероятностей и математической статистики, статистических решений, электромагнитного поля, лучайных процессов, нечетких множеств, многокритериального рангового анализа, измерений и :етрологии, информации, оптимальных методов приема при флуктуационных помехах, парамет-ического и структурного синтеза систем, экспертных оценок. В вычислительном эксперименте спользовалась теория алгоритмов и программ, методы имитационного моделирования.

Достоверность научных результатов выполненных диссертационных исследований под-верждается корректным применением математических методов и общепринятых теорий, боснованных математических моделей, методик расчета, алгоритмов синтеза ИПС, использо-анием в математических моделях в качестве исходных данных известных экспериментальных езультатов, сопоставлением полученных данных с известными теоретическими и экспери-ентальными результатами, согласованием теоретических положений с результатами имита-ионного моделирования, непротиворечивостью математических выводов и преобразований, а акже подтверждена использованием основных результатов диссертации при проектировании, недрении разработанных ИПС в ряде отраслей промышленности и опытом их длительной ксплуатации с использованием при проведении экспериментальных исследований у заказчи-ов только поверенной высокоточной аппаратуры и аттестованных специальных измеритель-1ых стендов. Принятые допущения не противоречат физике рассматриваемых процессов и яв-[яются общепринятыми при решении соответствующих задач.

На защиту выносятся:

1. Принцип понижения динамической погрешности измерения скорости ПП (тела) в ЭДУ с штанием от емкостного накопителя энергии, основанный на использовании режима измерения

гновенной скорости на участках квазиравномерного движения, соответствующих окрестностям очек перехода тока плазмы через нуль.

2. Комплексная математическая модель системы «магнитоплазменный ЭДУ- ИПС» для вы-олнения сравнительного анализа по точности алгоритмов вычисления скорости (структур ИПС), снованная на совместном использовании: модели движения ПП в ЭДУ на базе модифицирований системы уравнений Арцимовича; численной модели электромагнитного поля от тока в ПП;

одели индукционного датчика положения проводника с током; моделей различных алгоритмов ычисления скорости движения ПП.

3. Комплекс расчетных формул, обеспечивающих определение скоростных, временных па-аметров, положения движущегося ПП и методических погрешностей измерения скорости с ис-тользованием различных вариантов времяпролетного метода.

4. Метод измерительного преобразования средней и квазимгновенной скорости, основанный а формировании промежуточных точек опроса между двумя группами датчиков положения пу-ем попарной коммутации датчиков обеих групп и обеспечивающий повышение точности изме-ения на участках траектории между группами датчиков.

5. Метод координатной функции с рядом модификаций, обеспечивающих повышение его ффективности, для измерительного преобразования квазимгновенной и мгновенной скорости

71, основанный на формировании специальной функции, зависящей только от положения ПП, и беспечении ее инвариантности к сопутствующим параметрам и факторам.

6. Метод измерительного преобразования скорости ПП, основанный на использовании в каче-ве информативных параметров электрического тока в цепи ПП и геометрического среднего сиг-

алов датчиков положения, отличающегося зависимостью только от скорости и тока в цепи ПП и нвариантного ко всем мешающим факторам, что позволяет повысить помехозащищенность ИПС а счет замены операции дифференцирования на операцию непрерывного измерения тока в ПП.

7. Методики структурного и параметрического синтеза измерительных преобразователей редней, квазимгновенной и мгновенной скорости ПП, в том числе с применением элементов ин-еллектного управления.

8. Комплекс алгоритмов и программ для ЭВМ, структур и схемотехнических решений, ре лизующих предложенные математические модели и методы измерительного преобразования п раметров движения для ИИУС ЭДУ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые предложен и теоретически обоснован простой алгоритм управления и стабиш зации скорости ПП в ЭДУ с управляемым разгоном, основанный на измерении мгновенной сю роста ПП и однократном расчете в процессе разгона ПП момента прекращения подвода энерп ЭДУ, который, в отличие от известного сложного алгоритма, основанного на измерении ряда п раметров, в том числе средней скорости и ускорения ПП, не требует введения механизма памяти выполнения в процессе разгона ПП многократного итерационного расчета момента прекращен! подвода энергии к ЭДУ, что в результате обеспечивает упрощение и повышение надежное ИИУС ЭДУ при сохранении точности управления разгоном и стабилизации скорости ПП.

2. На основе выявленных и изученных особенностей закона движения ПП в рельсотроне ЭД сформулированы требования к соотношению точности и быстродействия ИПС, для обеспечен! которого впервые предложено использование режима прерывистого измерения мгновенной скор сти на участках квазиравномерного движения ПП, что позволило снизить до пренебрежимо маль значений динамическую погрешность измерения скорости и повысить точность ИИУС ЭДУ.

3. Впервые исследовано влияние параметров системы "движущийся ПП-датчики полож ния" на выходной сигнал ИД, что позволило разработать рекомендации по обоснованному выб ру конструктивных параметров ИД и РРК на их основе для обеспечения требуемых точностнь характеристик ИПС при реализации времяпролетного метода измерения скорости.

4. Впервые выполнен метрологический анализ основных погрешностей времяпролетного м тода измерения скорости ПП в ЭДУ, в результате чего получены предельные оценки составляют инструментальной погрешности измерения средней и мгновенной скорости; с использованием ш формационного подхода установлена аналитическая зависимость между погрешностью интерпо/ ции и числом датчиков положения в РРК, что позволяет при проектировании ИПС ИИУС ЭДУ о ределять количество точек опроса, обеспечивающее пренебрежимо малую погрешность Интерпол! ции. На основе полученных аналитических зависимостей, связывающих динамическую погрей ность с рабочим диапазоном скоростей и конструктивными параметрами РРК выработаны мето; • ческие рекомендации по снижению динамической погрешности выбором соотношений параметр РРК и впервые установлено, что для минимизации динамической погрешности ИВИ необходим обеспечить нормализацию формы сигнала на выходе датчиков положения, приближая её к форм гауссова сигнала, для чего предложено включать интеграторы на выходе ИД или использовать вм сто последних датчики Холла.

5. Предложен, запатентован и исследован новый базовый метод измерительного преобраз вания скорости движения ПП - «метод координатной функции», основанный на одновременно, использовании выходных сигналов двух датчиков положения, между которыми движется 1111 последующим вычислением различных вариантов их функции отношения, что обеспечивает и вариантность КФ ко всем параметрам, кроме положения ПП, и на его основе разработан ряд зап тентованных методов измерительного преобразования скорости движения ПП (с использование программируемой попарной коммутации датчиков положения; сочетания нулевого, дифференц ального и логометрического методов измерения; геометрического среднего сигналов датчико положения), позволяющих существенно повысить точность ИПС ИИУС за счет перехода от и мерения средней к измерению мгновенной (квазимгновенной) скорости разгона ПП.

6. Разработана новая методология структурного синтеза оптимальных ИПС, которая в отли чие от известных подходов, основанных на синтезе структур по одному из критериев (минимум ошибки обнаружения объекта датчиками или минимума потери информации о параметрах сигна ла датчиков в условиях помех), обеспечивает одновременное достижение указанных минимуме путем введения в состав включенного на выходе датчиков фильтра, оптимального по критери минимума ошибки обнаружения сигнала, дополнительного корректирующего звена, обеспечи вающего минимум потери информации о параметрах сигнала датчиков. При этом впервые решен задача структурного синтеза оптимального фильтра как составной части ИПС по предложенном

ритерию «двойного минимума» и выведены соотношения, доказывающие эффективность объединения нескольких датчиков положения в каждом канале регистрации РРК для уменьшения вероятности ошибки обнаружения сигналов датчиков в условиях помех.

7. Впервые предложена комплексная математическая модель системы «ЭДУ - ИПС» с ис-тользованием модифицированной системы уравнений движения плазмы Арцимовича, модели электромагнитного поля движущегося проводника с током, модели ИД с интегратором на выходе, табора моделей алгоритмов определения скорости движения ПП, позволяющая проводить вычис-нггельные эксперименты по исследованию точности различных алгоритмов измерительного пре-)бразования скорости движения ПП в ЭДУ, что позволило выбрать оптимальный вариант струк--уры нейросетевой реализации ИПС, обеспечивающий минимальную методическую погрешность :змсритслыюго преобразования мгновенной скорости ПП.

8. Впервые предложен алгоритм параметрического синтеза РРК (РИК), обеспечивающий «шимизацию суммарной погрешности измерения скорости, основанный на сочетании о(Т-1те-шанирования для расчета и формирования первого интервала пути и оп-Ипе-планирования для »асчета и формирования каждого последующего интервала пути между парами датчиков в РРК ши точками опроса в РИК, что позволяет формировать оптимальный переменный шаг опроса в 'ИК с учетом результатов измерения времени прохождения ПП предыдущего интервала.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

1. Разработаны основы проектирования оптимальных измерительных преобразователей редней, квазимгновенной и мгновенной скорости для ИИУС ЭДУ, в том числе:

• получен комплекс расчетных формул для оценки метрологических параметров двух вари-нтов реализации времяпролетного метода измерения средней и квазимгновенной скорости при авноускоренном движении (при заданной базе или заданном временном интервале) и разработана шженерная методика выбора варианта времяпролетного метода, основанная на параметрическом интезе элементов ИПС по критерию минимума методической погрешности;

• разработана инженерная методика графо-аналитического расчета минимально допусти-ого числа датчиков в РРК (точек опроса в РИК) при измерении, соответственно, средней и ква-имгновенной скорости по заданной погрешности интерполяции;

• разработана номограмма в виде семейства графических зависимостей, связывающих динамическую погрешность ИВИ ИПС с рабочим диапазоном скоростей ИПС и конструктивными

араметрами РРК;

• разработана инженерная методика параметрического синтеза РРК ИПС, позволяющая, адаваясь допустимой вероятностью ошибки обнаружения и порогом чувствительности регистра-ора сигналов с датчиков, определять оптимальные конструктивные параметры РРК (число датчиков и значения интервалов между ними);

• разработана инженерная методика структурного синтеза РРК ИПС по критерию минимальной вероятности ошибки обнаружения сигналов датчиков, основанная на интерактивной процедуре поочередного перехода от одного к другому варианту объединения датчиков, обеспечивающей выбор оптимальной структуры РРК.

2. На основании предложенной комплексной математической модели системы «ЭДУ-ИПС» разработан и зарегистрирован в Отраслевом фонде алгоритмов и программ программный комплекс ММУБ для проведения исследования законов движения ПП в ЭДУ и различных алгоритмов измерительного преобразования средней, квазимгновенной и мгновенной скорости с оценкой их метрологических характеристик методом вычислительного эксперимента, что позволяет на стадии проектирования ИИУС ЭДУ обойтись без дорогостоящих натурных экспериментов на уникальных ЭДУ.

3. Разработана и зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ компьютерная программа РиггукА V, позволяющая в интерактивном режиме решать задачи рангового анализа вариантов (методов) измерительного преобразования средней, квазимгновенной и мгновенной скорости без ограничений на количество критериев и сравниваемых вариантов.

4. Проведена апробация в смежной области электротехники разработанного метода коорд! натной функции для контроля параметров движения контактов высоковольтных коммутационны аппаратов (в том числе мгновенной скорости), подтвердившая его эффективность, универсал, ность и перспективность при измерениях в широком диапазоне скоростей.

5. Разработаны структурные и функциональные схемы ряда ИПС, реализующие предложен ные в работе методы измерительного преобразования средней, квазимгновенной и мгновенно скорости ПП в ЭДУ.

6. На основе выполненных исследований:

• разработаны и внедрены для предприятий различных отраслей (ЛНПО «Союз», г. Дзе{ жинский Московской обл.; ЦНИИМаш, г. Королев Московской обл.) 7 типов и модификаци ИПС и ИИУС магнитоплазменных ЭДУ (ПР-ИД, ПР-РИ, ПС-РБХ-1, ПС-РБХ-2, ИИУС «ПРС ЛОГ», ИИУС «Молния», ИИУС «Искра»), часть из которых включена в Отраслевой каталог прс дукции;

» разработаны и внедрены в смежной области электротехники для ряда энергетически предприятий Литвы и РФ (ОАО «Ростовэнерго», ОАО «Кубаньэнерго», ОАО «Нижновэнергго ОАО «Комиэнерго» и др.) 18 комплектов регистраторов параметров движения контактов высою вольтных выключателей («МАРС-1»), использующих предложенный в работе «метод координа' ной функции» для измерения мгновенной скорости;

• материалы диссертационной работы используются в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ) виде разделов курсов лекций «Измерительные информационные системы», при выполнении Д1 пломных проектов по направлению 200100 «Приборостроение».

Новизна и практическая ценность результатов диссертационных исследований подтвержд на полученными авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ, программами ЭВМ, зареги стрированными в отраслевых фондах алгоритмов и программ (всего 25 охранных документов).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на: 1-й межотрасл вой научно-технической конференции по электродинамическим ускорителям (г. Дзержински Московской обл., 1988 г.); Зональном научно-техническом семинаре «Методы и средства измер ния механических параметров в системах контроля и управления" (г. Пенза, 1991г.); Всесоюзно научной конференции "Методы и средства измерения механических параметров в системах кон троля и управления" (г. Пенза, 1992г.); 1-й Всероссийской научно-технической конференции Рос сийской метрологической академии "Состояние и проблемы технических измерений" (г. Москв МГТУ им. Баумана, 1994г.); XIV, XV, XVI сессиях семинара РАН «Кибернетика электрически систем» по тематике «Диагностика электрооборудования» (г. Новочеркасск, 1992г., 1994г 1996г.); IV Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений фи зических величин» (Нижний Новгород, 1999г.); Международной научно-технической конферен ции "Контроль, измерения, информатизация" (г. Барнаул, 2000г.); Международной научно - прак тической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (г. Но вочеркасск, 2000г.); Международных научных конференциях «Математические методы в техник и технологиях» (г. Санкт-Петербург, 2000; г.Тамбов, 2002 г.; г. Кострома, 2004 г.); Международ ной научно - практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы управление ими» (г. Новочеркасск, 2001г.); П-й Международной научно - практической конфе ренции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (г. Новочеркасск, 200 г.); 4-й Международной научно-технической конференции «Новые технологии управления дви жением технических объектов» (г. Ростов-на-Дону, 2001 г.); Международной научно-техническо конференции «Интеллектуальные системы - IEEE AIS'03>> (п. Дивноморское, 2003 г.); Междуна родной научно-технической конференции «Интеллектуальные САПР» (п. Дивноморское, 2003 г. 2004 г.); Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы - IEE AIS'04» (п. Дивноморское, 2004 г.); ежегодных научно-технических конференциях профессорско преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) (г. Но вочеркасск, 2006 г., 2007 г., 2008 г.).

Публикации по теме диссертации. По результатам исследований опубликовано 93 печатных работы, в том числе 1 монография и 67 научных публикаций (из них 31 статья в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских диссертаций), получено 23 авторских свидетельства СССР и патента РФ, 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ в Отраслевых фондах алгоритмов и программ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Она содержит 351 стр. основного текста, 100 рисунков, 9 таблиц, список мтературы из 235 наименований и 22 приложения.

Личный вклад автора заключается в том, что им сформулирован и решен комплекс взаим-ю-обусловленных задач, обеспечивающих практическую реализацию концепции управляемого )азгона в магнитоплазменных электродинамических ускорителях, в частности, предложил и ис-ледовал простой и точный алгоритм управления разгоном на основе «прерывистого» измерения шювенной скорости плазмы на участках квазиравномерного движения и обосновал требования к соотношению точности и быстродействия ИПС как основного элемента ИИУС ЭДУ; разработал и ¡сследовал новые методы измерительного преобразования скорости повышенной точности; разработал комплексную математическую модель системы «ЭДУ-ИПС» для сравнительного анализа ю точности предложенных методов измерительного преобразования скорости; создал основы ме-одологии параметрического и структурного синтеза помехоустойчивых высокоточных ИПС для ШУС ЭДУ, в том числе с применением методов искусственного интеллекта; принял участие в рактической реализации ИИУС ЭДУ, обеспечил разработку, изготовление и передачу в опытно-ромышленную эксплуатацию программно-технических средств измерительного преобразования араметров движения для ИИУС ЭДУ.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Список сокращений

ВУ - вычислительное устройство; ИВИ - измеритель временных интервалов; ИД - индукцион-1ый датчик положения; ИИ - искусственный интеллект; ИИЭ - импульсный источник энергии; ИИ-С - информационно-измерительная и управляющая система; ИНС - искусственная нейронная сеть; ПС - измерительный преобразователь скорости; КФ - координатная функция; КФ DL-типа - коор-инатная функция дифференциально-логометрического типа; КФ LDL- типа - координатная функция азностно-логометрического типа; КФ DSL-типа- координатная функция дифференциально-уммарно-логометрического типа; КФ L- типа - координатная функция логометрического типа; КФ L -типа - координатная функция логарифмо-логометрического типа; МКФ - метод координатной ункции; ПО - пусковой орган; ПП - плазменный поршень; РИК - распределенный измерительный онтур; РК - рельсовый канал; РРК - распределенный регистрирующий контур; САУ - подсистема втоматического управления; СНП - системы нечетких правил; СПП - системы продукционных пра-ил; УП - ускоритель предварительный; УУ - устройство управления; ШК - шунтирующий ключ ; ДУ— электродинамический ускоритель.

Во введении обоснована актуальность проблемы, определены цель и задачи исследования, зложены основные положения, выносимые на защиту, даны сведения о структуре работы, апро-"ации и реализации полученных результатов, кратко рассмотрено содержание основных разделов.

В нерпой главе «Анализ требований к ИПС для ИИУС и постановка задач исследованиям писан принцип магнитоплазменного ЭДУ с управляемым разгоном как объекта управления ис. 1), состоящего из ИИЭ, УП, РК с движущимся ПП и толкаемым им телом.

ЭДУ снабжено ИИУС с САУ, содержащей ШК, ИПС, ВУ, УУ с каналом управления РК и аналом управления коммутаторами ИИЭ. Управление разгоном ПП в ЭДУ заключается в огра-ичении его скорости на заданном уровне за счет прерывания в определенный момент процесса ередачи энергии от ИИЭ к РК путем шунтирования входа рельсотрона с помощью ШК, срабаты-ающего по сигналу УУ. Момент /кш выдачи команды на шунтирование РК является параметром равления, который в общем случае рассчитывается в ВУ в режиме on-line. До момента дости-ения разгоняемым с ускорением а телом заданного значения скорости можно выделить доста-

РК (рельсотрон) ЭДУ

Канал управления коммутационными\ аппаратами И ИЗ

Канал управления и стабилизации скорости ПП (тела)

УУ

ВУ

Канал регистрации параметров движения ПП (тела)

Рисунок 1 - Структура ИИУС магнитопаазменного ЭДУ с управляемым разгоном

точно малый интервал времени, когда движение мало отличается от равноускоренного. Имени внутри этого интервала времени следует выполнить все необходимые измерения и вычисления дл определения момента 1КШ. Будем называть этот интервал критическим, а момент времени его начал - критическим моментом 4р. Таким образом, закон движения от момента /Х1, начала критическог интервала времени пренебрежимо мало отличается от линейной функции с постоянным ускорение V {í : t > tKp ) = vKp + a (t - íxp ), где v„r - скорость ПП и тела в момент tkV; а -ускорение. Проанализиро ваны два алгоритма управления разгоном с формированием команды на прекращение подвод энергии к рельсотрону ЭДУ в определенный момент времени: 1-й алгоритм - с расчетом скорости ускорения, начиная с момента гкр, и 2-й алгоритм - с измерением скорости в процессе разгона ПП фиксацией момента достижения определенного значения скорости v„u с допущением, что на по следнем (критическом) интервале времени ПП (тело) движутся с номинальным ускорением. Mo мент tm подачи команды от УУ на включение ШК не рассчитывается заранее, как в 1-м алгоритм а совпадает с моментом достижения ПП (телом) значения скорости v^, когда выдается команда н шунтирование РК. При реализации 2-го алгоритма ВУ исключается из схемы.

Получены выражения, связывающие допустимую погрешность ИПС 5„ и заданную погреш ность управления разгоном для обоих алгоритмов управления: для 1-го алгоритма управления

* „ aAt[V,SVj -aTmitÇ ]

«V s--—;—:-;.......—;—:-:-:> О

avKPAí

для 2-го алгоритма управления

5V<-

+ fl + Sp-j )~at шк St„, VKP J

:[(1 + ^)(1 + ^ )-1]-tv}-KjS,

(2

где ht - toy -fKp,

'oy и 'кр " моменты времени, определяющие начало и конец интервала измери

тельного дифференцирования для оценки ускорения а; тшк - время задержки срабатывания ШК ¡яшк ~ относительное отклонение тшк от номинального значения; относительная погрешност отклонения ускорения от номинального значения ая на критическом интервале; ту — время одног измерения.

На рис. 2 приведены построенные по (1) и (2) поверхности, из которых видно очевидно преимущество 2-го алгоритма управления, так как он предъявляет значительно меньшие требова ния к точности ИПС. Выбирая предельное значение погрешности управления разгоном = ± 3, %, получаем из графиков для 1-го алгоритма допустимую погрешность ИПС б„= 0,6 %, что прак тически нереализуемо, а для 2-го алгоритма требования к точности ИПС более чем в 4 раза ниже 8, = 2,8 %. Поэтому в качестве основного алгоритма управления разгоном ЭДУ выбран 2-й алго ритм управления. В то же время показано, что достижение такой точности ИПС невозможно пр измерении средней скорости и требует измерения или квазимгновенной (средней на существенн малом интервале), или мгновенной скорости.

и

Рисунок 2 — Поверхности функций погрешности 6У измерения скорости при = ± 0,03; а) от ^а и ^ кр для 1~го алгоритма управления; б) от Ь^иХу для 2-го алгоритма управления

Для оценки динамической погрешности ИПС, определяемой задержкой, вносимой в управление ВУ подсистемы управления ИИУС в процессе расчета каждого значения мгновенной скорости, исследован методом вычислительного эксперимента закон движения плазмы в ЭДУ с емкостным накопителем энергии. При построении математической модели движения системы «ПП-разгоняемое тело» использована базовая система дифференциальных уравнений Арцимовича, описывающая закон движения плазмы в канале питающегося от конденсаторной батареи рельсо-трона ЭДУ. Для перехода от базовой модели движения плазмы к модели движущейся системы «ПП- разгоняемое тело» учтена суммарная масса ПП и тела. Случайный характер колебаний ширины ПП учитывался представлением ее в виде суммы 11(1) = ([) +с/1), где (I) - детерминированный процесс, полученный в результате решения базовой системы уравнений Арцимовича; ) - случайный процесс с нормальным законом распределения. Для моделирования эффектов, связанных с неустойчивостью состояния свободной плазмы, использовался генератор псевдослучайных чисел, распределенных по нормальному закону с математическим ожиданием 4 = 0 и с.к.о. 5-Ю^м. Начальная ширина ПП /¡о = 0,05 м, его начальная скорость У0 = 2000 м/с. Суммарная масса ПП и тела принималась равной 2 г. На рис. 3 приведены полученные на модели зависимости скорости движения системы «ПП-разгоня-емое тело» от времени при выбранных типовых параметрах рельсотрона, ПП и тела для различных значений энергетического параметра q в диапазоне от 0,01 до 0,06, определяемого отношением характерной величины сил магнитного давления к характерной величине силы инерции ускоряемой в ЭДУ плазмы.

Так как с ростом скорости увеличивается погрешность 5Д и уменьшается допустимое время Д7"о6р обработки информации от датчиков, в качестве расчетного значения, обеспечивающего гарантированные результаты оценки предельных значений динамической погрешности измерения скорости 5Д и времени ДГоСр с запасом выбрано д = 0,04, для которого Утах около 12,5 км/с.

Время, мс

Рисунок 3 — График скорости разгона при различных значениях энергетического параметра д

Как следует из рис. 3, при питании ЭДУ от емкостного источника энергии между учасгтк ми нулевого ускорения располагаются участки разгона, закон которых близок к равноускоренн му. Таким образом, в целом закон разгона в этом случае можно назвать близким к прерывиста, равноускоренному. Анализ результатов моделирования позволил предложить путь уменьшена погрешности 8Д (и, соответственно, увеличения Л Го6р ), используя описанные выше особенност

графика разгона ПП в ЭДУ. Было показано, что длительность этих, участков увеличивается от на чала к концу разгона и если перейти от непрерывного к «прерывистому» измерению мгновенно! скорости, можно свести динамическую погрешность до уровня, близкого к нулю.

