автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Оптимизация систем управления камерами микроклимата

Московский

Государственные Институт алехтроввхя в матеыатвм

На правах рукопнса

Эюемвяар№ У ^ УДК 62-50

Я»уен Тханъ Xдне

Оптимизация систем управления камерами микроклимата

Спецвадьвость 05.13.01 "У правлеяве в тешачесжкх си стен ах"

АВТОРЕФЕРАТ

Дне «утаим вш питии» уипай ггтаяш кандидата |«ж1мч*1ши наук

Научный руководства доктор теипгаесжжх ваух . В.Е.Бопнокин

Моекаа 1996 г.

Работа выполнена в Институте Машиноведения им. А. А. Благо нравоаа Российской академии наук.

Научный руководитель: доктор технических наук Болнокии В.Е.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Носов В.Р.

- кандидат технических наук Вторушин В.А.

Ведущая организация: Российский университет Дружбы народов.

Защита состоится"_"_1995 г. в_часов на заседании

Специализированного Совета Д. 063.68.05 при Московском государственном институте электроники и математики ( Техническом университете) по адресу: Москва, Б.Вуэовскнй пер., д.3/12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского институт электроники и математики.

Автореферат разослан * "_1995 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета Кандидат технических наук

С.Е. Бузников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемны

В настоящее время во многих странах мира наблюдается устойчивые

тенденции к развитию систем микроклимата различного типа и назначения от

автомобильных н бытовых небольшого объема н с ограниченными функциями

до больших промышленных камер предназначенных для обслуживания

больших объемов (порядка сотен тысяч кубических метров рабочего

пространства). /

Особенно большое значение камеры микроклимата имеют в таких

отра-тях как пищевая промышленность, перерабатывающая, химическая и т.д.

Широкое распространение подобные системы получили в странах с

эстремальными климатическими условиями, такими как, например,

Социалистическая Республика Вьетнам.

В настоящее время в СРВ насчитывается до нескольких десятков тысяч

камер микроклимата среднего уровня с рабочими объемами порядка 1000 м*.

Области их использования в основном следующие:.

•пищевая промышленность (мясо-молочная, рыбная и др,

заготовительные отрасли, связанные с переработкой овощей и фруктов и.тл.).

•химическая промышленность.

-медицинская промышленность.

Интерес к внедрению новых высокоэффективных и экономически выгодных камер микроклимата весьма велик и поэтому разработкой новых технологий, приводящих к созданию данного типа технических устройств занимаются в большом числе научно-исследовательских организаций и внедренческих промышленных компаний. При этом к проектируемым образцам проявляются два основных условия: высокая техническая эффективность, связанная с возможность высокоустойчивого функционирования в эстремальных условиях и низкие стоимостные характеристики изделии у что особенно важно для выхода на рынки таких стран, как СРВ. Дело в том, что СРВ, как типичный представитель бурно развивающегося региона Юго-восточной Азии характеризуется большими потенциальными возможностями по массовому сбыту товаров (как известно население приближается к 80 млн. человек), но при одном условии, связанным с тем, что предлагаемый на рынке товар должен быть достаточно дешев.

Перечисленные требования обосновывают актуальность настоящей работы, связанной с решением двух важных научных проблем:

(.Создание ы его дики синтеза комплекса оборудования камер микроклимата, удовлетворяющих требованиям одновременно высокой технической эффективности и экономической эффективности (низкие параметры стоимости создания и эксплуатации).

•2. Создание методики синтеза оптимизации управления температурными режимами камер мюфоклимата.

Последнее дает возможность повысить экономическую эффективность использования камер микроклимата, так как позволяет существенно экономить электроэнергию в процессе работы камер и улучшить потребительские свойсгва хранимых товаров, сырья, продуктов и т.д.

Отметим, что при этом оптимизация различного уровня (уровня синтеза оптимальной структуры комплекса оборудования камер микроклимата II уровня. синтеза оптимального управления оборудованием) должна осуществляться согласованно, обеспечивая синхронизацию показателей эффективности этих уровней.

Теория и практика оптимизации структуры и управления такими сложными объектами, как камеры микроклимата базируются на работах таких ученых, как В.Н. Афанасьев, А.А. Воронов, А.А. Красовский, В.Б. Колмановский, ПЛ. Крутько, П.И. Михалевич, В.Р. Носов, И.В. Сертиенко, П.И. Чийаев, В .Я. Якубович и др.

Среди зарубежных ученых можно отметить Р. Беллмана, К. Острема, Дж. Меясу, А". БраЙсона, Хо-Ю-Ши, Д. Ба и др.

Цель работы: Целью исследований, результаты которых представлены в диссертации является создания методики оптимизации (выбора рациональных) параметров камер микроклимата, описывающих состав и структуру камер по векторному критерию эффективности, учитывающему технические и стоимостные параметры изделия. Кроме этого, в цели диссертации вошло создание метсциси :интеза оптимального управления температурными режимами камер микроклимата, а также создание комплекта компьютерных программ, обеспечивающих проведение практических расчетов по оптимизации структуры и режимов управления камер микроклимата.

Методы исследований: Выполненные теоретические исследования и практические -расчеты базируются на использования теорий: исследования операций, 'математического программирования, оптимального управления, принятия оптимальных решений, а также методов программирования на современных компьютерах.

