автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Повышение уровня функционирования сельскохозяйственных агрегатов на основе их моделирования

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ у - , На правах рукописи

КЕРБЕР Василий Николаевич

УДК 631.3 (075.8) : 519.6

ПОВЫШЕНИЕ УР03Ш1 ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ ИХ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного

производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт - Петербург, 1993

Работа выполнена в Санкт - Петербургском государственном аграрном университете.

Официальные оппоненты?

доктор технических наук, профессор В.И. Вайнруб,

доктор технических наук, профессор А.П. Иофинов,

члрч - корреспондент РАСХН,

доктор технических наук, профессор Э.И. Липковйч.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследователь-.

ский институт механизации сельского хозяйства (ВИМ, г.Москва),

Защита диссертации состоится 25 февраля 1994 года в 14 час. 30 мин.-на заседании специализированного совета Д 120.37.04 по адреоу: 189520, Санк*-ПетербурЫ1у1шш* Академический праспект, 23» аудитория 2719»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-ПегерОургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан "(7 й января 1994 года.

Ученый секретарь ....... (7

специализированного совета (Я41---^---А.В.Соминич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность те:лы. 3 соответствии с современными тенденциями развития средств механизации с.-х. производства необходимо сократить в 3...4 раза сроки создания новой с.-х.техники и в 1.5...2 раза повысить ее качество по сравнению с существующими аналогами. Для оценки качества с.-х.агрегатов воспользуемся совокупность» показателей их уровня функционирования (УФ)объединенных в пять групп: I)классификационные; 2)конструктивш;о параметры (массы.жесткости рессор, шин колес,геомйтрическке размеры и др.); 3)показатели полезности функционирования 1технологические, экологические,энергетические и др.); 4)регламенти-рованные (ограничения по условиям труда механизатора,по экологии и др.); 5)ю*>зрмациошше (универсальность.гибкость и др.). На первом этапе исследований показатели второй, третьей и четвертой групп признаны основными.

Существующие методы решения задач повышения УФ с.-х.агрегатов не гарантируют им высоких динамических характеристик.Потому что эти вопросы чаще всего решаются по статическим моделям, как однокритериальныа задачи и без учета динамики входных и выходных процессов агрегатов.

В полной мере качество агрегата проявляется при его движении. Здесь под движением понимается процесс формирования вышеуказанных показателей У£> агрегата. Причем,управлению движением должно предшествовать его исследование. По В.П.Горячкину "главными элементами",которые "управляют явлениями",происходящими в агрегате,т.е.управляют его движением, являются величины масс агрегата и их скоростей. Анализ показал, что вопросы повышения у$ агрегата связаны с задачами управления его движением и в современной постановке эффективно могут быть решены с использованием методов математического моделирования. Исследование вопросов повышения УФ агрегатов способствовало выполнению Госзаказа ДГ-88.29-6.1.6ГКНГ на разработку научно-методических основ агрегатирования тракторов и с.-х.машин и построению системы автоматизации анализа и расчета параметров агрегата. Отдельные исследования проведены по договорам о ведущими НИИ и ГСКБ отрасли.

Цель работы. Разработать научную базу для решения задач1' по-пмшонил уровня функционирования (УФ)агрегатов на основе математического моделирования.позволяющую с помощью ЭВМ получать информацию,необходимую при создании в сжатые сроки агрегатов с

оптимальными показателями работы.

Задачи исследования. Разработать методологию решения вопросов повышения УФ агрегатов на основе междисциплинарного подхода. Разработать математическую модель движения агрегата как динамической системы с вероятностными входами и выходами. Разработать алгоритм решения на ЭВМ задачи выбора рациональных значений параметров агрегата, обеспечивая наилучшие характеристики показателям его работы. Описать управляемое движение агрегата и для системы управления его рабочим процессом определить оптимальный закон.

Объекты исследования. Основные группы показателей УФ и вопросы управления процессами формирования этих показателей на примере пахотных агрегатов, составленных на базе тракторов типа МТЗ-80 и T-I5CK.

Научная новизна. Разработана научная база для повышения у$ агрегатов, ядром которой являются этапы решения основной задачи земледельческой механики В.П.Горячкина (ЗМГ) (о рациональном сочетании величин масс и их скоростей),построенные в работе для агрегатов-как многомерных,многомассовых динамических - систем о вероятностными входными и выходными переменными.Разработан метод решения задачи ШГ на основе междисциплинарного подхода, включая общую теорию систем,теорию управления,информатику как триединство "модель-алгоритм-программа" при ключе. вой роли математической модели движения агрегата. Важнейшая концепция общей теории систем - "пространство состояний"введена в результате проведенных исследований в методику и практику математического описания движения агрегатов моделями типа "вход-состоянпе-выход" (BGB). Предложен метод декомпозиции модели движения агрегата и исследования общих динамических свойств агрегата при ограниченной информации о его внешних . возмущениях. На основе модели ВСВ разработаны алгоритмы решения на ЭВМ задач анализа, прогноза и многокритериальной оптимизации при выборе рационального сочетания значений параметров агрегата с целью повышения его УФ. О использованием модели ВСВ составлены уравнения управляемого дввяения агрегата, позволившие использовать методы теории оптимального управления при формировании оптимальных законов для систем управления рабочими процессами агрегата.

Практическая ценность выполненной работы состоит в инженерной направленности разработанных научных основ повышения Уф агрегатов; в доведении разработок до уровня математического

обеспечения,построения алгоритмов для использования ЭВМ при решении задач анализа,синтеза параметров агрегатов и прогноза показателей их УФ. В перспективе использования результатов исследования в практике работы научных,проектных,испытательских организаций и предприятий с.-х.производства при решении задач повышения УФ агрегатов.

Реализация работы. Основные результаты исследования использованы в ПФ НАТй, НПО ВИСХОМ, ВИМ, Куб.НИИТШ, ГСКБ ПО ХТЗ, ГСКБ машин для картофелеводства (г.Рязань),ГСКБ уборочных машин (г.Таганрог), в учебном процессе некоторых о.-х. вузов. Эффективность выполненных разработок изложена ниже.

Основные положения, выносимые на защиту. Вопросы повыпения уровня функционирования (УФ) агрегатов,их связь с изучением движения и основной задачей земледельческой механики В.П.Горя-чкина (КЛГ) "о нормальной величине масо и их скоростей" для агрегата. Междисциплинарный подход к решению вопросов повышения УФ агрегата. Построение модели типа "вход-состояние-выход" (ВСВ) дня агрегата как динамической системы о вероятностными входами и выходами. Адекватность модели BGB агрегата и корректность решения задач повышения ого У$. Вычислительный эксперимент по А.А.С&чарскоку^с моделью ВСВ на ЭВМ при решении задач повышения УФ агрегата. Декомпозиция уравнений динамики агрегата. Описание управляемого движения агрегатов. Сопоставление традиционных методов повышения УФ агрегатов и подхода к решению этих вопросов предложенного на основе результатов проведенных исследований. Автоматизация на базе ЭВМ процессов решения задач повышения УФ агрегатов.