Предложены два пути решения проблемы увеличения ДГо6р при сохранении приемлемы,

значений 5Д . Первый путь предполагает смещение во времени начала измерений, исключив пер вые несколько участков нулевого ускорения, на которых ЛГобр<1 мкс. Второй путь связан с вы полнением измерения скорости не на участках нулевого ускорения, а в зонах малых ускорений что, хотя и несколько увеличивает Бд , но приводит к увеличению длительности этих зон, а зна чит, и значения ДГо6р. Расчеты на модели показали, что при переходе к вычислению скорости п заданному уровню ускорения в зоне малых ускорений удается получить приемлемые сочетани значений ДГо6р и 8Д .

Для вычисления скорости в нескольких зонах малых ускорений в течение разгона (на рис.. видно, что таких зон - восемь) исследованы различные алгоритмы функционирования ПО, фор мирующего пороговый уровень заданного малого значения ускорения и дающего команду в ИП( на передачу в канал управления ЭДУ очередного значения скорости, начало расчета которог совпадает с началом очередной зоны малых ускорений, ограниченной этим пороговым уровнем кривой ускорения. Обоснован выбор следующего алгоритма функционирования ПО: непрерыв ное измерение электрического тока в ПП, а в момент перехода тока через нуль - формировани выходного сигнала, являющегося командой для ИПС на начало вычисления с последующей пере дачей в канал управления ЭДУ очередного значения скорости. Для реализации алгоритма требу ется введение в подсистему управления ИИУС измерительного преобразователя электрическог тока (ИПТ). Установлено, что значения ДГо6р растут при переходе от 1-го к 8-му участку (1,6; 2,6 3,3; 5,9; 9,0; 13,3; 18,8 и 33,5 мкс).

Приведенная на рис. 4 зависимое! ДГо6р =/(5д ) для 2-го участка нулевого ускоре ния показывает, что, пропуская 1-й участок и на чиная измерение скорости со 2-го участка (заде] живая начало измерений на = 33 мкс на интервале времени разгона 400 мкс), можно при заданной динамической погрешности ±1,0 % увеличить ДГо6р почти в 1,5 раза (с 3,4 мкс до 4,8 мкс) или,

наоборот, задаваясь А Го6р= 3 мкс, снизить динамическую погрешность с ±0,1% до ± 0,25 %.

Следует учесть, что в интервал ДГо6р = 3 мкс

входит задержка на срабатывание ШК = 2 мкс. В результате на вычисление значения скорости остается 1 мкс. Для увеличения этого времени до приемлемого значения 3 мкс следует до начала измерения (для канала управления) пропустить первые три участка нулевого ускорения. При этом длительность 4-го участка нулевого ускорения 5,9 мкс оказывается достаточной для снижения динамической погрешности до ± 0,25% с учетом суммарной задержки Д Гобр = 3 мкс и тшк = 2 мкс. Для оценки требований ИИУС ЭДУ к допустимой

0.1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,7 1,9 Динамическая погрешность измерения скорости, %

Рисунок 4 - Зависимость А То5р отЪл при

пропуске 1-го участка нулевого ускорения

статической погрешности ИПС 5С доп , которая вместе с динамической погрешностью 5Д определяет суммарную погрешность ИПС, используем геометрическое сложение некоррелированных составляющих погрешности: 8СД0П = ,/5v2 -5д =V(2,8)2 -(0,25)2 а ±2,8%.

Проведены обзор и классификация методов измерения скорости ПП в ЭДУ и показано, что наиболее приемлемыми для данной задачи являются времяпролетный и доплеровские методы измерения скорости. С использованием теории оптимальных методов приема при флуктуационных помехах выполнен сравнительный анализ времяпролетного и доплеровского методов измерения по помехозащищенности. Доказано, что Рст шм, < Рот/, где Рош„,„, и PomJ - вероятность

ошибки измерения интервала времени т при использовании времяпролетного метода и вероятность ошибки измерения частоты при использовании доплеровского метода, соответственно, т.е. по сравнению с доплеровским времяпролетный метод измерения скорости является более поме-хозащищенным и принимается в качестве основного метода для дальнейших исследований и синтеза ИПС.

Во второй главе «Математическое моделирование системы «релъсотрон-датчики положения» проведен сравнительный анализ численных и аналитических методов расчета ЭДС на выходе ИД от поля, создаваемого движущимся ПП с током, показавший, что предложенные Cook R.W. упрощенные аналитические модели «ось с током» и «полоса с током» по сравнению с объемной моделью ПП с током дают большую погрешность идентификации положения х ПП длиной ХоВ канале ЭДУ (х = 1,5 Хо и 0,5 х0, соответственно), заниженные в 6 раз и завышенные в 2 раза значения ЭДС на выходе датчика (рис. 5). Установлено, что для расчета электромагнитного поля от движущегося проводника простого сечения (квадрат, прямоугольник) может быть использована объемная модель с интегрированием по трем координатам, а для проводника сложного сечения (трапеция и т.д.) - более простая, но точная (расхождение менее 1,0 %) модель с интегрированием по боковой поверхности проводника.

Вычислительным экспериментом установлено, что с целью уменьшения погрешности расчета и измерения ЭДС в условиях электромагнитных помех целесообразно уменьшение диаметра катушки ИД до нескольких мм, что требует увеличения числа витков до нескольких сотен. Возникающую при малом сечении катушки проблему точности идентификации положения ПП в нерасчетных режимах ЭДУ (появление плазменных перемычек- «лидеров» впереди основного ядра ПП) рекомендовано решать не параметрическим, а запатентованным структурно-схемным способом (объединением ИД в РРК по схеме максиселектора). Показано, что погрешность измерения ЭДС ИД из-за конечной длины катушки возрастает в 5 раз при приближении 1111 к месту установки ИД, а при уменьшении длины катушки ИД на порядок погрешность измерения ЭДС снижается в 2 раза и при длине катушки 5,0 мм уменьшается до ± 5,0 %. Дальнейшее снижение погрешности (до ± 1,0 % и менее) требует разработки специальных алгоритмов обработки сигналов соседних ИД с использованием метода компенсации. На основании этого сделан вывод о том, что перспективны методы измерительного преобразования мгновенной скорости, при которых информация о положении ПП снимается при его нахожде-

Рисунок 5 - Результаты сравнительного расчета магнитной индукции В и ЭДС Е для объемного (Воб, Ео6), линейного проводников и токовой полосы (Вп, ЕП )

нии не над каждым ИД, как при измерении средней скорости времяпролетным методом, а на интервале между соседними ИД. Исследовано влияние расстояния между рельсами ЭДУ на ЭДС ИД и показано, что влиянием вариации этого расстояния на ЭДС ИД можно пренебречь (при вариации расстояния между рельсами ± 5,0 % ЭДС ИД изменяется менее чем на ±1,0 %).

Установлено сильное влияние на ЭДС ИД расстояния между осями рельсотрона и ИД в РРК. Показано, что при расположении оси катушки ИД на расстоянии менее 3 см от оси рельсотрона смещение осей на 1-2 мм влечет изменение ЭДС более чем на 30 %, а при увеличении этого расстояния до 4 см и более погрешность из-за смещения осей в этих же пределах резко уменьшается и при достижении 8 см становится менее ± 1,0 %.

В соответствии с этим рекомендовано устанавливать ИД относительно оси рельсотрона на расстоянии 8 см. Дальнейшее удаление ИД от оси рельсотрона нецелесообразно из-за уменьшения ЭДС и ухудшения помехоустойчивости ИПС. Для снижения до пренебрежимо малого влияния на ЭДС ИД изменяющейся длины ПП рекомендовано выбирать его размеры, приближающимися к размерам идеального (точечного) ИД: показано, что длина катушки ИД должна быть значительно меньше расстояния между датчиками и, как минимум, на порядок меньше длины 1111.

При реальных значениях длины ПП длину катушки ИД следует выбирать не более 0,5 см. Тогда при выборе расстояния между датчиками РРК более 10 см погрешностью влияния длины ПП можно пренебречь. В связи с этим перспективна разработка новых методов измерительного преобразования скорости, допускающих расстояние между датчиками в РРК много больше 10 см.

Моделирование выходных сигналов пар ИД в РРК при прохождении между ними ПП показало характер зависимости этих сигналов от положения ПП и между собой (рис. 6) и выявило необходимость исследования возможности одновременного использования информации об ЭДС пар соседних ИД для перехода от регистрации момента прохождения ПП над ИД к определению положения и скорости ПП в каждой точке траектории между ИД.

В третьей главе «Метрологический анализ времяпролетпого метода измерения средней скорости» проведена классификация погрешностей времяпролетного метода измерения скорости и исследованы составляющие инструментальной погрешности измерения средней и мгновенной скорости. С использованием результатов компьютерного моделирования ЭДС ИД в процессе разгона ПП в ЭДУ изучены составляющие инструментальной погрешности измерения скорости и получены предельные ее оценки при измерении средней (± 5,2 %) и мгновенной (± 1,7 %) скорости. Трехкратное снижение инструментальной погрешности при измерении мгновенной скорости по сравнению с измерением средней скорости возможно при выполнении рекомендаций по структурному и параметрическому синтезу ИПС и его элементов: решение задачи параметрического синтеза установки базы и иной погрешности, имеющих противоположные знаки; разработка методов и структурный синтез ИПС с генерацией множества бездатчиковых точек опроса и формированием существенно малых отрезков пути (баз); разработка нового метода измерительного преобразования и структурный синтез ИПС, допускающих увеличение расстояния между соседними ИД до 1,0 м.

Выполнен анализ методической погрешности измерения скорости ПП времяпролетным методом при различных законах движения (с изменением и без изменения знака ускорения).

Рисунок 6 - Зависимость индукции В и ЭДС Е в точках расположения ИД от координаты х ПП при г=0,08м; Ах = 0,2 м. 1- В,(х); 2 - В2(х): 3 - Е,(х); 4 - Е2(х)

Введено понятие эквивалентного ускорения аэ и доказана следующая теорема:

Теорема: Методическая погрешность Дм измерения скорости объекта, движущегося по произвольному закону с ускорением a(t)±0, достигает минимального значения при замене его равноускоренным движением с эквивалентным ускорением аэ, т.е. Дм —»mm при V =V0+a3t,

Vk~V0 1 '"f i\J 2Л* 2 '"f \ / \ , j где аэ определяется выражениями: аЭ1 =—--=— 1а(/)dt и аЭх =——=-— \a\t)dt at,

Л' At,i А'2 (<к-'о)2,„о

соответственно, для случаев At-const и А х-const; t0, /к - моменты времени, соответствующие началу и концу интервала измерения; Д t - интервал времени прохождения объектом заданной базы Ах ; К0, VK - значения скорости, соответственно, в начале и конце интервала измерения.

Отсюда следует первый вывод: задача повышения точности измерения скорости объекта за счет снижения методической ошибки может быть решена автоматическим разбиением траектории движения на достаточно малые отрезки (базы), в пределах каждого из которых закон движения может считаться равноускоренным. Второй вывод: в качестве оценки методической погрешности измерения скорости объекта при любом законе его движения следует использовать её значение при равноускоренном движении с эквивалентным ускорением.

Предложена методология выбора одного из двух способов реализации времяпролетного метода (измерение перемещения при заданном временном интервале между отсчетами At -const или измерение временного интервала при заданной базе Ах-const между ИД), основанная на параметрическом синтезе элементов ИПС по критерию минимума методической погрешности при выборе значений варьируемых параметров (постоянной базы или постоянного временного интервала), заданных ограничениях на них и равноускоренном движении с эквивалентным ускорением.

Получен сведенный в табл. 1 комплекс расчетных формул для определения скоростных и временных параметров равноускоренного движения и методической погрешности измерения скорости при двух вариантах реализации времяпролетного метода.

Таблица 1 - Комплекс расчетных формул

Параметр Вариант реализации времяпролетного метода измерения

Вариант первый: Дд: —const Вариант второй; Д t — const

Абсолютная методическая погрешность на интервале измерения Axi = exp(-Arch-sfi) Atj =Д„ =a At/1

Суммарная абсолютная методическая погрешность 1 i =дп J l

Мгновенная скорость в конце интервала измерения Гы=2Дх1Л/Г=2Кср177 Vtj =2Д aJ

Средняя скорость на интервале измерения =Ax\4i+4i^\) =Д11ехр (Arch л/Г) VcpJ =Д„(2/-1)

Интервал времени прохождения телом /-го (у -го) интервала At, =At, exp(-Arch л/7) Atj=At

Координата тела при скорости Уф ( У с у] ^ xcvi=Ax[2i-\ + 2ji{i-l)) xcpi =Axexp(2ArchVT) xcW=[Axt{2j-\)2\/4

Время с начала движения до достижения скорости Уср ) и момента нулевого значения методической погрешности 7;ср=[д/(л/7+л/Л)]/2 Ticp =[Afexp(Arch^)]/2 Tj=At{j-\/2)

Время с момента начала движения до конца / -го (7 -го) интервала движения Tj =At,Ji Tj =At j

Проведен расчет дисперсии методической погрешности измерения скорости времяпролет-ным методом. Доказано, что при заданным интервале пути дисперсия на каждом интервале является функцией от номера траектории и среднего значения скорости на интервале измерения и так же, как и абсолютная методическая погрешность на интервале измерения, резко падает с ростом номера i-го участка траектории: Dxi = Д2д- /12 =(д2^ /12)ехр(2 Arcth-Ji^j, а при заданном интервале времени абсолютная методическая погрешность на интервале измерения и дисперсия методической погрешности DX1 = A jcJ /12 не зависят от номера временного интервала и от значения средней скорости и постоянны на всем контролируемом участке. Результаты анализа показали, что

при контроле скорости в ЭДУ с управляемым разгоном, когда по мере приближения к предельной (заданной) скорости разгона повышаются требования к точности измерения, предпочтителен вариант с заданным интервалом пути {Ах-const), т.е. с использованием РРК. Получено выражение для максимального предельного значения абсолютной методической погрешности измерения на 1-м интервале Дм1 =Ксрj. Установлено, что скорость v'p на базовом отрезке Ах , на котором ускорение оказывается равным а' = 2А2М1/Ах, нельзя считать достоверной, поскольку она измерена с методической погрешностью, превышающей допустимую. Поэтому для точной оценки скорости можно дополнительно измерять (рассчитывать) значения ускорения, а при вторичной обработке полученной от датчиков информации производить селекцию отсчетов ускорения в заданных координатах траектории, идентифицируя «критические» значения ускорения а", которым соответствуют значения скорости, измеренные с максимальной методической погрешностью. Полученные в координатах, соответствующих «критическому» ускорению а , значения скорости должны рассматриваться как недостоверные. Для уменьшения погрешности интерполяции для ЭДУ с неуправляемым разгоном предложен алгоритм функционирования И ПС, предусматривающий идентификацию и исключение недостоверных значений измеряемой средней скорости.

С использованием информационного подхода установлена зависимость (рис. 7) между погрешностью интерполяции 5И при измерении скорости времяпролетным методом и количеством

датчиков N, входящих в РРК: 5И =8Щ iVly,jV(jV-- lj, где г-число «недостающих» до оптимального количества ИД в РРК; 5Ш /W - шумовая погрешность; Wm,W -

энергия шума (помех) и энергия информационного сигнала. Судя по отрицательному знаку погрешности, имеет место занижение показаний ИПС относительно истинной скорости.

Получено выражение для количества датчиков ЛГ0 в ИПС с РРК (или точек опроса в ИПС с РИК), Ar0 >1+у|Vmax/Vmi„ j-lj/2обеспечивающего пренебрежимо малую погрешность интерполяции, где у = <отах Тэ ; ытах , Тэ - диапазон частот спектра сигнала и его длительность, соответственно; кэ =ТЭ/Т - коэффициент пропорциональности между эффективным значением Тэ длительности сигнала и его реальным значением Т; Vmm и Vmax - минимальное и максимальное значения скорости, соответственно. На основании полученных результатов предложена инженерная методика графо-аналитического расчета минимально допустимого числа ИД в РРК ИПС по заданной погрешности интерполяции.

N„ =10 6Ш=1

2 5 6 7 г

Рисунок 7 — Пример расчета зависимости погрешности интерполяции 5 „от г датчиков, «изъятьгх» из оптимального их числа Л^ц =10

Показана перспективность разработки методов измерения «квазимгновенной» скорости путем разбиения особым образом интервала пути между парой соседних «физических» датчиков на множество существенно малых интервалов без установки датчиков в новых точках опроса, при этом ошибка интерполяции может быть сведена до пренебрежимо малого значения.

Проведен теоретический анализ динамической погрешности ИВИ при использовании времяпролетного метода измерения скорости и выведены соотношения для построения номограммы (рис. 8) в виде семейства зависимостей, связывающих эту погрешность с рабочим диапазоном скоростей и конструктивными параметрами РРК.

Учитывая, что время, течение которого ПП изменил скорость от \\ до Уг, равно

Т = 5/Гср, где 5 - длина контролируемого участка; Уср - средняя скорость движения 1111 на участке длиной 5, выражение для динамической погрешности может быть представлено в следующем виде:

Рисунок 8 — Графики зависимости динамической погрешности ИВИ 5Д от относительного диапазона скоростей (дк/к,) и параметров РРК (Д5 /

= 0,5Дх/Г = 0,5(г,-тг)/Г = (Д5/25)[(Г:-К,)Рср/К,Кг|,

где т,,т2 - значения длительности выходных импульсных сигналов соседних ИД РРК на уровне порога срабатывания регистратора; Д т = т, - т2.

Выявлен ряд закономерностей и выработаны рекомендации по снижению динамической погрешности ИВИ выбором соотношений конструктивных параметров РРК. Установлено, что для минимизации этой погрешности необходимо обеспечить нормализацию формы сигнала на выходе каждого ИД, приближая её к форме гауссова (колоколообразного) сигнала, для чего предложено включать интегратор на выходе ИД или использовать вместо ИД датчики Холла.

Получены выражения для инструментальной и методической составляющих погрешности

измерения скорости „2

с учетом вероятности Рш

ошибки обнаружения сигналов:

СТ»+СТм

коэффициент технического совершенства ИВИ; аи, ая - с.к.о. методической и инструментальной погрешностей; Д„, - абсолютное значение методической погрешности на 1-м интервале траектории; Д/, - 1-й интервал времени; - текущее время между формированием сигналов соседних ИД; Лш- — абсолютная

инструментальная погрешность на I- м интервале; Ад^. - погрешность измерения интервала пути Д ; - вероятность пропуска сигнала; РЛТ - вероятность ложной тревоги; Р(0) и Р( 1) — вероятности непоявления и появления 1111 перед ИД, соответственно.

Полученные выражения позволяют определять характеристики одних функциональных блоков ИПС через заданные характеристики других блоков. Например, задаваясь Рщ или /°л1 регистратора импульсов от ИД РРК и значением с.к.о. стм вычислителя, можно получить допустимое значение с.к.о. 0Н ИВИ, т.е. сформулировать требования к точности последнего.

В четвертой главе «Разработка и анализ методов измерительного преобразования квазимгновенной и мгновенной скорости разгона плазмы в ЭДУ» выполнены исследования по улучшению метрологических характеристик времяпролетных ИПС путем синтеза новых методов измерительного преобразования квазимгновенной и мгновенной скорости.

Использован принцип «многократного отражения» в качестве модели для разработки ряда методов измерительного преобразования квазимгновенной скорости и на его основе предложен метод измерительного преобразования средней скорости с контролем дифференциального сигнала пары ИД, что, благодаря формированию промежуточной точки опроса ИД, позволило уменьшить вдвое методическую погрешность измерения скорости ПП.

Разработан метод измерительного преобразования квазимгновенной скорости с программируемой попарной коммутацией ИД, основанный на сочетании принципа «двух наблюдателей» и контроля отношения сигналов двух датчиков положения. С использованием аппарата комбинаторики получено выражение для числа возможных комбинаций ИД одной группы с ИД другой груп-(»-1)1

пы попарно С. =—-г--—г-, где г - число групп датчиков; п - число датчиков в каждой группе.

г\(п-\-г)\

^ „ (и + г-1)! (л-1)! „ ,

Определено общее количество точек регистрации как = -—.-^— —-г--—г- =2п-\ и по-

г'.{п-1)! г1(п-1-гу.

лучено выражение для числа интервалов измерения на траектории между группами Л^ = 2 п. Показано, что интервал между двумя соседними точками регистрации движения ПП (тела) на участке траектории между группами ИД является величиной постоянной, равной половине базового расстояния между ИД, что обеспечивает уменьшение вдвое методической погрешности измерения средней скорости.

С целью дальнейшего увеличения числа интервалов измерения скорости без увеличения числа ИД предложен «метод координатной функции» (МКФ) для измерительного преобразования квазимгновенной и мгновенной скорости. Согласно этому методу последовательность перехода от координатной функции (КФ) к мгновенной скорости определяется цепью

преобразований вида Р(х(г))=> х(/г(г))=> —(*(/•"(<)))= ). Сформулированы требования к иде-

Л

альной КФ, главным из которых является инвариантность ко всем параметрам, кроме координаты движущегося ПП. Исследован ряд модификаций КФ - логометрическая КФ (Ь-типа)

Р1=и2/и1, разностно-логометрическая (Ц>типа).Р2 = —, дифференциалыю-

11г £У,

логометрическая фЬ-типа) =—-=———=1 , дифференциально-суммарно-

логометрическая (ИЗЬ-типа) =—- =——— . С использованием численной модели для ис-

иг 1/,+У2

следования выходных сигналов ИД выполнено моделирование на ЭВМ различных КФ. Анализ показал, что свойствами, близкими к идеальной КФ, обладает КФ БЗЬ-типа, для которой выполняются условия инвариантности, ограниченного динамического диапазона, существования первой и второй производной, а также условия монотонности и чувствительности КФ к изменению положения ПП на большей части интервала между соседними ИД за исключением примыкающих к ним областей, где с1Р,1с!х имеет очень малые значения.

Исследовано влияние неравномерности распределения тока по сечению ПП на значение КФ ОБЬ-типа которое заключается в увеличении плотности тока у одной стенки ПП и её уменьшении - у другой. Это явление по своим последствиям аналогично приближению проводящей полосы с током к ИД или её удалению от него, т.е. изменению расстояния г между осями ИД и полосы с током. Проведенный расчет функции Р4(х) для различных значений г и Ах (рис. 9) имитирует расчет влияния неравномерности распределения тока по сечению ПП на значение КФ ^ (х).

Рисунок 9 — Влияние неравномерности распределения тока по сечению ПП на КФ при расстоянии Дх между ИД а) 0,1 м; б) 0,2 м; в) 0,5 м; г) 1,0 м.(1-токовый слой на расстоянии г = 2 см от оси ИД; 2-то же, 2 = 4 см: 3 — то же, 2 = 6 см; 4-то же, 2 = 8 см)

Анализ результатов расчета показал, что при Ах = 1,0 м кривые 1-4 на рис. 9, г практически совпадают. Это означает, что при достаточно большом расстоянии между датчиками КФ /\,(х) не зависит от расстояния 2 между осями тока и датчиков, а значит, от неравномерности плотности распределения тока по сечению ПП, однако «мертвая зона» в этом случае оказывается более 50 %. Для перекрытия «мертвой зоны» предложено устанавливать несколько пар ИД и проводить их попарную коммутацию методом, изложенным выше.

При моделировании установлено, что влияние колебания длины ПП в процессе движения на КФ - ничтожно мало. Обнаружено сильное влияние на эту погрешность расстояния между датчиками. Так, при уменьшении Ах с 1,0 м до 0,1 м погрешность возрастает до 90 %. Отсюда следует необходимость выбора расстояния между датчиками порядка 1,0 м, что совпадает с выводом по условию инвариантности КФ (х) к распределению плотности тока по сечению ПП.

Недостатком КФ ОБЬ-типа является нарушение чувствительности в области «мертвых зон», что приводит к увеличению ошибки измерения. Предложены и проанализированы методы измерительного преобразования квазимгновенной скорости на основе нулевого метода контроля КФ с ликвидацией «мертвых зон» переключением или суммированием КФ. Диаграммы, поясняющие предложенную идею объединения метода контроля КФ ОБЬ-типа , нулевого метода и

Рисунок 10 — Диаграммы, поясняющие идею принципа «многократного отражения» при- ' , .

г , Г ' объединения метода контроля функции

ведены на рис. 10, а структурная схема ИПС, „ ,

г . . отношения гнулевого метода и принципа

реализующего эту идею, — на рис. 11.