Общей методологической основой всех исследований является системный подход. I

достоверность полученных в диссертации результатов базируются на строгих математических выводах при построении и исследовании моделей и алгоритмов, результатами моделирования на быстродействующих компьютерах: согласованностью полученных результатов с имеющимися в отечественной и зарубежной литературе: результатами внедрения материалов диссертации на предприятиях СРВ.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту

Новые научные результаты, полученные в диссертационной работе состоят в следующем:

1. Разработка методики оптимизации структуры камер микроклимата по векторному критерию эффективности, учитывающему факторы технической эффективности камер микроклимата и стоимостные факторы.

2. Разработаны математические модели контура управления камерами микроклимата с учетом тепловых процессов в камерах и функционирования контура регулирования с учетом факторов температурной инерционности элементов.

3. Синтезированы математические алгоритмы синтеза оптимального управления камерами микроклимата.

4. Разработано специальное математическое обеспечение в виде алгоритмов н компьютерных программ, позволяющих осуществить практические расчеты, по моделированию и оптимизации параметров структуры и управления камерами микроклимата.

В целом, на защиту выносятся:

1. Методика н алгоритмы оптимизации параметров, описывающих структуру и состав отдельных подсистем камер микроклимата, а также всего технического комлекса камер.

2. Математические модели функционирования камер микроклимата.

3. Алгоритмы синтеза оптимального управления камерами микроклимата.

Практическая ценность и реализаия результатов работы

Тема диссертации связана с планом научно-исследовательских работ (Института Машиноведения им. A.A. Благонравова РАН (Госбюджетное №2786 и договорной №628», выполняемых при участии автора.

Результаты исследований, полученные в работе, реализованьив виде алгоритмических моделей и комплектов программ, позволяющих конструктору решать задачи автоматизированого выбора наилучших проектных параметров для камер микроклимата с учетом экономических (стоимостных) факторов, а также реализовать оптимальные режимы управления камерами в неблагоприятных климатических условиях (характерных в первую очередь для стран Юго-восточной Азии).

Результаты работы • методики, алгоритмы, компьютерые программы внедрены в компании "Генеральный центр материальных ресурсов".(г. Хошимин, СРВ), специализирующейся на изготовлении и эксплуатации камер микроклимата в промышленном зоне Южного Вьетнама с экономическим эффектом в 10 ООО американских долларов.

Апробация работы: Основные результаты и положения работы докладывались на научных семниарах Института Машиноведения им. A.A. Благонравова РАН , а также на научной конференции в Технологическом Университете г. Хошимин, СРВ в 1994 г.

Публикация: По теме диссертации опубликованы 2 печатные работы, в том числе брошюра под реализацией Акад. К.В. Фролов "Системы управления для гибких производств" (из-во МЦНТИ 1993 г.).

Структура и объем iuccepmauuu: Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы н приложения.

СОДЕРЗШМЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы, приводится общая характеристика работы, формулируются основные цепи исследований. Показана научная новизна и практическая ценность поученных результатов

Перв'ая глава посвящена изложению основых концепций развития систем микроклимата

Рассмотрены общие вопросы применеиия камер , микроклимата в различных областях народного хозяйства региона Юго-Восточной Азии, в первую очередь Соцалистической республики Вьетнам. Приведены результаты статистического анализа распространения камер микроклимата различного типа, а также их классификация на основании параметра (рабочий объем, мощность и т.д.). Показано, что основное количество камер по различным направлениям хранения и переработки сеяькохозяйственных продуктов и морепродуктов составляют камеры с объемом хранения в пределах 50 тонн загрузки. Подобные камеры отличаются достаточно большим объемом рабочего пространства, а для поддержания их работоспособности в условиях климатических условий СРВ используется достаточно сложное оборудование, включая компьютерные системы управления режимами функционирования камер микроклимата. Таким образом, делается вывод о необходимости проработки одновременно следующих вопросов: оптимизации оборудования камер микроклимата и оптимизации алгоритмов управления.

Во второй главе описываются алгоритмы структурного синтеза систем камер микроклимата та.

Исходными данными являются данные о технических и стоимостных параметрах отдельных подсистем к звеньев камер микроклимата. В число основных элементов камер микроклимата входят : •помещение (непосредственно емкость камеры): •циркуляционный насос: •поверхностный теплообменник: -чуствительный элемент (датчик информации): •исполнительный механизм и смесительный клапан: -прибор регулятора (специализированный микропроцессор): . -обводной трубопровод, а также некоторые другие подсистемы и механизмы. Схематически схему оптимизации структур и свойства камер микроклимата можно представить следующим образом:

Группа вариантов выбора помещений

ш

1.2

1,п, [

Группа вариантов

выбора циркуляционного насоса

пп сю

ГТпГ

Группа вариантов выбора обводного трубопровода

к. 1

I к,1и |

Здесь к (к £ 1) - количество отдельных подсистем всего комплекса оборудования камер микроклимата: П|...... п* - количество альтернатив выбора

по каждой подсистеме. С помощью соответствующей индексации можно отразить ситуацию отсутствия отдельных подсистем во всем комплексе.