Апробация. Основные положения работы доложены: на 71 Всесоюзном совещании по автоматизации производственных процессов в растениеводстве (Каунас,1962 г.); На Белорусской республиканской конференции по автоматизации процеооов о.-х.производства (Минск,1932 г.); на Всесоюзной конференции по созданию сиотем и агрегатов гидроавтоматики с.-х.машин (Москва,1984 г.); на Всесоюзной конференции по проблемам эффективного использования с.-х.техники (Москва,1984 г.); на Всесоюзной межотраслевой конференции по проблемам диагностики, повышения эффективности и долговечности двигателей (Ленинград, 1985 г.); на

-¡л--■

А.А,Самарский. Математическое моделирование и вычислительный эксперимент//Вестник АН СССР.-1979.- »5,- С.38-49,

- б -

Всесоюзной конференции по проблемам микроэлектроники и робототехники в с.-х.(Рига,1985г.); на Всесоюзной конференции по про-, блемам механизации с.-х.производства (Москва,1985г.)| в научно-техническом совете ПФ НАТИ (Чехов,1987г.)| на Всесоюзной конференции по проблемам энергетики, агрегатирования к повышения технического уровня с.-х. техники (Москва,1987г.)$ на Всесоюзной конференции по методам и техническим средствам, применяемым при иссыханиях с.-х.техники (Минск,1288г.)} на Международном сельскохозяйственном симпозиуме по новым методам испытаний сельскохозяйственных и лесных машин (Гёделле,Венгрия,1990г.)} на Годичном собрания отделения механизации и электрификации ВАСХНИЛ (Москва,1991г.)| на Всесоюзной конференции по проблемам разработки и внедрения переналакиваемых энергетических и технологических модулей с.-х^техники (пос.Привольный Минской обл.,1991г.)} на научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПГАУ (1971 - 1991гг.).

Публикация результатов, по теме диссертации опубликована 61 работа общим объемом 23 печатных листа.

Объем д структура .работы.. Диссертация содержит 292 машинописных страницы текста, 47 рисунков, 15 таблиц, список литературы включает 412 наименований, 4 приложения.

Работа состоит из введения, восьми разделов и заключения. Приложения включают в основном документы, подтверждающие внедрение и использование полученных в процессе исследования научных результатов.

I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕШ, ЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Основы учения о сельскохозяйственных машинах и машинных агрегатах сформировали работы В.П.Горячкина, И.И.Артоболевского, П. 11.Василенко, М.Н.Леюшнева, Г*Д.Терскова, М.Л.Гусяцкого и других последователей В.П.Горячкина, Современную теорию сельскохозяйственных машин и агрегатов определяют работы П.М.Василенко, Г.Е.Листопада, А.Б.^урье, Л.В.Погорелого, И.С.Нагорского, С.А.Иофинова, Л.Е.Агеева, С.А.Алферова, В.Я.Аниловича, Л.В.Гяче-ва, П.И.Заики, И.П.Ксеневича, Н.И.Кленина, Г^М.Кутькова, Н.М. Постникова, В.В.Спиченкова, О.А.Полушкина, В.Д.Шеповалова, В.П.РослАг.ова, В.Г.Еникеева, Ю.А.Зантюсова, А.Ы.Валге, П.Х Карцева и многих других ученых. Однако,несмотря на достижения теории,. вопросы повышения уровня функционирования (УФ) с.-х. агрегатов чаще всего реиают методами, основанными на равно-

весни механических систем в статике, Однако методы статики при решении задач повышения УФ агрегатов не удовлетворяют запросы практики. Недостатки методов статики проявляются в расчетах, когда одновременно необходимо принимать во внимание несколько показателей УФ агрегата и его несколько внешних возмущений. Учет нескольких показателей УФ агрегата порождает многокритериальные оптимизационные задачи,а традиционные подходы не позволяют их решать.

В работе исследование вопросов повышения УФ агрегатов построено на основе-математического моделирования их движения и управления этим движением. Как и выше,здесь под движением понимается процесс формирования показателей УФ агрегатов.

2. ОСНОВЫ МЕТОДОЛОГИИ ИССЛЕДОВАНИЯ И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ АГРЯГАТОВ

Методология решения поставленных задач разработана о исполь-^ зованием утверждения В.П.Горячкина о том, что в агрегате "управляют явлениями"- процессами формирования показателей УФ "главные элемзнты" - массы агрегата и их скорооти. Поэтому модель .которая будет использована для решения задач повышения У4> агрегата .должна содержать его "главные элементы". Чтобы модель учитывала "главные элементы" агрегата,в работе при описании его движения использованы,следуя 3.П.Горячкину, принципы,построенные на основе общего уравнения динамики

т^ = (I)

(2)

где т4 , ^ - массы и моменты инерции элемента (узла) агрегата; хг, , ¿о- - скорости; # - силы; - моменты сил.

В процессе иослодования вопросов повышения УФ агрегата рассмотрено два варианта решения ооновной задачи земледельческой механики В.П.Горячкина (ЗМГ) о рациональном сочетании величин масс агрегата и их скоростей. В первом варианте решения задачи ЗМГ считались известными силы (моменты сил М^ ) в уравнениях (I),(2).требовалось определить такие значения масс т1 (моментов инерции ^ ) агрегата.которые обеспечат наилучшие характ. -риотики скоростям Щ , си- .По существу сформулирована первая обратная задача динамики агрегата (Задача № I). Во втором варианте решения задачи ЗМГ приняты известными значения масс т-(моментов инерции ) в уравнениях (1),(2),а требуется определить такие дополнительные силы.называемые управлениями йг ,

которые совместно о известными силами F¿ (и моментами сил ) сформируют скорости У: , ¿3¿ с наилучшими характеристиками. По своей сути это вторая обратная задача динамики агрегата (Задача №2),

В работе показана целесообразность решения Задач № I и Л 2 методами математического моделирования движения исследуемого агрегата в пространстве его состояний. При описании динамических свойств агрегата в пространстве состояний использована модель движения этого же агрегата в его координатном пространстве.

Уравнения состояния. У пахотного агрегата,составленного из трактора T-I5CK (с подвеской переднего моста) и плута типа ПЯН--5-35 (рис.1, 2), в продольно-вертикальной, плоскости xoz координатное просаранотво образуют обобщенные координаты: перемещение 1Т центра масс трактора и перемещение гпм центра масс не-подрессоренной чаоти его переднего моста; - угол поворота остова ^актора в плоскости хо% ; угол ipH поворота плута относительно остова трактора в плоскости Xol • При моделировании движения агрегата приняты следующие допущения: отклонения агрегата от положения' равновесия считаются малыми; силы и моменты, •изменяются пропорционально отклонениям переменных и их первым производным; плуг.трактор и его передний мост имеют постоянные массы; сопротивление воздуха не учитывается; колеса агрегата копируют профиль поверхности, поля (дороги) и сохраняют с ним постоянней контакт. Уравнения Лагранжа второго рода.как частный вид выражений (I),(2).методические рекомендации П.М.Василенко и результаты исследования А.Б.Лурье позволили динамику агрегата в координатном пространстве описать векторно-матрич-ным уравнением вида

+ + С'9 = (3)

где ^ ^ £ - векторы обобщенных координат и их производных; • А \ В', С - матривд .зависящие от парамегров агрегата; С? %}-обобщенные силы,связанные с внешними возмущениями агрегата. Ддя перехода от уравнений динамики агрегата (3) в Ai-мерном координатном пространстве fy^Cf,,^,..., <j>K) к описанию движения ъ 2 К -мерном пространстве состояний Х1} ... хлк о зхзго же агрегата воспользуемся равенствами

L-Xik • (4)

С помощью вьфакений (4) из модели (3) получено уравнение состояния ,

dx/dt =Х=АХ+С)> , (5)

Рис. 1. Схема сил, действующих на пахотнип агрегат, со всеми ведущими колесами трактора.