«многократного отражения»

2 V»

Д2

3 1/„ 4

13

Объект

4- 4*

3 | 6 7 £ | ' >| ИЛИ |-»1 но |

10

I УИОН |

7У

Строб 1 Строб2

8

Код Д,

11

х1,х2,...,х1,...

ИВИ

лг

Выч.

д,,д,.....д.....

12

Исходные данные

К =-

'О « IV

Рисунок II - Структурная схема ИПС, основанного на объединении МКФ, нулевого метода и принципа «многократного отражения». Д1, Д2 - датчики положения; НО - нуль-орган; УИОН-управляемый источник опорного напряжения; ЗУ - запоминающее устройство; Выч. - вычислитель

Суть нового метода измерительного преобразования квазимгновенной скорости заключается в организации периодического смещения КФ на заранее рассчитанные и запомненные значения

д , —^У2)'—}' таким образом, что смещенная параллельно самой себе кривая КФ каж-

- иъ. (£/,),+(и2\

дый раз пересекает ось Ох, последовательно формируя множество точек регистрации координат х] ,хг,...,х„. Далее с использованием времяпролетного метода определяются значения квазимгновенной скорости на каждом из множества малых интервалов между соседними точками регистрации квазимгновенной скорости к измерению истинно мгновенной скорости предложено сочетание эвристического синтеза КФ с последующим формированием функции х(р), обратной синтезированной КФ Р(х) и ее непрерывным дифференцированием по времени / в процессе движения ПП (второй вариант использования МКФ).

Разработан метод измерительного преобразования мгновенной скорости с использованием КФ ОБЬ-типа и аппроксимацией сигнала ИД экспоненциальной функцией. Получено выражение для мгновенного значения скорости в любой момент времени V. v = Se (1-/г(х)2)"1 с!р(х)/Ж, где - экспериментально определяемый масштабирующий коэффициент, равный интервалу траектории, на границах которого сигнал ИД изменяется в е=2,73 раз. Точность нахождения скорости по этой формуле определяется методической погрешностью аппроксимации КФ ОБЬ-типа функцией гиперболического тангенса. Таким образом, проблемой при реализации описанного метода является выбор аппроксимирующей функции, которая обеспечивала бы минимальную ошибку аппроксимации на контролируемом интервале пути между двумя соседними датчиками РИК. Для решения этой проблемы в главе 5 исследуется возможности применения ИНС в качестве аппрок-симатора.

Учитывая многообразие разработанных методов измерительного преобразования средней и квазимгновенной скорости проведена их систематизация по 8-ми уровням качества.

Отмечено, что для обоснованного выбора метода измерительного преобразования скорости необходимо в следующей главе решить задачу многокритериального рангового анализа вариантов с учетом ранжирования заданных критериев.

Для дальнейшего повышения точности измерительного преобразования скорости предложен метод с использованием КФ ОБЬ-типа и аппроксимацией сигнала ИД обратно-экспоненциальной

функцией. Получено выражение для вычисления мгновенной скорости этим методом: v =(Se ■dF/dt^l/Jl + it/Sj Arth2F - lj/2(l -F2)Arth2F . Показано, что по сравнению с предыдущим этот метод обеспечивает почти двукратное приращение точности аппроксимации. Недостатком является сложность вычислительного алгоритма.

С целью упрощения зависимости мгновенной скорости от КФ предложен метод измерительного преобразования с использованием КФ LL-типа и аппроксимацией сигнала ИД экспоненциальной функцией, получено выражение для вычисления мгновенной скорости: v = (St/2)(dF/dl). Так как КФ LL-типа представляет собой прямую линию (не считая придатчи-ковые области), это уменьшает погрешность измерения от нелинейности КФ. Что касается присущего МКФ с использованием КФ LL-типа низкой точности аппроксимации выходного сигнала ИД, то этот недостаток может быть устранен применением ИНС в качестве аппроксиматора.

Для устранения другого недостатка последнего метода, связанного с использованием априорно задаваемого неточного коэффициента S„ предложен и обоснован метод измерительного преобразования, при котором в качестве масштабирующего коэффициента используется априори точно известное значение I расстояния между ИД, а значение мгновенной скорости определяется по формуле: v = (//2F0 )• (dF/dt).

Общим недостатком рассмотренных методов на основе МКФ является наличие в алгоритме вычисления скорости операции дифференцирования КФ, «подчеркивающей» электромагнитные помехи на входе ИПС. Для его устранения предложен метод измерительного преобразования с повышенной помехозащищенностью, основанный на использовании в измерительном алгоритме операции геометрического усреднения сигналов датчиков положения.

Доказано, что мгновенная скорость v ПП может определяться по формуле v = С^/е,£2 //, где C = S] 4л/\i0N S -const; е,,е2-выходные напряжения соседних ИД ;/-ток в цепи ПП; N и S - соответственно, число витков и площадь сечения катушки ИД. Введение дополнительной операции измерения тока в движущемся ПП позволяет исключить операцию дифференцирования по времени и обеспечивает более высокую помехозащищенность ИПС (вывод о включении в структуру подсистемы управления ИИУС измерительного преобразователя тока совпадает с выводом, полученным в главе 1 при анализе алгоритма работы ПО для формирования команды на начало измерения очередного значения скорости).

Выражение для скорости v было выведено при допущении о том, что в ПП протекает постоянный ток. Однако, учитывая, что фактически этот ток является переменным при питании от емкостного источника или носит импульсный характер при питании от индуктивного накопителя, показано, что при этом нарушается пропорциональность сигнала ИД и скорости ПП:

-~S N-^-I (t) F(x(t ),у,1,т,р) = 4л dt 4л dt

- —S(t)v(t)F(x(t),y,l,m,p)+ ij-F{x(t),y,l,m,p% (3)

4я dx dt

где B„ ид ~ нормальная составляющая магнитной индукции в точке расположения ИД; ц0 - магнитная постоянная; х (г)- координата положения центра масс ПП, причем за начало координат принимается точка пересечения траектории движения и ортогональной ей линии, проходящей через ИД; у - минимальное расстояние от траектории движения до точки расположения ИД; /, т, р - геометрические параметры ПП (длина, ширина и высота, соответственно) относительно его центра масс; F (х (г), у, I, т,р) — функция взаимного положения ИД и ПП.

На рис. 12 показан вид зависимостей первой и второй составляющей суммарного сигнала е ИД согласно (3) от координаты положения ПП. Для компенсации указанной погрешности предложен комбинированный метод измерения мгновенной скорости, основанный на одновременном использовании в ИПС двух типов датчиков положения — ИД и датчиков Холла, расположенных на равных расстояниях у от линии, перпендикулярной траектории движения ПП.

Вторая составляющая сигнала ИД

Суммарный сигнал ИД

Получено выражение для переменного коэффициента К{1) вида:

SN di/dt

U А<)

и доказано, что перемножением его

Первая составляющая сигнала ИД

Рисунок 12 - Зависимости первой, второй составляющей и суммарного сигнала ИД от координаты ПП

RbJz /(/)

текущего значения и значения сигнала датчика Холла можно получать сигнал, равный второй (вызываемой изменением тока) составляющей сигнала ИД согласно (3). Тогда в процессе измерения скорости сигнал е* (i) = e(i)- K(t)UH (t) используется как входной сигнал для описанного ИПС с измерением тока, в результате чего компенсируется погрешность из-за импульсного характера тока в ПП.

Описанные последние два метода измерительного преобразования скорости требуют предварительного моделирования процессов в конкретном ЭДУ для определения значений ряда параметров в качестве исходных данных. С целью уменьшения объема априорной информации за счет увеличения объема апостериорной информации, получаемой в процессе измерения, предложено объединить в одном ИПС метод МКФ для измерительного преобразования мгновенной скорости и времяпролетный метод измерения средней скорости ПП с последующим перерасчетом получаемых средних значений скорости в мгновенные значения в отдельные моменты времени в процессе движения ПП. Считая эти значения образцовыми, можно периодически корректировать в режиме on-line параметры ИПС, основанного на методе МКФ.

Для реализации базирующегося на этой идее метода с обратной информационной связью по каналу измерения средней скорости получено выражение для значения мгновенной скорости в любой момент времени ¡¡. v(f.) = 2K(<f)~ v(fw) где V(ti) - среднее значение скорости в интервале времени между моментами 7, и . Объединение в ИПС двух контуров (РРК и РИК) на базе одних и тех же датчиков положения позволяет выполнять измерительное преобразование мгновенной скорости ПП методом МКФ на базе РИК, а его средней скорости - с помощью времяпролетного метода на базе РРК с последующим уточнением согласно последней формуле мгновенных значений скорости в дискретные моменты времени. Таким образом, вдоль траектории организуется множество точек коррекции мгновенной скорости, совпадающих с координатами датчиков в РРК.

Пятая глава «Структурный и параметрический синтез измерительных преобразователей скорости» посвящена разработке и исследованию методов структурного и параметрического синтеза ИПС для ИИУС ЭДУ. Разработана методология структурного синтеза ИПС, которым в условиях помех обеспечивается одновременное достижение минимума ошибки обнаружения сигнала (ложной фиксации ПП или его пропуска датчиками) и минимума потери информации о параметрах сигнала датчиков (критерий «двойного минимума»). Для этого предложено в состав включенного на выходе датчиков фильтра, оптимального по критерию минимума ошибки обнаружения сигнала, ввести корректирующее звено, обеспечивающее минимум потери информации о параметрах сигнала с выходов датчиков. Решена задача структурного синтеза такого оптимального фильтра как составной части ИПС по предложенному критерию «двойного минимума» и получено выражение для коэффициента преобразования Кт корректирующего звена оптимального фильтра при условии, что закон распределения выходных сигналов датчиков (входных сигналов фильтра) х является нормальным, что имеет место для ИД: Кп= ехр[лг (2сг + l)/2cj4] = d , где а2 - дисперсия входного сигнала х фильтра. Для датчиков иного типа с неизвестным законом распределения выходных сигналов рекомендовано между

датчиками РРК (РИК) и оптимальным фильтром устанавливать функциональный преобразователь с синтезированной передаточной функцией, обеспечивающий формирование выходного сигнала, распределенного по нормальному закону независимо от закона распределения его входного сигнала. Синтез оптимального фильтра по критерию «двойного минимума» обеспечивает минимум вероятности ошибки обнаружения движущегося ПП с помощью ИПС в предположении, что сами датчики РРК этого не обеспечивают. Исследован и другой подход: параметрический синтез самого РРК по критерию минимума вероятности ошибки обнаружения сигнала датчиков в условиях помех. Разработана методика параметрического синтеза РРК с использованием теории оптимальных методов приема при флуктуационных помехах, согласно которой, задаваясь длиной контролируемого участка Б, допустимой ошибкой обнаружения сигнала />ошо6н и порогом срабатывания ио регистратора сигналов, можно определить оптимальные параметры РРК ИПС (число датчиков положения в РРК, значения интервалов между соседними датчиками). Особенностью этой методики является необходимость выполнения требования, согласно которому вероятность рош о6я не должна превышать заданного значения, что достигается либо уменьшением задаваемых вероятностей ошибки типа «сложный запуск» регистратора рлз или ошибки типа «отказ запуска» регистратора рог (это приводит к снижению надежности функционирования ИПС), либо уменьшением числа каналов регистрации, что, в свою очередь, приводит к снижению точности измерения скорости. Для исключения этого проведен структурный синтез РРК по критерию минимальной ошибки обнаружения сигналов датчиков в условиях помех, выведены соотношения, доказывающие эффективность схем объединения датчиков (СОД) в каждом канале регистрации РРК для уменьшения вероятности ошибки обнаружения сигналов и построены соответствующие зависимости. Разработана методика структурного синтеза РРК, оптимального по критерию минимальной вероятности ошибки обнаружения рош 0бн, и выбора одной из двух структур СОД на элементе И или на мажоритарном элементе в зависимости от исходных данных.

Для проведения вычислительного эксперимента по сравнительному анализу алгоритмов измерительного преобразования скорости ПП разработана комплексная математическая модель системы «ЭДУ-ИПС», включающая модель движения ПП, модель электромагнитного поля тока в ПП, модель ИД, модель алгоритма вычисления скорости (рис. 13). В качестве начальных условий для модели ис- пользуются: геометрические и электрические параметры канала рельсотрона, напряжение на зажимах конденсаторной батареи ИИЭ на входе ЭДУ; скорость предускорения ПП; геометрические и электрические параметры датчиков. Основой математической модели движения ПП является модификация системы нелинейных дифференциальных уравнений Арцимо-вича. Для расчета магнитного поля ПП использована исследованная в главе 2 модель «параллелепипед с током». Для расчета напряжения {/ на выходе интегратора, подключенного к ИД,

т с!В

использовалось выражение:?/ = |и>5у—-Ж, где Т- время измерения; и»-число витков обмот-

о с!х

ки ИД; 5 - площадь сечения ИД; V- скорость движения ПП; Вх - нормальная к сечению ИД составляющая магнитного поля; х - координата геометрического центра ПП. Комплексная математическая модель системы "ЭДУ - ИПС" реализована в виде программного комплекса ММУЪ.

На комплексной модели, объединенной с программой- нейроимитатором ЫеигоРго, проведен сравнительный анализ по точности вариантов (рис. 14) структуры ИПС на базе МКФ и ИНС, результаты которого приведены на рис. 15. Эксперимент на модели показал, что лучшим по точности и помехозащищенности является структура нейросетевого ИПС с подачей на вход ИНС значений КФ ЬЬ-типа и ее производной по времени и получением на выходе значений скорости (вариант 3). Доказано, что применение ИНС в качестве аппроксиматора позволяет повысить точность ИПС в несколько раз по сравнению с аппроксимацией КФ эмпирическими выражениями, причем, при увеличении числа слоев ИНС до 2,5 с 10 нейронами в каждом слое методическая погрешность ИПС может быть снижена до ±1,2 %.

Начальные условия 1 - 1 Модель движения

ад х(о ш

Оценка погрешности

Модель магнитного поля

во)

Модель датчиков

и,0)

и,О)

6(0

vjt>

Вычислитель CKOtWCTH

F(l)

Вычислитель КФ

Модель подсистемы контроля скорости

1 UMW

1— U2(t)

1 dUVdt Н«йронмя сеть

—| Дифф*р*н|*«тс(> dU2/dt

—1 Оиффврвщмтор 2t—J

Е

1 U1(i)

I HaftpQMKM ель

I U2(D

Рисунок 13 - Структура комплексной математической модели системы «ЭДУ ИПС» 8(i)=|F('//) — Унш (i)| - абсолютная методическая

погрешность ИПС; h(l) - ширина ПП; x(t) - расстояние, пройденное 77/7; V(t) - скорость ПП; B(t) - индукция магнитного поля тока ПП; U, (г), U2 (г) - выходные сигналы ИД; Утм (<) - измеренная скорость ПП; F(t) - КФ

Гр«!>

■Функциональны* преобрвэомтоль F(U1,U2)

Нвйроннм еагь

Ц Диффвр*мцнвтор -I cFAJf

Рисунок 14— Варианты (а, б, в) структур нейросетевой ИПС, реализующего метод МКФ.

р{и,,иг)-КФ; и^и2(г) -сигналыдвух соседних датчиков; У^)- скорость ПП (тела)

Предложен алгоритм параметрического синтеза ИПС с переменным шагом опроса по критерию минимума суммарной (методической и инструментальной) погрешности измерения скорости, основанный на сочетании off-line -планирования для расчета первого интервала пути и online- планирования для расчета каждого последующего интервала пути между очередными точками опроса в РИК непосредственно в процессе измерительного пре образования скорости. В результате обеспечивается адаптация шага точек опроса в РИК к результатам измерения в режиме on- line.

Получена формула для оптимального переменного шага Ахопроса (начиная со 2-го) с его адаптацией к результатам измерения интервала Д/,ч прохождения ПП предыдущего участка пу-

ти: Ах,

-Atf{-o2x > а также формула для оптимального шага Ах,на 1-м интервале

пути: Ах, = ^а] + 12а*, а? , где <зи| , аи<| ]) - с.к.о. методической погрешности измерения

на 1-м и а +1 )-м интервалах пути, соответственно; г = 2, 3, 4,......и; с, и сгх - с.к.о. случайных

погрешностей измерения интервалов времени и пути, соответственно.

Выбирая Ах/ между точками опроса в РИК по этой формуле, можно обеспечить измерительное преобразование скорости на 1-м интервале (начиная со второго) с минимальной суммарной погрешностью уо1.

Показана эффективность применения систем нечетких правил для выбора оптимального метода измерительного преобразования скорости в ЭДУ с использованием многокритериального рангового анализа, который не требует количественной оценки частных критериев и решения сложной оптимизационной задачи многокритериального синтеза. В качестве примера проведен сравнительный анализ с применением равновесных и неравновесных критериев четырех вариантов ИПС, основанных на разработанных разновидностях доплеровского и времяпролет-ного методов. Установлено, что при использовании равновесных критериев отсутствует преимущество какого-либо метода, а при неравновесных критериях наилучшим из сравниваемых мето-

V, м/с

а)

й й>

дов, обеспечивающим наибольшую помехозащищенность, является времяпролетный метод с максисе-лекторной блокировкой каналов измерения. Использованная методика многокритериального рангового анализа с применением попарного анализа методов измерительного преобразования скорости и составлении парных сравнений в виде лингвистических высказываний с ранжированием по методу Саати, позволяет из предложенных методов выбирать оптимальный метод измерительного преобразования скорости с учетом конкретных условий.

Проведена систематизация вариантов индивидуального и комбинированного использования различных интеллектных компонент и намечены перспективы применения методов Ий в задачах измерительного преобразования параметров движения. Предложены варианты применения одновременно нескольких интеллектных компонент при структурном синтезе ИПС, в том числе сочетание off-line и on-line планирования с использованием алгоритмов систем нечетких правил (СНП) на первом этапе и алгоритмов систем продукционных правил (СПП) на втором этапе (сочетание СНП+СПП) или алгоритмов СНП на первом этапе и алгоритмов ИНС на втором этапе (сочетание СНП+ИНС), что обеспечивается применением динамической реконфигурации структуры ИПС в процессе эксперимента на ЭДУ. Указано на перспективность комбинации систем, основанных на прецедентах, с идеей динамической реконфигурации ИПС, а также настраиваемых на нужную структуру гибридных сетей на базе СНП и ИНС для обеспечения точности измерительного преобразования даже при больших изменениях внешних факторов, например, при переходе ЭДУ в нерасчетный режим функционирования. Варианты ИПС с элементами ИИ показаны в табл. 2, из которой видно, что в разработанных ИПС используются одна или две интеллектные компоненты (ИНС и АГ, СНП и СПП, ИНС и СНП). Возможно объединение ИПС (ИПС с оптимизацией 1-го интервала между датчиками и ИПС с адаптацией шага опроса) одним методом ИИ (Anytime -алгоритм).

В приложениях приведены тексты разработанных программ ЭВМ, зарегистрированных в Отраслевых фондах алгоритмов и программ, схемы и описания запатентованных технических решений, фотографии разработанных и изготовленных ИПС и ИИУС ЭДУ; акты и справки о внедрении и использовании результатов диссертационной работы.

7000 -БОСО -6000 4000 -3000 -2000 1000

100 t, МКС

Рисунок 15 — Графики истинной и измеренной скорости с различными вариантами структуры нейросетевого Ип С - 1 (а), 2(6), 3(в). 1 = 0,2 мМ = 0,05м; <1=0,1 м; Г0 = 2000 м/с; х„, =0м; х„2 -0,5 м; у„= у„1 =0; 2„/ = 7„_> = 0,2 м. I- эксперимент: 2 - истинная скооость

Основные результаты диссертационного исследования:

Таблица 2 - Использование методов ИИ в ИПС

1. Обосновано требование к точности ИПС как элементу ИИУС ЭДУ с управляемым разгоном (допустимая погрешность ИПС ±2,8 %) при заданной погрешности управления ± 3,0 % для реализации простого алгоритма управления ЭДУ с однократным расчетом момента подачи команды на прекращение подвода энергии к ЭДУ путем шунтирования его рельсового канала. Предложенный и обоснованный режим «прерывистого» измерения мгновенной скорости только на участках квазиравномерного движения при питании ЭДУ от емкостного источника энергии в отличие от традиционного измерения скорости на всей траектории движения ПП позволяет снизить динамическую погрешность измерения скорости до пренебрежимо малых значений (±0,25 %) при требовании к быстродействию ИПС - не более 3,0 мкс.

2. Исследование методом вычислительного эксперимента с использованием объемной численной модели ПП с током влияния на ЭДС ИД конструктивных параметров системы "движущийся ПП-датчики положения" впервые позволило строго обосновать выбор границ диапазона базового расстояния между соседними ИД в РРК для ИИУС ЭДУ при использовании времяпро-летного метода измерения скорости.

3. Проведенное исследование составляющих инструментальной погрешности измерения скорости ПП в ЭДУ с использованием компьютерного моделирования позволило получить ее предельные оценки при измерении средней (± 5,2%) и мгновенной (±1,7%) скорости. Полученные выражения для методической погрешности измерения скорости плазмы в ЭДУ времяпролетным методом позволили теоретически обосновать выбор равноускоренного движения в качестве расчетного режима, обеспечивающего минимальную методическую погрешность измерения скорости, и доказать, что при контроле скорости времяпролетным методом в ЭДУ с управляемым разгоном предпочтительным с точки зрения минимизации методической погрешности является вариант с заданным интервалом пути, а в ЭДУ с неуправляемым разгоном - вариант с заданным интервалом времени.

4. Разработанная и реализованная в виде набора программ комплексная математическая модель системы «ЭДУ-ИПС», основанная на совместном взаимосвязанном использовании модели движения ПП, модели электромагнитного поля от тока в ПП, модели ИД, модели алгоритма вычисления скорости, впервые позволила проводить сравнительный анализ по точности вариантов структуры ИПС методом вычислительного эксперимента на стадии проектирования ИПС ИИУС без многочисленных дорогостоящих натурных эксперимен-

Измерительные преобразователи скорости Методы искусственного интеллекта (интеллектные компоненты)

И Н С Эвол юцио нные (генет Системы, основанные на знаниях

Системы, основанные на правилах АДТ AT Anytime-алгоритмы

ие) алгор итмы ЭА (ГА) СТО СПП

ИПС на базе МКФ [30,41,62] Режим * ■

on-line online

ИПС с оптимизацией 1-го интервала между датчиками (точками опроса) [19] Режим offline т2г off-line

ИПС с адаптацией шага датчиков (точек опроса) [23,63] Режим т£г offline on-line off-tine on-line о rt-line

Многокритериальный анализ вариантов ИПС Г29] Режим т?г offline

ИПС с перестраиваемой структурой я сменой приоритетов (п. 5.5.4) Режим гибри дные сети \ -йг т=г

on-line

on-line offline

тов на ЭДУ, в частности, при объединении комплексной модели с программой - нейроимитато-ром позволила провести выбор варианта структуры нейросетевого ИПС с подачей на вход нейро-сети значений логарифмо-логометрической КФ и ее производной по времени с получением на выходе значений скорости и доказать, что применение ИНС в качестве аппроксиматора повышает точность ИПС в несколько раз по сравнению с традиционной аппроксимацией КФ эмпирическими выражениями, причем, при увеличении числа слоев ИНС до 2,5 с 10 нейронами в каждом слое максимальная методическая погрешность ИПС может быть снижена до ±1,2 %.

5. Полученный комплекс расчетных формул позволяет оценивать скоростные, временные параметры и положение (координату) движущегося ПП, а также методические погрешности измерения скорости при использовании двух вариантов времяпролетного метода: Д л:-const и At — const в режиме равноускоренного движения, выбранного в качестве рабочего режима, обеспечивающего минимальную методическую погрешность измерения скорости ПП.

6. Разработанный метод измерительного преобразования скорости, основанный на формировании промежуточных точек опроса путем программируемой попарной коммутации датчиков, в отличие от традиционного времяпролетного метода обеспечивает возможность перехода от измерения средней скорости на интервале между двумя датчиками к измерению квазимгновенной скорости ПП при том же числе датчиков положения в РРК ИПС, что позволяет повысить точность измерения скорости и как следствие точность управления разгоном и стабилизации скорости ПП (тела).

7. Предложенные разновидности «метода координатной функции» для измерительного преобразования скорости, основанного на сочетании принципа «двух наблюдателей» и логометриче-ского метода измерения, а также нулевого метода измерения с использованием КФ дифференциально-суммарно-логометрического типа и аппроксимацией сигнала датчика положения экспоненциальной функцией, в отличие от известных методов измерительного преобразования обеспечивают измерение квазимгновенной и истинно мгновенной скорости ПП в ЭДУ и, соответственно, повышенную точность измерения скорости ПП (тела) и управления ЭДУ.