Перейдем к изложению особенностей задачи синтеза, в которой необходимо выбрать конфигурацию оборудования камер микроклимата (1,Ь),

..., (к,и), где. I < Ь < ........! < ц < гц.

При этом последовательность (МО, ..., (к,¡к) должна обеспечить экстремум (в каком-либо математической смысле некоторого функционала (или многомерной функции)) Щ.).

Необходимо учитывать следующие факторы:

1.В связи с тем, что в практических задачах требуется анализировать и экономические (стоимостные) факторы, т.к. удачной по техническим параметрам вариант может быть не приемлем с точки зрения экономичности, что особенно важно в условиях рыночной экономики

таких относительно небогатых страц, как СРВ или Россия. Это приводит к необходимости выбора технического облика систем по векторному критерию: "техническая эффективность - экономическая эффективность".

2. Нерегулярный характер функции Щ.), что затрудняет использование традиционных методов поиска оптимальных структур.

3. Определенный порядок "просмотра" племенных параметров структуры номер микроклимата (1,Ь). ..., Ck.it). т<ис как выходные харктеристики одних систем (габаритно-весовы^, энергетические, физико-химические и.т.д.) являются выходными харктеристиками для других. Таким образом, должны выполняться требования "просмотра" переменных при расчете критерия по определенным контурам синтеза структуры камер.

4. Болыцая мощность (количество элементов) множества вариантов М=П| х ...х пъ, что делает невозможным полный перебор множества всех альтернатив.

Перечисленные факторы 1. - 4. обусловливают необходимость привлечения специализированных поисковых методов оптимизации, эффективно работающих и при наличия данных факторов.

Трети* глава посвящения описанию математических моделей и алгоритмов регулирования тепловых процессов в камерах микроклимата

Для решения этой задачи автором использовалась разработанная д. т.н. Болнокиным В.Е. методика, которая заключается в применении двух различных методов решения задачи

•метода статической оценки эстремальиых значений критерия эффективности

-метода комплекстного поиска приближенного решения дискретной оптимизационной задачи , состоящего из процедуры случайного пойска (отделения) зон, содержащих локальные допутимые экстремумы, и процедуры локального улучшения решения в пределах заданной области с помощю формирования показателя роста функционала эффективности заданной окресности - аналога дискретного псевдогадиента .

В частности в случае одномерного критерия с помощью метода статической оценки экстремальных значений . критерия

формируется оценка величины пипР(х) , которая запоминается

наряду с подученными в процессе работы процедуры значениями

преяоптнмалышх значений критерия /|*.»»^'» (М ^ I). Заметим, что при этом

мы еще не' получаем оценку соотвествующего вектора оптимальных

аргументов: тЬР(х)

я во

Вектор оптимальных аргументов х**" вычисляется на втором этапе с помощью

разработанного автором алгоритма оптимизации дискретных имитацион-

_ _ пФЯ

пых моделей. При этом полученная предварительно оценка значения яа0

служит тестом на прнемдемность решения, генерируемого с помощью

процедуры приближенного поиска оптимальных аргументов . Таким образом

формируется эффективный тест, который интератшно вызывается процедурой

приближенной оптимизации и анализирует возможность остановки процедуры

поиска если наилучшее х данному шагу решение х, достаточно блнзхо к

оптимальному в смысле близости значений критериев:

1^(хн)=/Г(хи)- тЬ&М /<е , <«о '

где £■ - заданная точность .

Если процедура поиска приближенного значения функционала критерия заканчивается по каким-либо другим причинам (например , по мере превышения заданного числа кнтерации , т. е. заданных ресурсов машинного времени счета ), то значение АГ(хц) дает возможность оценит» качество имеющегося решения х„ с тем , чтобы попытаться проанализизоватъ возможное!» снижения уровня точности получения решения ( величина Щ с помощью расмотрсния других, неформализованных с помощью математической формулы критерия р(.) и ограничений свойств имеющегося предоптималыюго решения

Поддержание температуры в заданных пределах в кондиционируемом объекте или холодильной камере в ряде случаев осуществляется изменением температуры подаваемого воздуха в поверхностном теплообменнике.

В настоящей работе рассматривается способ регулирования производительности поверхностного теплообменника посредством изменения температуры поступающего теплоносителя. Этот теплообменник выполняет функции калорифера второго или зонального подогрева в установке для кондиционирования воздуха. Аналогичен случай охлаждения воздуха с помощью поверхностного воздухоохладителя и подачей жидкого хдадоносителя. Функциональная схема такой установки приведена на рис. I.

Поддержание температуры в кондиционируемом помещении или холодильной камере с допустимыми отклонениями осуществляется изменением температуры $я подаваемого после поверхностного теплообменника воздуха. Для этого подаваемый в объект воздух подогревается или охлаждается от температуры до температуры подачи и, при которой можно компенсировать переменные тепловые нагрузки. Подогрев или охлаждение осуществляется в поверхностном теплообменнике, производительность которого при постоянном количестве воздуха регулируется изменением температуры теплоносителя Т„.

