Дослідження методу розв’язання задач управління при часових обмеженнях з боку розв’язуючого алгоритму, який містить методи віртуального об"єкта та релейних елементів. Розробка автоматизованих систем управління гальмуванням автотранспортних засобів.
Аннотация к работе
Однак сучасні математичні методи автоматизованого управління, до алгоритму яких входить багаторазове обчислення на ЕОМ складних функцій, підвищуючи ефективність праці оператора в цілому, іноді породжують і нові проблеми, викликані додатковими обмеженнями, що безпосередньо випливають із тривалості розрахункових операцій, зокрема - з часової складності (трудомісткості) алгоритмів оптимізації. На підставі викладеного, а також з урахуванням того, що від ефективності службового та екстреного гальмувань АТЗ залежить не тільки їхня надійність, але й життя багатьох людей, а також екологічна безпека регіонів, можна стверджувати, що дослідження, спрямовані на створення й впровадження сучасних методів підвищення ефективності автоматизованого управління уповільненням АТЗ, є дуже актуальними. Дисертація виконувалася відповідно до завдань НДР Одеського державного політехнічного університету № 362-24 “Розробка теорії і методів схемотехнічного моделювання для систем проектування і управління”. Для досягнення цієї мети в роботі були вирішені наступні задачі: запропонований загальний метод розвязання задач проектування та управління при часових обмеженнях з боку розвязуючого алгоритму (МОРА), який містить МВО та МРЕ як частинні випадки; При розвязанні задач управління використовували ітераційний метод пошуку параметрів стану обєкта, який забезпечує перебування значення цільової функції у припустимих межах (метод Гаусса-Зейделя), методи апроксимацій і повного перебору; у моделюванні термічних режимів елементів гальмових пристроїв - методи електричного моделювання; для експериментальної перевірки адекватності моделей застосовували оригінальний лабораторний стенд із безпосереднім вимірюванням температури в гальмових колодках за допомогою хромель-алюмелевах термопар.Для досліджень систем управління гальмуванням створено лабораторний стенд, головним вузлом якого є дисковий гальмовий пристрій переднього колеса автомобіля ВАЗ-2101. Наприклад, у процесі гальмування цільовою функцією може бути температура у гальмових колодках, до групи А відноситься кут повороту гальмової педалі, а до групи Б - розміри деталей гальмового пристрою. Хай зміною на DБ параметра Б1 (назвемо таку зміну квазіоптимізацією) також можна відновити задане значення цільової функції, причому розрахувати DБ можна значно швидше, ніж DA, але практичну реалізацію такої зміни, як вже було сказано, забороняє фізична або інша природа процеса (заборона Б). Натомість, управління обєктом передбачає вузли механізму (машини) вже існуючими, а отже параметри конструкції і незмінними, тому повязані з цим розрахунки зводяться до процедури знаходження оптимальної залежності від часу керуючого впливу (група А) по відомих , (група Б), змінному стану цільової функції і обмеженнях . Якщо для гладкої функції мають місце нерівності і то існують перетини , і , такі що на деяких їхніх ділянках, обмежених значеннями аргументу q11 ... q12; q21 ... q22 і x1 ... x2, відповідно, мають місце нерівності , і , то існує і таке значення , яке належить перетину , при якому (; при цьому, якщо похідні і мають протилежні знаки, то може бути приблизно визначений методом лінійної інтерполяції за допомогою виразу деЯк показує огляд численних джерел інформації, автоматизація управління гальмуванням автотранспортних засобів створює умови для їхньої тривалої надійної і безаварійної роботи. Сучасні обчислювальні засоби і програмне забезпечення до них дозволяють різко підвищити якість управління, однак, на жаль, створюють і істотні труднощі, позвязані із багатофункціональністю гальмових систем і обмеженнями, що випливають з розвязуючих методів і алгоритмів оптимізації управління. Запропоновано метод оптимізації при обмеженнях в області розвязуючих алгоритмів (МОРА), який складається із квазіоптимізації із створенням віртуального обєкта та фінішного оптимізуючого переходу. Запропоновано математичне забезпечення МОРА для застосування в керуванні швидкоплинними процесами. Запропонована система автоматизованого управління гальмовими пристроями автотранспортних засобів, яка містить блоки перетворення і оптимізації гальмового сигналу, виконавчі механізми та модель термічного стану ГП на основі МОРА.
План
Основний зміст роботи
Вывод
Як показує огляд численних джерел інформації, автоматизація управління гальмуванням автотранспортних засобів створює умови для їхньої тривалої надійної і безаварійної роботи. Сучасні обчислювальні засоби і програмне забезпечення до них дозволяють різко підвищити якість управління, однак, на жаль, створюють і істотні труднощі, позвязані із багатофункціональністю гальмових систем і обмеженнями, що випливають з розвязуючих методів і алгоритмів оптимізації управління.
Запропоновано метод оптимізації при обмеженнях в області розвязуючих алгоритмів (МОРА), який складається із квазіоптимізації із створенням віртуального обєкта та фінішного оптимізуючого переходу. Показано, що існуючі метод віртуального обєкта та метод релейного елемента є частинними випадками МОРА.