8. Разработанный метод измерительного преобразования скорости ПП с использованием в качестве информативного параметра геометрического среднего сигналов датчиков положения, основанный на выявленной инвариантности этого параметра ко всем мешающим факторам и зависимости его только от скорости движения ПП и тока в ПП, в отличие от других методов измерительного преобразования мгновенной скорости позволяет повысить помехозащищенность ИПС за счет замены операции дифференцирования на операцию непрерывного измерения тока в ПП.

9. Разработанные методики параметрического и структурного синтеза ИПС, в том числе основанные на предложенном критерии «двойного минимума» при структурном синтезе и различных методах ИИ при параметрическом и структурном синтезе, в отличие от известных подходов позволили обоснованно определять оптимальные конструктивные параметры РРК (РИК) и структуру ИПС с обеспечением повышенной точности (за счет минимизации составляющих погрешности измерительного преобразования и компенсации различных составляющих погрешности), помехозащищенности (за счет минимизации потерь информации о параметрах сигналов датчиков положения и ошибки обнаружения сигнала оптимального фильтра на выходе датчиков ИПС), а также проводить с использованием аппарата нечетких множеств многокритериальный ранговый анализ и выбор оптимальных методов измерительного преобразования без привлечения сложного аппарата теории векторного синтеза технических систем.

10. На основе предложенных новых методов и средств измерительного преобразования параметров движения ПП и тел в ЭДУ, обладающими элементами мировой новизны (23 авторских свидетельства СССР и патента РФ на изобретения) и методологии проектирования ИПС, отраженной в 67 публикациях и 2-х зарегистрированных программах ЭВМ, разработан ряд ИПС для ИИУС ЭДУ с относительной приведенной погрешностью измерения квазимгновенной скорости ± 2,5 % , а мгновенной скорости + 2,0 % (на базе 2,5-слойной ИНС). Их использование при реализации простого алгоритма управления ЭДУ (с определением мгновенной скорости, без расчета ускорения и однократным расчетом момента подачи команды на шунтирование РК в режиме on-

line и без коррекции его расчетного значения) обеспечивает погрешность управления разгоном ПП±3,0 %, а при реализации сложного алгоритма управления ЭДУ (с памятью, определением мгновенной скорости и ускорения ПП и несколькими коррекциями в режиме on-line расчетного значения момента подачи команды на шунтирование PK) ± (1,0-3,0) %.

По материалам исследований разработаны и внедрены на предприятиях страны 7 типов и модификаций ИПС, устройств и подсистем управления для ИИУС ЭДУ, часть которых внесена в Отраслевой каталог. Подтверждена универсальность и возможность распространения на смежные отрасли электротехники предложенного базового метода измерительного преобразования скорости МКФ при проведении измерений в широком диапазоне скоростей (от единиц м/с до единиц км/с) в результате разработки, изготовления и ряда внедрений (18 комплектов) на отечественных предприятиях РАО ЕЭС и за рубежом (Литва) измерительного преобразователя и регистратора мгновенной скорости контактов высоковольтных коммутационных аппаратов типа «МАРС-1».

Результаты вычислительных и физических экспериментов по оценке работоспособности готовых схемотехнических решений на основе выполненных исследований подтверждены производственными испытаниями в условиях заказчиков, удостоверенными актами внедрения в опытно-промышленную эксплуатацию ряда разработанных и изготовленных ИПС и ИИУС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ

Диссертационная работа является итогом исследований автора за период 1985-2008 г.г. по развитию и обобщению теории измерительных преобразователей скорости движения плазмы для ИИУС магнитоплазменных ЭДУ. В результате проведения комплекса исследований разработан ряд новых оригинальных методов и средств измерительного преобразования средней, квазимгновенной и мгновенной скорости для ИИУС магнитоплазменных ЭДУ, что позволило упростить существующие ИИУС ЭДУ при заданной точности стабилизации скорости и повысить качество управления разгоном ПП и тел в ЭДУ.

Совокупность вынесенных на защиту положений и полученных в диссертационной работе результатов позволяет классифицировать их как научно обоснованные технические решения, вносящие значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области информационно-измерительных и управляющих систем для высокоскоростного разгона плазмы и тел с использованием магнитоплазменных ЭДУ, состоящие: в разработке новых методов измерительного преобразования квазимгновенной и мгновенной скорости разгона ПП для ИИУС магнитоплазменных ЭДУ, обеспечивающих повышение точности контроля и регистрации скорости и как следствие высокой точности управления разгоном и стабилизации скорости ПП при использовании простых алгоритмов управления.

Содержание диссертации опубликовано в следующих работах: МОНОГРАФИЯ

1. Кириевский Е. В. Измерение параметров движения тел в плазменных электродинамических ускорителях (Параметрический и структурный синтез измерительных преобразователей).-Ростов н/Д: Изд-во СКНЦВШ, 2005.-392 с.

СТАТЬИ В ЖУРНАЛАХ, РЕКОМЕНДОВАННЫХ ВАК РФ

2. Кириевский Е.В., Калинин И.И. Преобразователи тока, работающие на эффекте Холла, для релейной защиты автономных энергосистем//Электричество. - 1982. - №3. - С. 10-14.

3. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Информационный анализ фильтра, оптимального по критерию минимума ошибки обнаружения//Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш.шк. Техн. науки,-1988,-№4.-С. 64-69.

4. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Использование функциональных преобразователей для получения максимума полезной информации из сигнала//Изв. вузов. Радиоэлектроника.- 1989-№11,- С. 49-51.

5. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Выбор параметров распределенного регистрирующего контура измерителей скорости времяпролетного типа // Изв. Сев.-Кавк.науч. центра высш. шк. Техн. науки.-1990 -№ 2-С. 8-13.

6. Кириевский Е.В., Михайлов В.В., Ханжиев A.C. Перспективы построения гибких релейных защит с перестраиваемой архитектурой для автономных энергосистем // Электричество. -1990. -№ 3. - С. 18-25.

7. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Исследование методической погрешности измерителей скорости времяпролетного типа//Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. нау-ки-1993.-№3-4,- С. 84-92.

8. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Выбор расчетного режима для оценки методической погрешности измерителей скорости времяпролетного типа // Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки. - 1993. -№3^1. - С. 92-98.

9. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Метрологическая оценка допустимой ошибки обнаружения объекта скоростемером с распределенным регистрирующим контуром // Изв. вузов. Электромеханика.- 1994. - № 4-5. - С. 71-75.

10. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Оценка методической погрешности измерителя линейной скорости с распределенным регистрирующим контуром//Изв. вузов. Электромеханика-

1995,-№1-2.-С. 46-49.

11. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Анализ предельной методической погрешности измерителей скорости с распределенным регистрирующим контуром//Изв. вузов. Электромеханика,—

1996.-№1-2.-С. 54-57.

12. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Анализ зависимости динамической погрешности скоростемеров времяпролетного типа от диапазона измеряемых скоростей // Изв. вузов. Электромеханика- 1997 . - №3. - С. 46-52.

13. Кириевский Е.В., Михайлов А.А Структурный синтез системы измерения линейной скорости времяпролетного типа//Изв. вузов. Электромеханика—1999.-№3.-С. 77-80.

14. Долгих В.В., Кириевский Е.В. Контроль скоростных характеристик высоковольтных выключателей емкостным методом//Электротехника.-1999.-№12.-С. 45-49.

15. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Анализ достоверности методов измерения линейной скорости по критерию минимальной ошибки в условиях помех//Изв. вузов. Электромеханика. — 2000. -№ 1.-С. 85-88.

16. Кириевский Е.В., Январев С.Г. Моделирование сигнала индукционного датчика положения движущегося проводника с током//Изв. вузов.Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2000.-№3.-С.7-10.

17. Кириевский Е.В. Измерение параметров движения с использованием метода эталонной координатной функции//Изв. вузов. Электромеханика.-2000.-№ 4.-С. 74-80.

18. Кириевский Е.В. Сравнительный анализ методов измерения скорости с использованием распределенных регистрирующего и измерительного контуров // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2001. - №1. - С.3-5.

19. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Параметрический синтез распределенного регистрирующего контура системы измерения скорости времяпролетного типаЯИзв. вузов. Электромеханика. -2001. - №2,- С. А2-А1.

20. Кириевский Е.В., Долгих В.В. Прибор для эксплуатационного контроля высоковольтных выключателей по параметрам движения контактов емкостным методом// Электрические станции- 2001.-№ 11.-С. 56-61.

21. Кириевский Е.В., Долгих В.В. Коррекция систематических погрешностей логометриче-ских измерительных преобразователей // Измерительная техника.-2002.-№ 5.- С. 20-23.

22. Кириевский Е.В. Исследование дифференциально-логометрических координатных функций для системы измерения скорости в электродинамическом ускорителе масс // Изв. вузов. Электромеханика. - 2002. - №5. - С. 57- 61.

23. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Синтез распределенного регистрирующего контура времяпролетного измерителя скорости с адаптацией шага установки датчиков//Измерительная техника. -2002. -№10. - С. 53-56.

24. Кириевский Е.В. Структурные методы повышения помехозащищенности систем измерения скорости в электродинамических ускорителях масс//Изв. вузов. Электромеханика.-2003,-№ 3.-С.25-31.

25. Кириевский Е.В. Применение нулевого метода контроля координатной функции для повышения точности систем измерения линейной скорости // Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки. - 2003. - №2. - С. 41- 46.

26. Кириевский Е.В. Моделирование сигнала индукционного датчика положения движущейся плазмы//Метрология: ежемес. прил. к журн. «Измерительная техника».- 2003 — № 6. -С. 36-45.

27. Кириевский Е.В., Январей С.Г. Комбинированный принцип измерения скорости движения проводника с током//Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки-2003 - № 4. - С.49-57.

28. Кириевский Е.В. Повышение информативности при измерении параметров дви жения проводника с током методом координатной функции//Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. нау-ки-2003- Прил. № 5. - С. 41-46.

29. Кириевский Е.В. Многокритериальный сравнительный анализ методов измерения скорости плазмы в электродинамическом ускорителе с использованием теории нечетких мно-жеств//Изв. вузов. Электромеханика. 2003 - № 6 - С. 40-45.

30. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Анализ нейросетевых структур системы измерения скорости разгона тел в электродинамическом ускорителе // Измерительная техника. -2004—№ 1 .— С. 39-43.

31. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Исследование динамической погрешности измерения мгновенной скорости тела в плазменном электродинамическом ускорителе//Изв. вузов. Электромеханика. -2006. -№2. - С. 55-60.

32. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Анализ динамической погрешности подсистемы контроля мгновенной скорости в системе функциональной диагностики и управления магнитоплаз-менного ускорителя масс // Контроль. Диагностика. - 2008. - № 1. - С.31 -44.

СТАТЬИ В ЖУРНАЛАХ, ТЕЗИСЫ ДОКЛАДОВ В МАТЕРИАЛАХ И СБОРНИКАХ ТРУДОВ НАУЧНЫХ КОНФЕРЕНЦИЙ

33. Микропроцессорная автоматизированная система управления импульсными установками прямого преобразования энергии / Е.В. Кириевский, В.В. Михайлов, В.Е. Харитонов, Е.С. Коршунов, А.И. Капустин // Прямое преобразование различных видов энергии в электрическую: информ. бюл. Науч. совета по комплексной проблеме «Методы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую» АН СССР. - 1987.-№ 4(138).- С. 27-36.

34. Кириевский Е.В., Казаков В.И. Организация вычислительных процессов в микропроцессорных автоматизированных системах управления импульсными установками//Прямое преобразование различных видов энергии в электрическую: информ. бюл. Науч. совета по комплексной проблеме «Методы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую» АН СССР — 1987,-№4 (138).

35. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Сравнительный анализ способов измерения линейной скорости метаемого тела в электромагнитных метательных установках//Проблемы преобразования энергии: информ. бюл. Научн. совета по комплексной проблеме «Методы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую» АН СССР-1989.-№2(148).-С.280-286.

36. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Синтез структуры измерителя скорости метаемого тела с распределенным регистрирующим контуром // Проблемы преобразования энергии: информ. бюл. Научного совета по комплексной проблеме «Методы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую» АН СССР - 1989.-№ 2 (148).-С.286-293.

37. Микропроцессорная система сбора и обработки информации для определения парамет-

ров движения сверхзвуковых потоков/Е.В. Кириевский, А.А. Михайлов, В.В. Михайлов и др .//Передовой производственный опыт/ЦНИИНТИКПК.-1989.-№5(199).-С. 14-16.

38. Kirievsky E.V., Mikhailov А.А. Functional transformer application for the obtaining of maximum useful information out of signal //Radioelectronics and Communications Systems.-1989.-Vol.32-P.74-79.~(Published by Allerton Press Inc.,USA).

39. Микропроцессорная система многоканального контроля параметров импульсов управления /Е.В. Кириевский, А.А. Михайлов, В.В. Михайлов, Е.С. Коршунов/ЛТередовой производственный опыт/ЦИИНТИКГПС -1991 .-№2 .-С. 29-36.

40. Кириевский Е.В. Нейросетевая реализация системы измерения параметров движения плазмы в электродинамических ускорителях масс // Перспективные информационные технологии и интеллектуальные системы. - 2003,- №1. - С. 50-52.

41. Кириевский В.Е., Кириевский Е.В. Многокритериальный нечеткий ранговый анализ вариантов FuzzyRAV 1.0 (Fuzzy Rank Analysis of Versionsy/Компьютерные учебные программы и инновации.-2006.-№12.- С. 24-26.

42. Кириевский В.Е., Кириевский Е.В. Система моделирования процессов измерения скорости в электродинамическом ускорителе (ММУ8)//Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем .- 2001. - №1(34). - С. 273-274.

43. Кириевский Е.В., Седых А.И. Структурные методы повышения точности и достоверности измерения линейной скорости // Средства и системы управления в технике и технологии: межвуз. сб. науч. тр. - Новочеркасск: НПИ, 1991. - С. 16-22.

44. Кириевский Е.В., Седых А.И. Структурный метод повышения точности и достоверности измерения линейной скорости//Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления: тез. докл. к зон. науч.-техн. семинару, г. Пенза, янв. 1991,- Пенза, 1991,-С. 16-17.

45. Кириевский Е.В., Долгих В.В. Микропроцессорный автоматический регистратор скоростных характеристик высоковольтных выключателей: Тез. докл. на XIV сессии семинара «Кибернетика электрических систем» РАН по тематике «Диагностика электрооборудования», г. Новочеркасск, 23-25 сент. 1992 г.// Изв. вузов. Электромеханика. 1992. - № 6. - С. 136-138.

46. Кириевский Е.В., Седых А.И. Повышение точности времяпролетных измерителей скорости методом формирования специальной координатной функции // Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления: тез. докл. к Всесоюз. науч. конф., г. Пенза, янв. 1992 г. - Пенза, 1992.-С. 28-29.

47. Кириевский Е.В., Долгих В.В. Регистратор параметров движения контактов высоковольтных выключателей // Состояние и проблемы технических измерений: тез. докл. к Всерос. 1-й науч.-техн. конф., г. Москва, ноябрь 1994 г. /Рос. метрол. акад;. МГТУ им. Баумана. - М.: - С. 66-67.

48. Е.В. Кириевский, В.В. Долгих, П.В. Долгих. Опыт разработки переносного диагностического прибора контроля параметров движения контактов высоковольтных выключателей: Тез. докл. на XV сессии семинара «Кибернетика электрических систем» РАН по тематике «Диагностика электрооборудования», г. Новочеркасск, 23-25 сент. 1994 г.//Изв. вузов. Электромеханика. 1994,- №6.-С. 136-137.

49. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Экспериментальные исследования и разработка базы данных координатно-емкостных характеристик высоковольтных выключателей для программирования диагностических регистраторов «МАРС-1»: тез. докл. на XVI сессии семинара «Кибернетика электрических систем» РАН по тематике «Диагностика электрооборудования», г. Новочеркасск, 23-25 сент. 1996г.//Изв. вузов. Электромеханика. - №1- 2. - 1997. - С. 138-139.

50. Kirievsky E.V., Dolgikh V.V. Capacitive Monitoring of the Speed of High-Voltage Cutouts// Russian Electrical Engineering.-1999.-Vol.70, №12.-P.67-71 (Published by Allerton Press Inc. (USA), 2001).

51. Кириевский B.E., Кириевский Е.В. Подбор эмпирической формулы зависимости сигнала индукционного датчика от координаты движущегося проводника с током методом вычислительного эксперимента // Научно-техническое творчество молодых - возрождению университета: тез.

докл. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов ЮР! ТУ. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 1999. - С. HI-OS.

52. Кириевский Е.В. Моделирование электромагнитного поля движущегося плазменного поршня в рельсотронном ускорителе// Математические методы в технике и технологиях -MMTT-2000: сб. трудов Междунар. науч. конф: в 7 т. - T.2, секции 2,8/Санкт-Петербург. гос. тех-нол. ин-т (техн. ун-т).- СПб., 2000. - С.145-147.

53. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Применение нейронных сетей для повышения точности измерения параметров движения методом эталонной координатной функции//Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: материалы Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск: в 10 ч./Юж-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).-Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2ООО. - 4.5. - С. 20-26.

54. Кириевский Е.В., Январев С.Г. Математическое моделирование сигнала датчика положения движущегося объекта в системе автоматизации научных исследований электрофизической уста- новки//Контроль, измерения, информатизация: материалы Междунар. науч.-техн. конф.-Барнаул: АГТУ, 2000. - С. 164-165.

55. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Анализ влияния скорости движущегося проводника с током на сигнал датчика положения в системах управления его разгоном: тез. докл. регион, науч.-техн. конф. "Управление в технических, социально-экономических и медико-биологических системах", (г. Новочеркасск, апр.2000 г.)//Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки.-2000.-№ 4,-С.122.

56. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Сравнительный анализ методов измерения скорости движения макротел в канале электродинамического ускорителя //Информационные технологии и управление: юбил. сб. науч. тр. факультета информационных технологий и управления/Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. —Новочеркасск: Ред. журн. Изв. вузов. Электромеханика, 2001. -С. 17-24.

57. Кириевский Е.В., Январев С.Г. Измерение скорости движения проводника с током методом геометрического усреднения сигналов датчиков положения/Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: материалы II Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 21 сент. 2001 г.: в 4 ч./Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ).- Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2001.Ч. 3.-С.72-74.

58. Кириевский Е.В., Январев С.Г. Комбинированный метод измерения разгона для системы управления магнитоплазменным ускорителем//Новые технологии управления движением технических объектов: материалы 4-й Междунар. науч.-техн. конф.-Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001.-С. 94-95.

59. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Применение метода эталонной координатной функции для измерения скорости движения контактов высоковольтных выключателей// Современные энергетические системы и комплексы и управление ими: материалы Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 5 июля 2001 г.: в 3 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). -Новочеркасск: УПЦ "Набла" ЮРГТУ (НПИ), 2001. -4.1. - С.72.

60. Кириевский Е.В. Исследование влияния параметров магнитоплазменного ускорителя на напряжение индукционного датчика// Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-2002: сб. трудов Междунар. науч. конф: в 10 т.-Т.7, секция 7/под общ. ред. B.C. Балакирева.-Тамбов: Тамб. гос. техн. ун-т, 2002.-С.71-73.

61. Kirievskij Evgeny V. Neural Network System for Measurement of Movement Plasma Parameters in Electrodynamic Railgun//Proceedings of 2002 IEEE International Conference on Artificial Intelligence Systems ICAIS'2002, 5-10 September 2002, Divnomorskoe // IEEE Computer Society, 2002. - P. 211-212.

62. Кириевский Е.В. Методы искусственного интеллекта в задачах измерения параметров движения // Труды Междунар. науч.-техн. конф. «Интеллектуальные системы (IEEE AIS'03) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2003): в 3-х т. - М.: Изд-во физ.-мат. лит., 2003. - Т. 1. - С. 293308.

63. Кириевский Е.В. Контроль параметров движения с использованием методов искусственного интеллекта//Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-17: сб. тр. XVII

Междунар. науч. конф.: в 10 т.- Т.6, секции 6, 13.- Кострома: Изд-во Костром, гос. технол. ун-та, 2004. - С.57-60.

64. Кириевский Е.В., Январев С.Г. Система измерения параметров движения тела на базе двух нейросетей с раздельными режимами обучения//Труды Междунар. науч-техн. конф. «Интеллектуальные системы» (IEEE AIS'04) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2004): в 3-х т,-М.:Изд.-во физ.-мат. лит., 2004.-Т.1.-С.360-363.

65. Кириевский Е.В., Январев С.Г. Анализ алгоритмов управления разгоном тела в магни-топлазменном электродинамическом ускорителе//Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. -2008. -№ З.-С. 58-62.

РУКОПИСИ, ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ВИНИТИ

66. Кириевский Е.В. Математическое моделирование электромагнитного поля движущегося плазменного поршня в канале электродинамического ускорителя масс / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т,-Новочеркасск, 2003,- 15 с. - Деп. в ВИНИТИ 13.05.2003, № 917-В2003.

67. Кириевский Е.В. Обзор методов и средств измерения скорости разгона тел в магнито-плазменном ускорителе масс / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск, 2003.-41 е.- Деп. в ВИНИТИ 18.02.2003, №321-В2003.

СВИДЕТЕЛЬСТВА ОБ ОТРАСЛЕВОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПРОГРАММ ДЛЯ ЭВМ

68. Кириевский В.Е., Кириевский Е.В. Многокритериальный нечеткий ранговый анализ вариантов FuzzyRAV 1.0 (Fuzzy Rank Analysis of Versions): свид.-во об отрасл. регистрации разработки- № ГР ВНТИЦ 50200501457 от 14.10.2005.

69. Кириевский В. Е., Кириевский Е. В. Система моделирования процессов измерения скорости в электродинамическом ускорителе: свид-во об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2000611373 Рос. Федерация. - Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 25.12.2000.

70. Кириевский В.Е., Кириевский Е.В. Многокритериальный нечеткий ранговый анализ вариантов: свидетельство №5266 об отраслевой регистрации разработки/Федеральное агентство по образованию; Гос. корд. Центр информ. технологий; Отраслевой фонд алгоритмов и программ,-Зарег. 07.10.2005.

АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА И ПАТЕНТЫ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

71. A.c. 661354 СССР, МКИ G01R. Способ измерения больших постоянных токов в шинах прямоугольного сечения / Кириевский Е.В., Жуковский Ю.Г., Кирьяков A.M., Михайлов В.В., Фоменко Г.П. - Опубл. 1979, Бюл. №17.

72. A.c. 1004895 СССР, МКИ G01R. Датчик тока / Кириевский Е.В., Калинин И.И. - Опубл. 1983, Бюл. №20.

73. A.c. по заявке № 4866978; приоритет 20.08.90. Способ измерения скорости движения объекта /Кириевский Е.В., Калинин И.И., Седых А.И.

74. A.c. 1569714 СССР, МКИ G 01 Р 3/67. Устройство для измерения скорости линейного перемещения объекта / Е.В. Кириевский, A.A. Михайлов. - Опубл. 1990, Бюл. № 21.

75. A.c. 1583846 СССР, МКИ G 01Р 3/67. Способ измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, А.А.Михайлов, А.И. Седых. - Опубл. 1990, Бюл. № 29.

76. A.c. 1615618 СССР, G01P3/489. Устройство для измерения скорости перемещения/ Е.В. Кириевский, А.А.Михайлов - Опубл. 1990, Бюл. № 47.

77. A.c. 1661644 СССР, G01P3/36. Устройство для измерения скорости линейного перемещения объекта/ Е.В. Кириевский, А.А.Михайлов - Опубл. 1991, Бюл. № 25.

78. A.c. 1672377 СССР, МКИ G 01Р 3/64. Способ и устройство измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, А.А.Михайлов, А.И.Седых. - Опубл. 1991, Бюл. № 31.

79. A.c. 1672378 СССР, МКИ G 01 Р 3/64. Способ и устройство измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, A.A. Михайлов, А.И. Седых. - Опубл. 1991,Бюл. №31.

80. A.c. 1732281 СССР, G01P 3/489. Устройство для измерения скорости перемещения/ Е.В. Кириевский, A.A. Михайлов, А.И. Седых. - Опубл. 1992, Бюл. № 17.

81. A.c. 1744652 СССР, МКИ G01P 3/64. Способ измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский. - Опубл. 1992, Бюл.№24.

82. Пат. 1818588 РФ, МКИ 6G 01Р 3/64. Способ измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, В.В. Долгих, А.И. Седых и др. - Опубл. 1993, Бюл. №20.