Отклонение температуры в кондиционируемом помещении (людей) от заданного значения I все время меняется, так как изменяется количество выделяемого тепла О от находящихся в помещении предметов, солнечной радиации н тепла, выделяемого или поглощаемого производственными процессами. Через наружные ограждения кондиционируемого помещения

I

также поступает или теряется тепло КРи = М1н и КН - М(, где К •

/

,коэффициент теплопередачи от воды.

Р - наружное ограждение кондиционируемого помещения (площадь): и-температура наружного воздуха:

М - произведение коэффициента теплопередачи ограждения камеры орошения на ее поверхность (скорость перехода тепла через ограждение камеры, при разности температуры в 1°С): ккал/ч. "С, I - средняя температура (помещения).

Кроме того, в кондиционируемое помещение поступает тепло с воздухом РшТОп = ви и уходит в!, . Где:

о - период колебания температуры, ч : Т - плотность теплоносителя :

С • удельная теплоемкость теплоносителя, к/кал (кг.вС):

- температура подаваемого после поверхностного теплообменника воздуха:

О - скорость поступления тепла при разности в 1°С, ккал/(ч."С) ' 1У • температура уходящего воздуха

Рис. I. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА

Автоматического регулирования температуры в помещении изменением температуры подаваемого в теплообменник тепло- или холодоносителя

1 - помещение

2 - поверхностный теплообменник

3 - чувствительный элемент

4 - исполнительный механизм и смесительный клапан

5 - прибор регулятора

6 - циркуляционный насос

7 - обводной трубопровод, обеспечивающий постоянный

перепад давления

Рис.2. ТИПОВАЯ СТРУКТУРНАЯ СХЕМА системы регулирования.температуры в помещении

О

1 - помещение

2 - теплообменник - калорифер второго подогрева

3 - чувствительный элемент

4 - смесительный клапан

5 • исполнительный механизм

6 - регулятор

7 -задатчик

Подаваемый из кондиционера воздух подогреваете« до требуемой температуры в поверхностном теплообменнике» калорифере второго или зонального подогрева. В калорифер второго подогрева воздух поступает из камеры промывки с автоматически поддерживаемой температурой точки росы 1ыи

Требуемое для поддержания динамического баланса изменения температуры поступающего в поверхностный теплообменник теплоносителя Т„ осуществляется посредством регулирующего смесительного клапана, приводимого в действие исполнительным механизмом 4 (рис 1).

После построения математических моделей всех звеньев системы автоматического регулирования рис I получим неоднородное линейное дифференциальное уравнение третьего порядка для системы автоматического регулирования, показанной на рис.2. Это уравнение определяет зависимость температуры чувствительного элемента в от возмущения От, юсал/ч, и температуры теплоносителя Тщ, поступающего в теплообменник й'вт агот

■КТ, +Т,+Т,)^+(1+К1К,К,К^в1 «к,<гт

Где

Т| - постоянная времени регулируемого объекта, ч:

Та - постоянная времени теллообмеиика

Та- постоянная времени чувствительного элемента:

вт - темпертура, установившаяся в результате возмущения

К| - коэффициент передачи возмущающего воздействия, ч. "С/ккал:

К.} - коэффициент передачи от звена 2:

К* - коэффициет передачи смесительного клапана, "С/м:

К« - коэффициент усиления, м/ °С:

После преобразований окончательно имеем:

та^+сг.т,+Т,Т, +Т1Т))^+(Т,+Т, +Т,)^-+О+К1К>К,К,)0т »

9т(0) = Овкл

Уравнение решается численно и определяете» момент включения нагревателя для того, чтобы поддержать температуру в камере микроклимата в заданных пределах. В некоторый момент Т) напряжение на нагревателе отключается и с момента ц до моменте т» происходит остывание хамеры микроклимата. Этот процесс остывания описывается уравнением в правой части которого стоит нуль. Оба процесса, ках нагревания так и остывания, описываются суммами экспонент.

Общий вид процессов в камере микроклимате показан на рис.3.

Рш^р тучнмр&утттн и мт&н,

В диссертационной работе на основе систематизации и обобщения имеющихся теоретических и прикладных результатов сформулирована и решена актуальная проблема создания методики и алгоритмов оптимизации параметров структуры: состава и режимов управления камер микроклимате.

Рассмотрены задачи оптимального выбора параметров отдельных подсистем, а также камер микроклимата в целом. Синтезированы алгоритмы управления температурными процессами в камерах микроклимата.

От

Овкл

озад

Овыкл

Твкл

Твыкл

Рис. 3 Общий вид процессов в камере микроклимата

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Синтезированные алгоритмы дискретов оптимизации являются эффективным средством решения задачи выбора рациональных параметров, описывающих структуру и состав камер микроклимата различного типа.

2. Предложенная методика статистической оценки экстремальных значений критерия позволяет выбрать оптимальные структуры каг.-р с учетом как технических, так и стоимостных факторов, влияющих на эффективность создания h использов: :шя камер микроклимата.

3. Для решения задачи синтеза оптимальных режимов функционирования камер микроклимата предложены алгоритмы регулирования температурными режимами в камерах. Предложены конкретные реализации САУ камер 'микроклимата, основанные на усредненных показателях тепловых процессов, а также на системах с идентификацией реальных процессов, протекающих в камерах.

4. Разработанный автором теоретический аппарат был реализован в виде комплекса алгоритмов и компьютерных программ, позволяющих его практически реализовать в конструкторских работах, а также в системах управления реального времени.

