автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Система управления тепловым процессом

004697288

АМОСОВА Людмила Николаевна

Л

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ ПРОЦЕССОМ

(НА ПРИМЕРЕ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩЕГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ)

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 ИЮЛ 7010

Комсомольск-на-Амуре - 2010

004607288

Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет» (ФГОУВПО «АмГПГУ») на кафедре «Информатика»

Научный руководитель: Иванов Сергей Николаевич

кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Еремин Евгений Леонидович, кандидат технических наук, доцент Гринкруг Мирон Соломонович

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет путей сообщения (г. Санкт-Петербург)

Защита состоится « д » (1;Н> А А 2010 г. в 00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.0^2.04 при Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете (ГОУВПО «КнАГТУ») по адресу: 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27, ГОУВПО «КнАГТУ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «КнАГТУ».

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, д. 27, ГОУВПО «КнАГТУ».

Автореферат разослан « Ь »ММША-2010 г-

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

-^В.И. Суздорф

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время одним из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники всех ведущих промышленных стран является энергетика и энергосбережение. Актуальность решаемых в данной работе задач вызвана необходимостью повышения эффективности процесса генерации и использования тепловой энергии не только за счет применения новых классов электронагревательных устройств, но и систем управления (СУ) тепловым процессом (ТП), обеспечивающих высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели устройств электронагрева, отвечающих требованиям электробезопасности, надежности и технологичности в соответствии с направлением «Создание энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии». Среди современных разработок теплогене-рирующих комплексов (ТГК) отдельно можно выделить класс теплогенерирую-щих электромеханических преобразователей (ТЭМП), которые обладают высокими регулировочными характеристиками, что определяет их выбор в качестве наиболее целесообразного объекта управления (ОУ), обеспечивающего заданный ТП. При этом отсутствие систем управления тепловыми процессами, реализуемыми на основе ТЭМП, обуславливает необходимость синтеза таких СУ и определяет актуальность темы исследования.

Целью диссертации является разработка и исследование системы управления тепловым процессом на примере ТЭМП.

В соответствии с указанной целью ставятся следующие задачи:

- анализ существующих математических моделей ТЭМП с целью формализации ТП и разработки системы управления этим процессом;

- анализ процессов в ОУ н разработка методики определения электромагнитных, тепловых и гидравлических параметров ТЭМП для алгоритмической реализации и исследования синтезируемой СУ;

- разработка способа субоптимального управления ТП;

- разработка способов нерекуррентного и рекуррентного оценивания случайных последовательностей, характеризующих ТП, и алгоритмов их реализации на основе регрессии с незаданным заранее видом функции и вейвлетов;

- разработка системы управления, использующей базу знаний, полученную по результатам численного и экспериментального моделирования ТП;

- создание алгоритмов и структурных схем нечетких регуляторов (НР) для системы управления ТП на основе нечеткой логики с использованием алгоритмов Мамдани и Сугено;

- разработка методики и структурной схемы автоматизированной системы научных исследований, контроля и испытаний (АСНИКИ) для экспериментального определения статических и динамических характеристик ТП на примере управляемого электромеханического теплогенератора с оптимальными регуляторами.

Методы исследования. Использовались аналитические и численные методы расчета электромагнитных и тепловых полей, теория электрических цепей, теория обобщенного электромеханического преобразователя энергии, теория вейвлетов, теория нечеткой логики, математический анализ. Численное моделирование проводилось с использованием математических пакетов

ELCUT, FEMLAB, Matlab 7.5. С целью автоматизации процесса проектирования аппаратного обеспечения и контроля параметров системы использован пакет MAX+PLUS II 10.1 BASELINE, для измерений - PowerGraph 2.1.

Достоверность полученных в диссертации результатов подтверждается как использованием апробированного математического аппарата, так и результатами вычислительных и натурных физических экспериментов.

Предметом исследования являются системы управления ТП, использующие модели и алгоритмы обработки информации на основе теории автоматического управления, вейвлетов и нечеткой логики.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые выполнен ком-.плекс теоретических и экспериментальных исследований по созданию системы управления ТП на примере управляемого ТЭМП, в частности:

- разработана основанная на знаниях, полученных по результатам численного и экспериментального моделирования, и нечеткой логике математическая модель, учитывающая особенности конструкции и режимы работы электромеханического преобразователя, обеспечивающего ТП;

- предложен способ субоптимального управления ТП на основе принципа разделения, в соответствии с которым субоптимальная система управления (ССУ) строится из последовательно соединенных оптимального нелинейного фильтра (ОНФ) и детерминированного оптимального регулятора (ДОР);

- синтезированы структурные схемы субоптимальных регуляторов тепловым процессом (на примере ТЭМП) как с использованием классических методов, так и технологий нечеткого вывода на основе алгоритмов Мамдани и Сугено;

- предложены способы нерекуррентного и рекуррентного оценивания случайных последовательностей и алгоритмы их реализации на основе регрессии с незаданным заранее видом функции и вейвлетов;

- получены статические и динамические характеристики управляемого ТП;

- разработаны и реализованы методика и структурная схема АСНИКИ для экспериментального исследования ТП на примере управляемого ТЭМП с оптимальными регуляторами;

- предложена новая система электроотопления вагона на основе электромеханического теплогенератора, управляемого с помощью разработанной ССУ.

Практическая значимость работы заключается в решении проблемы синтеза СУ тепловым процессом на основе ТЭМП; создании методик и алгоритмов электромагнитных, тепловых и гидравлических расчетов применительно к исследуемому процессу и реализации их с использованием пакетов современных прикладных программна также разработке рекомендаций по проектированию СУ ТП. Практическая полезность подтверждается актами внедрения и использования результатов в проектно-конструкторской деятельности «Технопарк КАС» и в учебном процессе ГОУВПО «КнАГТУ» и ФГОУ ВПО «АмГПГУ».

Реализация работы. Исследования выполнены в рамках НИР по заказу Министерства экономического развития и внешних связей Хабаровского края, межвузовской региональной научно-технической программы «Научно-технические и социально-экономические проблемы развития дальневосточного региона России («Дальний Восток России») по проекту «Совершенствование преобразователей энергии, бытового и промышленного электрообору-

дования, направленное на применение и освоение производства предприятиями дальневосточного региона». Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также разработанная техническая документация и макетные образцы электронагревателей переданы в Министерство экономического развития и внешних связей Хабаровского края и «Технопарк КАС».

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Основанная на знаниях и нечеткой логике математическая модель теплового процесса на примере управляемого ТЭМП.

2. Способ управления ТП на основе принципа разделения, в соответствии с которым ССУ строится из последовательно соединенных ОНФ и ДОР.

3. Алгоритмы и структурные схемы регуляторов СУ тепловым процессом, как с использованием классических методов, Так и на основе нечетких алгоритмов Мамдани и Сугено.

4. Способы нерекуррентного и рекуррентного оценивания случайных последовательностей и алгоритмы их реализации на основе регрессии с незаданным заранее видом функции и вейвлетов.

5. Методика и структурная схема АСНИКИ для экспериментального исследования теплового процесса на примере управляемого ТЭМП с оптимальными регуляторами; результаты теоретических и экспериментальных исследований теплового процесса на примере ТЭМП.

Личный вклад автора состоит в разработке основанной на знаниях и нечеткой логике математической модели; алгоритмов и синтезе структурных схем регуляторов на основе нечетких алгоритмов Мамдани и Сугено; методики и схемы АСНИКИ; алгоритмов оценивания случайных последовательностей; моделировании, анализе и формулировке основных результатов.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на: 5 международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2008 г.), 17 Международном конгрессе ШАС (Корея,

2008 г.), 7 Международной конференции 1ЕЕЕ по управлению и автоматизации 1ССА'09 (Новая Зеландия, 2009 г.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика в современном мире» (Чита, 2009 г.), региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы математики, физики, информатики в вузе и школе» (Комсомольск-на-Амуре, 2009 г.), научно-технической конференции ГОУВПО «КнАГТУ» (Комсомольск-на-Амуре,

2009 г.), 40-й научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов КГПУ (Комсомольск-на-Амуре, 2000 г.), Всероссийской научно-методической конференции «Новые информационные технологии в образовании» (Комсомольск-на-Амуре, 1999 г.) и на научных семинарах кафедры «Информатика» ФГОУ ВПО «АмГПГУ» (Комсомольск-на-Амуре, 2000-2009 г.г.), опытный образец теплогенератора (ТГ) экспонировался и отмечен серебряной медалью на XVI Выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (Санкт-Петербург, 10-12 марта 2010 г.).

Публикации. Содержание диссертации отражено в 16 публикациях. В числе основных - 14 статей, из них 3 опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК; 1 патент РФ на полезную модель, 1 авторское свидетельство о

государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура н объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка, содержащего 140 наименований работ отечественных и зарубежных авторов и 9 приложений. Она содержит 191 страницу машинописного текста, 9 таблиц и 91 рисунок.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертации, показана научная новизна, практическая ценность. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе наряду с устройством и принципом действия ОУ рассматривается современное состояние математического моделирования и методов управления тепловыми процессами с использованием ТЭМП, для которого основным энергоносителем является электромагнитное поле, определяющее как электромагнитную мощность, так и момент. Это указывает на необходимость рассмотрения его как объекта взаимодействия электрических, магнитных и тепловых факторов для целенаправленного преобразования первичной электрической энергии во вторичные ее виды - тепловую и механическую с учетом всех составляющих потерь, определяющих эффективность теплового процесса. Сформулированы требования к СУ ТП.

Для реализации СУ ТП на основе ТЭМП кроме элегарических, магнитных, добавочных потерь в статоре, в неподвижном (НЭ) и во вращающемся (ВЭ) нагревательных элементах, необходимо определение гидравлических потерь, которые включают ударные, геометрические, дифференциальные и механические, состоящие из дисковых и потерь гидравлического торможения. Их знание позволяет найти как механическую мощность, обеспечивающую напор и производительность устройства, так и тепловую, определяющую температуру нагреваемой среды.