83. A.c. 1817027 СССР, МКИ G01P 3/64. Способ измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, И.И. Калинин, А.И. Седых. - Опубл. 1993, Бюл. №19.

84. Пат. 2117309 РФ, МКИ 6G 01Р 3/64. Способ диагностики электрического коммутационного аппарата (его варианты) / В.В. Долгих, Е.В. Кириевский, П.В. Долгих и др. - Опубл. 1998, Бюл. №22.

85. Пат. 2130620 РФ, МКИ 6 G01R. Способ коррекции систематической погрешности измерительного преобразователя с параметрическим датчиком/ Кириевский Е.В., Долгих В.В. -Опубл. 1999, Бюл. № 14.

86. Пат. 2134424 РФ, МКИ 6 G01R. Способ коррекции систематической погрешности измерительного преобразователя с параметрическим датчиком/ Кириевский Е.В., Долгих В.В.-Опубл. 1999, Бюл. №22.

87. Пат. 2169926 РФ, МКИ 7 G01P 3/64. Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации/Кириевский В.Е., Кириевский Е.В., Щедрин В.Н.-Опубл. 2001, Бюл.№ 18.

88. Пат. 2172960 РФ, МКИ 7 GOIP 3/64. Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации./Кириевский В.Е., Кириевский Е.В., Щедрин В.Н.- Опубл. 2001,Бюл.№24.

89. Пат. 2189600 РФ, МКИ 7 GOIP. Способ измерения линейной скорости локомотива / Кириевский Е.В., Зарифьян A.A., Колпахчьян П.Г., Январев С.Г. - Опубл. 2002, Бюл. № 26.

90. Пат. 2189599 РФ, МКИ 7 GOIP. Способ измерения линейной скорости локомотива / Кириевский Е.В., Зарифьян A.A., Колпахчьян П.Г., Январев С.Г.- Опубл. 2002, Бюл. № 26.

91. Пат. 2199753 РФ, МКИ 7 GOIP 3/64. Способ измерения скорости движения объекта / Кириевский Е.В., Январев С.Г. - Опубл. 2003, Бюл. № 6.

92. Пат. 2208793 РФ. МКИ 7 GOIP 3/50. Способ измерения скорости движения проводника с током / Кириевский Е.В., Январев С.Г. - Опубл. 2003, Бюл. № 20.

93. Пат. 2208794 РФ, МКИ G01P 3/64. Способ измерения скорости линейного перемещения объекта / Кириевский Е.В., Михайлов A.A., Кириевский В.Е. и др. - Опубл. 2003, Бюл. №20.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах: [1-16, 19-21, 23, 27, 30-39, 41, 43-51, 53-59, 64, 68, 71-93] - постановка задачи, основная идея и анализ результатов; [3-5, 7-9, 12, 13, 19, 21, 23, 31, 32, 36, 38,41] - вывод математических соотношений; [2, 4, 7, 9, 13-16, 19-21, 23, 27, 30-, 32, 34, 36, 38, 41, 43, 50, 51, 53, 57-59, 64, 68, 71-93] -разработкапринципов и алгоритмов; [2, 14, 27, 31, 32, 35, 43, 50, 57, 58] - разработка нового метода измерения; [16, 30-32, 34, 42, 53, 69] — построение математической модели; [2, 4, 14, 20, 21, 37, 38, 53, 57, 58] — разработка новых технических решений; [30-32] - выполнение вычислительного эксперимента.

В журналах, рекомендованных ВАК РФ, опубликована 31 статья [2-32].

Без соавторов опубликовано 18 работ [1, 17, 18, 22, 24-26, 28, 29,40, 52, 60-63, 66, 67, 81], в том числе 8 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ [17, 18, 22, 24-26, 28, 29].

Кириевский Евгений Владимирович

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ПЛАЗМЫ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ УСКОРИТЕЛЕЙ

Автореферат

Подписано в печать 0210 2008. Формат 60x84 '/б- Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 2,0. Уч.-изд. л. 3,44. Тираж 120 экз. Заказ 780.

Издательство ЮРГТУ (НПИ) 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 Тел., факс (863-52) 5-53-03 Е-та£Ь ЬгххпэрЪуа гюуос±1дц

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К ИПС ДЛЯ ИИУС ЭДУ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Описание магнитоплазменного ЭДУ как объекта управления.

1.2 Анализ алгоритмов управления разгоном тела в ЭДУ и анализ требований к точности ИПС.

1.3 Исследование закона движения плазмы в ЭДУ и путей уменьшения динамической погрешности ИПС.

1.4 Обзор методов и устройств измерения скорости плазмы в ЭДУ.

1.4.1 Времяпролетный метод измерения скорости.

1.4.2 Метод измерения с СВЧ—зондированием короткозамкнутой передающей линии (резонансный метод).

1.4.3 Корреляционный метод измерения скорости.

1.4.4 Доплеровский метод измерения скорости.

1.4.5 Другие методы измерения скорости разгона тела в релъсотроне.

1.5 Сравнительная оценка наиболее перспективных методов измерения скорости.

1.6 Анализ помехозащищенности доплеровского метода и модификаций времяпролетного метода на базе РРК

1.7 Постановка задач дальнейшего диссертационного исследования. 107 Выводы.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «РЕЛЬСОТРОН-ДАТЧИКИ ПОЛОЖЕНИЯ».

2.1 Сравнительный анализ методов расчета электромагнитного поля движущегося ПП с током и э.д.с на выходе индукционного датчика положения.

2.2 Исследование методом вычислительного эксперимента влияния параметров системы "движущийся ПП-датчики положения" на ЭДС индукционного датчика положения.

2.2.1 Исследование влияния на ЭДС индукционного датчика положения его конструктивных паралттров.

2.2.2 Исследование влияния на ЭДС индукционного датчика положения конструктивных параметров системы "движущийся ПП-датчики положения ".

2.2.3 . Р1сследование влияния на ЭДС индукционного датчика положения линейных размеров движущейся плазмы с током.

2.3 Оценка результатов моделирования.

Выводы.

3. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВРЕМЯПРОЛЕТНОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ.

3.1 Классификация погрешностей.

3.2 Выбор расчетного режима для оценки методической погрешности измерения скорости.

3.3 Исследование методической погрешности измерения скорости при различных способах реализации времяпролетного метода.

3.4 Анализ предельной методической погрешности и разработка рекомендаций по снижению ошибки интерполяции.

3.5 Информационный подход к оценке погрешности интерполяции.

3.6 Исследование динамической погрешности ИВИ при использовании времяпролетного метода измерения.

3.7 Исследование связи между метрологическими характеристиками функциональных блоков времяпролетного ИПС.

Выводы.

4. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КВАЗИМГНОВЕННОЙ И МГНОВЕННОЙ СКОРОСТИ РАЗГОНА ПЛАЗМЫ В ЭДУ.

4.1 Общие положения.

4.2 Метод многократного отражения.

4.3 Метод измерительного преобразования средней скорости с контролем дифференциального сигнала пары датчиков.

4.4 Метод измерительного преобразования квазимгновенной скорости с программируемой попарной коммутацией датчиков.

4.5 Метод координатной функции.

4.5.1 Сочетание принципа «двух наблюдателей» и контроля отношения сигналов двух датчиков положения как основа метода координатной функции.

4.5.2 Синтез координатных функций по критерию инвариантности к переменным параметрам движущегося

7177.

4.5.3 Математическое моделирование координатных функций и выбор конструктивных параметров РИК.

4.5.4 Измерительное преобразование квазимгновенной скорости на основе нулевого метода контроля координатной функции.2Ъ

4.5.5 Измерительное преобразование квазимгновенной скорости с ликвидацией «мертвых зон» переключением координатных функций.

4.5.6 Измерительное преобразование квазимгновенной скорости с ликвидацией «мертвых зон» суммированием координатных функций.

4.5.7 Сравнение методов измерительного преобразования с ликвидацией «мертвых зон» КФ.

4.6 Систематизация методов измерительного преобразования средней и квазимгновенной скорости.

4.7 Измерительное преобразование мгновенной скорости с использованием КФ DSL-типа и аппроксимацией сигнала датчика экспоненциальной функцией.

4.8 Измерительное преобразование мгновенной скорости с использованием КФ DSL-типа и аппроксимацией сигнала датчика обратно-экспоненциальной функцией.

4.9 Измерительное преобразование мгновенной скорости с использованием КФ LL-типа и аппроксимацией сигнала датчика экспоненциальной функций.

4.10 Повышение точности измерительного преобразования мгновенной скорости при использовании КФ LL-типа.

4.11 Измерительное преобразование мгновенной скорости с использованием геометрического усреднения сигналов датчиков положения.

4.12 Структурный метод повышения точности измерения мгновенной скорости за счет учета импульсного характера тока в движущемся проводнике.

4.13 Метод измерительного преобразования мгновенной скорости с обратной информационной связью по каналу измерения средней скорости.

Выводы.

5. СТРУКТУРНЫЙ И ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ СКОРОСТИ.

5.1 Общие положения.

5.2 Структурный синтез ИПС по критерию «двойного минимума».

5.3 Параметрический синтез РРК по критерию минимальной вероятности ошибки обнаружения сигналов датчиков.

5.4 Структурный синтез РРК по критерию минимальной вероятности ошибки обнаружения сигналов датчиков в условиях помех.

5.5 Параметрический и структурный синтез ИПС с использованием методов ИИ.

5.5.1 Обгцие положения.

5.5.2 Разработка комплексной математической модели системы «ЭДУ-ИПС» и структурный синтез ИПС на базе ИНС.

5.5.3 Параметрический синтез ИПС с использованием принципов эволюционных (генетических) алгоритмов самоорганизации.

5.5.4 Структурный синтез ИПС с использованием теории систем, основанных на знаниях.

5.5.5 Перспективы применения методов ИИ в задачах измерительного преобразования параметров движения.

Выводы.

В различных областях науки и техники возникает задача ускорения тел до больших (порядка нескольких километров в секунду) линейных скоростей.

В конце прошлого — начале нынешнего века круг задач, требующих высокоскоростного разгона тел, и успешно решаемых с помощью электродинамических ускорителей (ЭДУ), существенно расширился. Например, в экспериментальной физике с помощью техники высокоскоростного удара исследуются фазовые превращения вещества при сильных соударениях [1], анализируется возможность применения техники высокоскоростного разгона для решения задач управляемого термоядерного синтеза [2], моделируются на стендах высокоскоростные соударения метеоритных частиц и космического мусора с обшивкой космических аппаратов при исследовании прочностных свойств материалов. Еще одно применение ЭДУ в области космических исследований связано с запуском микрокосмических летательных аппаратов (микроКЛА) [3, 4]. В последнее время находят применение электродинамические установки обработки различных деталей высокоскоростными потоками низкотемпературной плазмы для упрочения деталей (например, работы ГНЦ РФ ТРИНИТИ, г. Троицк Московской обл. [5], МИФИ и др.). Еще одно современное применение ЭДУ связано с физическим моделированием процессов разрушения деталей проектируемого термоядерного реактора ITER для решения проблем долговечности и экологической безопасности реактора [6].

Идея использования для высокоскоростного (сотни и тысячи м/с) разгона тел ЭДУ восходит к началу прошлого века. В 1916 г. была предпринята первая попытка создать такой ускоритель на базе артиллерийского орудия, на ствол которого наносились обмотки из провода и по ним пропускался электрический ток. Тело, находящееся внутри ствола, последовательно втягивалось в катушки, получая ускорение и вылетая из ствола. В этих экспериментах тело массой 50 г удавалось разогнать до скорости только 200 м/с. Положенная в основу таких ЭДУ идея создания бегущего магнитного поля, увлекающего собой движущийся внутри соленоида сердечник-магнитопровод, стала основой такого класса электрофизических установок, как индукционные электродинамические ускорители. Другая перспективная разновидность электрофизических установок — кондукционные или плазменные (магнитоплазменные) ЭДУ. Такой ускоритель представляет собой систему, состоящую из источника электроэнергии (батареи конденсаторов, МГД — генератора, униполярного генератора, индуктивного накопителя и др.), коммутационных аппаратов и нагрузки в виде параллельных медных рельсов, обычно именуемых релъсотроном. В основу работы плазменных (рельсотронных) ЭДУ положено использование силы Лоренца, возникающей в результате взаимодействия электрического тока, протекающего по рельсам и плазменному образованию между ними, с создаваемым этим током магнитным полем. Плазма между рельсами ЭДУ возникает в результате взрыва тонкой металлической закоротки из фольги (так называемого инициатора), по которой кратковременно пропускается импульс тока от источника питания рельсотрона. Сила Лоренца заставляет образовавшееся плазменное облачко двигаться вдоль рельсов в режиме разгона с достижением скорости на участке внутренней баллистики порядка нескольких км/с. При этом в зависимости от назначения ЭДУ возможны два варианта его реализации. В первом случае из канала рельсотрона вылетает собственно плазма (например, для решения задачи упрочнения расположенных перед выходом канала рельсотрона поверхностей), а во втором - толкаемое плазмой тело (например, для имитации соударения метеоритных частиц массой несколько граммов или космического мусора с обшивкой космического аппарата). Настоящая диссертационная работа посвящена измерительному преобразованию параметров движения плазмы в системах управления именно кондукционными (рельсотронными) магнитоплаз-менными ЭДУ.

Актуальность темы. За рубежом вопросами изучения физических процессов в ЭДУ и их проектированием занимаются фирмы и университеты наиболее развитых стран (США, Великобритания, ФРГ, Япония, Австралия, Италия, Нидерланды). Среди них Los Alamos National Laboratory и Lowrence Livermore National Laboratory, Центр электромеханики и Институт передовых технологий Теi хасского университета, Лаборатория им. Максвелла Сан-Диего, Westinghouse Electric Со. (США); U.S. Defence Nuclear Agency (США); Oxford University (США); Defence Research Agency, Fort Halstead, Kent и AEA Technology Culham Laboratory Abingdon, Oxon (Великобритания),TZN Forschungs- und Entwicklungszentrum

GmbH и Мюнхенский Технический университет (ФРГ); Tokio Institute of Technology, Kumamoto University, National Institute for Fusion Science, Institute of Space and Astronautical Science (Япония), National University (Австралия); Universita di Perugia (Италия); TNO PML-Pulse Phisics Laboratory (Нидерланды) и др. В США, начиная с семидесятых годов прошлого века и до настоящего времени, регулярно (как правило, раз в 2 года) проводятся международные симпозиумы и конференции, посвященные проблемам электродинамического ускорения плазмы и тел («Symposium On Electromagnetic Launch Technology (EML)», «Pulse Power Conference»), результаты которых публикуются в форме специальных выпусков или отдельных статей в авторитетных журналах, например, IEEE Transactions on Magnetics и др. Это свидетельствует о том, что за последние 25-30 лет интерес в научном мире к проблемам электродинамического ускорения плазмы и толкаемых ею тел не только не ослабевает, но и заметно усиливается.

В СССР, а затем в России, проблемами, связанными с теоретическими и экспериментальными исследованиями ЭДУ, активно занимались и продолжают заниматься такие организации, как Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН (г. Новосибирск); Институт теоретической и прикладной механики СО РАН (г. Новосибирск); Институт высоких температур АН СССР (г. Москва); Шатурский филиал Института теплофизики экстремальных состояний Объединенного Института высоких температур РАН (г. Шатура Московской обл.); Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе (г. Санкт-Петербург); Филиал института атомной энергии им. И.В. Курчатова (ныне Государственный научный центр РФ «Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований» - ГНЦ РФ ТРИНИТИ, г. Троицк Московской обл.); НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова (ныне Институт проблем электрофизики РАН (г. Санкт-Петербург)); Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН (г. Москва), Институт прикладной механики и электродинамики Московского государственного авиационного института; Московский инженерно-физический институт (технический университет); ЦНИИ машиностроения (г. Королев Московской обл.), ЛНПО «Союз» (г. Дзержинский Московской обл.); ЦАГИ, НИИ высоких напряжений при Томском политехническом университете, ОКТБ «Старт» (г. Новочеркасск

Ростовской обл.), Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт) и др.

Среди активно исследуемых в различных исследовательских центрах мира проблем, связанных с техникой электродинамического ускорения, следует назвать, прежде всего, проблемы повышения энергоемкости ЭДУ; увеличения предельных скоростей разгона плазмы и тел (уже достигнуты высокие скорости разгона тел порядка 6 км/с [7], 8,5 км/с [8] и около 10 км/с [9]); создания адекватных физических и математических моделей ПП с определением критериев его устойчивости; разработки методик расчета процессов ускорения; уменьшения потерь и других факторов, ограничивающих достижение предельных скоростей разгона (прежде всего, явления абляции, т.е. уноса вместе с плазмой частиц металла за счет эрозии рельсов под воздействием плазмы); оптимизации коэффициента преобразования электромагнитной энергии в кинетическую (достигнутый его предельный уровень - 20-30%); создания материалов электродов и изоляторов канала ЭДУ, обеспечивающих многократность работы ускорителя при сохранении выходных характеристик ЭДУ в повторных пусках. Исследованию этих вопросов посвящены труды отечественных и зарубежных ученых (Арцимович JT.A., Бабаков Ю. П., Башкатов Ю. JI., Велихов Е.П., Венгерский В.В., Галанин МЛ., Гли-нов А.П., Глухих В. А., Додотченко В.В., Дрейзин Ю.А., Дробышевский Е. М., Железный В. В., Жуков Б.П., Иерусалимская И.В., Калихман С.А., Калюжный В.Е., Колядин Н.М., Кондратенко А.К, Кудрявцев A.B., Кузнецов В.М., Кузнецов М.М., Кучинский В. Г., Лотоцкий А.П., Леонов С.А., Минайлос А.Н., Нечаев H.H., Олейник Н.И., Осташев В.Е., Перков С.А., Письменный В.Д„ Плеханов A.B., Полищук В.П., Полтанов А.Е., Полянский О.Ю., Рутберг Ф.Г., Сафонов В.И., Стадниченко И.А., Сурков A.C., Терентьев В.Г., Титов В. М., Шамраев И.М., Швецов Г. А., Школьников Э.Я. и др., Batten J.H., Brooks A.L., Deadrick F.D., Fowler C.M., Hawke R.S, Kemmey P. J., Marshall R.A., Parker J.K, Peterson O.R., Powel J.D, Usuba S., Weldon W.F. и др.).

В то же время, как за рубежом, так и в нашей стране, одной из важнейших проблем, находящихся в одном ряду с проблемами, перечисленными выше, до настоящего времени должного внимания не уделялось. Речь идет о проблеме обеспечения управляемого разгона плазмы и толкаемых ею тел, предполагающей возможность коррекции процесса разгона непосредственно во время эксперимента для достижения в конце участка внутренней баллистики (на выходе канала ЭДУ) заданной скорости разгона. Решение эта проблемы требует, в свою очередь, разработки соответствующих алгоритмов и технических средств управления разгоном и контроля параметров движения плазмы и тела в канале ЭДУ. В этой связи важнейшей задачей для ЭДУ становится обеспечение контроля параметров движения разгоняемой плазмы (тела). К таким параметрам относятся, прежде всего, скорость и положение тела (координата) на траектории внутренней баллистики (в канале рельсотрона ЭДУ) в процессе разгона. Тот факт, что проблема разработки методов измерительного преобразования параметров движения плазмы (тел) в ЭДУ долгое время оставалась вне зоны пристального внимания ученых и специалистов в области высокоскоростного разгона, связан с тем, что до недавнего времени для стендовых установок высокоскоростного разгона решалась задача неуправляемого разгона, при котором достаточно экспериментально фиксировать достигаемую скорость на выходе из рельсотрона без какой-либо коррекции скорости в процессе разгона. Неуправляемый разгон был особенно характерен для кон-дукционных ЭДУ первого поколения (80-е годы - начало 90-х годов прошлого века). На этом этапе развития техники высокоскоростного разгона на стадии экспериментальной отработки достаточно было иметь информацию о средних значениях скорости на базовом интервале пути между соседними датчиками положения разгоняемого тела. В основу техники контроля средней скорости был положен времяпролетный принцип измерения. Другой принцип измерения скорости — с использованием доплеровского эффекта на базе радиоинтерферометров не нашел широкого применения из-за сложностей технологического порядка (требование замены повреждаемых после каждого эксперимента одноразовых отражающих экранов, установленных на пути движения плазмы (тела) за пределами участка внутренней баллистики).

Начиная с 90-х годов XX века ряд применений ЭДУ потребовал вмешательства непосредственно в процесс разгона с целью управления скоростью в реальном времени. Эта проблема возникла в связи с тем, что одной из основных характеристик ЭДУ является стабильность скорости разгоняемой плазмы и тел (макрочастиц). Из-за влияния на процесс разгона различных случайных факторов повторяемость результатов экспериментов представляет серьезную проблему. Задача стабилизации скорости разгона тел может быть решена управлением процессом ускорения в реальном времени, на что одними из первых в работе [10] было обращено внимание отечественными учеными из Института прикладной механики и электродинамики МАИ и ЦНИИ Машиностроения Азановым И.Б., Александровым В.А., Обыденниковым С.С., Тютиным В.К., Хрусталевым М.М., Юдасом В.И. Задачи измерения параметров движения ускоряемой плазмы и тел в ЭДУ исследовались в трудах Зайцева В.Г., Михайлова А.А., Перкова С.А., Ценева C.B. Вопросам проектирования систем автоматического управления плазменным шнуром в ЭДУ посвящены работы Бутенко В.К., Ладикова-Роева Ю.П., Самойленко Ю.И. Однако данная тематика до сих пор содержит множество нерешенных задач, связанных с созданием информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС) для ЭДУ и, прежде всего, измерительных преобразователей скорости (ИПС) движения плазмы как важнейших частей этих систем: отсутствие строго обоснованных методологии выбора принципа управления ЭДУ для обеспечения стабилизации скорости плазмы и анализа требований к точности ИПС как элемента системы управления ЭДУ; отсутствие формализованных требований к соотношению точности и быстродействия ИПС; отсутствие обобщения' и систематизации известных методов и принципов построения ИПС применительно к задачам ЭДУ; отсутствие структурных и параметрических методов повышения помехозащищенности ИПС; отсутствие результатов исследований влияния параметров системы "рельсотрон ЭДУ-датчики положения плазмы" на выходные сигналы датчиков ИПС; отсутствие метрологического анализа ИПС и математических моделей системы «ЭДУ — ИПС» для проведения вычислительных экспериментов по исследованию точностных характеристик алгоритмов измерительного преобразования скорости плазмы в ЭДУ; отсутствие работ по измерительному преобразованию мгновенной скорости плазмы в ЭДУ; отсутствие методик параметрического и структурного синтеза ИПС.

Нерешенность указанных задач требует проведения дополнительных исследований в данной области, направленных, прежде всего, на повышение точности измерительного преобразования скорости движения плазмы в ЭДУ при реализации режима управляемого разгона. Сложность задачи заключается в том, что измерительная информация о параметрах движения должна поступать в канал управления в процессе разгона тела на участке внутренней баллистики, т.е. в течение первых нескольких сотен микросекунд после начала разгона. Введение в управляющую систему обратной связи по информационному параметру (скорости) позволило бы реализовать коррекцию закона движения плазмы (тела) на участке внутренней баллистики ЭДУ, в частности, поддерживать оптимальный (с точки зрения достижения максимума коэффициента преобразования электромагнитной энергии в кинетическую) закон движения (равноускоренное движение) плазмы и разгоняемого тела и достижение заданной скорости в конце участка внутренней баллистики на выходе канала ЭДУ.

Такая постановка задачи при реализации кондукционных ЭДУ второго поколения в общем случае требует измерения не средних, а мгновенных или, хотя бы, квазимгновенных значений скорости. В то же время в мировой практике до сих пор отсутствовали известные методы и устройства измерительного преобразования мгновенной скорости линейного перемещения тел, разгоняемых в ЭДУ. Впервые эта проблема стала исследоваться сначала в Особом конструкторско-технологическом бюро «Старт» (г. Новочеркасск, Ростовской обл.), а затем в Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте) совместно с ЦНИИ Машиностроения (г. Королев Московской обл.), под научным руководством и при непосредственном участии автора как ответственного исполнителя НИОКР. Накопленный перед этим опыт создания подсистем контроля параметров движения плазмы (тел) и в целом ИИУС для магнитоплазменных ЭДУ первого поколения совместно с ЛНПО «Союз», Филиалом института атомной энергии им. И.В. Курчатова, НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова, Институтом высоких температур АН СССР и рядом других организаций позволил в ходе теоретических и экспериментальных исследований создать и внедрить на предприятиях различных отраслей ряд опытнопромышленных образцов измерительных преобразователей средней, квазимгновенной и мгновенной скорости (ИПС) как важнейшей составной части ИИУС ЭДУ первого и второго поколений. Кроме того, результаты научных исследований и ряд предложенных методов измерительного преобразования скорости разгона в ЭДУ были апробированы и многократно внедрены в смежной области электротехники (высоковольтной коммутационной технике), так же требующей решения задачи контроля параметров движения (контактов высоковольтных выключателей), что подтвердило универсальность предложенных подходов к измерительному преобразованию параметров движения.