Основные результаты диссертацниопублнкованы в следующих работах:

1- Болнокин В.Е., Полойко И. И., Jle X. Куок, Нгуен Т. Хунг. Системы управления для гибких производств под редакцией академика К. В. Фролова.-М. : МЦНТИ, 1993.- 80 с.

2- V.E.BONOKJN, N.T. Hung. Dieu khien tu dong he thong lanh. Hoi nghi Khoa hoc truong Bach khoa tp HOCHIMINH. 1995.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ МИКРОКЛИМАТА.

1.1. Роль камер микроклимата в народном хозяйстве СРВ.

ГЛАВА 2. АЛГОРИТМЫ СТРУКТУРНОГО СИНТЕЗА СИСТЕМ КАМЕР МИКРОКЛИМАТА.

2.1. Постановка задачи синтеза структур камер микроклимата.

2.2.Алгоритмы дискретной оптимизации параметров камер микроклимата.

2.2.1. Алгоритм оптимизации дискретных систем методом вектора спада.

2.2.2. Алгоритм оптимизации дискретных систем методом направляющих окрестностей .35 2.2.3 Оптимизация дискретных параметров имитационных моделей.

2.3. Алгоритмы статистической оценки экстремальных значений критерия.

ГЛАВА 3. МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ В КАМЕРАХ МИКРОКЛИМАТА.

3.1. Переходные процессы регулирования температуры в камере микроклимата.

3.2. Модель звена 1.

3.2. Модель звена 2.

3.4. Модели звеньев 1 и 2.

3.5. Модель звена 3.

3.6. Модель звена 4.

3.7. Модель звена 5.

3.8.Переходный процесс систем автоматического регулирования.

3.9.расчет моментов времени переключений и уровней переключений в САУ камеры микроклимата.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

В настоящее время во многих странах мира наблюдается устойчивые тенденции к развитию систем микроклимата различного типа и назначения от автомобильных и бытовых небольшого объема и с ограниченными функциями до больших промышленных камер предназначенных для обслуживания больших объемов (порядка сотен тысяч кубических метров рабочего пространства).

Особенно большое значение камеры микроклимата имеют в таких отраслях как пищевая промышленность, перерабатывающая, химическая и т.д. Широкое распространение подобные системы получили в странах с эстремальными климатическими условиями, такими как, например, Социалистическая Республика Вьетнам.

В настоящее время в СРВ насчитывается до нескольких десятков тысяч камер микроклимата среднего уровня с рабочими объемами порядка 1000 м3. Назначения их использования в основном следующие:

-Пищевая промышленность (мясо-молочная, рыбная и др, заготовительные отрасли, связанные с переработкой овощей и фруктов и.т.д.).

-Химическая промышленность.

-Медицинская промышленность.

Интерес к внедрению новых высокоэффективных и экономически выгодных камер микроклимата весьма велик и поэтому разработкой новых технологий, приводящих к созданию данного типа технических устройств заниматься в большом числе научно-исследовательских организаций и внедренческих промышленных компаний. При этом к проектируемым образцам проявляются два основных условия: высокая техническая эффективность, связанная с возможность высокоустойчивого функционирования в эстремальных условиях и низкие стоимостные характеристики изделия, что особенно важно для выхода на рынки таких стран, как СРВ. Дело в том, что СРВ, как типичный представитель бурно развивающгося региона Юго-восточной Азии характеризризуется большими потенциальными возможностями по массовому сбыту товаров (как известно население приближается к 80 млн. человек), но при одном условии, связанным с тем, что предлагаемый на рынке товар должен быть достоточно дешевым.

Перечисленные требования обосновывают актуальность настоящей работы, связанной с решением двух важных научных проблем:

1. Создание методики синтеза комплекса оборудования камер микроклимата, удовлетворяющих требованиям одновременно высокой технической эффективности (низкие параметры стоимости создания и эксплуатации).

2. Создание методики синтеза оптимизации управления температурными режимами камер микроклимата.

Последнее дает возможность повысить экономическую эффективность использования камер микроклимата, так как позволяет существенно экономить электроэнергию в процессе работы камер и улучшить потребительские свойства хранимых товаров, сырья, продуктов и т.д.

Отметим, что при этом оптимизация различного уровня (уровня синтеза оптимальной структуры комплекса оборудования камер микроклимата и уровня синтеза оптимального управления оборудованием) должна осуществляться согласованно, обеспечивая синхронизацию показателей эффективности этих уровней.

Теория и практика оптимизации структуры и управления такими сложными объектами, как камеры микроклимата базируются на работах таких ученных, как В.Н. Афанасьев, A.A. Воронов, A.A. Красовский, В.Б. Колмановский, П.Д. Крутько, П.И. Михалевич, В.Р. Носов, И.В. Сертиенко, П.И. Чипаев, В.Я. Якубович и др.

Среди зарубежных ученых можно отметить Р. Беллмана, К. Острема, Дж. Мелсу, А. Брайсона, Хо-Ю-Ши, Д. Ба и др.