Регулировочная характеристика ТЭМП, используемого в качестве источника тепловой мощности, может быть представлена как зависимость его производительности Qн (количества перемещаемой среды в единицу времени) от давления Н при постоянных значениях первичного напряжения 1?\ и частоты/] питающего напряжения. Формула для определения Qн при средних значениях коэффициентов, учитывающих число напорных элементов, гидравлический, механический и объемный коэффициенты полезного действия имеет вид:

(((А^)2 -(А зшг,)2)г

а--■-Л-*— (1)

о 61 С5"1*ъ с18^2 Гх

Ъг

Выражение (1) может быть использовано на начальном этапе для описания алгоритма работы синтезируемой СУ, но при этом должны быть известны пара-

метры, учитывающие конструкционные особенности ТЭМП (внутренний £>2 И наружный £>1 диаметры ВЭ, углы установок его элементов 71,72,Р1,Р2, число полюсов р, фаз т, скольжение я, активные г\, гъ гъ и индуктивные ЛТ|£ сопротивления и т.д.), что существенно усложняет его применение.

Для синтеза оптимальных СУ ТП на основе ТЭМП может быть использована известная в электромеханике теория обобщенного электромеханического преобразователя энергии, позволяющая представить ТГ следующими уравнениями, в которых использованы общепринятые обозначения проектных параметров:

о = /^(5)+^-; 0 = ^.^,9)+^; (2)

мэ = мп{^а11р+

Однако для непосредственного моделирования и анализа переходных процессов ТЭМП на основе современного программного обеспечения (ПО), например, МАТЬаЬ, и синтеза СУ требуется дополнительная адаптация модели или использование систем управления с применением искусственного интеллекта.

Общая схема процесса управления ТП представлена на рис. 1, где х(0 - вектор состояния системы; g(/) - цель управления, которая задает желаемую программу изменения состояния объекта во времени; и(0 - вектор управления; у(0 - вектор измеряемых переменных; w(í) - вектор неуправляемых и ненаблюдаемых возмущений как внутри, так и вне системы; у(/) - вектор ошибок измерения; /(0 = Дх(0, и(0) -> тт - критерий оптимизации ТП.

Основным элементом в схеме является система управления. Законы управления оптимального регулятора реализуются программно. В качестве силового блока СУ используется преобразователь частоты. (ПЧ), обеспечивающий два способа управления: скалярный и векторный, причем последний обладает известными преимуществами, отмеченными в работах В.В. Рудакова, В.А. Дартау, А.Е. Козярука, А.А. Усольцева, А. Аббонданти, Ф. Блашке, В. Флетера, X. Риппергера, В. Леонарда, А. Наба и др. и использует обобщенное математическое описание ОУ (2). Имея информацию о математической модели ОУ, ПЧ аналитически определяет и регулирует скорость и момент ВЭ на основе значений фазных токов статора, при этом наиболее эффективными являются алгоритмы «прямого управления моментом».

Рис. 1— Общая схема процесса управления ТП В главе предложено при реализации управления ОУ (тепловой процесс)

представить нечеткой моделью динамической системы, для которой может быть составлено некоторое лингвистическое описание. Оно будет отражать качественное понимание (представление) процесса преобразования энергии и позволит непосредственно построить множество нечетких логических правил. Для ОУ имеются известные уравнения (1), (2), приближенно описывающие поведение управляемого ТП, но параметры этих уравнений не могут быть точно идентифицированы; уравнения (1), (2), описывающие процесс, являются слишком сложными, но они могут быть интерпретированы нечетким образом для построения лингвистической модели и использованы для формирования базы знаний. В процессе работы ОУ возможны сильные возмущения среды функционирования системы управления, нелинейность, нестационарность и априорная неопределенность динамики ОУ (существование так называемой «немоделируемой динамики»).

Во второй главе решается задача синтеза ССУ тепловым процессом ТГК. Задача оптимального управления формулируется следующим образом: необходимо синтезировать статистически ССУ, формирующую входные сигналы управления ТП и, минимизирующие заданный критерий качества поведения всей системы ./. При этом ОУ характеризуется такими переменными состояния как, температура, расход (производительность) теплоносителя, давление.

Принцип разделения для нелинейных систем дает субоптимальное решение для управления в виде соединения системы оптимального оценивания и системы оптимального управления, синтезированной для детерминированных условий. С учетом этого построена функциональная схема ТГК, приведенная на рис. 2.

Выходные параметры ВЭ, НЭ и сетевой обмотки образуют вектор состояния х и контролируются с помощью системы измерений (СИ), учитывающей изменение внешних и/или внутренних воздействующих факторов, и включающей комплект первичных датчиков, например, температуры, давления, линейного или углового перемещения и др. СИ фиксирует изменение любого из выходных параметров с учетом значений векторов \у, V и формирует вектор измерений у, поступающий на систему управления. СУ формирует для ТЭМП входной вектор управляющих сигналов и, обеспечивая регулирование энергетических параметров сетевой обмотки - напряжения и частоты. ТЭМП образует с СУ единую замкнутую систему-ТГК.

и =(иии2)Т - вектор управления; х = (х],х2,х3)т - вектор состояния; И] - напряжение; и2 - частота; Х| -температура; хг - производительность; х3 - давление Рис. 2 - Функциональная схема ТГК

Задача построения ДОР при условии, что ОНФ уже синтезирован, решается как на основе аналитического подхода, так и с использованием нечетких систем. Алгоритм синтеза ДОР на основе аналитического подхода рассмотрен для линейной непрерывной и дискретной моделей системы. Для непрерывной модели критерий качества имеет вид:

3 = М{хт(;,)Лх(0 + )[хт(0А(0х(0 + ит0)В(/)и(0]Л}.

'о

Решение задачи синтеза регулятора ТГ дано с настройкой на технический (П-регулятор) и симметричный (ПИ-регулятор) оптимумы аналогично тому, как это принято в системах автоматического управления традиционными приводами.

Отмеченные алгоритмы являются линейными, что является их существенным недостатком. Поэтому для управления предлагается использовать нечеткий подход для построения структурных схем нечетких регуляторов с составлением базы знаний в виде правил нечеткого управления для ТГК и оптимизацией параметров НР. Для удобства в дальнейшем принято г = х.

Нечетким регулятором должно быть реализовано отображение:

и<;>=Г(г<;>) = £0М>.....г</>), ] =

при наличии обучающего множества

{у,«.1),...,(IV)}.

Введение критерия оптимальности в виде функции ошибки для /-го предъявленного образца вида

позволяет использовать градиентный метод оптимизации для подстройки параметров нечеткого регулятора (параметров заданных предикатных правил).

При формировании базы правил (БП) нечетких продукций необходимо определить: множество правил нечетких продукций К. = {й,, .....множество

входных лингвистических переменных Ъ=-{21,Хг,—,2п} и множество выходных лингвистических переменных 11= {{/,, С/2>—,иг}. Тем самым БП нечетких продукций считается заданной, если заданы множества К, Ъ, и. В рассматриваемой задаче множество входных лингвистических переменных Ъ представляет собой вектор измерений г, а множество выходных лингвистических переменных и -вектор управляющих сигналов и.

Соответствующая БП состоит из набора нечетких «Если-То» правил в следующей форме:

Як: Если х есть Ак, То инр естьВк ; £ = 1.Т1, где г - входной вектор для НР, Ак = Лк,х...хЛкл - нечеткие множества, заданные на декартовом произведении X универсальных множеств входных лингвистических переменных с функциями принадлежности (ФП) ¿/^.(г,), ¿ = 1.Т], ¡' = 1л; Вк =Вкх х-.х^ - нечеткие множества, заданные на декартовом произведении У универсальных множеств выходных лингвистических переменных и имеющие ФП (и(нр), к = 1 Л}, » = 1 -г; Т| - общее число нечетких «Если-То» правил в БП.

Для оценивания случайных последовательностей предлагается альтернативный традиционным метод, который основан на использовании регрессионного анализа и вейвлет-преобразования.

Задача оценивания формулируется в следующем виде. Задана недоступная непосредственному наблюдению «-мерная случайная последовательность

х, = (х1(,...,;ся/)т,/ = 0,1.....На основе статистически связанных с х,- значениями

т-мерной случайной последовательности измерений Уу =()'|у,">.Ут/}Г> ] -к, необходимо найти оптимальную в среднеквадратическом смысле оценку х/м, минимизирующую критерий вида:

"*//*)]> (4)

где М- определяет операцию взятия математического ожидания.

Оценка хик определяется как «-мерная вектор-функция измерений:

где = [у[, ..., У 4 ]т - составной вектор измерений размерности к у. т.

Для критерия (4) оптимальная оценка х11к представляет собой условное математическое ожидание

= (5)

и Ъ, для произвольных случайных последовательностей х„ ¿ = 0,1,... и у у, У = является в общем случае нелинейной относительно измерений функцией. Если 1>к, имеет место задача предсказания, если г = к, задача - фильтрации, а если 1<к - сглаживания или интерполяции.

Таким образом, суть рассматриваемой задачи оценивания заключается в нахождении некоторым обоснованным способом и-мерной векторной функции измерений (5), исходя из условия минимизации критерия (4).

Для поиска функции регрессии Ь,(УА) на основе вейвлетов предлагается свести общую проблему регрессии к классической модели регрессии. Основные шаги для вычислений следующие:

1. Преобразование выборочных данных {(х1Л,уа))},у = 1.АГ в данные {(х/(г()}, I = 1.£ с использованием процедуры разбиения области значений переменной у на малые промежутки с центрами .....и шириной А. Значения ,

I = 1.1 равномерно распределены. Для каждого /-го промежутка, I = IXопределяется

*/ = Уи) N А/2}/Ху1,Д1 уи) N А/2}, / = П

с соглашением 0/0=0. При этом Зс,.....х, - значения гистограммы в точках

21> —1г/ •

2. Вейвлет-разложение сигнала х,, / = 1Хс использованием быстрых алгоритмов для нахождения вейвлет-коэффициентов.

3. Пороговая обработка (жесткий и мягкий трешолдинг) вейвлет-коэффициентов одним из методов для удаления шума е.

4. Восстановление оценки х, =/г;(г;), I = \.Ь регрессии Л из обработанных вейвлет-коэффициентов в точках г1,...,г1 с использованием быстрых алгоритмов.

5. Перемасштабирование результирующей функции =/г/(у/) с преобразованием каждого значение индекса I в данные у/, / = 1.1 и интерполяция &,(>>,) в каждом промежутке 1 для нахождения оценки х.