Теоретическое обобщение результатов этих исследований и разработок составляют основу настоящей диссертационной работы.

В общем случае результаты измерительного преобразования параметров движения разгоняемого тела в канале ЭДУ должны выводится как по каналу регистрации (например, в виде графиков изменения скорости во времени и по координате), так и поступать в подсистему управления (САУ) ИИУС ЭДУ для формирования команд на подключение или отключение дополнительных источников энергии к рельсотрону и управления разгоном тела и стабилизации его скорости. Таким образом, ИПС является важнейшей составной частью ИИУС ЭДУ. Для управляемого разгона основной является задача измерительного преобразования скорости для формирования данных в канал управления ускорителем. ИПС в данном случае позволяет также решить также одну из типовых задач ИИС [11]- автоматический контроль достижения скоростью тела заданного значения. Предметом исследования в данной работе являются методы измерительного преобразования средней, квазимгновенной и мгновенной скорости разгона плазмы (тел) для решения задач неуправляемого и, особенно, управляемого разгона в кондукционных (магнитоплазменных) ЭДУ.

Актуальность темы подтверждается ее поддержкой РФФИ (грант 08-08-00667-а 2008 года по проекту «Разработка основ теории и методов проектирования систем автоматического контроля параметров движения плазмы в магнитоплазменных электродинамических ускорителях с управляемым разгоном»).

Основание для выполнения работы. Диссертационная работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная и медицинская техника» ЮжноРоссийского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) - ЮРГТУ (НПИ).

Тема исследований связана с целевой комплексной научно-технической программой Министерства высшего образования РСФСР и Министерства машиностроения СССР «Качество и безопасность», утвержденной совместными приказами Минвуза РСФСР №28/82 от 26.02.81г. и Министерства машиностроения №91/92 от 24.02.87г., выполнялась в соответствии с «Перечнем Приоритетных направлений развития науки и техники и критических технологий федерального уровня» (раздел «Проблемы управления и автоматизации»), утвержденными Постановлением Правительства РФ от 17.04.95 г. № 360, с «Перечнем Критических технологий Российской Федерации», утвержденным Пре-зидентом Российской Федерации 21.05.06 г. № Пр-842 (разделы «Технологии обработки, хранения, передачи и защиты информации», «Технологии создания интеллектуальных систем навигации и управления») и по научному направлению ЮРГТУ (НПИ) «Теория и принципы построения информационно-измерительных систем и систем управления» (утверждено решением ученого совета университета от 25.01.03), а также по хоздоговорам и в сотрудничестве с рядом ведущих в данной области предприятий и организаций страны (ЛНПО «Союз», г. Дзержинский Московской обл. (НИОКР по х/д №2683 от 17.01.83г., х/д №2683/1 от 07.05.84г., х/д №0786 от 20.11.85г., х/д №0788 от 30.12.87г.); ЦНИИ Машиностроения г. Королев Московской обл. (НИР по х/д №0589 от 03.10.88г., № 591 от 25.12.90г.; НИОКР по х/д №4540 от 10.10.91г.; НИР по х/д №26 от 20.06.92 г. по теме «МЕГА», НИР по х/д №9303 от 14.10.93г. по теме «АРКОС»), НИИ электрофизической аппаратуры им. Ефремова; Филиалом института атомной энергии им. И.В. Курчатова, в настоящее время - ТРИНИТИ (г. Троицк); Институтом высоких температур АН СССР, г. Москва), а также по хоздоговорам 9404 от 27.01.95г., 9405 от 03.01.94г., 1095 от 03.10.95г., 9508 от 01.10.95, х/д №9609 от 18.01.96г., х/д №9717/153 от 10.12.96г., х/д №9611 от 20.03.96г., х/д №1197 от 09.12.97г., х/д №9718 от 24.03.97г. и др. с предприятиями смежной отрасли - электроэнергетики (ОАО «Ростовэнерго», ОАО «Кубаньэнерго», ОАО «Комиэнерго», ОАО «Сахалинэнерго», ОАО «Нижновэнерго» и др.).

Отдельные части работы выполнены в соответствии с тематикой по единым заказ-нарядам Минобразования РФ «Теоретические основы и математическое моделирование специализированных систем управления, измерения и диагностики» №1.10.99.Ф, «Математические методы, модели и компьютерные технологии в электротехнике» №1.6.99Ф, «Создание математических моделей сложных электромеханических систем на базе фундаментальных основ теории цепей и электромагнитного поля» №1.7.99Ф, «Теория интеллектуальных информационно-управляющих систем и принципов построения мобильных робототехнических комплексов и мехатронных устройств» №1.9.99Ф.

Целью диссертационной работы является создание научной базы проектирования измерительных преобразователей средней, квазимгновенной и мгновенной скорости разгона ПП как элементов ИИУС ЭДУ путем проведения комплекса теоретических исследований и разработки новых методов измерительного преобразования скорости, параметрического и структурного синтеза ИПС, что позволит повысить точность контроля скорости ПП и качество управления магнитоплазменными ЭДУ.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решались следующие основные задачи:

1. Выбор алгоритма управления ЭДУ для стабилизации скорости ПП и анализ требований к точности ИПС как элемента ИИУС ЭДУ.

2. Исследование закона движения ПП в ЭДУ методом вычислительного эксперимента и анализ требований к соотношению точности и быстродействия ИПС как элемента ИИУС.

3. Обоснование базового метода измерения скорости на основе анализа современного состояния проблемы контроля параметров движения ПП и тел в ЭДУ.

4. Разработка структурных и параметрических методов повышения помехозащищенности ИПС.

5. Исследование методом вычислительного эксперимента влияния на сигналы датчиков параметров системы "движущийся ПП - датчики положения".

6. Метрологический анализ базового метода измерения скорости.

7. Разработка математической модели системы «ЭДУ — ИПС» и программ для вычислительных экспериментов по исследованию точности алгоритмов измерительного преобразования скорости движения 1111 в ЭДУ.

8. Разработка и исследование на ЭВМ методов измерительного преобразования квазгтгновенной и мгновенной скорости разгона 1111 в ЭДУ.

9. Разработка методологии структурного и параметрического синтеза ИПС.

Методы исследования: В работе использован комплексный подход, основанный на теоретическом анализе и вычислительном эксперименте. При анализе использовались методы: теории дифференциального и интегрального исчисления, математического анализа, комбинаторного анализа, теории вероятностей и математической статистики, теории статистических решений, теории электромагнитного поля, теории случайных процессов, теории нечетких множеств, теории многокритериального рангового анализа, метрологии, теории информации, теории оптимальных методов приема при флуктуационных помехах, теории параметрического и структурного синтеза систем, теории экспертных оценок. В вычислительном эксперименте использовалась, теория алгоритмов и программ, методы имитационного моделирования.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций сформулированных в диссертации, а также других полученных результатов, обусловлены:

1) применением фундаментальных законов теории электромагнитного поля (уравнения Максвелла), теории электрических и магнитных цепей (уравнения Кирхгофа, закон электромагнитной индукции), численных методов решения систем нелинейных дифференциальных уравнений, основных положений метрологии, теории управления (адаптивных алгоритмов управления), теории моделирования и вычислительного эксперимента, теории нечетких множеств (рангового анализа Саати), теории интеллектного управления и использования интеллектных компонент (нейронных сетей, эволюционных алгоритмов, anytime-алгоритмов), теории погрешностей, теории вероятностей и математической статистики, теории параметрического и структурного синтеза устройств и систем, теории вычислительного эксперимента;

2) корректным применением математического аппарата при выводе основных соотношений;

3) согласованием теоретических положений с результатами вычислительного эксперимента и физических экспериментальных исследований разработанных автором методов и технических средств в лабораторных и производственных условиях;

4) критическим обсуждением основных результатов работы с ведущими специалистами в области техники контроля параметров движения и техники высокоскоростного разгона на Всесоюзных, Всероссийских и Международных научных конференциях;

5) использованием при проведении экспериментальных исследований у заказчиков только поверенной высокоточной аппаратуры и аттестованных специальных измерительных стендов;

6) использованием в опытно-промышленных и промышленных образцах, широко внедренных в различных отраслях промышленности.

На защиту выносятся:

1. Принцип понижения динамической погрешности измерения скорости 1111 (тела) в ЭДУ с питанием от емкостного накопителя энергии, основанный на использовании режима измерения мгновенной скорости на участках квазиравномерного движения, соответствующих окрестностям точек перехода тока плазмы через нуль.

2. Комплексная математическая модель системы «магнитоплазменный ЭДУ— ИПС» для выполнения сравнительного анализа по точности алгоритмов вычисления скорости (структур ИПС), основанная на совместном использовании: модели движения 1111 в ЭДУ на базе модифицированной системы уравнений Ар-цимовича; численной модели электромагнитного поля от тока в 1111; модели индукционного датчика положения проводника с током; моделей различных алгоритмов вычисления скорости движения 1111.

3. Комплекс расчетных формул, обеспечивающих определение скоростных, временных параметров, положения движущегося ГШ и методических погрешностей измерения скорости с использованием различных вариантов времяпролетно-го метода.

4. Метод измерительного преобразования средней и квазимгновенной скорости, основанный на формировании промежуточных точек опроса между двумя группами датчиков положения путем попарной коммутации датчиков обеих групп и обеспечивающий повышение точности измерения на участках траектории между группами датчиков.

5. Метод координатной функции с рядом модификаций, обеспечивающих повышение его эффективности, для измерительного преобразования квазимгновенной и мгновенной скорости 1Ш, основанный на формировании специальной функции, зависящей только от положения 1111, и обеспечении ее инвариантности к сопутствующим параметрам и факторам.

6. Метод измерительного преобразования скорости 1111, основанный на использовании в качестве информативных параметров электрического тока в цепи ПП и геометрического среднего сигналов датчиков положения, отличающегося зависимостью только от скорости и тока в цепи ПП и инвариантного ко всем мешающим факторам, что позволяет повысить помехозащищенность ИПС за счет замены операции дифференцирования на операцию непрерывного измерения тока в цепи ПП.

7. Методики структурного и параметрического синтеза измерительных преобразователей средней, квазимгновенной и мгновенной скорости ПП, в том числе с применением элементов интеллектного управления.

8. Комплекс алгоритмов и программ для ЭВМ, структур и схемотехнических решений, реализующих предложенные математические модели и методы измерительного преобразования параметров движения для ИИУС ЭДУ.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Впервые предложен и теоретически обоснован простой алгоритм управления и стабилизации скорости ПП в ЭДУ с управляемым разгоном, основанный на измерении мгновенной скорости 1111 и однократном расчете в процессе разгона ПП момента прекращения подвода энергии ЭДУ, который, в отличие от известного сложного алгоритма, основанного на измерении ряда параметров, в том числе средней скорости и ускорения ПП, не требует введения механизма памяти и выполнения в процессе разгона ПП многократного итерационного расчета момента прекращения подвода энергии к ЭДУ, что в результате обеспечивает упрощение и повышение надежности ИИУС ЭДУ при сохранении точности управления разгоном и стабилизации скорости ПП.

2. На основе выявленных и изученных особенностей закона движения ПП в рельсотроне ЭДУ сформулированы требования к соотношению точности и быстродействия ИПС, для обеспечения которого впервые предложено использование режима прерывистого измерения мгновенной скорости на участках квазиравномерного движения ПП, что позволило снизить до пренебрежимо малых значений динамическую погрешность измерения скорости и повысить точность ИИУС ЭДУ.

3. Впервые исследовано влияние параметров системы "движущийся ПП-датчики положения" на выходной сигнал ИД, что позволило разработать рекомендации по обоснованному выбору конструктивных параметров ИД и РРК на их основе для обеспечения требуемых точностных характеристик ИПС при реализации времяпролетного метода измерения скорости.

4. Впервые выполнен метрологический анализ основных погрешностей времяпролетного метода измерения скорости ПП в ЭДУ, в результате чего получены предельные оценки составляющих инструментальной погрешности измерения средней и мгновенной скорости; с использованием информационного подхода установлена аналитическая зависимость между погрешностью интерполяции и числом датчиков положения в РРК, что позволяет при проектировании ИПС ИИУС ЭДУ определять количество точек опроса, обеспечивающее пренебрежимо малую погрешность интерполяции. На основе полученных аналитических зависимостей, связывающих динамическую погрешность с рабочим диапазоном скоростей и конструктивными параметрами РРК выработаны методические рекомендации по снижению динамической погрешности выбором соотношений параметров РРК и впервые установлено, что для минимизации динамической погрешности РЕВИ необходимо обеспечить нормализацию формы сигнала на выходе датчиков положения, приближая её к форме гауссова сигнала, для чего предложено включать интеграторы на выходе ИД или использовать вместо последних датчики Холла.

5. Предложен, запатентован и исследован новый базовый метод измерительного преобразования скорости движения 1Ш - «метод координатной функции», основанный на одновременном использовании выходных сигналов двух датчиков положения, между которыми движется ПП с последующим вычислением различных вариантов их функции отношения, что обеспечивает инвариантность КФ ко всем параметрам, кроме положения ПП, и на его основе разработан ряд запатентованных методов измерительного преобразования скорости движения ПП (с использованием программируемой попарной коммутации датчиков положения; сочетания нулевого, дифференциального и логометрического методов измерения; геометрического среднего сигналов датчиков положения), позволяющих существенно повысить точность ИПС ИИУС за счет перехода от измерения средней к измерению мгновенной (квазимгновенной) скорости разгона 1111.

6. Разработана новая методология структурного синтеза оптимальных ИПС, которая в отличие от известных подходов, основанных на синтезе структур по одному из критериев (минимума ошибки обнаружения объекта датчиками или минимума потери информации о параметрах сигнала датчиков в условиях помех), обеспечивает одновременное достижение указанных минимумов путем введения в состав включенного на выходе датчиков фильтра, оптимального по критерию минимума ошибки обнаружения сигнала, дополнительного корректирующего звена, обеспечивающего минимум потери информации о параметрах сигнала датчиков. При этом впервые решена задача структурного синтеза оптимального фильтра как составной части ИПС по предложенному критерию «двойного, минимума» и выведены соотношения, доказывающие эффективность объединения нескольких датчиков положения в каждом канале регистрации РРК для уменьшения вероятности ошибки обнаружения сигналов датчиков в условиях помех.

7. Впервые предложена комплексная математическая модель системы «ЭДУ - ИПС» с использованием модифицированной системы уравнений движения плазмы Арцимовича, модели электромагнитного поля движущегося проводника с током, модели ИД с интегратором на выходе, набора моделей алгоритмов определения скорости движения 1JLII, позволяющая проводить вычислительные эксперименты по исследованию точности различных алгоритмов измерительного преобразования скорости движения ПП в ЭДУ, что позволило выбрать оптимальный вариант структуры нейросетевой реализации ИПС, обеспечивающий минимальную методическую погрешность измерительного преобразования мгновенной скорости 1111.

8. Впервые предложен алгоритм параметрического синтеза РРК (РИК), обеспечивающий минимизацию суммарной погрешности измерения скорости, основанный на сочетании off-line-планирования для расчета и формирования первого интервала пути и оп-Ипе-планирования для расчета и формирования каждого последующего интервала пути между парами датчиков в РРК или точками опроса в РИК, что позволяет формировать оптимальный переменный шаг опроса в РИК с учетом результатов измерения времени прохождения 1111 предыдущего интервала.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

1. Разработаны теоретические основы проектирования оптимальных измерительных преобразователей средней, квазимгновенной и мгновенной скорости для ИИУС ЭДУ, в том числе:

• получен комплекс расчетных формул для оценки метрологических параметров двух вариантов реализации времяпролетного метода измерения средней и квазимгновенной скорости при равноускоренном движении (при заданной базе или заданном временном интервале) и разработана инженерная методика выбора варианта времяпролетного метода, основанная на параметрическом синтезе элементов ИПС по критерию минимума методической погрешности;

• разработана инженерная методика графо-аналитического расчета минимально допустимого числа датчиков в РРК (точек опроса в РИК) при измерении, соответственно, средней и квазимгновенной скорости по заданной погрешности интерполяции;

• разработана номограмма в виде семейства графических зависимостей, связывающих динамическую погрешность ИВИ ИПС с рабочим диапазоном скоростей ИПС и конструктивными параметрами РРК;

• разработана инженерная методика параметрического синтеза РРК ИПС, позволяющая, задаваясь допустимой вероятностью ошибки обнаружения и порогом чувствительности регистратора сигналов с датчиков, определять оптимальные конструктивные параметры РРК (число датчиков и значения интервалов между ними);

• разработана инженерная методика структурного синтеза РРК ИПС по критерию минимальной вероятности ошибки обнаружения сигналов датчиков, основанная на интерактивной процедуре поочередного перехода от одного к другому варианту объединения датчиков, обеспечивающей выбор оптимальной структуры РРК.

2. На основании предложенной комплексной математической модели системы «ЭДУ-ИПС» разработан и зарегистрирован в Отраслевом фонде алгоритмов и программ программный комплекс ММУ8 для проведения исследования законов движения ПП в ЭДУ и различных алгоритмов измерительного преобразования средней, квазимгновенной и мгновенной скорости с оценкой их метрологических характеристик методом вычислительного эксперимента, что позволяет на стадии проектирования ИИУС ЭДУ обойтись без дорогостоящих натурных экспериментов на уникальных ЭДУ.

3. Разработана и зарегистрирована в Отраслевом фонде алгоритмов и программ компьютерная программа РтгуЯА V, позволяющая в интерактивном режиме решать задачи рангового анализа вариантов (методов) измерительного преобразования средней, квазимгновенной и мгновенной скорости без ограничений на количество критериев и сравниваемых вариантов.

4. Проведена апробация в смежной области электротехники разработанного метода координатной функции для контроля параметров движения контактов высоковольтных коммутационных аппаратов (в том числе мгновенной скорости), подтвердившая его эффективность, универсальность и перспективность при измерениях в широком диапазоне скоростей.

5. Разработаны структурные и функциональные схемы ряда ИПС, реализующие предложенные в работе методы измерительного преобразования средней, квазимгновенной и мгновенной скорости 1111 в ЭДУ.

6. На основе выполненных исследований:

• разработано и внедрено для предприятий различных отраслей (ЛНПО «Союз», г. Дзержинский Московской обл.; ЦНИИМаш, г. Королев Московской обл.) 7 типов и модификаций ИПС и ИИУС магнитоплазменных ЭДУ (ПР-ИД, ПР-РИ, ПС-РБХ-1, ПС-РБХ-2, ИИУС «ПРОЛОГ», ИИУС «Молния», ИИУС «Искра»), часть из которых включены в Отраслевой каталог продукции; разработано и внедрено в смежной области электротехники для ряда энергетических предприятий Литвы и РФ (ОАО «Ростовэнерго», ОАО «Кубаньэнерго», ОАО «Нижновэнерго», ОАО «Комиэнерго» и др.) 18 комплектов регистраторов параметров движения контактов высоковольтных выключателей («МАРС-1»), использующих предложенный в работе «метод координатной функции» для измерения мгновенной скорости;

• материалы диссертационной работы используются в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ) в виде разделов курсов лекций «Измерительные информационные системы», при выполнении дипломных проектов по направлению 200100 «Приборостроение».

Новизна и практическая ценность результатов диссертационных исследований подтверждена полученными авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ, программами ЭВМ, зарегистрированными в отраслевых фондах алгоритмов и программ (всего 25 охранных документов).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на: 1.1-й межотраслевой научно-технической конференции по электро-динамическим ускорителям (г. Дзержинский Московской обл., май 1988 г.).

2. Зональном научно-техническом семинаре «Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления" (г. Пенза, январь 1991г.).

3. Всесоюзной научной конференции "Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления" (г. Пенза, январь 1992г.).

4. 1-й Всероссийской научно-технической конференции Российской метрологической академии "Состояние и проблемы технических измерений" (г. Москва, МГТУ им. Баумана, ноябрь 1994г.).

5. XIV, XV, XVI сессиях семинара «Кибернетика электрических систем» РАН по тематике «Диагностика электрооборудования» (г. Новочеркасск, сентябрь 1992г., сентябрь 1994г., сентябрь 1996г.).

6. IV Всероссийской научно-технической конференции «Методы и средства измерений физических величин» (Нижний Новгород, июнь 1999г.).

7. Международной научно-технической конференции "Контроль, измерения, информатизация" (г. Барнаул, октябрь 2000г.).

8. Международной научно - практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (г. Новочеркасск, октябрь 2000г.).

9. Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» - ММТТ-2000 (г. Санкт-Петербург), ММТТ-2002 (г. Тамбов), ММТТ-17 (г. Кострома, 2004 г.)

10. Международной научно - практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» (г. Новочеркасск, июль 2001г.).

11. П-й Международной научно - практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (г. Новочеркасск, сентябрь 2001 г.).

12. 4-й Международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов» (г. Ростов-на-Дону, октябрь 2001г.).

13. Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы - IEEE AIS'03» (п. Дивноморское, июль 2003 г.).

14. Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные САПР - CAD-2003, CAD-2004» (п. Дивноморское, июль 2003 г., 2004 г.).

15. Международной научно-технической конференции «Интеллектуальные системы - IEEE AIS'04» (п. Дивноморское, июль 2004 г.).

16. Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов ЮРГТУ (НПИ) (г. Новочеркасск, май 2006 г., апрель 2007 г., апрель 2008 г.).

Личный вклад автора. Автору принадлежат постановка задач исследования, способы их решения, основные научные результаты, выводы и рекомендации. Им сформулированы идеи защищаемых методов и устройств измерительного преобразования скорости. Под руководством и непосредственном участии автора разработаны запатентованные аппаратные и зарегистрированные программные средства, реализующие полученные научные результаты. Выполненные в соавторстве работы подчинены общей постановке научной проблемы и предложенной автором концепции ее решения.

Публикации по теме диссертации. По результатам исследований опубликовано 93 печатных работы, в том числе 1 монография и 67 научных публикаций (из них 31 статья в журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов докторских диссертаций), получено 23 авторских свидетельства СССР и патента РФ, 2 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ в Отраслевых фондах алгоритмов и программ.

Структура и краткое содержание диссертации по главам.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений. Она содержит 351 стр. основного текста, 100 рисунков, 9 таблиц, список литературы из 235 наименований и 22 приложения.

Основные результаты диссертационного исследования:

1. Обосновано требование к точности ИПС как элементу ИИУС ЭДУ с управляемым разгоном (допустимая погрешность ИПС ±2,8 %) при заданной погрешности управления ± 3,0 % для реализации простого алгоритма управления ЭДУ с однократным расчетом момента подачи команды на прекращение подвода энергии к ЭДУ путем шунтирования его рельсового канала. Предложенный и обоснованный режим «прерывистого» измерения мгновенной скорости только на участках квазирав-номерного движения при питании ЭДУ от емкостного источника энергии в отличие от традиционного измерения скорости на всей траектории движения ПП позволяет снизить динамическую погрешность измерения скорости до пренебрежимо малых значений (±0,25 %) при требовании к быстродействию ИПС - не более 3,0 мкс.

2. Исследование методом вычислительного эксперимента с использованием объемной численной модели ПП с током влияния на ЭДС ИД конструктивных параметров системы "движущийся ПП-датчики положения" впервые позволило строго обосновать выбор границ диапазона базового расстояния между соседними ИД в РРК для ИИУС ЭДУ при использовании времяпролетного метода измерения скорости

3. Проведенное исследование составляющих инструментальной погрешности измерения скорости ПП в ЭДУ с использованием компьютерного моделирования позволило получить ее предельные оценки при измерении средней (±5,2 %) и мгновенной (±1,7 %) скорости. Полученные выражения для методической погрешности измерения скорости плазмы в ЭДУ времяпролетным методом позволили теоретически обосновать выбор равноускоренного движения в качестве расчетного режима, обеспечивающего минимальную методическую погрешность измерения скорости, и доказать, что при контроле скорости времяпролетным методом в ЭДУ с управляемым разгоном предпочтительным с точки зрения минимизации методической погрешности является вариант с заданным интервалом пути, а в ЭДУ с неуправляемым разгоном - вариант с заданным интервалом времени.