Цель работы: Целью исследований, результаты которых представлены в диссертации является создания методики оптимизации (выбора рациональных) параметров камер микроклимата, описывающих состав и структуру камер по векторному критерию эффективности, учитывающему технические и стоимостные параметры изделия. Кроме этого, в цели диссертации вошло создание методики синтеза оптимального управления температурными режимами камер микроклимата, а также создание комплекта компьютерных программ, обеспечивающих проведение практических расчетов по оптимизации структуры и режимов управления камер микроклимата.

Методы исследований: Выполненные теоретические исследования и практическме расчеты базируются на использования теорий: исследования операций, математического программирования, оптимального управления, принятия оптимальных решений, а также методов программирования на современных компьютерах.

Общей методологической основой всех исследований является системный подход.

Достоверность полученных в диссертации результатов базируются на строгих математических выводах при построении и исследовании моделей и алгоритмов, результатами моделирования на быстродействующих компьютерах; согласованностью полученных результатов с имеющимися в отечественной и зарубежной литературе; результатами внедрения материалов диссертации на предприятиях СРВ.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту

Новые нучные результаты, полученные в диссертационной работе состоят в следующем:

1. Разработка методики оптимизации структуры камер микроклимата по векторному критерию эффективности, учитывающему факторы технической эффективности камер микроклимата и стоимостные факторы.

2. Разработаны математические модели контура управления камерами микроклимата с учетом тепловых процессов в камерах и функционирования контура регулирования с факторами температурной инерционности элементов.

3. Синтезированы математические алгоритмы синтеза оптимального управления камерами микроклимата.

4. Разработано специальное математическое обеспечение в виде алгоритмов и компьютерных программ, позволяющих осуществить практические расчеты по моделированию и оптимизации параметров структуры и управления камерами микроклимата.

В целом, на защиту выносятся:

1. Методика и алгоритмы оптимизации параметров, описывающих структуру и состав отдельных подсистем камер микроклимата, а также всего технического комлекса камер.

2. Математические модели функционирования камер микроклимата.

3. Алгоритмы синтеза оптимального управления камерами микроклимата.

Практическая ценность и реализаия результатов работы

Тема диссертации связана с планом научно-исследовательских работ (Института Машиноведения им. A.A. Благонравова РАН (Госбюджетной №2786 и договорной №628)), выполняемых при участии автора.

Результаты исследований, полученные в работе, реализованы в виде алгоритмических моделей и комплектов программ, позволяющих конструктору решать задачи автоматизированого выбора наилучших проектных параметров для камер микроклимата с учетом экономических (стоимостных) факторов, а также реализовать оптимальные режимы управления камерами в благоприятных климатических условиях (характерных в первую очередь для стран Юго-восточной Азии).

Результаты работы - методики, алгоритмы, компьютерые программы внедрены в компании "Главный центр материальных ресурсов" .(г. Хошимин, СРВ), специализирующейся на изготовлении и эксплуатации камер микроклимата в промышленном зоне Южного Вьетнама с экономическим эффектом в 10 ООО американских долларов.

Апробация работы: Основные результаты и положения работы докладывались на научных семинарах Института Машиноведения им. A.A. Благонравова РАН , а также на научной конференции в Технологическом Университете г. Хошимин, СРВ в 1994 г.

Публикация: По теме диссертации опубликованы 2 печатные работы, в том числе брошюра под реализацией Акад. К.В. Фролова "Системы управления для гибких производств" (из-во МЦНТИ 1993 г.).

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, трех глав, замечания, списка литературы и приложения.

1. Автоматизированные системы управления гибкими технологиями. - Киев: техника, 1987 - 166с.

2. Аоки М. Оптимизация стохастических систем. М. : Наука, 1971 —424с.

3. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Построение и анализ вычислительных алгоритмов. М.: Мир, 1979 - 536 с.

4. Афанасьев В.Н., Данилина А.Н. Вывод и сопровождение нестационарного объекта управления по заданной траектории. -Автоматика и телемеханика, 1979, № 12, с.87-94.

5. Афанасьев В.Н., Данилина А.Н. Адаптивные системы активного контроля качества обработки деталей. Измерительная техника, 1980, № 1, с. 17-20.

6. Афанасьев В.Н., Данилина А.Н. О некоторых подходах к задаче адаптивного субоптимального управления нестационарными объектами. -Автоматика и телемеханика, 1987, № 12, с. 117-130.

7. Бабенко К.И. Основы численного анализа. М. : Наука, 1986.744с.

8. Барра Ж.-Р. Основные понятия математической статистики. -М.: Мир, 1974.-276 с.

9. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М. : Радио и связь, 1984.-276 с.

10. Беллман Р. Динамическое программирование,- М. : Иностранная литература, i960.- 400 с.И. Белоусов Е.Г. Введение в выпуклый анализ и целочисленное программирование.-М.: Издательство МГУ, 1977.- 196 с.

11. Березин И.С., Жидков Н.П. Методы вычислений М. : Наука, 1966.-450 с.

12. Болнокин В.Е., Чинаев П.И. Анализ и синтез систем автоматического управления на ЭВМ (алгоритмы и программы).- М. : Радио и связь, 1986.- 248 с.

13. Болнокин В.Е., Полойко И. И., Ле X. Куок, Нгуен Т. Хунг. Системы управления для гибких производств под редакцией академика К. В. Фролова.-М.: МЦНТИ, 1993.- 80 с.