Рис.2. Эквивалентная схена пахотного агрегата в трехмерном

пространстве (а) и в продольно-вертикальной плоскости^

представляющее компактную запись системы дифференциальных уравнений вида

» ♦ » • •« • • » « •

Применительно к агрегат? типа Т-15СК+ЩЩ-5-35 (рис.1, 2) уравнения (5),(6) содержат вектор состояния о компонентами х, «2Г, = ,

матрицу А порядка Лкх&К ;

матрицу С , имеющую элементы , з вектор воз-

мущений У » учитывающий профиль поля для левых к для

правых колес трактора; вертикаль ^ и гсризэяталь

тягового сопротивления в нижних пальцах навески плуга и соответственно ^ в ее верхнем пальце; - горизонталь и вертикаль на оси опорного колеса плуга. Приведем выражения для некоторых коэффициентов уравнений состояния (6) агрегата

СлТ^УЪт; СЛ4"-^/Стг1х);

Чг^Р^рчУЪ«« } т^ а* }

где Ср3) См, ~ жесткости рессор подвески и шин колес

трактора; иаг1 иач, я^..., ин - коэффициенты демпфирования амортизаторов подвески и шин колес трактора; у

- плечи действия оил относительно нижних пальцев навески плуга; - горизонтальная проекция нижних тяг навески трактора; 4 >4." координаты цэнтра масо трактора (ЩТ) относительно осей его колес; 0.В)6о - координаты шарниров нижних тяг навески трактора относительно ШТ; гпТ) т^соответствен но подрессоренная масса трактора, приведенная к навеске масса плуга;неподрессоренная масса переднего моста трактора; У^3 -приведенный момент инерции трактора в плоскости его симметрии.

Для нелинейных характеристик жесткостей шин.рессор.и демпферов подвески трактора выполнена статистическая линеаризация по

>■ (7)

А.А.Силаеву36^ с учетом вероятностной природы внешних возмущений агрегата.

Уравнения выходов (8) описывают изменение паромашгых.характеризующих полезность работы агрегата и объединенных" выше в третью группу показателей его УФ. Так.выражение для технологического показателя- глубины пахоты а. , составлено на оонове разности между координатами профиля дна борозды

и профиля поля о учетом компонентов вектора состояния и параметров агрегата. Уравнения, характеразущие экологические показатели - вертикальные нагрузки @сн ■ > трактора к уравновеоиващие упругие силы

2,-

на иинах колео деформаций

этих не шин, описывают воздействие колес трактора на почву при пахоте; Выражения для моментов .на колесах Мщ , МК£ трактора характеризуют механизм возникновения движущих сил в зонах контактов шик о опорными поверхностями. Эти выражения являются уравнениями выходов (8) для энергетических показателей агрегата. Момент на валу двигателя М^ трактора учитывает моменты на его колесах и характеристики трансмиссии. Приведем некоторые уравнения выходов для агрегата типа Т-150К+1ШН-5--35 о передней (разблокированной) подвеской моста трактора

(8)

и соответственно цри блокированной передней подвеске трактора

где I - номер задних, - передних ведущих колес трактору;

& ■ ~ соответственно радиус качения, коэффициент

»>1

'А.А.Силаев. Спектральная теория подрессоривания транспортных малин.- М.: Машиностроение, 1972.- 192 с.

сцепления.жесткость и статическая деформация шины ведущего колеса; - горизонтальная координата лезвия лемеха относитель^ но шарнира нижней тяги навески трактора; йн - настроечная глубина пахоты; ^ - профиль Поля в зонах качения колес

трактора; KXi KXs - коэффициенты связи утла поворота if>pM рамы плута через навеску трактора с углами jí/s Xi , % -(рис.1, 2).

Выражение для момента Ма на валу двигателя в системе (8) к-) У"

позволило составить уравнения выходов для переменных: частоты вращения коленвала двигателя,часового расхода топлива.часовой производительности агрегата и др. Эта уравнения совместно с выражениями (8) образуют векторно-матричное уравнение выходов агрегата

Y=£X+N))} (9)

где У - вектор выходов, характеризующий третью группу показателей УФ (в вышеприведенной классификации)-полезность функци-. онирования агрегата; -матрицы, зависящие от парамет-

ров агрегата.

Математическая модель типа "вход-состояние-выход"(ЗСВ) включает уравнения состояния (5),(6) и уравнения выходов (8),(9) агрегата и имеет следующие особенности; учитывает основные группы Показателей УФ агрегата; обеспечивает для arpeгата,как многомерной динамической системы, однозначную связь между его входами и выходами; содержит входные, выходные переменные и конструктивные параметры агрегата в явном виде; удовлетворяет требованиям современной теории идентификации; для нее не существует "проклятия разшрности"; позволяет решать задачи повышения УФ агрегата (см.разделы 5¡ 6, 7).

3. АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ ПАХОТНОГО АГРЕГАТА

Уравнение (3) не учитывает изменение внутреннего состояния агрегата,как этого требует современная теория идентификации динамических систем,и поэтому не обеспечивает однозначной связи между входами и выходами агрегата,т.е. при одних и тех же входных воздействиях уравнения (3) могут иметь несколько решений. Потому что интегрирование уравнений (3) дает обобщенные координаты как функции времени и еще Хк произволь-

ных постоянных интегрирования. Кроме того, уравнения (3) Не

Л.Е.Агеев. Основырасчета оптимальных и допускаемых режимов работы МТА.~ Л.: Колоо, 1Ш,- 296 с.

- w -

имеют показателей уровня функционирования (УФ)агрегата. Поэтому в работе признано целесообразным вопросы повышения У# агрегатов исследовать о помощью моделей типа ВОВ (5).,.(9).

Корректность решения задач повышения УФ агрегата трейует, чтобы уравнения (6).имеющие в общем виде форму

**=К...,);4ех*t) ^

удовлетворяли условиям теоремы Пикара l^n^.-^JI/I^U^ • di)

Например,дяя четвертого уравнения системы (6)

+4Д+ Ф'Ь Я -

условия (II) имеют вид

* (CiASt - /á J j 1Эх,(*„(C^tf+Cwtf/A J j

где

d^d^i d^ cí^dwi^yp+^al

Правые части выражений (12) зависят от параметров (7) агрегата и определяют число kg в условии (II). Для исследуемого .агрегата требования (II) выполнены и это гарантирует для модели ВОВ (5)...(9) законность применения к ней методов численного интегрирования. Исследованиями для уравнений (6) выявлена область задания (определения) вида

ттфо + .

и уоловие устойчивости решения (13)

тт< 7гс.1Ч (чЩ*-),

ffce Т - период колебаний остова трактора относительно точки подвеса. Обозначение осталышл величин дано в тексте после вы-, раженпй (?).

- 15 -

4. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬШЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПАХОТНЫХ АГРЕГАТОВ

Натурные исследования пахотных агрегатов проведены о целью получения информации, необходимой для оценки модели ВСВ и ре-аения задач повышения уровня функционирования (УФ) агрегатов.

Математическая модель (5)...(9) определила основную совокупность входных и выходных переменных агрегата.реализации которых необходимы доя решения поставленных задач. Используемый при лабораторно-полевых экспериментах измерительный комплекс позволил получить реализации процессов на входах и выходах агрегатов о погрешностью но более 2.5$.

В лабораторных условиях агрегат иоследован при входных воз-»ОПцэниях в виде ступенчатых функций (14),(15),а полученные доя выходов записи переходных процэосов использованы в дальнейшем для декомпозиции модели агрегата и оценки его общих динамических овойств.

В результате полевых иопытаний запиоаны реализации входов и выходов агрегатов,позволившие решить вопрооы,овязанные с повышением УФ этих агрегатов.

5. РШЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕМ АГРЕГАТА НА ЭВМ И СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ НАТУРНОГО ' И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТОВ

На первом этапе применительно к агрегазу МТЗ-80+ПЛН-3-35 было рассмотрено две группы вопросов "анализа". Первая группа вопросов связана о исследованием агрегата при входных возмущениях в виде ступенчатой функции

при .

при t>i0 , . когда для модели агрегата в ЭВМ создавался "наброо" внешней нагрузки и при входе .