Таким образом, задача оценивания рассматривается как нахождение неизвестного отображения , с помощью которого определяется оценка хик:

х?м=Ь?(¥,,С(), (6)

где матрица С, = {ам,йм,..,<!,} определяет массив аппроксимирующих коэффициентов, которые описывают сглаженный сигнал, и детализирующих коэффициентов, которые описывают колебания. В качестве входа для преобразования выступает вектор , а выходом является вырабатываемая вейвлетом оценка

х?д. Определение матрицы С, ={аи,с1м,(1м_1,...,(!,} осуществляется с использованием выборочных данных {(хР, У^)}, / = в соответствии с описанной выше процедурой.

Для вейвлет-оценивания характерны два режима работы. В первом, режиме синтеза алгоритма, с использованием обучающего множества отыскивается функциональная зависимость вида =Ь,В(У4,С() в соответствии с заданным критерием, т.е. находятся коэффициенты вейвлет-разложения, зависящие от типа вейв-лета, уровня разложения, алгоритма пороговой обработки и размера выборки. Во втором, штатном, режиме с использованием полученных на предыдущем режиме коэффициентов вейвлет-разложения отыскивается оценка по составному вектору измерений УА в соответствии с (б).

Задача рекуррентного оценивания. Необходимо оценить п -мерную марковскую последовательность х(, задаваемую с помощью разностных уравнений вида

х/=ф/ +

по проводимым в каждый / -й момент времени т -мерным измерениям, определяемым как

У/+

В этих соотношениях, Ф, (х,ч) и я, (х,) - п- и т-мерные векторные функции, в общем случае, нелинейные относительно своих аргументов; w( и V,- - п- и т -мерные независимые между собой и от х0 чисто случайные последовательности. Цель состоит в получении оценки состояния хш, используя алгоритм обновления и прогноза следующего вида.

Шаг прогноза: хш_, = Ф, (х,в_1;), у(/и = в, (хш_,), где х//1Ч, у//н - прогнозы состояния и измерения; х?ш_, - оценка состояния на выходе алгоритма, синтезируемого с использованием регрессии и вейвлетов.

Шаг обновления: х®( =К(в(х(/,ч,¥(,Е1,С/), где У, =[у[, у1и ..., у^ Г - вектор, содержащий текущее и прошлые измерения; Е, = [ъ], <„ е]1 ]т - вектор, содержащий текущую и прошлые не-

вязки измерений 8, =у, - у//м, пу и пъ - число последних измерений и невязок измерений соответственно; К? - нелинейная функция, построенная с использованием регрессии и вейвлетов; С, = {а^^^ - массив коэффициентов вейвлет-преобразования.

Примером реализации предложенных методов оценивания применительно к рассматриваемому ОУ является решение задачи оценивания скалярной последовательности х, = Фхм+ »*>,,

с использованием измерений y¡-xt+v¡, ¿ = 1,2

проведенных в дискретные моменты времени =(г'-1)А? с интервалом &(. Результаты компьютерного моделирования скалярной системы (при М для вычисления оценки используется одномерный вейвлет, при /=2 - двумерный, а при ¡=3 - трехмерный вейвлет) приведены на рис. 3,4. Для реализации вейвлет-алгоритма оценивания выбран вейвлет Добеши 4 с уровнем разложения 7, значение индекса 1 = 1 Л определяет число переменных для функции регрессии ИДУ,). Общее число реализаций у" = 1 .ТУ, N = 3000. На рис.3 представлены расчетное среднее квадратическое отклонение (СКО) ошибок оценивания ст(/( и расчетное СКО ошибок прогноза для линейных оптимальных оценок; выборочное действительное СКО ошибок оценивания 5®, для вейвлет-алгоритма; выборочное действительное СКО ошибок прогноза для вейвлет-алгоритма.

На рис. 4 аналогичные результаты приведены для измерения, определяемого нелинейным уравнением у, = х? + V,- и показывают границу Рао-Крамера о™ для оптимальных оценок; СКО 5°, для оценок предложенного вейвлет-алгоритма; СКО ошибки измерения V/?. Точность оценивания с помощью вейвлет-алгоритма мало отличается от предельно достижимой точности оптимального линейного и нелинейного байесовских алгоритмов.

10

1 2.1 Рис. 3 - СКО ошибок фильтрации, предсказания и измерения

jtk\ °i/i \ Pili

1

Рис. 4 - СКО ошибок фильтрации и измерения

Таким образом, во второй главе синтезирована ССУ на основе технологий нечеткого вывода, дающая решение задачи управления при требуемом качестве процессов управления.

В третьей главе приведены результаты разработки автоматизированной

системы научных исследований, контроля и испытаний, позволяющей не только проверить аналитические выражения и результаты численного моделирования и определить диапазон значений эксплуатационных и проектных параметров, удовлетворяющих их математическим моделям, но и сформировать БЗ синтезируемой СУ тепловым процессом и провести всестороннее научное исследование ОУ.

Структурная схема АСНИКИ теплового процесса на примере ТЭМП включает привод переменного тока регулируемой частоты ASC350. Для количественного анализа основных характеристик теплового процесса ТЭМП в соответствии с его функциональным назначением определяется три группы величин: электромагнитные (напряжение, ток, мощность, частота, магнитная индукция), тепловые (температура элементов ТЭМП и нагреваемой среды) и гидравлические (скорость вращения, напор (давление), производительность).

Использованное ПО позволяет реализовать такие виртуальные приборы, как многоканальный осциллограф, вольтметр, амперметр, тахометр, омметр, термометр, при этом измерение основных гидравлических параметров ТП - давления (напора), развиваемого ВЭ, и производительности, требует использования специализированных средств, поэтому эта задача нашла свое практическое решение в данной работе в виде принципиальных схем и аппаратной реализации. Для измерения скорости вращения ВЭ была разработана и реализована диагностическая система на базе высокоскоростных программируемых логических интегральных схем (ПЛИС) фирмы Atmel с использованием графического редактора системы MAX+plus П 10.1 BASELINE, состоящая из электронного тахометра, позволяющего измерять частоту вращения в диапазоне 10...99990 об/мин с отображением результатов в цифровом виде.

При разработке средств измерения давления учтено, что расчетный диапазон его изменения составляет 0,01-0,5 МПа, что определило выбор датчика динамического давления типа PS01-01, требующего использования усилителя заряда с высоким входным сопротивлением по постоянному току и использования специального ПО РоwerGraph 2.1.

Экспериментальные результаты, полученные с помощью разработанной АСНИКИ, использованы для формирования БЗ синтезируемой системы управления.

В четвертой главе приведены результаты компьютерного моделирования и экспериментального исследования параметров ТП.

Для решения задачи количественного определения характеристик магнитного и электрического поля при заданной геометрии, токах и обмоточных данных на первом этапе используется уравнение Лапласа, решаемое с помощью пакета ELCUT, позволяющего допустить замену исходной геометрии ТЭМП «плоской» двумерной, что соответствует анализу плоскопараллельного поля, в котором отсутствует изменение источников поля в направлении оси z в декартовой системе координат.

Основные результаты численного анализа магнитного поля переменных токов получены для векторного магнитного потенциала А, имеющего в данном случае только одну отличную от нуля компоненту - А- Аг и определяемую как

где у - удельная электропроводность материала и у,у - компоненты тензора

магнитной проницаемости, постоянные в пределах каждого блока модели. Плотность стороннего тока Уст при задании источника поля в виде суммарного числа ампер-витков определяется самой программой.

Для анализа стационарного температурного поля используется уравнение теплопроводности;

(х 00 ' \+JL \ 50)

1 а*, Гду

где 0 - температура; Хх,\у - компоненты тензора теплопроводности; q - удельная

мощность тепловыделения. Следует отметить, что даже при предварительных расчетах пренебрежение процессом конвекции в ТП приводит к аномально высоким температурам нагреваемой среды (для воды - порядка 155 °С), что также подтверждается результатами физического эксперимента и требует учета конвективного теплообмена между НЭ и нагреваемой средой. Однако использование на внутренней стенке ВЭ конвективного условия при моделировании ТП в ELCUT, автоматически означает исключение блока с нагреваемой средой из расчета, поэтому математическая модель учитывает теплоперенос в комбинации с полем температур. Основные результаты моделирования в среде ELCUT, использующей упрощенную модель ТП, позволяют оценить влияние частоты питающего напряжения /и толщины НЭ dCu на температуру теплоносителя и всей системы в целом (рис. 5).

Рис. 5 - Зависимость максимальной температуры статора от Рис. 6 - Визуализация теплового частоты питающего тока и толщины НЭ поля расчетной модели

Хотя в целом моделирование задачи, учитывающей теплоперенос в комбинации с полем температур, невозможно в пакете ЕЬСШ\ однако полученные в нем результаты позволяют это сделать в пакете РЕМЬАВ.

Уравнение теплопередачи, учитывающее явление конвекции, имеет вид:

рсп — + (1гу(- Я,§гас10 + рс 0У)= q,

и Ы и

где ср - удельная теплоемкость нагреваемой среды, р - плотность, 0 - темпера-

тура, V - поле вектора скорости движения жидкости.

Характерный вид температурного поля нагреваемой жидкости (вода) в расчетной модели при кто=70 Вт/(м2х°С),/=50 Гц показан на рис. 6.

Количественная оценка изменения температуры в средней части поперечного сечения в соответствии с рис. 7 показывает, что в пределах смачиваемой области, т.е. при радиальном размере 0.. .38 мм, градиент температуры в нагреваемой жидкости (вода) независимо от величины коэффициента теплоотдачи близок к нулю, при этом установившаяся температура достигает 112 °С при кто=70 Вт/(м2х°С) или 86 °С при к^ЮО Вт/(м2х°С). В неподвижной части ТЭМП температура практически линейно уменьшается со скоростью незначительно зависящей от коэффициентов теплоотдачи, и составляет при /=50 Гц 0,25 °С/мм для кто=70 Вт/(м2х°С) или 0,22 °С/мм для кто=100 Вт/(м2х°С). Рабочий диапазон включает скорости нагреваемой среды 0,25...5 м/с, в котором ее температура практически остается постоянной (рис. 8), что позволяет обосновать закон регулирования © от частоты питающего напряжения.