14. Болнокин В.Е., Чинаев П.И., Ворошнина Л. В. Эффективность создания и внедрения ГПС на предприятиях Украинской ССР.- Киев: УкрНИИНТИ, 1987.- 60 с.

15. Болнокин В.Е. , Чинаев П.И., Аналитическое и имитационное моделирование процессов функционирования гибких производственных систем. В кн.: Тезисы докладов Всесоюзной школы семинара "Математическое моделирование в науке и технике".-Пермь: 1986.-c.45.

16. Баженов В.П., Болнокин В.Е., Осин М.И. Задачи и методы целочисленного программирования при автоматизированном синтезе оптимальной структуры. В кн.: Научные чтения по авиации и космонавтике 1978 г. - Наука,1980, с. 191-192.

17. Баженов В.П., Болнокин В.Е., Осин М.И. Поиск проектных решений в многокритериальных задачах. В кн.: Научные чтения по авиации и космонавтике. - М.: Наука, 1981, с. 205.

18. Болнокин В.Е., Ворошнина J1.B., Калитич Г.И. и др. Анализ информационных материалов по автоматизации технологических процессов в машиностроении на основе создания робототехнических систем и гибких производств.- Киев: УкрНИИНТИ, 1985, 240 с.

19. Болнокин В.Е., Качанов А.И. Инженерные методы и программы для поисковых задач с несколькими критериями. М.: Научно-производственное объединение "Молния", 1978. - 76 с.

20. Борзенко И.М. Адаптация, прогнозирование и выбор решений в алгоритмах управления технологическими объектами. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 144 с.

21. Брайсон А., Хо-Ю-Ши. Прикладная теория оптимального управления. М.: Мир, 1972. - 544 с.

22. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978.- 400 с.

23. Варшавский В.И., Воронцова И.П. Стохастические автоматы с переменной структурой. В кн.: Теория конечных и вероятностных автоматов. Труды ИФАК, М.: Наука, 1965, с. 301-309.

24. Воронов A.A. Устойчивость, управляемость, наблюдаемость. -М.: Наука, 1979.

25. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления: Автоматическое регулирование непрерывных линейных систем. М.: Энергия, 1980.

26. Вязгин В.А. Иерархическая схема проектирования динамических систем. Известия АН СССР. Техническая кибернетика, 1987, № 4, с. 37-42.

27. Вязгин В.А. О методе последовательно анализа вариантов для решения задач проектирования динамических систем. 1985, № 3, с. 32-36.

28. Дуб Дж. JI. Вероятностные процессы. М.: Иностранная литература, 1956. - 606 с.

29. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследований операций. М.: Наука, 1971.-324 с.

30. Гибкие производственные комплексы. Под редакцией П.Н. Белянина и В.А. Лещенко. М.: Машиноведение, 1984. - 384 с.

31. Гихман И.И., Скороход A.B. Введение в теорию случайных процессов. М.: Наука, 1977. - 568 с.

32. Гумбель Э. Статистика экстремальных значений. М.: Мир, 1965.- 450 с.

33. Дегтярев Ю.И. Исследование операций. М.: Высшая школа, 1986.-320 с.

34. Дегтярев Ю.И. Методы оптимизации. М.: Сов. радио, 1980.

35. Закс Ш. Теория статистического вывода. М.: Мир, 1975. - 776 с.

36. Зойтендейк Г. Методы возможных направлений. М.: Иностранная литература, 1963. - 198 с.

37. Ибрагимов И.А., Хасьминский Р.З. Асимптотическая теория оценивания. М.: Наука, 1979. - 528 с.

38. Ибрамхалилов И.Ш., Скороход A.B. Состоятельные оценки параметров случайных процессов. Киев: Наукова думка, 1980. - 200 с.

39. Ильичев A.B., Волков В.Д., Грущанский В.А. Эффективность проектирования элементов сложных систем. М.: Высшая школа, 1982. -280 с.

40. Исследование операций (тт. 1,2),- М.: Мир, 1981.

41. Катковник В.Я., Хлудова М.В., Ганин Н.М. Математическое моделирование материальных потоков в ГПС. М.: ВНИИТЭМР, 1987. -60 с.

42. Калман Р., Фалб П., Арбиб М. Очерки по математической теории систем. М.: Мир, 1971. - 400 с.

43. Клейнрок JI. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979. - 600 с.

44. Колмановский В.Б., Носов Р.В. Устойчивость и периодические режимы регулируемых систем с последствием. М.: Наука, 1981. - 448 с.

45. Колосов Г.Е. Синтез оптимальных автоматических систем при случайных возмущениях. М.: Наука, 1984. - 256 с.

46. Корбут A.A., Финкелыытейн Ю.Ю. Дискретное программирование. М.: Наука, 1969. - 368 с.

47. Корнейчук Н.П. Сплайны в теории приближений. М.: Наука, 1984.-352 с.

48. Крамер Г. Математические методы статистики. М.: Мир, 1975.648 с.

49. Красовский H.H. Теория управления движением. М.: Наука,1968.-476 с.

50. Крутько П.Д. Вариационнные методы синтеза систем с цифровыми регуляторами. М.: Сов. радио, 1967. - 440 с.