'к при (15)

о при

когда формировался "оброо".внешней нагрузки. При входе (14) о помощью модели агрегата на ЭВМ получены переходные процессы, в том числе кривая ) перемещения центра масо трактора

(ШТ). В лабораторных уоловиях (раздел 4) экспериментально получена переменная ¿т а ). характеризующая перемещение. ВДТ при возмущении (14). Анализ опытной переменной .£,.(<:) и вычисленной на ЭВМ кривой Х,и) показал, что формы их колебаний совпадают, а частоты колебаний отличаются не более чем на 9$.

- 16 -

Вторая группа вопросов связана с решением на ЭВМ модели ВСВ при вероятностных входных возмущениях, реализации которых получены в поле при испытаниях агрегата. При сравнении вероятностных о из кок показателей УФ агрегата, вычисленных на основе палевых опытов и вычисленных с помощью модели ВСВ ограничимся одним примером. Так.для процессов изменения моментов на колесах трактора в агрегате с плугом сопоставление оценок, полученных при натурном и вычислительном экспериментах показало,что средние значения моментов, их средние н&адратичеокие отклонения, максимумы спектральных плотностей и значения частот при максимумах спектральных кривых отличаются не более чем на И%(риез)^

Декомпозицию модели агрегата рассмотрим на примере решений ОС, Ш, jCj.it) уравнений (6), полученных при возл^ущениях (14). Процзос X, (■£■)= 2Т (¿) характеризует перемещение ЩИТ и является выходной переменной для модели V-2Т .свойства которой,как показано в работе.описываются системой уравнений

сСх*/сИ - эс*=-(V/Т;г)х,2-(ъ/х*+(кл/т,1)И

Коэффициенты уравнений (16) вычисляют по формулам

ос=(6п а,/а^/т со-л Ж/Т}

где ¿?/} - соседние амплитуды кривой решения (¿) системы (6); 7 - период колебаний кривой Л, (¿)= Д*. (*); -2Т. усг -ее установившееся значение. '

Свойства модели \>-% с выходом в виде утла поворота

ХуЦ) плута относительно оотов трактора описывают уравнения ¿± \

ах*»/<Ц -=-О/т»)/ ^ ] (18)

коэффициенты которых могут быть определены с использованием решения ЭС5(±)=* уравнений (6).

Обюте динамические свойства агрегата оцзним с помощью простых моделей (16), (18) методом качественной тес'рии уравнений. Рассмотрим поведение решений Х^)- 1ТШ и 3?5(*)= % (£) в удалении* точках ("на бесконечнооти") плоскостей ( )

н V ), связанных с уравнениями (16,(18), используя со-

отношения Пуанкаре. Эта соотношения для модели у'-2Т оо свойствами (16) имеют вид

(Г7)

0,08 0,06 0,04 0,02

0,08 0,06 0,04 0,02

Гг / * ^а)Ст=1890кн/м

1 и 1/ и и N

/ ""ТЪ /\1 \\ \\ 3 г \\ у.

7 /

0 4 8 12 Тб^Р-М

в) оез гру доп зов олнятелЕ на агрег них •ате

/V / / // \ч \\ лТ \\

✓ —

о 4 8 12 16

0,04 0,02

8 12 16 ЦЙМ

0,10 0,08

0,06

0,04

0,02

0,08 0,0 б 0,04 0,02

б)Ст=1400кн/м •ч А

¥ V \Л \ ( I XX

1/\ V/ /у \\ \ \ л \ч

—^ \ \ \

I

0 4 8 12 16й>,Р-§*

г) грузи(200кг) на переднем иосгу трактора

/7'

✓ г ч цЗ

— и»

0

8 12 1бй),й|й

1 - гг=1,7 м/с; 3 - 1/"=3,5 м/с;

-- натурный экспе-

риненх в поле;

--- вычислительный

эксперимент на 'ЭВМ.

Рис.3. Спектральные плотности моментаЛ^й) на полуоси трак»-тора в агрегате МТЗ-80 + ПЛН-3-35 в зависимости от суммарно!! жесткости шин колес тракгора(а,6) и от распределения массы агрегата(в,г,д).

- 18 -

1/Х? = 0', -Т*/Т * (19)

а для модели о уравнениями (18) соответственно

t/X*"*Oj . (20)

Неравенства в выражениях (19) и (20) указывают на отсутствие расходимости "на бесконечности" у решений xt(-i) и Xs (<) уравнений (16) и (18). Анализ осциллограмм записи переменных 5T(t), при натурных испытаниях показал,что они имеют

такую яв качественную структуру как и кривые Xf (t), 2S (<•), полученные в результате решения на ЭВМ системы (6).

Как видно, модель (5).,.(6) типа ВСВ описывает основные динамические свойства агрегата и удовлетворяет требованиям адекватности,.

б. ПОЛУЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СОЧЕТАНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ИХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Исходные данные и ограничения. Рассмотрим Задачу № I (раздел 2): известны модель (5)...(9), реализации внешних возмущений V (t), требуется выявить такие числовые значения параметров (7), которые позволят сформировать наилучшие показатели (8), (9) уровня функционирования (УФ) агрегата. В работе показано,что цри решении Задачи № I параметры 52; , показатели полезности и регламентированные переменные fe .характеризующие УФ агрегата, должны удовлетворять условиям

fr * & ,

J~e * Je < // '

где . -нижние, ^ -верхние границы.

Щлевая функция должна учитывать вероятностную природу показателей (8) работы агрегата. При выборе опэнок для переменных {§) предпочтение отдано средним квадратическим отклонениям (СКО). Потому что эти оценки характеризуют вероятностную меру рассеивания величин и вполне понятно стремление обеспечить шя-1М"малышэ СКО для показателей (8). Поэтому СКО перешнных (8) и били введены в целевую функцию. Для ее построения использованы частные критерии с весовыми коэффициентами оС ,

1=1, • • V Р ') • (21)

'rt, (22)

(23)

объединенные выражениями

Q(R) =Jl.(Я)' ; (24)

О учетом переменных (8), структуры чаотных критериев,ограничений ча регламентированные показатели (четвертая группа) УФ и особенности вычислений на ЭВМ, для долевой функции (24) и нормированной функции цели получены следующие соотношения

\ (25)

+ ■ X Q = Ца.(ЯИг), J

где i&Ma. ~ весовые коэффициенты показателей (8) агрегата; кна " коэффициенты соизмеримости для частных критериев (¿(Я), учитывающих СКО показателей (8) и обозначенных, через Г6(<t)]f„,t 1&(Мд)] - допустимые значе-t ния СКО; 5» , з».. Sv - штрафы дай функции (25) при нарушеНИИ условий

Ограничения (26) есть частный случай требований (23), т.к, ускорения ä?(=5T центра масо трактора и угловых колебаний

х3~ его остова характеризуют условия пруда тракториста и являются регламентированными показателями УФ агрегата. Компоненты АГаСб(а)Лг.., введены в функцию (25) для переменных, у которых©^ =0. функции (25) оодеряат СКО,вычисляемые в результате решения уравнений (5)...(9) с учетом числовых значений параметров (7) и реализаций . tf(f-), функции (25) . характеризуют общую ценнооть агрегата, потому что "по числовым значениям" параштров (7) они позволяют оценить совершенство когеретного варианта конструкции (схемы,структуры) агрегата,а через возмущения У (t) учесть влияние условий его эксплуатации на СКО показателей (8) работы агрегата.