4. Разработанная и реализованная в виде набора программ комплексная математическая модель системы «ЭДУ-ИПС», основанная на совместном взаимосвязанном использовании модели движения ПП. модели электромагнитного поля от тока в ПП, модели ИД, модели алгоритма вычисления скорости, впервые позволила проводить сравнительный анализ по точности вариантов структуры ИПС методом вычислительного эксперимента на стадии проектирования ИПС ИИУС без многочисленных дорогостоящих натурных экспериментов на ЭДУ, в частности, при объединении комплексной модели с программой - нейроимитатором позволила провести выбор варианта структуры нейросетевого ИПС с подачей на вход нейросети значений логарифмо-логометрической КФ и ее производной по времени с получением на выходе значений скорости и доказать, что применение ИПС в качестве аппроксиматора повышает точность ИПС в несколько раз по сравнению с традиционной аппроксимацией КФ эмпирическими выражениями, причем, при увеличении числа слоев ИНС до 2,5 с 10 нейронами в каждом слое максимальная методическая погрешность ИПС может быть снижена до ±1,2 %.

5. Полученный комплекс расчетных формул позволяет оценивать скоростные, временные параметры и положение (координату) движущегося ПП, а также методические погрешности измерения скорости при использовании двух вариантов времяпролетного метода: А х-const и At -const в режиме равноускоренного движения, выбранного в качестве рабочего режима, обеспечивающего минимальную методическую погрешность измерения скорости ПП.

6. Разработанный метод измерительного преобразования скорости, основанный на формировании промежуточных точек опроса путем программируемой попарной коммутации датчиков, в отличие от традиционного времяпролетного метода обеспечивает возможность перехода от измерения средней скорости на интервале между двумя датчиками к измерению квазимгновенной скорости ПП при том же числе датчиков положения в РРК ИПС, что позволяет повысить точность измерения скорости и как следствие точность управления разгоном и стабилизации скорости ПП (тела).

7. Предложенные разновидности «метода координатной функции» для измерительного преобразования скорости, основанного на сочетании принципа «двух наблюдателей» и логометрического метода измерения, а также нулевого метода измерения с использованием КФ дифференциально-суммарно-логомет-рического типа и аппроксимацией сигнала датчика положения экспоненциальной функцией, в отличие от известных методов измерительного преобразования обеспечивают измерение квазимгновенной и истинно мгновенной скорости ПП в ЭДУ и, соответственно, повышенную точность измерения скорости ПП (тела) и управления ЭДУ.

8. Разработанный метод измерительного преобразования скорости ПП с использованием в качестве информативного параметра геометрического среднего сигналов датчиков положения, основанный на выявленной инвариантности этого параметра ко всем мешающим факторам и зависимости его только от скорости движения ПП и тока в ПП, в отличие от других методов измерительного преобразования мгновенной скорости позволяет повысить помехозащищенность ИПС за счет замены операции дифференцирования на операцию непрерывного измерения тока в ПП.

9. Разработанные методики параметрического и структурного синтеза ИПС, в том числе основанные на предложенном критерии «двойного минимума» при структурном синтезе и различных методах ИИ при параметрическом и структурном синтезе, в отличие от известных подходов позволили обоснованно определять оптимальные конструктивные параметры РРК (РИК) и структуру ИПС с обеспечением повышенной точности (за счет минимизации составляющих погрешности измерительного преобразования и компенсации различных составляющих погрешности), помехозащищенности (за счет минимизации потерь информации о параметрах сигналов датчиков положения и ошибки обнаружения сигнала оптимального фильтра на выходе датчиков ИПС), а также проводить с использованием аппарата нечетких множеств многокритериальный ранговый анализ и выбор оптимальных методов измерительного преобразования без привлечения сложного аппарата теории векторного синтеза технических систем.

10. На основе предложенных в диссертации новых методов и средств измерительного преобразования параметров движения ПП и тел в ЭДУ, обладающими элементами мировой новизны (23 авторских свидетельства СССР и патента РФ на изобретения) и методологии проектирования ИПС, отраженной в 67 публикациях и 2-х зарегистрированных программах ЭВМ, разработан ряд ИПС для ИИУС ЭДУ с относительной приведенной погрешностью измерения квазимгновенной скорости ±2,5 % , а мгновенной скорости ± 2,0 % (на базе 2,5-слойной ИПС). Их использование при реализации простого алгоритма управления ЭДУ (с определением мгновенной скорости, без расчета ускорения и однократным расчетом момента подачи команды на шунтирование РК в режиме on-line и без коррекции его расчетного значения) обеспечивает погрешность управления разгоном ПП±3,0 %, а при реализации сложного алгоритма управления ЭДУ (с памятью, определением мгновенной скорости и ускорения 1111 и несколькими коррекциями в режиме on-line расчетного значения момента подачи команды на шунтирование РК) ±(1,0-3,0) %.

Особенностью диссертационного исследования, связанной с трудностями осуществления дорогостоящих физических экспериментов из-за специфики сложного и уникального объекта (магнитоплазменного ЭДУ), является активное использование вычислительного эксперимента. Это позволило в условиях- ограниченности исходных данных по мере перехода от одних аспектов исследования к другим накапливать и использовать данные по результатам вычислительного эксперимента. Именно поэтому экспериментальные исследования не сосредоточены традиционно на последнем этапе, а распределены по отдельным разделам диссертационной работы (глава 1, глава 2, глава 4, глава 5), что обусловлено логикой изложения. В то же время положительные результаты физических экспериментов по оценке работоспособности готовых схемотехнических решений на основе результатов выполненных исследований подтверждены производственными испытаниями в условиях заказчиков, удостоверенными многочисленными актами внедрения, приведенными в Приложении Щ.

По результатам выполненных исследований разработаны структурные, функциональные и принципиальные схемы ряда ИПС, реализующих предложенные в работе методы измерительного преобразования- скорости плазмы в ЭДУ, изготовлены и внедрены на предприятиях страны 7 типов и модификаций ИПС, устройств и подсистем управления для ИИУС ЭДУ, в том числе:

- измерительный преобразователь средней скорости «ПР-ИД», основанный на предложенных модификациях времяпролетного метода измерения скорости, и предназначенный для использования в составе ИИУС магнитоплаз-менного ЭДУ;

- измерительный преобразователь квазимгновенной скорости «ПР-РИ», основанный на доплеровском эффекте с использованием предложенного способа повышения помехозащищенности (использование цифрового представления девиации частот), и предназначенный для применения в составе ИИУС магни-топлазменного ЭДУ;

- модификация блочно-модульного измерительного преобразователя средней скорости «ПС-РБХ», основанного на использовании распределенного регистрирующего контура для применения в составе ИИУС магнитоплазменно-го ЭДУ;

- модификация блочно-модульного измерительного преобразователя квазимгновенной скорости «ПС-РБХ», основанного на использовании распределенного измерительного контура с применением предложенного метода координатной функции (КФ DSL - типа) для применения в составе ИИУС магнито-плазменного ЭДУ;

- ИИУС магнитоплазменного ЭДУ типа «Молния» с использованием в качестве источника информации о скорости разгона плазмы в ЭДУ измерительного преобразователя средней скорости «ПР-ИД»;

- ИИУС магнитоплазменного ЭДУ типа- «Искра» с использованием в качестве источника информации о скорости разгона плазмы в ЭДУ доплеровского измерительного преобразователя квазимгновенной скорости «ПР-РИ»;

- ИИУС магнитоплазменного ЭДУ «ПРОЛОГ-1», использующая в качестве источника информации о текущей скорости разгона плазмы в ЭДУ модификацию измерительного преобразователя квазимгновенной скорости- «ПС-РБХ».

Подтверждена универсальность и возможность распространения предложенного в работе базового метода измерительного преобразования скорости МКФ при проведении измерений в широком диапазоне скоростей (от единиц м/с до единиц км/с) на смежные отрасли электротехники в результате разработки, изготовления и ряда внедрений (18 комплектов) на отечественных предприятиях РАО ЕС и за рубежом (Литва) измерительного преобразователя и регистратора мгновенной скорости контактов высоковольтных коммутационных аппаратов типа «МАРС-1».

Внешний вид основных из перечисленных средств измерительного преобразования скорости движения ПП и тел для ИИУС магнитоплазменных ЭДУ, а также регистратора скорости для объектов в смежной отрасли электротехники, разработанных и изготовленных под руководством и при непосредственном участии автора, показан на фотографиях, приведенных ниже.

Реализация, внедрение и опыт практической эксплуатации разработанных измерительных преобразователей параметров движения плазмы и тел в магнитоплазменных электродинамических ускорителях, в том числе с управляемым разгоном, подтвердили правильность основных результатов исследований, эффективность и универсальность разработанных методов измерительного преобразования параметров движения плазмы в ЭДУ, методологии структурного и параметрического синтеза ИПС.

Совокупность вынесенных на защиту положений и полученных в диссертационной работе результатов позволяет классифицировать их как научно обоснованные технические решения, вносящие значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области информационно-измерительных и управляющих систем для высокоскоростного разгона плазмы и тел с использованием магнитоплазменных ЭДУ, состоящие: в разработке новых методов измерительного преобразования квазимгновенной и мгновенной скорости разгона ПП для ИИУС магнитоплазменных ЭДУ, обеспечивающих повышение точности контроля и регистрации скорости и как следствие высокой точности управления разгоном и стабилизации скорости ПП при использовании простых алгоритмов управления.

Измерительный преобразователь скорости /777 типа «ПР-ИД» для ИИУС магнито-плазменного ЭДУ

Измерительный преобразователь скорости ПИ типа «ПР-РИ» для ИИУС магнито-плазменного ЭДУ

Регистратор скоростных характеристик типа «МАРС-1» для контроля параметров движения контактов высоковольтных коммутационных аппаратов

Блок высоковольтных формирователей импульсов управления типа «БВВП» для подсистемы управления ИИУС магнитоплазменного ЭДУ

Измерительный преобразователь скорости ПП типа «ПС-РБХ» для ИИУС

Подсистема управления типа «ПС-ПЛУ» ИИУС «ПРОЛОГ-1» магнитоплазменного ЭДУ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ОСНОВНЫМ РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ

Проблема стабилизации скорости плазмы и разгоняемых тел в магнито-плазменных ЭДУ может быть решена управлением процессом разгона в реальном времени. Возможны два пути стабилизации скорости: первый из них связан с поиском новых методов и стратегий управления в условиях неточной информации о параметрах движения (координате, скорости и ускорении тела). В качестве такой информации используют средние на интервале пути между соседними датчиками положения значения скорости. Однако управление разгоном в реальном времени является сложной проблемой из-за быстроты процесса разгона, недостаточного знания сложных и нестационарных физических процессов, низкой точности математических моделей ускорителей, сложности реализации управляющих воздействий. В результате первый путь стабилизации скорости является очень трудоемким и связан с необходимостью проектирования сложных систем управления. Второй путь стабилизации скорости предполагает поиск новых методов измерительного преобразования квазимгновенной и лггновенной скорости разгоняемого тела. Повышение точности измерения за счет перехода от контроля средней скорости к контролю мгновенной скорости позволяет снизить требования к сложности и точности систем управления за счет использования более простых методов и стратегии управления. Такой подход является принципиально новым и, как показали результаты исследований, описанных в настоящей работе, весьма перспективным.

Следует заметить, что особое внимание, уделяемое в данной работе измерительному преобразованию квазимгновенной и мгновенной скорости с использованием РИК и предложенного «метода координатной функции» не означают, что задача измерения средней скорости разгона в канале ЭДУ с использованием РРК потеряла свою актуальность. В некоторых из многочисленных применений техники высокоскоростного разгона с использованием ЭДУ, где, например, не требуется решать баллистические задачи и можно ограничиться неуправляемым разгоном тел (первое поколение ЭДУ с неуправляемым разгоном), точность, обеспечиваемая при измерении средней скорости, может оказаться вполне достаточной. Если к тому же допустимо значительное увеличение количества датчиков положения в РРК (например, до нескольких десятков на протяжении длины рельсотрона), то, как показано в настоящей работе, относительная методическая погрешность, зависимость которой от координаты имеет падающий характер, на последних интервалах измерения может быть уменьшена весьма ощутимо. В других же применениях, связанных с необходимостью точного обеспечения заданных скоростных характеристик разгоняемых тел, например, в баллистической задаче электродинамического запуска микрокосмических летательных аппаратов и др., необходимо использование техники управляемого разгона (второе поколение ЭДУ). В таких случаях предпочтительно измерение мгновенной или квазимгновенной скорости.

В табл. 9 приведены сводные данные о точности разработанных в диссертационной работе измерительных преобразователей квазимгновенной, мгновенной скорости ПП и достигаемой при этом точности управления и ста билизации скорости в зависимости от используемого алгоритма управления разгоном ПП в ЭДУ.

1. Высокоскоростное взаимодействие тел/В.М. Фомин, А.И. Гулидов, Г.А. Сапожников и др. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. - 600 с.

2. Манзон Б.М. Ускорение макрочастиц для управляемого термоядерного синтеза // Успехи физических наук. 1981- Т. 134, № 4. - С. 611-639.

3. Лернер Э. Дж. В космос с помощью электричества // Аэрокосмическая техника. - 1990. - № 11. - С. 102 - 103.

4. Джонс Р. М. Микро КЛА научного назначения, запускаемые с помощью электродинамических ускорителей массы // Аэрокосмическая техника. -1990. -№ 11.-С. 14-21.

5. Государственный научный центр РФ «Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований» ГНЦ РФ ТРИНИТИ, г. Троицк Московской обл. <http://www.triniti.ru/Plasmaaccel.html>.

6. Мощные импульсные электродинамические ускорители плазмы <http://www.triniti.ru/Plasmaaccel/html>.

7. Экспериментальное исследование магнитоплазменного ускорения ди-элек-трических ударников в рельсотроне/ М.М. Кондратенко, Е.Ф. Лебедев,

8. B.Е. Осташев и др. // Теплофизика высоких температур. 1988. - Т. 26, № 1.1. C. 159-164.

9. Tower М.М., Haight С.Н. Development of high-energy distributed energy source electromagnetic railgun with improved energy sonversion efficiency // IEEE Trans. Magn. 1982. - Vol. 18, № 1. - P. 82-93.

10. Results of railgun experiments powered by magnetics flux compression generators / R.S. Hawke, A.L.Brooks, FJ. Deadrick et al. // IEEE Trans. Magn. 1982. -Vol. 18, № l.-P. 94-98.

11. Macroparticle Launch Velocity Control in Rail Accelerators /1. B. Azanov, V.A. Alexandrov, S.S. Obydennikov at al.//IEEE Trans. Magn.-1997.-Vol. 33, № 1. -P. 213-218.

12. Цапенко M.C. Измерительные информационные системы: Структурыи алгоритмы, системотехническое проектирование: учеб. пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. —М.: Энергоатомиздат, 1985. 439 с.

13. Haugh D. An Update on the UK Electric Gun Research Programme // IEEE Trans. Magn. -1997. Vol. 33, №1, Part 1. - P. 17-20.

14. Fair H.D. Electromagnetic Launch: A Review of the U.S. National Program // IEEE Trans. Magn. -1997. Vol. 33, №1, Part 1. - P. 11 - 16.

15. Usuba S., Sawaoka A., Kondo K. Railgun experiment at Tokyo Institute of Technology // IEEE Trans. Magn. -1986. Vol. 22, № 6. - P. 1790 - 1792.

16. Driga M. D., Weldon W. F., Woodson H. H. Electromagnetic Induction Launchers // IEEE Trans. Magn. 1986. - Vol. 22, № 6. - P. 1453 - 1459.

17. Колесников П.М. Электродинамическое ускорение плазмы. М.: Атомиздат, 1971.-389 с.

18. Powell J.D., Batten J.H. Arc dynamic in the Rail Gun // IEEE Trans. Magn. -1982.-Vol. 18, № l.-P. 7-10.

19. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях / под ред. Н. А. Златина и Г. И. Мишина. М.: Наука, 1974. -344 с.

20. Сивков А.А., Коваленко А.Н., Герасимов С.В. Использование энергии взрыва для коммутации тока и предварительного разгона твердых тел в электродинамическом ускорителе /Том. политехи, ин-т. Томск, 1989. -13 с. -Деп. в ВИНИТИ 26.05.89, №3508-В 89.

21. Report of the Research Laboratory of Engineering Materials // Tokio Institute of Technology. 1982. - № 7, 8. - P. 3-68.

22. Thio Y.C., Frost L.S. Non Ideal plasma behavior of railgun arcs // IEEE Trans. Magn. - 1986. - Vol. 22, № 6. - P. 1757-1762.

23. Dedrik F.D. Macpac a railgun simulation program // IEEE Trans. Magn.- 1982. Vol. 18, № 1.- P. 22.

24. Кудрин Л.П. Статистическая физика плазмы. М.: Атомиздат, 1974. —497 с.

25. Недоспасов A.B., Хаит В.Д. Колебания и неустойчивости низкотемпературной плазмы,-М.: Наука, 1979. -168 с.

26. Кадомцев Б.Б. Коллективные явления в плазме. — 2-е изд., испр. и доп. -М.: Наука, 1988.-303 с.

27. Франк-Каменецкий Д.А. Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат, 1968.-286 с.

28. Чернетский A.B. Введение в физику плазмы. М.: Атомиздат, 1969.303 с.

29. Михайловский А.Б. Теория плазменных неустойчивостей.-2-е изд., перераб. и доп. М.: Атомиздат, 1977 - Т.2.- 360 с.

30. Арцимович Л.А. Что каждый физик должен знать о плазме. -2-е изд.- М.: Атомиздат, 1977. 112 с.

31. Арцимович Л.А. Элементарная физика плазмы. -М.: Атомиздат, 1969.- 191 с.

32. Киттель Ч. Статистическая термодинамика плазмы: пер. с англ. М.: Наука, 1977. - 336 с.

33. Электродинамика плазмы/А.И. Ахиезер, И.А. Ахиезер, Р.В. Половин и др. М.: Наука, 1974. - 719 с.

34. Паславский Е.С. Исследование устойчивости системы стабилизации плазмы с учетом характеристик реальных звеньев // Управление объектами с распределенными параметрами. Киев: Ин-т кибернетики АН УССР, 1979. - С. 55-67.

35. Рогальский Ф.Б. Некоторые вопросы построения алгоритмов стабилизации плазменных объектов // Автоматика. 1979. - № 2. - С. 40-45.

36. Генераторы низкотемпературной плазмы: тез. докл. X Всесоюз. конф., Каунас, 16-18 сент. 1986 г. 4.1. Теоретические и экспериментальные исследования электрической дуги. Приэлектродные явления. Минск: ИТМО, 1986.162 с.

37. Генераторы низкотемпературной плазмы: тез. докл. X Всесоюз. конф., Каунас, 16-18 сент. 1986 г. 4.2. Автоматизация и обработка эксперимента при исследовании электрической дуги. — Минск: ИТМО, 1986. — 151 с.

38. Future trends for compulsator driving railgins /S.B. Pratap, M.D. Driga, W.T. Wclpon, M.L. Spann // IEEE Trans. Magn. 1986. -Vol. 22, №6. - P. 16811683.

39. Михайлов А. А. Робастные устройства контроля скорости в системах управления специализированными электрофизическими установками: дис. . канд. техн. наук. Новочеркасск, 1993.

40. Rose M.F. Compact capacitor powered railgun systems//IEEE Trans. Magn. -1986. -Y.22, №6 P. 1717-1722.

41. Импульсные источники света /A.C. Дойников, В.П. Жильцов, И.С. Маршак и др.; под ред. И.С. Маршака. -М.: Энергия, 1978. 472 с.

42. Кромптон Т. Вторичные источники тока: пер. с англ. М.: Мир, 1985. -301 с.

43. Ударные униполярные генераторы/В.А. Глухих, Г.А. Баранов и др. -Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. 169 с.

44. Глебов И.А., Кашарский Э.Г., Рутберг Ф.Г. Синхронные генераторы в электрофизических установках. -Л.: Наука, 1977. 224 с.

45. Кнопфель Г. Сверхсильные магнитные поля. М.: Мир, 1972. - 392 с.

46. Анисимов А.Г., Башкатов Ю.Л., Швецов Г.А. Взрывомагнитные генераторы для питания рельсотронных ускорителей твердых тел // Физика горения и взрыва. 1986. - Т. 22, № 4. - С. 76-82.

47. Дружинин A.C., Кучинский, В.Г. Ларионов Б.А. Компрессионные генераторы 11 Физика и техника мощных импульсных систем: сб. ст. /под ред. акад. Е.П. Велихова. М.: Энергоатомиздат, 1987. - С. 280-295.

48. Максвелл, Димитриади. Генератор с высокой степенью МГД-вза-имодействия // 23- Symp.onEng. Aspects of MI-ГО, June 25-28, 1985. -USA, Somerset, Pennsylvania, 1985.-P. 94-99:

49. Импульсные источники энергии на основе индуктивных накопителей: препринт Б-0299 / В.А. Глухих и др. -Л.: НИИЭФА, 1986.

50. Материалы I Всесоюзного семинара по динамике сильноточного дугового разряда, Новосибирск, 10-13 апр. 1990 г./ под ред. М.Ф. Жукова. Новосибирск: ИТФ, 19901. -350 с.

51. Материалы II Всесоюзного семинара по динамике сильноточного дугового разряда в магнитном поле, Новосибирск, 4-6 дек. 1991г./ под ред. В.Е. Накорякова. Новосибирск: ИТФ, 1992. - 367 с.

52. Selected Papers from the 10 Electromagnetic Launcher Technology (EML) Symposium // IEEE Trans. Magn. 2001. - Vol. 37, №.1. P.l - 512.

53. Тепловые и электромагнитные процессы на контактах электродинамического ускорителя: препр. №42 /М.П. Галанин, А. Д. Лебедев,

54. A.П.Лотоцкий, К.К. Миляев. М.: Ин-т. прикл. матем. им. М.В. Келдыша РАН, 2000. - 32 с.

55. Проект «Байкал». Отработка схемы генерации электрического импульса /Э.А. Азизов, С.Г. Алиханов, Е.П. Велихов, М.П. Галанин и др.// Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез-2001 №.3.- С. 3-17.

56. Магнитокумулятивные витковые генераторы быстронарастающих импульсов тока/А.И. Павловский, Р.З. Людаев, В.А. Васюков и др.// Сверхсильные магнитные поля. Физика, техника, применение/под ред. В.М. Титова, Г.А. Швецова. -М.: Наука, 1984.-415 с.

57. Основные типы взрывомагнитных генераторов и их применение/

58. B.К. Чернышев, В.Н. Мохов, А.М. Буйко и др. // Мегагауссная и мегаамперная импульсная технология и применения/ под ред. В.К. Чернышева, В.Д. Селеми-ра, Л.Н. Пляшкевича. Саров: ВНИИЭФ, 1997. - Т.1.- С. 26-30.

59. Галанин М.П., Попов Ю.П. Квазистационарные электромагнитные поля в неоднородных средах. Математическое моделирование. М.: Наука: Физматлит, 1995.- 320 с.

60. Kareev Yu.A., Lototsky А.Р., Halimullin Yu.A. Métal Projectile Accélération in Muzzle -Fed Railgun//6 European Symposium on EML Technolodgy (The Hague, 25-28 May 1997): Proceedings. Hague, 1997. - P. 314-321.

61. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Наука, 1989. - 544 с.

62. Drobyshevski Е.М., Yuferev S.V. The Use of Conducting Shields for Increasing the Operating Current Limit in a Rail Launcher // IEEE Trans. Magn. -1995.-Vol 31, № l.-P. 291-294.

63. Галанин М.П., Плеханов A.B., Савичев B.B. Исследование поведения металлического контакта при электродинамическом ускорении проводящих тел // Теплофизика высоких температур. -1996. Т. 34, № 2. - С. 293-298.

64. Галанин М.П., Савичев В.В. Особенности электромагнитного поля и их проявления при моделировании электрического контакта проводящих тел в электродинамическом ускорителе типа рельсотрон // Теплофизика высоких температур. -1997. Т. 35, № 4. - С. 517-523.

65. Galanin М.Р., Lebedev A.D., Milyaev К.К. An Investigation of the Effects of Some Properties of Materials on the Characteristics of Armature Acceleration in a Railgun//IEEE Trans. Magn. 2001. -Vol. 37, № 1. - P. 411 -415.

66. Parker J.V. Why plasma armature railguns don't work (and what can be done about it)// IEEE Trans. Magn. 1989. - Vol. 25, №1. - P. 418-424.