120 "С ПО

I

i

—

1— :o Вг/'(мЪ<*С)|

1—

120 •С

110

100

90

/ч

'OBTIMVCI loo BtiwVci

к 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 м 0.07 Радиальный рпше р

Рис. 7 - Распределение температуры

по среднему сечению

0 0.5 1 1.5 2.5 3 3.5 4 м/с Скорость жидкости

Рис. 8 - Зависимость температуры от скорости воды

Из рис. 9 определяется диапазон регулирования ТП, ограниченный механической характеристикой базового асинхронного двигателя со стандартным ротором и экспериментальной и расчетной механическими характеристиками ТЭМП с полыми немагнитными НЭ и ВЭ (1 - механическая характеристика базового асинхронного двигателя со стандартным ротором; 2 - механическая характеристика ТЭМП, рассчитанная по математической модели; 3 - экспериментальная механическая характеристика ТЭМП).

Результаты моделирования поля скоростей приведены на рис. 10.

Для проверки допустимости тепловых нагрузок на неподвижный и вращающийся теплогенерирующие элементы, связанных с изменением их геометрических размеров при нагреве, с использованием пакета Nastran смоделированы механические процессы в этих элементах. Результаты анализа показывают, что максимальные температурные напряжения возникают на торцах НЭ, а их сравнение по максимальным главным напряжениям позволяет сделать вывод, что механические усилия, обусловленные температурными нагрузками, существенно ниже диапазона предела прочности для выбранных материалов.

В пятой главе на основе полученных в главах 3 и 4 результатов численного и экспериментального моделирования сформирована база правил ССУ тепловым процессом на примере ТЭМП. При исследовании как регулятора, так и ОУ используются библиотеки пакетов Simulink среды MalLab R2007b и Sim Power Systems.

Исследованы динамический и статический режимы работы ТГК. Для динамического режима в теплогенерирующем электромеханическом преобразователе процессы изменения давления (производительности) и температуры являются разнотемповыми. Поэтому синтез регуляторов давления и температуры ТЭМП можно рассматривать как синтез двух независимых частей: регулятора давления и регулятора температуры. Синтез первого выполнен с настройкой на технический и симметричный оптимумы. Кроме того, смоделирован нечеткий регулятор давления.

11.4

1.2 1 ■0.8 0.6 0,4 |0.2

10.25

0.1

0.15

0 1

0.05

Рис. 9 - Экспериментальные и Рис. 10 - Поле скоростей при входной

расчетные статические характеристики скорости потока 1 м/с и 0.15 м/с

Пример структурной схемы НР для ТЭМП при регулировании давления представлен на рис. 11. На рис. 12, 13 показаны переходные процессы по давлению и по температуре ( кг = = 111,1; к5 = = 10000 Па • с/рад; к6=кн-9е-7 В/Па; к9 = 0,03025). Проведенный сравнительный анализ переходных процессов (ПП) схем классических, ПИ- и нечетких регуляторов показал, что все они имеют близкие показатели качества по точности и времени ПП.

Ш-+0-*

Step Т

rt>

Fuzzy Logic üontrollerT-

л-Н-

Gain 5 Integrator

h

Fuzzy Logic Controller 2

Zero-0rd< Hold

Gain 7 Integrator 1

^...... .......

On

U

-H*

Рис. 11 - Структурная схема нечеткого регулятора для ТЭМП Так как к ТЭМП не предъявляется жестких требований по динамике и характер изменения температуры и производительности может быть заранее неизвестен, поэтому можно использовать частотные способы управления ТП на осно-

ве ТЭМП. Эти способы обеспечивают достижение требуемых выходных статических характеристик.

Синтезирована СУ с использованием НР при возможном изменении температуры окружающей среды в диапазоне -50 °С ...+30 °С: разработана база знаний, выбраны параметры ФП. Для реализации СУ использованы алгоритмы Мамдани и Сугено. Установлены зависимости выходных переменных напряжения и частоты от входных - температуры среды и ее производной.

Примером ССУ тепловым процессом является СУ, учитывающая три параметра: температуру, ее производную и давление ДН в гидравлическом тракте ОУ, применительно к пассажирскому вагону (патент РФ № 85426), результаты моделирования нечеткого логического регулятора по алгоритму Мамдани для которой представлены на рис. 14.

Н,Па|—т-т-т-1-т-т-т—

10000 .............[-^-4=4—|—|—|—

5000 УЛ—|—[......-|.....-4........4—

°0 0,2 0.4 0,6 0.8 1 1.2 1,4 1,

Рис. 12 - Переходный процесс по Я Рис. 13 - Переходный процесс по ©

Рис. 14 - Визуализация поверхностей напряжения U| и частоты и2 для HP от температуры © и давления ДН

Для управления ТП на основе ТЭМП синтезирована СУ на основе нечеткого регулятора с ПЧ в качестве исполнительного устройства. Исследованы структурные модели управляемых ТП на основе ТЭМП с частотным управлением при использовании ПЧ фирмы ABB ACS350 как разомкнутые, так и замкнутые для различных законов частотного управления.

В заключении приводятся основные результаты работы:

- дан анализ и сделано теоретическое обоснование принципов электронагрева с использованием ТЭМП, являющегося объектом управления;

- проанализированы существующие математические модели и разработана основанная на знаниях и нечеткой логике модель ТП с целью построения ССУ;

- проведен анализ электромагнитных, тепловых и гидравлических процессов, разработана методика проектирования, определения параметров, электромагнитных, тепловых и гидравлических нагрузок и обобщенных энергетических показателей, позволяющие программно реализовать и исследовать синтезируемую ССУ;

- разработан способ субоптимального управления ТП на основе принципа

1 I-г

--1_i-1-1_I-1-i_

0 50 100 150 200 250 300 350 t, с

разделения, в соответствии с которым субоптимальная система управления строится из последовательно соединенных ОНФ и ДОР;

- для нерекуррентного и рекуррентного оценивания случайных последовательностей предложен способ оценивания и на его основе вычислительные алгоритмы оценивания с использованием регрессии с незаданным заранее видом функции и вейвлетов;

- разработана СУ, использующая базу знаний, полученную по результатам численного и экспериментального моделирования ТП; синтезированы структурные схемы субоптимальных регуляторов ТП (на примере ТЭМП) как с использованием классических методов, так и технологий нечеткого вывода на основе алгоритмов Мамдани и Сугено;

- разработаны методика и структурная схема АСНИКИ, а также проведено экспериментальное определение характеристик теплового процесса на примере управляемого электромеханического теплогенератора с оптимальными регуляторами;

- создан комплекс программ для расчета, проектирования, моделирования и управления тепловым процессом с использованием ТЭМП, в том числе разработан программный комплекс для оценивания случайных последовательностей на основе регрессии и вейвлетов;

- получены статические и динамические характеристики управляемого ТП, подтверждающие эффективность и целесообразность применения синтезированной СУ в современных ТГК на основе ТЭМП;

- предложена новая система отопления пассажирского вагона на основе ТЭМП, управляемого на основе разработанной ССУ.

Опубликованные работы по теме диссертации

1. Амосов, О.С. Синтез оптимальных систем управления электромеханическим теплогенерирующим комплексом с использованием нечетких систем / О.С. Амосов, JI.H. Амосова, С.Н. Иванов // Информатика и системы управления. - 2009. - № 1 (19). - С. 73-83.

2. Амосов, О.С. Оценивание случайных последовательностей с использованием регрессии и вейвлетов. / О.С. Амосов, JI.H. Амосова, Д.С. Магола // Информатика и системы управления. - 2009.-№ 3 (21).-С. 101-108.

3. Ким, К.К. Моделирование и управление электромеханическими теплогенераторами на основе нейросетевых и нечетких алгоритмов / К.К. Ким, С.Н. Иванов, JI.H. Амосова // Электричество. - 2009. - № 10. - С. 36-41.

4. Amosov, O.S. Optimal Estimation by Using Fuzzy Systems / O.S. Amosov, L.N. Amosova // Proc. of the 17th IF AC World Congress, Seoul, Korea, July 6-11, 2008.-PP. 6094-6099.

5.Amosov, O.S. Random Sequences Optimal Estimation by Using Regression and Wavelets / O.S. Amosov, L.N. Amosova // 7th IEEE International Conference on Control and Automation, Christchurch, New Zealand, December 9-11, 2009. -PP. 2293-2298.

6. Свидетельство об официальной регистрации программы «Regression Estimation 1-2-3-D» для ЭВМ № 2009615992. Заявка № 2009614794. / JI.H. Амосова, Д.С. Магола. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 29.10.2009.

7. Амосов, О.С, Оптимальное управление теплогенерирующим электромеханическим преобразователем / О.С. Амосов, JI.H. Амосова, С.Н. Иванов // Элек-

тротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр.: Вып. 17. - Магнитогорск: Изд-во ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. - С. 128-134.

8. Амосов, О.С. Метод оценивания случайных последовательностей с помощью регрессии и вейвлетов / О.С. Амосов, JI.H. Амосова // Амурский научный вестник: Сб. науч. тр.: Вып. 2. - Комсомольск-на-Амуре: Изд-во АмГПГУ, 2009. -С. 370-377.

9. Амосова, JI.H. Анализ оптимальных систем управления теплогенери-рующим комплексом / JI.H. Амосова, С.Н. Иванов // Вестник ГОУВПО «КнАГ-ТУ»: Вып. 13: В 2 ч. Ч. 1: сб. науч. тр. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2009. - С.50-53.

10. Амосова, JI.H. Аппаратно-программный комплекс для экспериментального исследования характеристик электромеханического теплогенератора с оптимальными регуляторами / JI.H. Амосова // Актуальные проблемы математики, физики, информатики в вузе и школе: Тр. региональной науч.-практ. конф., Комсомольск-на-Амуре, 24-25 марта 2009 г. - Комсомольск-на-Амуре: ФГОУ ВПО «АмГПГУ», 2009. - С. 7-13.

11. Амосова, JI.H. Использование нечетких технологий вывода для управления электромеханическими теплогенерирующими комплексами / JI.H. Амосова // Энергетика в современном мире: IV Всеросс. науч.-практ. конф., Чита, 24-25 марта 2009 г. - Чита: ЧитГУ, 2009. - Ч. I. - С. 50-57.