51. Крутько П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: Линейные модели. М.: Наука, 1987. - 320 с.

52. Крылов И.А., Черноусько Ф.Л. Алгоритм метода последовательного приближения для задач оптимального управления. -Журнал вычислительной математики и математической физики, 1972, т. 12, № 1, с. 14-34.

53. Левит Б.Я. О поведении обобщенных байесовских оценок в случае марковских наблюдений. Теория вероятностей и ее применение, 19, 2, 1974, с. 340-354.

54. Липцер Р.Ш., Ширяев А.Н. Статистика случайных процессов. -М.: Наука, 1974. 696 с.

55. Логамев В.Г. Технологические основы гибких автоматизированных производств. Ленинград: Машиностроение, 1985. -176 с.

56. Лоэв М. Теория вероятностей. М.: Иностранная литература.720 с.

57. Методические указания. САПР. Типовые математические модели объектов проектирования в машиностроении. М.: Издательство стандартов. - 1985. - 200 с.

58. Методы вычислительной математики. Новосибирск: Наука, 1975.- 190 с.

59. Михалевич B.C., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М.: Наука, 1982. - 288 с.

60. Моисеев H.H. Элементы теории оптимальных систем. М.: Наука, 1975.-318 с.

61. Моисеев H.H. Численные методы в теории оптимальных систем. -М.: Наука, 1971.

62. Морозов В.П., Дымарский Я.С. Элементы теории управления ГАП. Ленинград: Машиностроение, 1984. - 334 с.

63. Неве Ж. Математические основы теории вероятностей. М.: Мир,1969.- 312 с.

64. Новости зарубежной науки и техники. Научно-информационный центр (770), 1983, № 18 (663), с. 22-31.

65. Острем К. Введение в стохастическую теорию управления. М.: Мир, 1973.-324 с.

66. Петров В.А., Масленников А.Н., Осипов Л.А. Планирование гибких производственных систем. Ленинград: Машиностроение, 1985. -182 с.

67. Полак Э. Численные методы оптимизации. М.: Мир, 1974.376 с.

68. Понтрягин Л.С., Болтянский В.Г., Гамкрелидзе Р.В., Мищенко Е.Ф. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1969.-332 с.

69. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1979. - 256 с.

70. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Теория и практика. -М.: Наука, 1986. 288 с.

71. Прангишвили И.В. Микропроцессоры и локальные сети микроЭВМ в распределенных системах управления. М.: Энергоатомиздат, 1985. -272 с.

72. Пресман Э.Л., Сонин И.М. Последовательное управление. М.: Наука, 1982.

73. Рихтер К. Динамические задачи дискретной оптимизации. М.: Радио и связь, 1985. - 136 с.

74. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. М.: Наука, 1978.552 с.

75. Саати Т. Целочисленные методы оптимизации и связанные с ним экстремальные проблемы. М.: Мир, 1974. - 302 с.

76. Саридис Дж. Н. Самоорганизующиеся стохастические системы. -М.: Наука, 1980.-400 с.

77. Сборник научных программ на Фортране. Выпуск 1. М.: Статистика, 1974. - 316 с.

78. Сергиенко И.В., Лебедева Т.Т., Рощин В.А. Приближенные методы решения дискретных задач оптимизации. Киев: Наукова думка, 1980. - 276 с.

79. Сильвестров А.Н., Чииаев П.И. Идентификация и оптимизация автоматических систем. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 198 с.

80. Современное состояние теории исследования операций. М.: Наука, 1979. -464 с.

81. Соле Ж.-Л. Основные структуры математической статистики. -М.: Мир, 1972- 100 с.

82. Справочник по теории автоматического управления (под редакцией А.А. Красовского).- М.: Наука, 1987. 712 с.

83. Управление гибкими производственными системами. Модели и алгоритмы. ( Под общей редакцией академика АН СССР С.В.Емельянова).- М. Машиностроение, 1987. 368 с.

84. Финкельштейн Ю.Ю. Приближенные методы и прикладные задачи дискретного программирования. М.: Наука, 1976. - 286 с.

85. Холл М. Комбинаторика. М.: Мир, 1970. - 424 с.

86. Цвиргун А.Д. Основы синтеза структуры сложных систем.: Наука, 1982.-200 с.

87. Чинаев П.И. Самонастраивающиеся системы. М.: Машгиз, 1963.- 304 с.

88. Черноусько Ф.Л., Баничук Н.В. Вариационные задачи механики и управленияю М.: НаукаЮ 1973. - 252 с.

89. Шеннон Р. Имитационное моделирование сложных систем -искусство и наука. М.: Мир, 1978. - 418 с.

90. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. М.: Мир, 1975. -684 с.

91. Якобсон М. Автоматизация холодильных установок. М.: Машиностроение, 1987. - 212 с.

92. T. D. Ва, N. Nam, T. H. Dung, Т. Т. На, H. D. Loe. Lanh dong rau qua nhiet doi Nha xuat ban nong nghiep . 1994.

93. V.E.BONOKIN, N.T. Hung. Dieu khien tu dong he thong lanh. Hoi nghi Khoa hoc truong Bach khoa tp HOCHIMINH. 1995.