Решение задачи оптимизации. Для поиска рациональных значений параметров (7) использованы функции (25),модель (5),..(9), ограничения (21),..(23) ,(26) и реализации воз^щений V(t ). Такую совокупность рекуррентных соотношений (возвратных последовательностей) кратко представим в виде соотношения

У(Я*")1 /г

Значения параметров (27) определяли в результате зондирования в пространстве (21)...(23). На каждом шаге Ц зондирования проведен вычислительный эксперимент на ЭВМ с моделью (5)... (9) к методом случайного поиску с самообучением*^определены числовые вначения параметров . Из £2* совокупности рациональные 52" значения выявлены по минимуму критериев (25) согласно условиям _ ; оп' ■ - ^

(28)

Пример 6.1.Определить рациональные значения параметров на основании решения сформулированной выше Задачи * I применительно к пахотному агрегату Т-15СКМ+ШП-6-35.

Исхо£ные_данные. В этом примере неуправляемыми (постоянными) приняты значения следующих параметров агрегата

т„н j 1х} % ; а* ; ; * -

> "рч ; о(,..., оч . Их обозначение указано после формул (7). Управляемые (оптимизируемые) параметры (7) агрегата образуют вектор я = (0,^3, С,, срл> иаЪ) Ылч, тл> т^, 1 (29)

где каждый параметр имеет начальные значения , нижнюю , верхнюю £2" границы и следующие оценки для диапазона (21) варьирования

<Я*-Я?)/3.; Й?г ш(АЪ/вр-лох}™

В примере 6.1 только для жесткостей Си„.,Сч шин колес трактора приняты относительные отклонения =75^, а для остальных параметров вектора (29) =15$. Начальные значения параметров (29).согласно данным заводов-изготовителей,приняты равными соответственно £?"г=(320, 320, 360, 360, 300, 300, 14, 14, 10430, 1250, 1.81, 0.60, 1.60, 1.30, 1.64).

Результаты решения примера 6.1. Вышеизложенным методом для . параметров (29) агрегата были определены рациональные число-

Л.А.Растригин. Статистические метода поиска.-М.: Наука,

1978.- 356с.

вые значения , удовлетворившие условиям (28). Например,

для скорости 1.96 м/с рациональные значения образуют вектор

179 , 252 , 252 , 302 , 302, 14.8, 14.8, 10143, 1400, 1.78 , 0.606, 1.608, 1.29, 1.63). При рациональных Й^ параметрах показатели УФ агрегата имеют более предпочтительные вероятностные оценки,чем при начальных значениях этих же параметров. Так,процессы , характеризующие воздействие на почву колес трактора в агрегате с плугом, имеют более низкие средние квадратические отклонения (СКО) при рациональных параметрах , чем при их начальных значениях. Например .процесс при скорости 1.96 м/с и параметрах имеет СКО равное =1.78 кн и основную долю дисперсии в полосе частот до со л 16.0 */с с максимумом спектральной плотности при со ^ 13.2 Ус , а при рациональных значениях параметров соответственно 6"°Т<£ЧХ) = =0.66 кн, максимум спектральной кривой на частоте 6.4 Ус с полосой существенных частот до со ^ 10.5 Ус. Ускорение гт (£) = = центра масс трактора и угловое ускорение (р (£)= И) его остова, характеризующее воздействие агрегата на организм тракториста, имеют СКО при рациональных значениях параметров на 21$ меньше,чем при начальных параметрах. При 5it.1l ■ параметрах моменты на колесах трактора имеют СКО в среднем на 63$ меньше,чем при $?нг параметрах. Потери мощности двигателя трактора от вероятностной нагрузки*' на пахоте при параметрах агрегата на 42%- ниже,чем при их начальных 5ЕИ1 значениях. Аналогичные результаты получены для скорости 3.21 м/с (рис.4). .

Пример 6.2. Определить рациональные значения параметров агрегата Т-15СКМ-ДЛП-6-35, если жесткости шин Г,,..., Сч колес трактора и рессор Срз л Срч его подвески имеют относительные отклонения 8"£с?£ =75$, а для остальных параметров вектора (29) отклонения <Й?. =45$. Начальные значения парамет-

ров указаны в примере 6.1.

Расширенный диапазон изменения (30) значений- параметров, принятый в примере 6.2, не учитывает возможности реализовать на практике "в металле" граничные значения параметров (29). Этот пример рассмотрев в рамках предпроектных поисковых исследований схемы агрегата. В результате решения задачи 6.2 применительно к скорости 3.21 м/с для вектора (29' параметров агре--

См. сноску на с./3.

6Н

с

0,10 0,08 0,06 0,04 0,02

SM,

0,16 0,12 0,08 0,04

T

к k\ 4

¡y- ><

а

2ft б 8 10 Ц Bfá

SK \

/ / f\ Yö" t

/ / / f 1 / I / \

✓ / f / L \

\ \ 4 4 --

Рис.4.

S

г ь 6 8 i0 àJy

Спектральные плотности выходных процессов агрегата T-Í50KÍÍ •»■ ПЛП-б-35 на скорости 3,21 м/с : а) угловнх ускорений íjg-j остова трактора; Ó) момента MKl(i) на его заднем колесе; в) угла поворота рамы плуга

%>,$:) при начальных О.** (-) и

<—iоп / \ рациональных b¿ (----) значениях

параметров агрегата.

пата определены рациональные значения = (132, 132,

203, 203, 461, 461, 15, 15, 3930, 1480, 1.46, 0.61, 1.73, 0.99, 1.62). Рассмотрим влияние рациональных значений параметров на вероятностные характеристики некоторых показателей (8) работы агрегата. Например, на пахоте рациональные параметры сформировали на скорости 3.21 м/с процесс

н^ рузки на колесе (¿) трактора,имеющий СК0 равное

)=0.68 кн, основной спектр дисперсий в полосе час-• тот до о) а: 9.5 Ус с максимумом спектральной плотности на частоте со = 5.87с. Тогда как при 5?*1 начальных параметрах у этого же процесса б"нг () =2.04 кн о полосой существенных частот до ¿>«16.0 1/с у спектральной плотности. На рабочих скоростях потери мощности двигателя трактора от вероятностной нагрузки на пахоте при рациональных параметрах примерно в три раза ниже,чем при начальных значениях параметров. Аналогичное влияние значения параметров агрегата оказывают на оценки его показателей работы при скорости 1.96 м/с.

Пример 6.3. Определить рациональные значения жесткостей £»»•••» ¿V шин колес трактора Т-15СК в агрегате с плугом ПЛН--5-35, если относительное отклонение (30) для этих параметров =29%, а остальные параметры вектора (29) имели постоянные значения,рекомендованные заводами-изготовителями агрегата.

В результате решения примера 6.3 определены рациональные значения для жесткостей шин,которые обеспечили выходным переменным СКО на 23...27$ ниже,чем у "стандартного" агрегата. Затем агрегат,имеющий рациональные жесткости шин,был исследован в полевых условиях. Испытания в поле были проведены и при других значениях жесткостей шин с учетом отклонения ^ =295? допустимого заводом. Рациональные значения жесткости шин,вычисленные на ЭВМ с использованием модели ВОВ и соответственно выявленные на основе натурных полевых опытов,обеспечили показателям (8) минимальные СКО. Минимальные СКО, полученные при вычислительном и натурном'экспериментах отличаются не более чем на 10$.

Нормированная функция цели по определению (25) при начальных Янг параметрах всегда равна

(единице). В примере 6.3 принят малый диапазон варьирования для малого_числа_параметЕрв - жесткостей шин колес трактора. На скоростях Х.89 и 2.62 м/с рациональные значения жесткостей шин доставили функции Л^ значения равные 0.52 и 0.59.