12. Амосова, Л.Н. Особенности математической модели управляемого электромеханического преобразователя / JI.H. Амосова, С.Н. Иванов // Вестник ГОУВПО «КнАГТУ»: Вып. 13: В 2 ч. Ч. 1: сб. науч. тр. - Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2009. - С. 54-61.

13. Пат. № 85426 Российская Федерация, МПК В 61 D 27/00. Автоматизированная система отопления пассажирского вагона / К.К. Ким, С.Н. Иванов, JI.H. Амосова, НА. Кудинова; заявитель и патентообладатель Петербургсхспй гос. ун-т путей сообщения. - № 2009112597/22(017200); заявл. 06.04.2009; опубл. 10.08.09. Бюл. № 22. - 2 с.

Н.Иванов, С.Н. Нейросетевые и нечеткие алгоритмы моделирования и управления электромеханическими теплогенераторами с собственными вращающимися теплогенерирующими элементами / С.Н. Иванов, Л.Н. Амосова // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: Сб. тр. 5 междунар. науч.-практ. конф., Санкт-Петербург, 28-30 апреля 2008 г. - СПб.: Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций, 2008. - Т. 12. - С. 443-444.

15. Амосова, Л.Н. Решение дифференциальных уравнений и их систем в среде Mathcad / Л.Н. Амосова, A.B. Пилипенко, А.Н. Анисимов; под ред. А.Г. Никитина // Материалы 40-й научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов КГПУ, 17-18 апреля 2000 г. - Комсомольск-на-Амуре: Изд-во гос. пед. ун-та, 2000. - С. 68-70.

16. Амосов, О.С. Численные методы в учебном процессе и для научных исследований / О.С. Амосов, Л.Н. Амосова // Новые информационные технологии в образовании: Матер. Всероссийской научно-методической конф. - Комсомольск-на-Амуре: Изд-во Комсом. гос. пед. ун-та, 14-15 октября 1999. - С. 45-48.

АМОСОВА Людмила Николаевна

Система управления тепловым процессом

(на примере теплогенерирующего электромеханического преобразователя)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 05.05.2010. Формат 60x84/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,06. Тираж 100. Заказ 1750

Отпечатано в полиграфической лаборатории ФГОУ ВПО «Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет» 681000, г. Комсомольск-на-Амуре, ул. Кирова, 17/2

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИМИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ.

1.1. Устройство и принцип действия ТЭМП.

1.2. Общая схема процесса управления теплогенерирующим электромеханическим преобразователем.

1.3. Анализ и классификация задач, способов и схем управления тепловым процессом.

1.4. Аппаратно-программные средства управления тепловым процессом.

1.5. Математическая модель ТЭМП на основе обобщенного электромеханического преобразователя.

1.6. Выводы.

2. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ ПРОЦЕССОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

2.1. Постановка задачи субоптимального управления тепловым процессом.

2.1.1. Математическая модель объекта управления.

2.1.2. Математическая модель измерений.

2.2. Синтез системы управления на основе аналитического подхода

2.3. Синтез детерминированного оптимального регулятора с использованием нечетких систем.

2.4. Синтез оптимального нелинейного фильтра.

2.4.1. Синтез оптимального фильтра для скалярной модели

2.4.2. Синтез оптимального фильтра с использованием регрессии и вейвлетов.

2.5. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, КОНТРОЛЯ И ИСПЫТАНИЙ

3.1. Задачи научных исследований. Автоматизация испытаний.

3.2. Разработка функциональной схемы АСНИКИ.

3.3. Обоснование методов и средств измерений.

3.4. Измерение электромагнитных параметров.

3.5. Измерение температуры элементов ТЭМП и нагреваемой среды

3.6. Измерение гидравлических параметров ТЭМП.

3.7. Выводы.

4. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ.

4.1. Методы моделирования тепловых процессов.

4.2. Анализ магнитного поля переменных токов.

4.3. Моделирование электромагнитных и тепловых процессов преобразователя с немагнитным вращающимся элементом.

4.4. Моделирование электромагнитных и тепловых процессов преобразователя с комбинированным вращающимся элементом.

4.5. Экспериментальное исследование ТЭМП.

4.6. Выводы.

5. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ ПРОЦЕССОМ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.

5.1. Составление функциональных схем управления преобразователем.

5.2. Математическое описание и модели ТЭМП в пакете Sim Power

Sistems.

5.3. Синтез цифрового регулятора подчиненной структуры для

ТЭМП.

5.4. Синтез регулятора с настройкой на технический оптимум в пакете Simulink.

5.5. Синтез регулятора с настройкой на симметричный оптимум в пакете Simulink.

5.6. Синтез нечеткого регулятора в пакете Simulink.

5.7. Синтез систем управления ТП с использованием HP.

5.8. Синтез систем управления TTI с использованием HP и ПЧ.

5.9. Выводы.

Технологичное производство, экономичная передача и эффективное использование тепловой энергии являются необходимыми условиями обеспечения регулируемых климатических условий для комфортной и полноценной жизнедеятельности современного человека независимо от места его нахождения. Анализ показывает, что если примерно 72 % всей тепловой энергии производится централизованными источниками, то остальные 28 % - децентрализованными источниками, из которых 18 % - автономные и индивидуальные [42], что определяет актуальность проблемы передачи и утилизации тепла как в пунктах, удаленных от тепловой магистрали, так и на автономных объектах, например, транспортного назначения.

Традиционные источники тепловой энергии, рассматриваемые в качестве возможных вариантов, обладают рядом таких существенных недостатков, как низкий коэффициент полезного действия, сложность в поставке тепла потребителю, значительное увеличение цен на топливо, невозобновляе-мость ресурсов, отрицательное влияние на экологическую1 обстановку, необходимость постоянного обслуживающего квалифицированного персонала.

Поэтому значительный интерес представляет получение тепловой мощности с помощью электронагрева, реализация которого позволяет не только обойти большинство из отмеченных выше недостатков, но и отличающегося высокой готовностью к работе, позволяющим максимально приблизить тепловые мощности к местам потребления с соответствующим сокращением протяженности тепловых сетей и потерь в них и, самое главное, дающим возможность экономичного и самого точного регулирования.

Следует отметить, что в качестве нагревательных устройств успешно используются электронагревательные устройства трансформаторного типа. Большой вклад в разработку, исследование и освоение производства электронагревательных устройств трансформаторного типа сделали В.М. Кузьмин, В.В. Казаков, Ю.М. Гуревич, А.И. Елшин, В.М. Казанский и другие ученые и производственники [70-72].

Однако и эти установки, несмотря на очевидные достоинства (высокий уровень электробезопасности, большая перегрузочная способность), обладают рядом недостатков, основным из которых является низкий коэффициент теплоотдачи [47].

Повысить эффективность преобразователей трансформаторного типа можно за счет изменения физического процесса теплообмена на рабочей поверхности, что, как правило, ведет к дополнительным гидравлическим потерям и требует специальных внешних источников механической мощности (вентиляторы, насосы) и как следствие, связано с возрастанием стоимости и размеров при одновременном снижении системной надежности.

Поэтому логическим развитием теплогенерирующих устройств, отличающихся повышенными коэффициентом теплоотдачи и теплопроизводи-тельностью, является разработка преобразователей с вращающимися тепло-генерирующими элементами на основе электромеханических преобразователей (ЭМП) энергии, в которых использованы добавочные источники тепла, показатели которых не связаны непосредственно со скоростью вращения те-плогенерирующего элемента, например, как в статических электронагревателях трансформаторного типа.

Предварительный анализ показывает, что теплогенерирующие электромеханические преобразователи (ТЭМП) характеризуются высокой надежностью, технологичностью, возможностью обеспечения в широком диапазоне таких технических параметров, как температура нагреваемой среды, производительность, давление, а также уникальными регулировочными характеристиками, реализация которых непосредственно связана не только с проектированием, изготовлением и эксплуатацией, но и исследованием ТЭМП в качестве объекта управления на основе современных оптимальных и субоптимальных систем управления (ССУ), образующих единую замкнутую систему - субоптимальный теплогенерирующий комплекс (ТГК). При этом, поскольку современные системы управления (СУ) строятся с использованием методов искусственного интеллекта (ИИ), то в представленной работе обосновывается использование и синтезируется СУ на основе одной из технологий ИИ - систем, построенных на основе нечетких множеств [7, 12].

Следует отметить, что в отечественной и зарубежной технической литературе практически отсутствуют работы, касающиеся непосредственно СУ рассматриваемых теплогенераторов. Поэтому для их комплексного исследования необходимо использование накопленного опыта физического, математического и численного моделирования как классических электромеханических преобразователей, теоретических и практических разработок в области электромеханики, механики, теплотехники, гидравлики, так и СУ ими и на этой основе создание научно обоснованной методики проектирования и синтеза ССУ, позволяющей производить, испытывать и эксплуатировать рассматриваемые устройства [1].

Целью диссертации является разработка и исследование системы управления тепловым процессом (ТП) на примере ТЭМП.

В соответствии с указанной целью ставятся следующие задачи:

- анализ существующих математических моделей ТЭМП с целью формализации ТП и разработки системы управления этим процессом;

- анализ процессов в ОУ и разработка методики определения электромагнитных, тепловых и гидравлических параметров ТЭМП для алгоритмической реализации и исследования синтезируемой СУ;

- разработка способа субоптимального управления ТП;

- разработка способов нерекуррентного и рекуррентного оценивания случайных последовательностей, характеризующих ТП, и алгоритмов их реализации на основе регрессии с незаданным заранее видом функции и вейвлетов;

- разработка системы управления, использующей базу знаний, полученную по результатам численного и экспериментального моделирования ТП;

- создание алгоритмов и структурных схем нечетких регуляторов (HP) для системы управления ТП на основе нечеткой логики с использованием алгоритмов Мамдани и Сугено; разработка методики и структурной схемы автоматизированной системы научных исследований, контроля и испытаний (АСНИКИ) для экспериментального определения статических и динамических характеристик ТП на примере управляемого электромеханического теплогенератора с оптимальными регуляторами.