67. Bertsekas D. R., Shreve S. E. Stochastic Optimal Control. The Discrete Time Case. -New York; San Francisco; London: Academic Press, 1978.- P.276.

68. Кротов В. Ф., Гурман В. И. Методы и задачи оптимального управления М.: Наука, 1973. - 448 с.

69. Кириевский Е. В. Измерение параметров движения тел в плазменных электродинамических ускорителях (Параметрический и структурный синтез измерительных преобразователей). -Ростов н/Д: Изд-во СКНЦВШ, 2005.-392 с.

70. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Исследование динамической погрешности измерения мгновенной скорости тела в плазменном электродинамическом ускорителе// Изв. вузов. Электромеханика. -2006. -№2. С. 55-60.

71. Кириевский Е.В., Кириевский В.Е. Анализ динамической погрешности подсистемы контроля мгновенной скорости в системе функциональной диагностики и управления магнитоплазменного ускорителя масс//Контроль. Диагностика. 2008. - № 1. - С.31-44.

72. Кириевский В. Е., Кириевский Е. В. Система моделирования процессов измерения скорости в электродинамическом ускорителе: свид-во об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2000611373 Рос. Федерация. — Зарег. в Реестре программ для ЭВМ 25.12.2000.

73. Electromagnetic Launchers The New Concept /A.V. Kozlov, S.N. Luzganov, V.V. Polistchook, A.V. Shurupov // IEEE Trans. Magn. -2004. - №1 p. 146-152.

74. Левидов B.A., Тихонов O.H., Цивирко Г.П. Измерение скоростей (измерительное дифференцирование). М.: Изд-во стандартов, 1972.- 259 с.

75. Викторов В.В., Караджали Т.М., Чурсин А.С. Устройство для измерения скорости движения метаемых тел//Приборы и техника эксперимента. — 1983. -№ 5. -С. 212-214.

76. Nalty К.Е., Zowarka R.C., Holland L.D. Instrumentation for EM launcher system//IEEE Trans. Magn. -1984. -Vol. 20, № 2.- P. 328-331.

77. Sloan M.L. Measurement of railgun projectile velocities by shorted transmission lin techniques/ЛЕЕЕ Trans. Magn. 1986. -Vol. 22, № 6. - P. 1746.

78. Мелешко E.A. Интегральные схемы в наносекундной ядерной электронике. М.: Атомиздат, 1978. - 214 с.

79. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Высокочастотный метод измерения неэлектрических величин. М.: Наука, 1978. - 280 с.

80. Викторов В.А., Лункин Б.В., Совлуков А.С. Радиоволновые измерения параметров технологических процессов.—М.: Энергоатомиздат, 1989.-207 с.

81. Пат. 2544821 ФРГ, МКИ G01P 3/64. Коррелятор для бесконтактного измерения скорости с несколькими датчиками / F. Mesch, R.Fritsche. -Приоритет 03.10.75.

82. Меш Ф., Даухер Х.-Х., Фриче Р. Измерение скорости корреляционным способом // Mebtechnik, Карлсруэ, 1971. -214 с.

83. Пат. 2506024 ФРГ, МКИ G OIP 3/50, В21С 51/00. Устройство для измерения скорости перемещаемого изделия корреляционным методом /Р. Petit, Р. Verjux. Приоритет 10.10.76.

84. Bauer D.P., Barber J.P. Jn-born railgun projectile velocity/IEEE Trans. Magn. -1986. —Vol.22, № 6,- P. 1395-1398.

85. Заявка 58-33313 Япония, MICH GOIS 1/00. Способ обнаружения положения движущегося объекта / Ёсикадзу Сато, Кёпти Араи, Рэйдзу Фукухара. -Приоритет 12.11.80.

86. Кириевский Е.В. Обзор методов и средств измерения скорости разгона тел в магнитоплазменном ускорителе масс / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск, 2003.-41 е.-Деп. в ВИНИТИ 18.02.2003, №321-В2003.

87. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Анализ достоверности методов измерения линейной скорости по критерию минимальной ошибки в условиях по-мех//Изв. вузов. Электромеханика. 2000. - № 1. - С. 85-88.

88. Кириевский Е.В. Структурные методы повышения помехозащищенности систем измерения скорости в электродинамических ускорителях масс// Изв. вузов. Электромеханика. 2003. - № 3. - С. 25-31.

89. Кириевский Е.В. Измерение параметров движения с использованием метода эталонной координатной функции // Изв. вузов. Электромеханика. — 2000.-№4.-С. 74-80.

90. Кириевский Е.В. Сравнительный анализ методов измерения скорости с использованием распределенных регистрирующего и измерительного контуров // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2001. — №1. - С.3-5.

91. A.c. 1403352 СССР, МКИ НОЗК 5/153, 5/22. Формирователь импульсов из синусоидального сигнала/Кириевский Е.В., Кореновский М.А., Михайлов A.A., Харитонов В.Е. Опубл. 1988, Бюл. № 22.

92. Кириевский Е.В., Кореновский М.А. Синтез имитатора с перестраиваемой структурой для моделирования процессов в импульсных установках прямого преобразования энергии //Изв. вузов. Электромеханика. 1999. - № 4. - С. 37-42.

93. Плазменные ускорители / А.И. Морозов и др.; под ред. JI.A. Арци-мовича. М.: Машиностроение, 1972. - 312 с.

94. Cook R.W. Observation and analysis of current carrying plasmas in rail gun // IEEE Trans.Magn. -1986. Vol. 22, №.6. - P.1423-1428.

95. Синельников Д.Е., Синельников E.M. Формулы для расчета магнитного поля токов методом суммирования поля конечных поверхностных элементов //Изв. вузов. Электромеханика. 1985. - №7.- С. 10-15.

96. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке БЕЙСИК для персональных ЭВМ. -М.: Наука, 1987.- 240 с.

97. Яковлев К.П. Математическая обработка результатов измерений. -М.: НГИТЛ, 1950.-384 с.

98. Кириевский Е.В. Математическое моделирование электромагнитного поля движущегося плазменного поршня в канале электродинамического ускорителя масс / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т.-Новочеркасск, 2003.- 15с.-Деп. в ВИНИТИ 13.05.2003, № 917-В2003.

99. Кириевский Е.В. Моделирование сигнала индукционного датчика положения движущейся плазмы//Метрология: ежемес. прил. к журн. «Измерительная техника». 2003. - № 6. - С. 36 - 48.

100. Кириевский Е.В., Январев С.Г. Моделирование сигнала индукционного датчика положения движущегося проводника с током// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2000. — №3.- С.7-10.

101. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Выбор расчетного режима для оценки методической погрешности измерителей скорости времяпролетного ти-па//Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки.-1993.-№3-4- С. 92-98.

102. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. М.: Наука, 1980. - 975 с.

103. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Исследование методической погрешности измерителей скорости времяпролетного типа // Изв. Сев.-Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки. 1993. -№3-4. С. 84-92.

104. Рабинович С.Г. Погрешности измерений. М.: Энергия, 1978.- 262 с.

105. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Анализ предельной методической погрешности измерителей скорости с распределенным регистрирующим контуром// Изв. вузов. Электромеханика. 1996. - №1-2. - С. 54-57.

106. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Оценка методической погрешностиизмерителя линейной скорости с распределенным регистрирующим контуром// Изв. вузов. Электромеханика. -1995. -№1-2. С. 46-49.

107. Алгоритмы и программы восстановления зависимостей /под ред. В.И. Вапника.-М.: Наука, 1984.- 815 с.

108. Логинов В.М., Цепков Г.В., Чинаев П.И. Экономичное кодирование. -Киев: Наук, думка, 1976. 174 с.

109. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Сов. радио, 1977. 607 с.

110. Черри К. Человек и информация. — М.: Связь, 1972. — 368 с.

111. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. — Л.: Энергия, 1968. — 248 с.

112. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Анализ зависимости динамической погрешности скоростемеров времяпролетного типа от диапазона измеряемых скоростей // Изв. вузов. Электромеханика — 1997. — №3. -С. 46-52.

113. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника—М.: Радио и связь, 1982.-624 с.

114. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Метрологическая оценка допустимой ошибки обнаружения объекта скоростемером с распределенным регистрирующим контуром // Изв. вузов. Электромеханика 1994. - № 4-5. - С. 71-75.

115. Гуткин Л.С. Теория оптимальных методов радиоприема при флук-туационных помехах. М.;Л.: Госэнергоиздат, 1961. -488 с.

116. A.c. 1569714 СССР, МКИ G 01 Р 3/67. Устройство для измерения скорости линейного перемещения объекта / Е.В. Кириевский, A.A. Михайлов. — Опубл. 1990, Бюл. №21.

117. A.c. 1672377 СССР, МКИ G 01Р 3/64. Способ и устройство измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, А.А.Михайлов, А.И.Седых. Опубл. 1991, Бюл. № 31.

118. A.c. 1583846 СССР, МКИ G 01Р 3/67. Способ измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, А.А.Михайлов, А.И. Седых. Опубл. 1990, Бюл. №29.

119. A.c. 1672378 СССР, МКИ G Ol Р 3/64. Способ и устройство измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, A.A. Михайлов, А.И. Седых.- Опубл. 1991, Бюл. №31.

120. Пат. 2117309 РФ, МКИ 6G 01Р 3/64. Способ диагностики электрического коммутационного аппарата (его варианты) / В.В. Долгих, Е.В. Кириевский, П.В. Долгих и др. Опубл. 1998, Бюл. №22.

121. Долгих В.В., Кириевский Е.В. Контроль скоростных характеристик высоковольтных выключателей емкостным методом // Электротехника. — 1999.- №12. С. 45-49.

122. Кириевский Е.В., Долгих В.В. Прибор для эксплуатационного контроля высоковольтных выключателей по параметрам движения контактов емкостным методом// Электрические станции. 2001. - № 11. - С. 56-61.

123. Кириевский Е.В., Долгих В.В. Контроль скоростных характеристик высоковольтных выключателей емкостным методом //Электротехника. — 1999. № 12. - С. 45-49.

124. Kirievsky E.V., Dolgikh V.V. Capacitive Monitoring of the Speed of High-Voltage Cutouts // Russian Electrical Engineering. 1999. - Vol. 70, №12. — P. 67-71. - (Published by Allerton Press Inc. (USA), 2001).

125. Пат. 2189600 РФ, МКИ 7 GO 1 Р. Способ измерения линейной скорости локомотива / Кириевский Е.В., Зарифьян A.A., Колпахчьян П.Г., Январев С.Г. Опубл. 2002, Бюл. № 26.

126. Пат. 2189599 РФ, МКИ 7 GO 1 Р. Способ измерения линейной скорости локомотива / Кириевский Е.В., Зарифьян A.A., Колпахчьян П.Г., Январев С.Г.- Опубл. 2002, Бюл. № 26.

127. Пат.1818588 РФ, МКИ 6G 01Р 3/64. Способ измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, В.В. Долгих, А.И. Седых и др. Опубл. 1993, Бюл. №20.

128. A.c. 1817027 СССР, МКИ G01P 3/64. Способ измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский, И.И. Калинин, А.И. Седых. Опубл. 1993, Бюл. №19.

129. A.c. 1744652 СССР, МКИ G01P 3/64. Способ измерения скорости движения объекта / Е.В. Кириевский. Опубл. 1992, Бюл.№24.

130. Тимонтеев В.Н., Величко J1.M., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигналов в радиоэлектронной аппаратуре.—М.: Радио и связь, 1981.— 113 с.

131. Воронин В.И. Применение нелинейного операционного усилителя экстремальных значений напряжений и их функций//Приборы и техника эксперимента. 1977- №1.- С. 153.

132. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1985,- 255 с.

133. Шило B.JI. Популярные цифровые микросхемы. М.: Металлургия, 1987.-352 с.

134. Кириевский Е.В., Михайлов А.А. Анализ предельной методической погрешности измерителя скорости с распределенным регистрирующим контуром // Изв. вузов. Электромеханика. 1996. - № 1-2. - С. 54-57.

135. Кириевский Е.В. Исследование дифференциально-логометрических координатных функций для системы измерения скорости в электродинамическом ускорителе масс // Изв. вузов. Электромеханика. — 2002. — №5. — С. 57—61.

136. Кириевский Е.В. Применение нулевого метода контроля координатной функции для повышения точности систем измерения линейной скорости // Изв. вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки. 2003. - №2. - С. 41- 46.

137. Кириевский Е.В. Повышение информативности при измерении параметров движения проводника с током методом координатной функции // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2003. - Прил. № 5. - С. 41- 46.

138. Пат. 2169926 РФ, МКИ 7 G01P 3/64. Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации / Кириевский В.Е., Кириев-ский Е.В., Щедрин В.Н. Опубл. 2001, Бюл. № 18.

139. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1973. - 832 с.

140. Пат. 2172960 РФ, МКИ 7 G01P 3/64. Способ измерения скорости движения объекта и устройство для его реализации. / Кириевский В.Е., Кириевский Е.В., Щедрин В.Н. Опубл. 2001, Бюл. № 24.

141. Пат. 2199753 РФ, МКИ 7 G01P 3/64. Способ измерения скорости движения объекта / Кириевский Е.В., Январев С.Г. Опубл. 2003, Бюл. № 6.

142. Пат. 2208793 РФ. МКИ 7 GOIP 3/50. Способ измерения скорости движения проводника с током / Кириевский Е.В., Январев С.Г. Опубл. 2003, Бюл. № 20.

143. A.c. 661354 СССР, МКИ G01R. Способ измерения больших постоянных токов в шинах прямоугольного сечения / Кириевский Е.В., Жуковский Ю.Г., Кирьяков А.М., Михайлов В.В., Фоменко Г.П. Опубл. 1979, Бюл. №17.

144. Кириевский Е.В., Калинин И.И. Преобразователи тока, работающие на эффекте Холла, для релейной защиты автономных энергосистем // Электричество. 1982. -№3. - С.-10-14.

145. A.c. 1004895 СССР, МКИ G01R. Датчик тока / Кириевский Е.В., Калинин И.И. Опубл. 1983, Бюл. №20.

146. A.c. 1030867 СССР, МКИ G01R. Трансформатор тока / Кириевский Е.В. Опубл. 1983, Бюл. №27.

147. A.c. 995133 СССР, МКИ G0^.Трансформатор постоянного тока/ Кириевский Е.В.- Опубл. 1983, Бюл. №5.

148. A.c. 1320852 СССР, МКИ G01R. Способ бесконтактного измерения электрического тока/ Кириевский Е.В., Образцов Б.В., Ханжиев A.C. Опубл. 1987, Бюл. №24.

149. Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты/В.В. Михайлов, Е.В. Кириевский, Е.М. Ульяницкий и др.- М.: Энергоатомиздат, 1988.-40 с.

150. A.c. 1725138 РФ, МКИ G01R. Способ бесконтактного измерения электрического тока/Кириевский Е.В., Долгих В.В., Есаулов A.B. Опубл. 1992, Бюл. №13.

151. Пат. 2133473 РФ, МКИ 6 GOIR. Способ бесконтактного измерения электрического тока/Кириевский Е.В., Долгих В.В.- Опубл. 1999, Бюл. № 20.

152. Пат. 2130620 РФ, МКИ 6 GOIR. Способ коррекции систематической погрешности измерительного преобразователя с параметрическим датчиком/ Кириевский Е.В., Долгих В.В. Опубл. 1999, Бюл. № 14.

153. Пат. 2134424 РФ, MKH6G01R. Способ коррекции систематической погрешности измерительного преобразователя с параметрическим датчиком/ Кириевский Е.В., Долгих В.В'.- Опубл. 1999, Бюл. № 22.

154. Кириевский Е.В., Долгих В.В. Коррекция систематических погрешностей логометрических измерительных преобразователей// Измерительная техника. 2002. -№ 5. - С. 20-23.

155. Панин В. В., Степанов Б. М. Измерение импульсных магнитных и электрических полей. М.: Энергоатомиздат, 1987. -119 с.

156. Кириевский Е.В., Январев С.Г. Комбинированный принцип измерения скорости движения проводника с током // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2003. - № 4. - С.49-57.

157. Микропроцессорная система сбора и обработки информации для определения параметров движения сверхзвуковых потоков / Е.В. Кириевский, A.A. Михайлов, В.В. Михайлов, А.И. Седых // Передовой производственный опыт / ЦНИИНТИКПК. 1989. -№ 5 (199). - С. 14-16.

158. Микропроцессорная система многоканального контроля параметров импульсов управления /Е.В. Кириевский, A.A. Михайлов, В.В. Михайлов, Е.С. Коршунов // Передовой производственный опыт / ЦИИНТИКПК. -1991. № 2. -С. 29-36.

159. Кириевский Е.В., Седых А.И. Структурные методы повышения точности и достоверности измерения линейной скорости // Средства и системы управления в технике и технологии: межвуз. сб. науч. тр. — Новочеркасск: НПИ, 1991.-С. 44-48.

160. Кириевский Е.В., Михайлов А.А. Использование функциональных преобразователей для получения максимума полезной информации из сигнала // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 1989. -№ 11.- С. 7-12.

161. Kirievsky E.V., Mikhailov А.А. Functional transformer application for the obtaining of maximum useful information out of signal //Radioelectronics and Communications Systems. 1989. - Vol. 32. - P. 74-79. - (Published by Allerton Press Inc., USA).

162. Соболев В.И. Комаров Г.Г. Решение задачи о максимуме количества информации // Изв. вузов. Радиоэлектроника. -1974. № 7. - С. 94-96.

163. Кириевский Е.В., Михайлов А.А. Информационный анализ фильтра, оптимального по критерию минимума ошибки обнаружения// Изв. Сев. —Кавк. науч. центра высш.шк. Техн. науки. 1988. -№ 4. - С. 64-69.

164. Фано Р. Передача информации. Статистическая теория связи. М.: Мир, 1965.-438 с.

165. Пугачев B.C. Введение в теорию вероятностей,- М.: Наука, 1968.368 с.

166. Вакман Д.Е. Минимизация частичного объема тела неопределенности в доплеровской полосе//Радиотехника и электроника. — 1973. — № 4. — С. 771-781.

167. Левин Б.Р. Теория случайных процессов и её применение в радиотехнике. М.: Сов. радио, 1957.- 496 с.

168. Кириевский Е.В., Михайлов A.A. Выбор параметров распределенного регистрирующего контура измерителей скорости времяпролетного типа//Изв. Сев.—Кавк. науч. центра высш. шк. Техн. науки.—1990.-№ 2.-С. 8—13.

169. Кириевский Е.В., Михайлов А.А Структурный синтез системы измерения линейной скорости времяпролетного типа // Изв. вузов. Электромеханика. -1999. №3. - С. 77-80.

170. Васильев С.Н. От классических задач регулирования к интеллектно-му управлению. Ч. 1 и 4.2 // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2001. -№1.-С. 5-22; №2.-С. 5-21.

171. Калман P.E. Об общей теории систем управления // Тр. I Конгресса

172. ИФАК. М.: Изд-во АН СССР, 1961, - Т. 2. - С. 521-547.

173. Красовский H.H., Субботин A.M. Позиционные дифференциальные игры. М.: Наука ,1974. - 456 с.

174. Уоесермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: теория и практика.- М.: Мир, 1992.-118 с.

175. Кириевский В.Е., Кириевский Е.В. Система моделирования^ процессов измерения скорости в электродинамическом ускорителе (MMVS) // Программы для ЭВМ. Базы данных. Топологии интегральных микросхем. 2001. -№1(34).-С. 273-274.

176. Кириевский E.B., Кириевский B E. Анализ нейросетевых структур; системы измерения скорости разгона: тел в: электродинамическом; ускорителе // Измерительная техника. — 20041 №1. - С. 39-43.

177. Кириевский Е:В. Нейросетевая реализация системы измерения параметров» движения плазмы в электродинамических ускорителях масс // Перспективные информационные технологии и интеллектуальные, системы. 2003. -№1. - С. 50-52;. .

178. Михайлов A.A. Основы теории'построения алгоритмов* оценивания параметра по результатам из1мерения. Ростов н/Д: Изд-во Ростовского ун-та,2002. -226 с.

179. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. — Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1991. — 301 с.

180. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. — М.: Наука, 1965. — 511 с.

181. Мержиевский Л.А., Титов В.М. Высокоскоростной удар// Физика горения и взрыва,- 1987.-№5.-С. 92-108.

182. Кириевский Е.В., Михайлов А.А. Синтез распределенного регистрирующего контура времяпролетного измерителя скорости с адаптацией шага установки датчиков//Измерительная техника. 2002. - №10. - С. 53-56.

183. Пат. 2208794 РФ, МКИ G01P 3/64. Способ измерения скорости линейного перемещения объекта / Кириевский Е.В., Михайлов А.А., Кириевский В.Е. и др. Опубл. 2003, Бюл. №20.

184. Кириевский Е.В. Многокритериальный сравнительный анализ методов измерения скорости плазмы в электродинамическом ускорителе с использованием теории нечетких множеств // Изв. вузов. Электромеханика. —2003.-№ 6.-С. 40-45.

185. Кириевский В.Е. Устройства измерения мгновенной скорости разгона для системы управления магнитоплазменным электродинамическим ускорителем: автореф. дис. .канд. техн. наук. Новочеркасск, 2001. —20 с.

186. Гуткин Л.С. Оптимизация радиоэлектронных устройств по совокупности показателей качества. — М.: Сов. радио, 1975. — 368 с.

187. Ротштейн А.П., Штовба С.Д. Нечеткий многокритериальный анализ вариантов с применением парных сравнений//Изв. РАН. Теория и системы управления. 2001.-№3.-С. 150- 154.

188. Саати Т. Математические модели конфликтных ситуаций. М.: Сов. радио, 1977,- 302 с.

189. Rotshtein А.Р. Modification of Saaty Method for the Construction of Fuzzy Set Membership function.// Fuzzy Logic and its Applications: Proc. of the Intern. Conf., Zichron, Israel, 1977. Zichron, Israel, 1977. - P. 140-145.

190. Беллман P., Заде Jl. Принятие решений в расплывчатых услови-ях//Вопросы анализа и процедуры принятия решений.-М.: Мир, 1976.-С. 114— 122.

191. Заде Л. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений//Математика сегодня: сб. статей: пер. с англ. — М.: Знание, 1974.-С. 69-75.

192. Кириевский В.Е., Кириевский Е.В. Многокритериальный нечеткий ранговый анализ вариантов FuzzyRAV 1.0 (Fuzzy Rank Analysis of Versions): свид.-во об отрасл. регистрации разработки № ГР ВНТИЦ 50200501457 от 14.10.2005.

193. Кириевский В.Е., Кириевский Е.В. Многокритериальный нечеткий ранговый анализ вариантов FuzzyRAV 1.0 (Fuzzy Rank Analysis of Versions)// Компьютерные учебные программы и инновации. 2006. - №12.- С. 24-26.

194. Кириевский В.Е., Кириевский Е.В. Многокритериальный нечеткий ранговый анализ вариантов FuzzyRAV 1.0 (Fuzzy Rank Analysis of Versions). -http://www.ofap.ru/portal/innovatl22006/ n!2 sprav. html.

195. Kirievskiy V.E., Kirievskiy E.V. Fuzzy Rank Analysis of Versions FuzzyRAV 1.0 (Fuzzy Rank Analysis of Versions) // The magazine of programs and innovation. 2006. - №12. - http://www.ofap.ru/portaI /innovât /eng/ ni2 2006.

196. Кириевский Е.В., Михайлов В.В., Ханжиев A.C. Перспективы построения гибких релейных защит с перестраиваемой архитектурой для автономных энергосистем // Электричество. -1990. -№ 3. С. 18-25.

197. Круглов В.В., Дли М.И., Годунов Р.Ю. Нечеткая логика и искусственные нейронные сети. М.: Физматлит, 2001. - 224 с.

198. Dean Т., Boddy M. An analysis of Time-Depend Planning // Proc. 7th National Conf. on Artifical Intellegence. St. Paul, Minnesota: Morgan Kaufmann, 1993.-P. 152-158.

199. Riesbeck C.K., Sclwink R.C. Inside Case-Based Reasoning. Erlbaum: Northvale, 1989.-P. 220.

200. Средства и системы автоматизации технологических процессов: отраслевой каталог М.: ИнформТЭИ, 1991. - 92 с.

201. Кириевский Е.В., Январев С.Г. Анализ алгоритмов управления разгоном тела в магнитоплазменном электродинамическом ускорителе // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2008. - № 3. - С. 58 - 62.