С Обличением пределов варьирования (21) для малого_числа параметров (пример 6.1) функция Л<уА уменьшилась до 0.063... 0.064. ^льнейшее_^еличе{ше диапазона (21) для шода_параме-тров (пример 6.2) позволило получить значение функции =

=0.035...0.040. Как видно,с увеличением пределов варьирования (21) и числа оптимизируемых, параметров в .векторе (29) представляется возможным на ЭВМ с помощью модели ВСВ выявить более эффективное сочетание рациональных значений параметров при решении Задачи Я I (раздел 2) и повысить уровень функционирования агрегатов.*?

7. ПОСТРОЕНИЕОПТИМАЛЬНЫХ ЗАКОНОВ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССАМИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТОВ

Рассмотрим Задачу К 2 (раздел 2). Чтобы ее решить методами современной механики - теории оптимального управления, необходимо составить математическую модель управляемого движения агрегата.

Постррение_модели хправляемрЕр_движения агрегата. Под действием приложенных сил и моментов любая обобщенная координата агрегата может иметь вариацию при обобщенных силах

(£.и при этом совершать элементарную работу

SA*qK$}K. <31>

Например,у пахотного агрегата (рис.1, 2) требуемый характер протекания обобщенной координаты с вариацией S"2Т формируют действующая в агрегате сила Р£ и дополнительно вводимая управляющая сила £, . Эти силы,согласно (31), совершают элементарную работу

как компоненты обобщенной силы

с<32)

Желаемое изменение обошценной координаты ^«У вместе с действующими силами (рис.2) обеспечит дополнительно вводимая управляющая сила £i . Для формирования требуемого характера изменения координаты % введем управлявшую силу £3 . Выполнив необходимые преобразования, получим соответствующие обобщенные силы £&; (ЗЭ)

хТ—-¡М^-езУ,. (34)

К.В.Фролов. Методы совершенствования ыашин и современные проблемы ыаоиноведения.~М.Машиностроение, I9Ö4. - 224 с.

(35)

- 25 - .

где 7Х - длина нижней тяги навески трактора. Для описания управляемого движения агрегата использованы уравнения Лагранжа (раздел 2), которые учигавают обобщенные силы,в том числе (32) ...(34). Опустим последовательность построения и приведем модель управляемого движения агрегата, содержащую систему вида

=а„ ... + а,л е я^ ■и, чг... + Sn иг +

или ее запись в векторно-матричной форме

x*Ax + Bu+ cv (36)

и уравнэние выходов

Y =£X + HU +NV, (37)

где В -матрица вектора управления ¿¿= uz), построенно-

го на базе введенных сил £, ,ш)£г i И ~ матрица передали управления .

Воспользуемся теорией оптимального управления при решении Задачи № 2 (раздел 2) для модели (36),(37) при любых внешних возмущениях У(t), даже вида V(t )=0. Рассмотрим варианты решения Задачи Й 2 при V(i)=0 для объекта управления (18) -модели с выходной переменной в виде угла поворота Xf ) навески с плугом относительно остова трактора (рис.2). В результате преобразования модели (18) к виду (35) получим уравне-

Ниже индекс " % " опущен.

Пример 7.1. Для системы управления объектом (38) построить закон управления U*n , минимизирующий квадратичный критерий оптимальности

-Sie

с учетом граничных условий

= ocjtj^x^; = (40)

В критерии (39) члены х,х и ^^ являются оценками характера изменения переменных 'ajCi) и (t), а произведение и* учитывает энергозатраты на управление объектом(38). Значения весовых коэффициентов выбирают с учетом

предпочтений, отдаваемых либо качеству процессов (О, ^ (¿0, либо ограничениям по затратам энергии на управление .

- 26 -

Опуская подробности,приведем закон управления,доставляющий минимум критерию (39) .

иоп_ ( ^ _ О-гл. бЛ! I

-X -

с11 осЛ

(42) душ

(43)

Пример 7.2. В системе оптимального быстродействия для объекта (38) определить закон управления и, , который обеспечивает минимум критерию

'о

Опустим решение и приведем здесь окончательное выражение искомого закона управления

Выражения (41),(43) ддя оптимальных законов управления в аналоговых системах управления через коэффициенты учитывают параметры объекта управления (38), с помощью компонентов ^х^^х-ь^ь задают приоритеты управления и учитывают характер изменения переменных ЭГ, (*) и Х± (£).

Законы управления в системе с цифровой ЭВМ в контуре управления построены с учетом того,что цифровая система управления (ПЗУ) является дискретной .системой,в которой начальный и последующий -б моменты времени связаны через шаг квантования

выражениями ¿„"^Т, i. В результате описания свойств дискретной ЦСУ уравнение (36) преобразовано в векторно матричное уравнение состояния вида

х [(к+0 Ь = 9(Ь{х№Щ*(Ъи [кЬ+л*/ у СктЗ

/С =£7,

(44)

где

УС?) -

(45)

(46)

- 27 -

Пример 7.3. Построить закон управления U.[KT] для ЦСУ агрегата (объекта) (44)...(47), если известны вектор состояния X , матрицы А,В,С (явно зависящие от параметров (7) агрегата), возмущения V(t) и показатели У работы. Требуется определить для ЭВМ закон управления, обеспечивающий перевод объекта (44)...(47) из любого положения в требуемое положение XJf) [(K+Ofj этого же пространства за минимальное число шагов.

В результате решения задачи 7.3 построен закон вида

^ [KTJ =МАХГД (K+»)TJ-Mf YCl<i] KT]} (48)

где мГ(т)л[' > мл=М,Ш'У(Т)-'.

Через MfCT), М*(Т) в выражениях (45),(46),(47) алгоритм (48) учитывает матрицы А.В.С модели (36),(37), вектор X ,его требуемое значение ХГр и возмущения \) агрегата.

Таким образом модель (36),(37) агрегата позволила методами теории управления решить Задачу № 2 (раздел 2),связанную с повышением уровня функционирования (УФ) агрегата "в борзде", при выполнении технологической операции.

8. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Обобщение результатов исследования. На основе принципов управления движением агрегата по В.П.Горячкину разработана методика получения информации для повышения технического уровня и УФ агрегата. Эта методика содержит этапы решения основной задачи земледельческой механики В.П.Горячкина (ШГ). В процессе решения задачи ЗМГ существенно использована модель (5)... ...(9) типа "вход-состояние-выход" (ВСВ),удовлетворяющая следующим требованиям: а) управляемости - система (б)...(9) имеет решение; б) наблюдаемости - изменение Компонентов .....

осгк вектора состояния влияет на изменение показателей (8), (*§); в) идентифицируемости - изменение числовых значений параметров (7) приводит к изменению оценок у решений ...,

Кроме того, структура модели ВСВ обеспечивает "жесткую связь" между вектором состояния, параметрами агрегата (7) и его показателями (8) работы. Поэтому показатели работы (8), (9) наблюдаемы¿измеряемы, имеют вполне понятный практический смысл, а их вероятностные оценки позволили составить функции цели (25). Ввиду "жесткости" структуры модели ВСВ,функции(25), построенные для оценки показателей работы агрегата, являются

такими же критериями оптимальности и для компонентов вектора состояния X , среди которых имеются и оценки скоростей масс агрегата. В работе показано, что модель BGB позволила выявить рациональное, в смысле критериев (25), сочетание значений параметров, оценок компонентов вектора состояния и показателей работы агрегата. Результаты решения задачи ЗМГ подтвердили (раздел 6)положение В.П.Горячкина о том, что сочетание величин масс и их скоростей "управляет явлениями" в агрегате -процессами формирования характеристик у показателей его у$

Этапы решения основной задачи земледельческой механики В.П.Горячкина (ЗД*). I.Формулировка задачи для агрегата как многомерной динамической системы с вероятностными входа»™ и выходами. 2.Выбор метода решения задачи. Принят междисциплинарный подход, включая информатику, общую теорию систем, теорию управления и др. 3.Построение модели движения агрегата. Для разработки модели использован метод пространства состояний и физические основы формирования показателей работы агрегата. 4.Решение задачи. При постановке и решении задачи ЗМГ использовано представление ее в форме первой обратной задачи динамики агрегата (Задачи AI) (раздел 6) и в форме второй обратной задачи динамики агрегата (Задачи II 2) (раздел 7).