Актуальность решаемых в данной работе задач вызвана необходимостью повышения эффективности процесса генерации и использования тепловой энергии не только за счет применения новых классов электронагревательных устройств, но и систем управления тепловым процессом, обеспечивающих высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели устройств электронагрева и отвечающих требованиям электробезопасности, надежности и технологичности в соответствии с направлением «Создание энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии». Среди них можно выделить класс теплогенерирующих электромеханических преобразователей, которые обладают высокими регулировочными характеристиками, что определяет их выбор в качестве наиболее целесообразного объекта управления (ОУ), обеспечивающего заданный ТП. При этом отсутствие систем управления тепловыми процессами, реализуемыми на основе ТЭМП, обуславливает необходимость синтеза таких СУ и определяет актуальность темы исследования.

Методы исследования. Использовались аналитические и численные методы расчета электромагнитных и тепловых полей, теория электрических цепей, теория обобщенного электромеханического преобразователя энергии, теория вейвлетов, дискретная математика, .математический анализ. Для алгоритмической обработки использовались программные среды MS Visual Basic 6.0, Nastran for Windows 4.0. Численное моделирование проводилось с использованием математических пакетов ELCUT, FEMLAB, Math Works Matlab 7.5 и

Mathcad. С целью автоматизации процесса проектирования аппаратного обеспечения и контроля параметров системы использован пакет MAX+PLUS II 10.1 BASELINE, для измерений - PowerGraph 2.1.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по созданию системы управления ТП на примере управляемого ТЭМП, в частности:

- разработана основанная на знаниях, полученных по результатам численного и экспериментального моделирования, и нечеткой логике математическая модель, учитывающая особенности конструкции и режимы работы электромеханического преобразователя, обеспечивающего ТП;

- предложен способ субоптимального управления ТП на основе принципа разделения, в соответствии с которым субоптимальная система управления строится из последовательно соединенных оптимального нелинейного фильтра (ОНФ) и детерминированного оптимального регулятора (ДОР);

- синтезированы структурные схемы субоптимальных регуляторов ТП на примере ТЭМП как с использованием классических методов, так и технологий нечеткого вывода на основе алгоритмов Мамдани и Сугено;

- предложены способы нерекуррентного и рекуррентного оценивания случайных последовательностей и алгоритмы их реализации на основе регрессии с незаданным заранее видом функции и вейвлетов;

- получены статические и динамические характеристики управляемого теплового процесса;

- разработаны и реализованы методика и структурная схема АСНИКИ для экспериментального исследования ТП на примере управляемого ТЭМП с оптимальными регуляторами;

- предложена новая система электроотопления вагона на основе электромеханического теплогенератора, управляемого с помощью разработанной ССУ.

Личный вклад автора состоит в разработке основанной на знаниях и нечеткой логике математической модели; алгоритмов и синтезе структурных схем регуляторов на основе нечетких алгоритмов Мамдани и Сугено; методики и структурной схемы АСНИКИ; алгоритмов оценивания случайных последовательностей; моделировании, анализе и формулировке основных результатов.

Реализация работы осуществлена в рамках научно-исследовательской работы, выполненной по заказу Министерства экономического развития и внешних связей Хабаровского края (государственный контракт от 18 апреля 2007 года), НИР 15-И-19 по теме «Создание опытного образца теплогенератора на основе электромеханического преобразователя» на кафедре электромеханики КнАГТУ.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также разработанная техническая документация переданы в Министерство экономического развития и внешних связей Хабаровского края и Технопарк КАС.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе (специальности 140601 - Электромеханика и 150408 - Бытовые машины и приборы) при изучении дисциплин «Испытания, эксплуатация и ремонт электромагнитных устройств и электромагнитных преобразователей», «Проектирование бытовых машин и приборов», «Надежность бытовых машин и приборов», «Основы научных исследований», при дипломном проектировании.

Публикации. Содержание диссертации отражено в 16 публикациях. В числе основных - 14 статей, из них 3 опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК; 1 патент РФ на полезную модель, 1 авторское свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка, содержащего 140 наименований работ отечественных и зарубежных авторов и 9 приложений. Она содержит 191 страницу машинописного текста, 9 таблиц и 91 рисунок.

Основные результаты работы.

В диссертации решен вопрос синтеза системы управления тепловым процессом на примере теплогенерирующих электромеханических преобразователей с использованием комплекса разработанных алгоритмов и программ их моделирования.

В ходе выполненной работы получены следующие основные результаты: дан анализ и сделано теоретическое обоснование принципов электронагрева с использованием электромеханического преобразователя, являющегося объектом управления; проанализированы существующие математические модели и разработана основанная на знаниях и нечеткой логике модель ТП с целью построения субоптимальной системы управления; проведен анализ электромагнитных, тепловых и гидравлических процессов, разработана методика проектирования, определения параметров, электромагнитных, тепловых и гидравлических нагрузок и обобщенных энергетических показателей, позволяющие программно реализовать и исследовать синтезируемую субоптимальную систему управления; разработан способ субоптимального управления ТП на основе принципа разделения, в соответствии с которым субоптимальная система управления строится из последовательно соединенных ОНФ и ДОР; для нерекуррентного и рекуррентного оценивания случайных последовательностей предложен способ оценивания и на его основе вычислительные алгоритмы оценивания с использованием регрессии с незаданным заранее видом функции и вейвлетов; разработана система управления, использующая базу знаний, полученную по результатам численного и экспериментального моделирования ТП; синтезированы структурные схемы субоптимальных регуляторов тепловым процессом (на примере ТЭМП) как с использованием классических методов, так и технологий нечеткого вывода на основе алгоритмов Мамдани и Сугено;

- разработаны методика и структурная схема АСНИКИ, а также проведено экспериментальное определение характеристик теплового процесса на примере управляемого электромеханического теплогенератора с оптимальными регуляторами;

- создан комплекс программ для расчета, проектирования, моделирования и управления тепловым процессом с использованием электромеханического преобразователя, предназначенного для работы в качестве источника электронагрева, в том числе разработан программный комплекс для оценивания случайных последовательностей на основе регрессии и вейвлетов;

- получены статические и динамические характеристики управляемого ТП, подтверждающие эффективность и целесообразность применения синтезированной СУ в современных ТГК на основе ТЭМП;

- предложена новая система отопления пассажирского вагона на основе ТЭМП, управляемого на основе разработанной ССУ.

Практическая значимость работы заключается в решении проблемы синтеза системы управления тепловым процессом на основе ТЭМП; создании методик и алгоритмов электромагнитных, тепловых и гидравлических расчетов применительно к исследуемому процессу и реализации их с использованием пакетов современных прикладных программ, а также разработке рекомендаций по проектированию систем управления ТП.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях: 5 международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2008 г.), 17 Международном конгрессе ШАС (Корея, 2008 г.), 7 Международной конференции ШЕЕ по управлению и автоматизации 1ССА'09 (Новая Зеландия, 2009 г.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Энергетика в современном мире» (Чита, 2009 г.), региональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы математики, физики, информатики в вузе и школе» (Комсомольск-на-Амуре, 2009 г.), научно-технической конференции ГОУВПО «КнАГТУ» (Комсомольск-на-Амуре, 2009 г.), 40-й научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов КГПУ (Комсомольск-на-Амуре, 2000 г.), Всероссийской научно-методической конференции «Новые информационные технологии в образовании» (Комсомольск-на-Амуре, 1999 г.) и на научных семинарах кафедры «Информатика» ФГОУ ВПО «АмГПГУ» (Комсомольск-на-Амуре, 2000-2009 г.г.), опытный образец ТГ экспонировался на XVI Выставке-конгрессе «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (Санкт-Петербург, 10-12 марта 2010 г.).

Основные научные результаты, полученные в диссертации были опубликованы в работах [2, 3, 4, 7, 10, 13-17, 48, 53, 84, 96, 124, 125], в том числе патенте РФ на полезную модель, а также заявке о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Практическая полезность подтверждается актами внедрения и использования в проектно-конструкторской деятельности научно-технологического парка «Технопарк КАС», в учебном процессе ФГОУ ВПО «АмГПГУ» и ГОУВПО «КнАГТУ» (Приложение I).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Амосов, О.С. Метод оценивания случайных последовательностей с помощью регрессии и вейвлетов / О.С. Амосов, Л.Н. Амосова // Амурский научный вестник: Сб. науч. тр.: Вып. 2. — Комсомольск-на-Амуре: Изд-во АмГПГУ, 2009. С. 370-377.

2. Амосов, О.С. Оценивание случайных последовательностей с использованием регрессии и вейвлетов / О.С. Амосов, Л.Н. Амосова, Д.С. Магола // Информатика и системы управления. — 2009. — № 3 (21). — С. 101-108.

3. Амосов, О.С. Применение нейронных сетей и нечеткой логики для фильтрации марковских последовательностей / О.С. Амосов // Международная конференция по мягким вычислениям й измерениям SCM'2003: Сб. докладов. СПб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. - Т. 1. -С. 348-351.

4. Амосов, О.С. Синтез оптимальных систем управления электромеханическим теплогенерирующим комплексом с использованием нечетких систем / О.С. Амосов, Л.Н. Амосова, С.Н. Иванов // Информатика и системы управления. 2009. - № 1 (19). -С. 73-83.

5. Амосов, О.С. Синтез статистически оптимальных синтезаторов частот при частично заданной структуре / О.С. Амосов, Ю.Н. Соколов, В.Н. Олейник // Автоматизированные системы управления. Харьков, 1984. — Вып.5. — с. 87-95.

6. Амосов, О.С. Экспериментальное исследование теплогенерирующих электромеханических устройств с использованием ИВК / О.С. Амосов, С.Н. Иванов, A.B. Еськова // Дальневосточный энергопотребитель. -2006.-№ 1-2.-С. 32-34.

7. Амосова, JI.H. Анализ оптимальных систем управления теплогенерирующим комплексом / JI.H. Амосова, С.Н. Иванов // Вестник ГОУВПО «КнАГТУ»: Вып. 13: В 2 ч. Ч. 1: сб. науч. тр. Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2009. - С. 50-53.

8. Амосова, JI.H. Особенности математической модели управляемого электромеханического преобразователя / JI.H. Амосова, С.Н. Иванов // Вестник ГОУВПО «КнАГТУ»: Вып. 13: В 2 ч. Ч. 1: сб. науч. тр. -Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2009. С. 54-61.

9. Беспалов, В.Я. Нестационарные тепловые процессы в электрических машинах: учеб. пособие / В.Я. Беспалов, Е.А. Дунайкина, Ю.А. Мощинский. М.: Моск. энерг. ин-т, 1987. - 72 с.

10. Бессонов, J1.A. Теоретические основы электротехники: Электромагнитное поле: учебник для студентов вузов / JI.A. Бессонов. -М.: Высш. шк., 1978. 232 с.

11. Борисенко, А.И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах / А.И. Борисенко, В.Г. Данько, А.И. Яковлев. М.: Энергия, 1974.-560 с.

12. Борисенко, А.И. Охлаждение промышленных электрических машин / А.И. Борисенко, О.Н. Костиков, А.И. Яковлев. М.: Энергоатомиздат, 1983.-297 с.

13. Бурковский, А.Н. Нагрев и охлаждение электродвигателе взрывозащищенного исполнения / А.Н. Бурковский, Е.Б. Ковалев, В.К. Коробов. М.: Энергия, 1970. - 184 с.

14. Бурковский., А.Н. Расчет нагрева обмоток глубокопазного асинхронного двигателя в пусковом режиме / А.Н. Бурковский., Б.С. Голянд, Т.В. Кублицкая, Г.Я. Родионенко // Техническая электродинамика. 1984. — № 2. - С. 80-86.

15. Быстров, Ю.А. Сто схем с индикаторами / Ю.А. Быстров, А.П. Гапунов, Г.М. Персианов. М.: Радио и связь, 1990. - 112 с.

16. Вицин, H.A. Современные тенденции развития систем автоматизированного проектирования в области электроники / H.A. Вицин // Chip News. 2005. - № 1. - С. 12-20.

17. Вольдек, А.И. Электрические машины. Машины переменного тока: уч. пособие для вузов / А.И: Вольдек, В.В. Попов СПб.: Питер, 2007. — 320 с.

18. Герман-Галкин, С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК / С.Г. Герман-Галкин. СПб.: КОРОНА-Век, 2008. - 368 с.

19. Герман-Галкин, С.Г. Синтез цифрового регулятора подчиненной структуры электропривода в пакете Simulink / С.Г. Герман-Галкин, В.В. Кротенко // Exponenta PRO. Математика в приложениях. 2004. № 2.

20. Герман-Галкин, С.Г. Электрические машины: Лабораторные работы на ПК / С.Г. Герман-Галкин, Г.А. Кардонов. СПб.: КОРОНА принт, 2007. -256 с.

21. Годунов, С.К. Разностные схемы (введение в теорию): учеб. пособие / С.К. Годунов, B.C. Рябенький. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. 400 с.

22. Гольдберг, О.Д. Автоматизация контроля параметров и диагностика асинхронных двигателей / О.Д. Гольдберг, И.М. Абдуллаев, А.Н. Абиев. -М.: Энергоатомиздат, 1991. — 158 с.

23. ГОСТ 14014-91. Приборы и преобразователи измерительные цифровые напряжения, тока, сопротивления. Общие технические требования и методы испытаний. М.: Изд-во стандартов, 1991. - 14 с.

24. Гостев, В.И. Нечеткие регуляторы в системах автоматического управления / В.И. Гостев. К.: Изд-во: Радюаматор, 2008. - 972 с.

25. Готтер, Г. Нагревание и охлаждение электрических машин / Г. Готтер. — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. 480 с.

26. Дартау, В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением / В.А. Дартау, В.В. Рудаков, И.М. Столяров. Л.: Энергоатомиздат, Л.О., 1987.- 136 с.

27. Дартау, В.А. Теоретические основы построения частотных электроприводов с векторным управлением / В.А. Дартау, В.В. Рудаков, Л.Е. Козярук и др. // Автоматизированный электропривод. М.: Энергия, 1980.

28. Денисов, К. Способы управления машинами переменного тока и их практическая реализация на базе компонентов фирмы Analog Devices / К. Денисов, А. Ермилов, Д. Карпенко // CHIP NEWS. J&7-8, 1997.

29. Дацковский, JI.X. Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно регулируемом электроприводе (краткий аналитический обзор) / JI.X. Дацковский, В.И. Роговой и др. // Электротехника. 1996, № 10.

30. Дубицкий, С.Д. ELCUT 5.1 платформа разработки приложений анализа полей / С.Д. Дубицкий // Exponenta Pro. Математика в приложениях. — 2004. -№1.- С. 20-26.

31. Дьяконов, В.П. Вейвлеты. От теории к практике / В.П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 400 с.

32. Дьяконов, В.П. MathCad 2001: спец. справочник / В.П. Дьяконов. СПб.: Питер, 2002. - 832 с.

33. Елшин, А.И. Конструкции и расчет трансформаторных устройств низкотемпературного нагрева для жизнеобеспечения человека / А.И. Елшин. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. 140 с.

34. Журбин, О.В. Анализ инженерных конструкций методом конечных элементов: учеб. пособие / О.В. Журбин, С.Д. Чижиумов. -Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2004. 157 с.

35. Заварыкин, В.М. Численные методы / В.М. Заварыкин, В.Г. Житомирский, М.П. Лапчик. -М.: Просвещение, 1991. 176 с.

36. Заде, Л.А. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений / Л.А. Заде; пер. с англ. — М.: Мир, 1976.- 165 с.

37. Иванов, С.Н. Информационное обеспечение доказательства адекватности математической модели электромеханического теплогенератора / С.Н. Иванов, A.B. Еськова, C.B. Уханов // Известия ВУЗов. СевероКавказский регион. Технические науки. 2008. - С. 77-79.

38. Иванов, С.Н. Использование электромеханических преобразователей в качестве устройств электронагрева / С.Н. Иванов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2008. 3. - С.246-252.

39. Иванов, С.Н. Основы научных исследований технических систем: учеб. пособие / С.Н. Иванов, Т.В. Герасименко. — Комсомольск-на-Амуре: ГОУВПО «Комсомольский-на-Амуре гос. техн. ун-т», 2008. — 100 с.

40. Иванов-Смоленский, A.B. Методика расчета магнитных полей: учеб. пособие / A.B. Иванов-Смоленский, В.А. Кузнецов. М.: МЭИ, 1979. - 72 с.

41. Иванов-Смоленский, A.B. Электромагнитные силы и преобразование энергии в электрических машинах / A.B. Иванов-Смоленский. М.: Высш. шк., 1989. - 312 с.

42. Ким, К.К. Моделирование и управление электромеханическими теплогенераторами на основе нейросетевых и нечетких алгоритмов / К.К. Ким, С.Н. Иванов, JI.H. Амосова // Электричество. 2009. - № 10. — С. 36-41.

43. Ким, К.К. Основы проектирования гидроэлектродинамических теплогенераторов / К.К. Ким, С.Н. Иванов, C.B. Уханов // Электро. Электроэнергетика. Электротехника. Электротехническая промышленность. — 2008. — № 4. — С. 14—16.

44. Ключев, В.И. Теория электропривода: учеб. для вузов / В.И. Ключев. — 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

45. Коварский, Е.М Испытание электрических машин / Е.М. Коварский, Ю.И. Янко. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 319 с.

46. Козярук, А.Е. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов / А.Е. Козярук, В.В. Рудаков; под ред. А .Г. Народицкого. СПб.: ООО НПО «Санкт-Петербургская электромеханическая компания», 2004. — 127 с.

47. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин / И.П. Копылов. М.: Высш. шк., 2001. - 327 с.

48. Копылов, И.П. Применение вычислительных машин в инженерно-экономических расчетах (электрические машины) / И.П. Копылов. М.: Высш. шк., 1980. - 256 с.

49. Копылов, И.П. Проектирование электрических машин: учеб. пособие для вузов / И.П. Копылов и др. М.: Энергия, 1980. - 496 с.

50. Коршунов, Ю.М. Математические основы кибернетики / Ю.М. Коршунов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 496 с.

51. Костышин, B.C. Моделирование режимов центробежных насосов на основе электрогидравлической аналогии / B.C. Костышин. Иваново-Франковск: ИФГТУНГ, 2000. - 163 с.

52. Котеленец, Н.Ф. Испытания и надежность электрических машин / Н.Ф. Котеленец, H.JI. Кузнецов. М.: Высш. шк., 1988. — 232 с.

53. Котеленец, Н.Ф. Испытания, эксплуатация и ремонт электрических машин / Н.Ф. Котеленец, H.A. Акимова, М.В. Антонов. М.: Академия, 2003.-384 с.

54. Красовский, A.A. Справочник по теории автоматического управления / A.A. Красовский. М. Наука, 1987. - 712 с.

55. Круглов, B.B. Искусственные нейронные сети. Теория и практика / В.В. Круглов, В.В. Борисов. — М.: Горячая линия—Телеком, 2002. — 382 с.

56. Крылов, В.И. Вычислительные методы в 2 т. / В.И. Крылов, В.В. Бобков, П.И. Монастырный. -М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1976.

57. Кудрявцев, Е.М. Mathcad 2000 Pro / Е.М. Кудрявцев. М.: ДМК Пресс, 2001.-576 с.

58. Кузьмин, В.М. Электронагревательные устройства трансформаторного типа / В.М. Кузьмин. Владивосток: Дальнаука, 2001. - 143 с.

59. Курбатов, П.А.Численный расчет электромагнитных полей / П.А. Курбатов, С.А. Аринчин. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 168 с.

60. Леоненков, A.B. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH / A.B. Леоненков. СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 736 с.

61. Лопухина, Е.М. Асинхронные исполнительные микродвигатели для систем автоматики / Е.М. Лопухина. М.: Высшая школа, 1988. - 328.с.

62. Ляшко, И.И. Методы вычислений (Численный анализ. Методы, решения задач математической физики) / И.И. Ляшко, В.Л. Макаров, A.A. Скоробогатько. К.: Вища школа, 1977. - 408 с.

63. Медич, Дж. Статистически оптимальные линейные оценки и управление / Дж. Медич; пер. с англ.; под ред. A.C. Шаталова. М.: Энергия, 1973. — 440 с.

64. На, Ц. Вычислительные методы решения прикладных граничных задач: пер. с англ. / Ц. На. М.: Мир, 1982. - 296 с.

65. Очков, В.Ф. MathCad 12 для студентов и инженеров / В.Ф. Очков. -СПб.: БХВ-С.-Петербург, 2005. 464 с.