Результаты исследования использованы: при выполнении Госзаказа ДГ-88.29-6.1.6 по общесоюзной НТП 13.46.00.86-50.9485 "Совершенствование научно-методических основ улучления показателей агрегатирования тракторов и с.-х.машин"; при разработке в ПФНАТИ системы автоматизации анализа и расчета на ЭВМ параметров МТА; в НПО ВИСХОМ при разработке системы САПР ADIS-1, позволяющей оптимизировать динамические характеристики с.-х.машин.обеспечивая им высокий УФ) при выполнении НИР по НТП 12.103-84 "Исследование и совершенствование методов и средств агрегатирования с.-х. машин с тракторами" (Отчет о НИР) /НПО ВИСХОМ -М.:1988г.* Г.Р.О 1840004623; при разработке введенного впервые руководящего технического материала (РТМ 23.2. 104-87)."Автоматизация математического описания с.-х.машин", НПО ВИСХОМ, М.: 1988. - 54 е.; при выполнении НИР в ВИМ; во ВШИ агролесомелиорации; в КубНИИТИМ; в НПО "Орошение"(г.Волгоград); в 1СКБ по уборочным машинам (г.Таганрог) для решения задач анализа и синтеза при создании уборочной техники,при повышении динамических характеристик зернокомбайнов роторного типа (КТР-10"Таганрожец", СК-Ю"Ротор", CK-I2) и рисоуборочных

комбайнов «ЖТ-8-10; СКТ-7); в учебном процессе СПГАУ на факультете повышения квалификации (потоки: преподаватели кафедр с.-х.машин вузов; научные сотрудники; инженеры-исследователи) и на инженерном факультете; в учебной и научной работе Алтайского, Рязанского и других с.-х.институтов.

Эффективность полученных результатов исследования выявлена в процессе использования их в НИИ и ГСКБ в качестве методической базы в ресурсосберегающих экологически чистых технологиях решения на ЭВМ задач анализа, синтеза значений параметров и прогноза показателей работы для нескольких типов агрегатов, обеспечивая определенный технико-экономический эффект,указанный ниже в заключении.

Перспективы исследований по моделированию агрегатов. Эти исследования актуальны ввиду целесообразности перехода к компьютерной технологии решения задач анализа, синтеза параметров и прогноза показателей для с.-х.агрегатов как многомерных многомассовых динамических систем с вероятностными входами и выходами. Такие задачи важны для переналаживаемых, гибких с.-х. агрегатов, состоящих из энергетического модуля (ЭМ) и набора к нему технологических модулей (ТМ). Высокий уровень функционирования всем возможным вариантам ЭМ+ТМ представляется целесообразным обеспечить на основе решения для этих агрегатов

задач синергетики-теории совместного действия ЗАКЛЮЧЕНИИ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

При решении вопросов повышения уровня функционирования^?) с.-х. агрегатов на основе их моделирования и применения ЭВМ получены следующие результаты.

1. Разработана методологическая и инженерная база для получения информации,которая позволяет повысить у$ агрегата путем решения основной задачи земледельческой механики В.П.Горячкина (ШГ) о "нормальных величинах масс и их скоростей","управляющих явлениями", происходящими в агрегате.

2. Междисциплинарный подход, включающий: а)'фундаментальные понятия (основное уравнение динамики, общая теория систем, "модель-алгоритм-программа"); (Острого формализованные методы (оптимизация,принятие решений с использованием модели и ЭВМ); в)метода,направленные на формализацию (построение модели,натурный эксперимент); неформализованные операции (постановка задач, построение целевых функций) введен в работе для исследования

, ^Г.Николис, И.Пригожин. Познание сложного.-М.Мир,1990.-Э4'+с.

вопросов управления движением агрегата как многомерной многомассовой динамической системы с вероятностными входными и выходными переменными и использован при решении задач повышения

агрегата (раздел 6).

3. На основе физических принципов описания движения агрегата разработана методика построения модели, которая содержит основные группы показателей УФ агрегата, удовлетворяет требованиям управляемости, наблюдаемости и идентифицируемости,что позволило исследовать задачу ЗЛГ; для такого типа моделей не существует "проклятия размерности"; они обеспечивают функционирование цепочки "модель-алгоритм-программа"; такие модели удовлетворяют требованиям современной теории идентификации динамических систем.

4. Важнейшая концепция общей теории систем - метод пространства состояний введен в процессе исследований в методику и практику построения моделей типа "вход-состояние-выход" (BGB), которые позволяют проводить вычислительные эксперименты на ЭВМ и получать информацию: а)для решения вопросов управления УФ агрегата на всех этапах его жизненного цикла; б)для прогноза показателей работы агрегата в зависимости от числовых значений его параметров и действующих внешних возмущений,характеризующих условия эксплуатации агрегата.

5. Разработана методика декомпозиции модели ВСВ и применения результатов декомпозиции для исследования общих динамических свойств агрегата при ограниченной информации о внешних возмущениях; при синтезе оптимальных законов в системах управления выходными переменными агрегата для повышения его уф в процессе выполнения технологической операции.

6. Разработанная модель ВСВ позволила: а)сформировать математическое,информационное и программное обеспечения, использованные в экологически чистой ресурсосберегающей технологии решения на ЭВМ задач анализа, синтеза числовых значений параметров и прогноза оценок выходных переменных агрегата; б)создать в ПФ КАТИ систему автоматизации анализа и расчета параметров машинно-тракторных агрегатов (МТА), которая дает возможность вместо традиционных восьмидесяти испытаний МТА в поле, проводить несколько таких полевых опытов, а основной объём необходимой информации получать с помощью ЭВМ, обеспечивая экономический эффект 1550 руб.(по курсу 1989 г.) в расчете на одно испытание агрегата; в) выявить рациональные числовые значения

параметров, обеспечившие пахотным агрегатам (на базе тракторов Т-15Ш,- Т-152У) более высокий у# (снижено в -два раза уплотнение почвы колесами тракторов; на Z?% уменьшены средние кваду ратические отклонения ускорений остова трактора) по сравнению с агрегатами-аналогами и в ГОШ ПО ХТЗ (г.Харьков) только за счет сокращения времени на оптимизацию значений параметров в расчете на один вариант исходных данных агрегата получить экономический эффект 695 руб.(по курсу 1989 г.); г)обеспечить с помощью ЭВМ картофелеуборочным комбайнам типа КПК более высокие технологические (на 29%), энергетические (на 34%), технико-экономические (на 31$) показатели, чем у комбайнов-аналогов и в ГСКБ (г.Рязань) при оптимизации значений параметров комбайна КПК в расчете на один вариант начальных данных получить экономический эффект 736 руб.(по курсу 1990 г.).

7. На базе модели ВСВ агрегата (5)...(9) построена модель (35)...(37) его управляемого движения, которая позволила методами теории оптимального управления синтезировать оптимальные законы вида (41),(43),(48) для аналоговых и цифровых систем управления показателями УФ агрегата в процессе выполнения технологической операции.

Основные-работы, отражающие содержание диссертации

1. Получение первичной информации и ее обработка для моделирования с.-х. агрегатов и их систем регулирования // Записки /Л СХИ. 1965.- Т.108.- Вып.1.- С.41-46.(Соавторы! Еникеев В.Г., Крячко К.А.).