66. Пат. № 46139 Российская Федерация, МПК7 Н 05 В 6/10, F 25 В 29/00. Теплогенерирующий электромеханический преобразователь /В.М. Кузьмин, О.С.Амосов, A.B. Еськова, С.Н.Иванов. № 200413705022, заявл. 17.12.2004; опубл. 10.06.2005, Бюл. № 16 (V ч.). - 1 с.

67. Пат. на полезную модель № 33478 Российская Федерация, МПК 7 Н 05 В 3/02, F 24 Н 3/00. Тепловые жалюзи / Ю.Г. Кабалдин, A.M. Шпилев, О.С. Амосов, С.Н.Иванов. -№ 2003115261/20; Заявлено 23.05.03; Зарегистр. 20.10.03, Бюл. №29.-1 с.

68. Пат. на полезную модель № 33479 Российская Федерация, МПК 7 Н 05 В 6/10, F 25 В 29/00. Управляемый электронагреватель / Ю.Г. Кабалдин, A.M. Шпилев, О.С. Амосов, С.Н. Иванов. № 2003115260/20; Заявлено 23.05.03; Зарегистр. 20.10.03, Бюл. № 29. - 1 с.

69. Пащенко, Ф.Ф. Синтез систем управления электромеханическими преобразователями / Ф.Ф. Пащенко, О.С. Амосов, С.Н. Иванов // Датчики и системы. 2006. - № 8. - С. 18-22.

70. Пивкин, В.Я. Нечеткие множества в системах управления / В.Я. Пивкин, Е.П. Бакулин, Д.И. Кореньков // http://www.idisys.iae.nsk.su/fuzzy-book/.

71. Поляхов, Н.Д. Нечеткие системы управления: учеб. пособие / Н.Д. Поляхов, И.А. Приходько. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003. -48 с.

72. Пырков, В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование / В.В. Пырков. К.: II ДП, 2007. - 252 с.

73. Самарский, А.А. Теория разностных схем: учеб. пособие / А.А. Самарский. — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1977. — 656 с.

74. Свид. на полезную модель № 27755 Российская Федерация, МПК 7 Н 02 К 5/00, 19/36. Электромеханический преобразователь / A.M. Шпилев,

75. О.С. Амосов, С.Н. Иванов, С.Б. Горбунов. № 2002120733/20; Заявлено 01.08.02; Опубл. 10.02.03, Бюл. № 4 (III ч.). - С. 648.

76. Свидетельство об официальной регистрации программы «Regression Estimation 1-2-3-D» для ЭВМ №2009615992. Заявка №2009614794. / JI.H. Амосова, Д.С. Магола. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 29.10.2009.

77. Сипайлов, Г.А. Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах / Г.А. Сипайлов, Д.И. Санников, В.А. Жадан. — М.: Высш. шк., 1989. 239 с.

78. Слежановский, О.В. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. / О.В. Слежановский, JI.X. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. М.: Энергоатомиздат, 1983.

79. Смоленцев, Н.К. Основы теории вейвлетов. Вейвлеты в MATLAB / Н.К. Смоленцев. М.: ДМК, 2005. - 304 с.

80. Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным управлением: учебник / Г.Г. Соколовский. М.: АС ADEMA, 2006. — 265 с.

81. Соловьев, В.А. Управление тепловыми и энергетическими процессами на основе нечеткой логики / В.А. Соловьев. — Владивосток: Дальнаука, 2003.- 181 с.

82. Степанов, O.A. Байесовское оценивание с использованием нейронной сети / O.A. Степанов, О.С. Амосов // Авиакосмическое приборостроение.- 2004. № 6. - С. 46-55.

83. Степанов, O.A. Нерекуррентное линейное оценивание с использованием нейронной сети / O.A. Степанов, О.С. Амосов // Математика, информатика, управление: Материалы III Всероссийской конференции. Иркутск. 2004. С. 1-12.

84. Степанов, O.A. Оптимальная линейная фильтрация с использованием нейронной сети / O.A. Степанов, О.С. Амосов // Гироскопия и навигация.- 2004. № 3 (46). - С. 14-29.

85. Степанов, O.A. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации / O.A. Степанов. — СПб.: ГНЦ РФ-ЦНИИ «Электроприбор», 1998. 370 с.

86. Стешенко, В.Б. Школа разработки аппаратуры цифровой обработки сигналов на ПЛИС. Система проектирования MAX+plus II фирмы ALTERA / В.Б. Стешенко // Chip News. 1999. - № 9. - С. 15-23.

87. Суйский, П.А. Исследование нагрева асинхронных короткозамкнутых двигателей серии А и АО мощностью от 0,6 до 100 кВт при продолжительном режиме работы / П.А. Суйский // Электричество. -1958. -№ 9. -С. 47-51.

88. Счастливый, Г.Г. Нагревание закрытых асинхронных электродвигателей / Г.Г. Счастливый. К.: Наукова думка, 1966. - 284 с.

89. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. — Изд. 4-е, перераб. и доп. СПб.: Профессия, 2003. - 752 с.

90. Ш.Турчак, JI.И. Основы численных методов / Л.И. Турчак. — М.: Наука, 1987.-320 с.

91. Усольцев, А.А. Частотное управление асинхронными двигателями: уч. пособие / А.А. Усольцев. СПб.: СПбГУ ИТМО, 2006. - 94 с.

92. Филиппов, И.Ф. Теплообмен в электрических машинах / И.Ф. Филиппов. -Л.: Энергоатомиздат, 1986. 256 с.

93. Худяков, В. Школа Matlab / В. Худяков // Силовая электроника. 2005. — № 4. - С. 64-72.

94. Черноруцкий, И.Г. Методы оптимизации в теории управления: уч. пособие / И.Г. Черноруцкий. СПб.: Питер, 2004. - 256 с.

95. Черных, И.В. Моделирование устройств индукционного нагрева с помощью пакета ELCUT / И.В. Черных // Exponenta PRO. Математика в приложениях, 2003. № 2. - С. 4-8.

96. Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink / И.В. Черных. М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. - 288 с.

97. Чистяков, Н.И. Справочная книга радиолюбителя-конструктора: 2-е изд., исправ. / Н.И. Чистяков. М.: Радио и связь, 1993. - 336 с.

98. Шуйский, В.П. Расчет электрических машин / В.П. Шуйский; пер. с нем. М.: Энергия, 1968. - 732 с.

99. Электроприводы АББ для механизмов общего назначения. ASC350, от 0,37 до 7,5 кВт / от 0,5 до 10 л.с.: технический каталог: ООО «АББ Индустрия и стройтехника», 2007. 16 с.

100. Abbondanti, A. Method of flux control in induction motors driven by variable frequency, variable voltage supplies / A. Abbondanti // Proc. IEEIAS Int. Semicond. Power Conv. Conf., 1977. 177 p.

101. ACS 600. Frequency Converters for Speed and Torque Control of 2,2 to 315 kW Squirrel Cage Motors. Technical Catalogue. ABB, 02.10.1995.

102. Altonen, M. Direct Torque Control of AC motor drives. ABB Review / M. Altonen, P. Titinen, J. Lalu, S. Heikkila. 1995. - № 3. - PP. 19-24.

103. Amosov, O.S. Optimal Estimation by Using Fuzzy Systems / O.S. Amosov, L.N. Amosova // Proc. of the 17th IF AC World Congress, Seoul, Korea, July 6-11, 2008. PP. 6094—6099.

104. Amosov, O.S. Random Sequences Optimal Estimation by Using Regression and Wavelets / O.S. Amosov, L.N. Amosova // 7th IEEE International Conference on Control and Automation, Christchurch, New Zealand, December 9-11, 2009. PP. 2293-2298.

105. Beres, Z. Sensorless IFOC of Induction Motor With Current Regulators in Current Reference Frame / Z. Beres, P. Vranka // IEEE Trans. Ind. Applicat. — 2001.-Vol. 37.-PP. 1012-1018.

106. Blaschke, F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage fur die Transvektor-Regelung von Drehfeldmaschinen / F. Blaschke // Siemens Zeitschrift. 1971. -№ 45. -H 10.

107. Blaschke, F. Verfahen der Flusserfassung bei der Regelung stromrichtergespeister Asynchronmaschinen / F. Blaschke, K. Böhm // 1. IF AC Symp. Control in Power Electronics and Electrical Drives. — Dusseldorf, 1974. 635 p.

108. ELCUT. Моделирование двумерных полей методом конечных элементов. Версия 5.3. ПК «ТОР», Санкт-Петербург, 2007.

109. FlowVision программный комплекс. Интернет: http:// www.delcamural. ru /index.php/article/archive/813.

110. FlowVision программный комплекс для расчета аэро- и гидродинамических характеристик. Интернет: http://www.flowvision. ru/.2005.

111. Garces, L. Parameter Adaptation for the Speed-Controlled static AC Drive with Squirrel-Cage Induction Motor / L. Garces // IEEE Trans, on Ind. Appl., 1980.-Vol. 16. —№ 2. PP. 173-178.

112. Hardle, W. Wavelets, Approximation and Statistical Applications / W. Hardle, G. Kerkyacharian, D. Picard, A. Tsubakov. — Berlin-Paris, 1997.

113. Leonhard, W. Field-Oriented Control of a Standard AC Motor Using Microprocessor / W. Leonhard, R. Gabriel, C. Nordly // IEEE Trans. Ind. Applicat., 1980. Vol. 16. - № 2.

114. Nabae, A. a.o. An approach to flux control of induction motors operated with variable-frequency power supply / A. Nabae, K. Otsuka, H. Uchino, R. Kurosawa // IEEE Trans. Ind. Appl., 1980. 342 p.

115. Pohjalainen, P. The next-generation motor control method. Direct Torgue Control (DTC) / P. Pohjalainen, P. Titinen, J. Lalu // EPE Chapter Symposium, Lausanne, Switzerland, 1994. PP. 1-7.

116. Stepanov, O.A. Optimal Estimation by Using Neural Networks / O.A. Stepanov, O.S. Amosov // Proceeding of the 16-th IF AC World Congress, Prague, Czech Republic July 3-8, 2005. 6 p.

117. Visual Basic 6.0 / пер. с англ. СПб.: БХВ-С.-Петербург, 1996. - 992 с.