2. Совершенствование методов энергетической оценки МТА на основе применения современных методов и средств исследования// Методы,приборы и оборудование, применяеше при испытании с.-х. техники: Тез.докл. Всесоюз. конф. - М., 196"?.- 0.61-62.

3. Применение методов статистической дгнамики для исследования механических параметров МТА // Тр./ Кубан.НИИ по испытанию трактор, и с.-х. машин. - 1968. - Вып.2. - С. 58-61. .

4. О влиянии профиля поверхности пола и скоростного режима МТА на вероятностные характеристики крутящих моментов на полуосях трактора // Тр./ Кубан.НИИ по Испытанию трактор, и с.-х. машин. - 1968.- Вап.2. - С.62-66.

5. Энергетическая оценка МТА на основе применения вероятностно-статистических методой исследования // Новая с.-х. техника и метода ее испытаний: Тез. докл. Всесоюз.конф;- М.,

-321968.- Вып.1. - С.133-138.

6. Передвижная злекгротензолаборатория для исследования Механических параметров машин // Измерительная техника. -1970. Л 3. - С.95.

7. 0 повышении точности измерения сил и моментов при экспериментальном исследовании с.-х. машин // Записки / ДСХИ. - 1977. - Т.335. - С.55-58.

8. Анализ модели движения мобильных с.-х. агрегатов // Науч. тр. / ЛСХИ. - 1980. - Т.397. - С.8-12.

9. Аналитическая постановка задач при некоторых видах испытаний с.-х. техники // Тр./ Кубан.НИИ по испытанию трактор. и с.-х. маши... - 1980. - ВыЛ.20. - С.32-42. (Соавтор: Шолохов В.Ф.).

10. К методике построения математических моделей мобильных с.-х. агрегатов / Ред. журн."Тракторы и сельхозмашины".-М., 1981. - II с. - Деп. в ШИИТЭИ тракторосельхозмаше 19.05.81, Л 213.

11. Математическое описание управляемых мобильных с.-х. агрегатов / Ред.журн. "Тракторы и сельхозмашины".- Л!.,1981.-18 с. - Деп. в ЩШГЭИ тракторосельхозмаше 19.05.81, Л 210.

12. Построение критерия для оценки динамических свойств мобильных с.-х. агрегатов / Ред.журн. "Тракторы и сельхозмашины". - М., 1981. - 9 с. Деп. в ШИИТЭИ тракторосельхозмаше 19.05.81, № 212.

13. Динамический синтез мобильных с.-х. агрегатов / Ред. журн. "Тракторы и сельхозмашины". - М., 1981. - II с. - Деп. в ШИИТЭИ тракторосельхозмаше 19.05.81, №211.

14. Основы теории систем вождения мобильных с.-х. агрегатов // Науч. тр. / ЛСХИ. 1981. - Т.415. - С.47-53.

15. Математическое моделирование возмущений, действующих на мобильные с.-х. агрегаты // Науч.тр. / ЛСХИ. - 1981. -Т.417. - С. 75-77.

16. Оценка состояния мобильного с.-х. агрегата и управление его движением // Автоматизация процессов с.-х. производства, приборы контроля и средства автоматизации: Тез.докл. Республ. конф. - Минск, 1982. - С. 32-33.

17. Вопросы оптимизации параметров мобильных с.-х. агрегатов как объектов управления // Автоматизация процессов в растениеводстве: Тез.докл. У1 Всесоюз. совещания. -М.,

- 331982. - С.23-25.

18. Некоторые вопросы стабилизации движения мобильных с.-х. агрегатов // Механизация с.-х. производства Северо-Запада РСФСР: Межвуз. сб. - Петрозаводск, 1982. - С.32-46.

19. Выбор рациональных параметров мобильных с.-х. агрегатов: Учеб. пособие ЛСХИ. - Л., 1982. - 13 с.

20. Элементы теории движения и управление мобильными с.-х. агрегатами с применением ЗИЛ // Методы и средства повышения эффективности рабочих процессов с.-х. машин: Сб.науч.тр. ЛСХИ. - Л., 1983. - С.7-15.

21. К теории, конструированию и расчету с.-х. машин и агрегатов как многомерных динамических систем // Проектирование рабочих органов уборочных, почвообрабатывающих машин и агрегатов для кормопроизводства: Межвуз. сб. -Ростов н/Д, 1983. - С. 42-56.

22. К теории виброзащиты оператора мобильного с.-х. агрегата // Инженерно-технические проблемы охраны труда в с.-х.: Сб.науч.тр. ЛСХИ. - Л., 1983. - С.49-53.

23. Декомпозиция математических моделей и выбор рациональных эксплуатационных значений параметров кормоуборочных машин // Эксплуатация технологического оборудования для приготовления кормов на фермах: Сб.науч.тр.ЛСХИ. - Л., 1983. - С. 78-81.

24. К созданию систем гидроавтоматики Мобильной с.-х. техники // Вопросы создания систем и агрегатов гидроавтоматики с.-х. машин: тез. докл. Всесоюз. коНф. - М., 1984. -С. 7-8.

25. Рациональное использование мобильных с.-х. агрегатов на основе их математического моделирования с применением ЭВМ // Проблемы эффективного использования с.-х. техники: тез. докл. Всесоюз. конф.- М., 1984 - С.40-42.

0 26. Вопросы создания мобильных с.-х. роботов // Применение микроэлектроники и робототехники в с.-х.: тез.докл. Всесоюз.конф. - М.-Рига, 1985. - С.104-105.

27. Совершенствование средств механизации с.-х. производства на основе применения информатики и вычислительной техники // Проблемы механизации с.-х. производства: Тез. Всесоюз .конф. Ч.1.-М., 1985. - С.40-41.

28. Прогнозирование и контроль качества функционирования

мобильных с.-х. агрегатов // Методы и средства контроля качества функционирования технологических процессов с.-х. ыашин и комплексов: Сб. науч.тр. ЛСХИ.- Л., 1983. -С. 19-20.

29. Динамическая модель молотильного аппарата зерноуборочного комбайна // Динамика и прочность с.-х. машин: Меж-вуз•сб• - Ростов н/д, 1986..- С.50-56.

30. Вопросы качественной теории уравнений динамики мобильных с.-х. агрегатов // Проектирование с.-х. машин и агрегатов для кормопроизводства с элементами САПР: Межвуз. сб. - Ростов н/Д, 1987. - С. 151-156.

31. Научные ос эвы улучшения показателей работы МГА // Роль энергетики и агрегатирования в повышении технического уровня с.-х. машин: Тез. Всесоюз.конф.- М., 1987. - С.6-7.

32. Математическое описание динамической системы "дви-гатель-трактор-плуг"//Улучшение эффективных, эргономических и экологических показателей энергетических установок с.-х. тракторов и автомобилей: Сб.науч.тр. ЛСХИ.- Л., 1989. - С. 48-52.

33. Применение методов математического моделирования и ЭВМ при испытаниях й исследованиях с.-х. агрегатов // Новые методы испытаний с.-х. к лесных машин: Тез.докл. на Международном с.-х. симпозиуме.- Геделле-Венгрия, 1990. (Соавторы Беляк К.Т., Короткевич Н.В., Солонский A.C.).

34. Компьютерное моделирование с.-х. агрегатов и теория управления их движением // Динамика, прочность и надежность с.-х. машин: Межвуз.сб. - Ростов н/Д, 1991.- С.97-101.

35. Синтез рациональных параметров гибких МТА путей решения основной задачи земледельческой механики В.П.Горяч-кина // Научные проблемы разработки и внедрения переналаживаемых энергетических и технологических модулей с.-х. техники: Тез. докл. Всесоюз.конф. -М., 1991.Г- С. 20-21.