Визначено напрямок і склад інформаційних потоків при застосуванні МОРА в практиці проектування статичних і динамічних обєктів, а також у практиці управління. Виконано класифікацію частинних методик МОРА. Ідентифікована 41 частинна методика, які відрізняються обєктами оптимізації, оптимізуємими та віртуальними параметрами, а також фінішними оптимізуючими переходами.
Сформульовано задачу оптимізації при обмеженнях в області розвязуючих алгоритмів. Доведені теорема про існування і методи пошуку оптимальних значень параметрів обєкта. Наведені приклади оптимізації двовимірних та багатовимірних обєктів із порівнянням результатів розрахунків. Підтверджено достатню точність оптимізаційних розрахунків за МОРА.
Запропоновано математичне забезпечення МОРА для застосування в керуванні швидкоплинними процесами. Доведені можливості МОРА в зниженні часової складності оптимізаційних розрахунків при моделюванні керованих обєктів. Показано, як за рахунок заміни обчислень тригонометричних функцій на арифметичні обчислення в рамках МОРА часова складність моделювання для потреб оптимального управління зменшується на порядок.
Запропонована система автоматизованого управління гальмовими пристроями автотранспортних засобів, яка містить блоки перетворення і оптимізації гальмового сигналу, виконавчі механізми та модель термічного стану ГП на основі МОРА. Розроблена схема інформаційних потоків в АСУ ГС АТЗ.
Запропоновано метод підвищення функціональної можливості автоматизованої система управління за рахунок автоматичної ідентифікації поточного режиму гальмування. Розроблено метод захисту системи автоматизованого управління гальмовими пристроями автотранспортних засобів, який базується на представленні деталей підвіски автотранспортного засобу в якості елементів механічних фільтрів небажаних коливань.
Дослідженням на експериментальному лабораторному стенді одержані результати застосування розробленої системи автоматизованого управління в режимі параметричної оптимізації. Виконані порівняння даних 300 гальмувань у режимах обережної, ризикової та автоматизованої стратегій. Одержані статистичні дані про розподіл параметрів гальмування. Показано, що тільки автоматизоване гальмування забезпечує мінімізацію гальмового шляху без порушення обмежень, які витікають з термічного стану елементів гальмового пристрою. Визначена кількісна залежність коефіцієнту розподілу теплових потоків між елементами гальмового пристрою від їх інтенсивності.
Виконано моделювання термічного стану гальмового пристрою АТЗ за допомогою електричної схемотехнічної моделі. Показано, що такі моделі дозволяють одержувати відомості про термічний стан трьохвимірних обєктів, які піддаються нагріву рухомими джерелами тепла. Визначена область застосування таких моделей: управління повільними процесами та проектування.
Застосування створеної в роботі автоматизованої системи управління гальмуванням автобусів ЛАЗ-695Т и ЛАЗ-699Т дозволило підвищити ефективність управління: знизити довжину гальмового шляху на 18,6 % без зміни надійності і ресурсу гальм за рахунок збереження під час гальмування термічного стану фрикційних елементів у припустимих межах. Висновки, отримані в роботі, підтверджені в ВАТ “Львівський автобусний завод”. Нові наукові розробки впроваджені в навчальний процес на кафедрі “Автомобільний транспорт” Одеського державного політехнічного університету.
Список литературы
Балан С.А., Максимов В.Г., Становская Т.П. Автоматизированная система управления торможением автотранспортных средств / Труды Одесского политехнического университета. - 1999. - Вып. 2. - С. 95 - 97.
Балан С.А., Становская Т.П., Опарин А.В. Моделирование передаточных частотных характеристик элементов автотранспортных средств / Труды Одесского политехнического университета. - 1999. - Вып. 3. - С. 71 - 73.
Балан С.О., Гончарова О.Є., Становська Т.П. Моделювання теплового режиму гальмових систем / Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів. - 2000. - Вип. 4. - С. 18 - 21.
Балан С.А., Становская Т.П., Гончарова О.Е. Метод виртуального объекта в проектировании / Труды Одесского политехнического университета. - 2000. - Вып. 1. - С. 32 - 35.
Балан С.А., Становская Т.П., Опарин А.В. Метод виртуального объекта в управлении тормозными системами с внутренней виброзащитой / Труды Одесского политехнического университета. - 2000. - Вып. 2. - С.29 - 32.
Балан С.О., Становська Т.П. Оптимізація управління при обмеженнях в області розвязуючого алгоритму / Труды Одесского политехнического университета. - Одесса. - 2000. - Вып. 3. - С.
Максимов В.Г., Становская Т.П., Балан А.С. Схемотехническое моделирование температурного режима тормозных устройств // Труды VI семинара “Моделирование в прикладных научных исследованиях”. - Одесса: ОГПУ, 1999. - С. 12 - 13.
Максимов В.Г., Становская Т.П. Влияние внешних факторов на граничные условия в задаче нагрева тормозных устройств // Труды VI семинара “Моделирование в прикладных научных исследованиях”. - Одесса: ОГПУ, 1999. - С. 13 - 14.
Максимов В.Г., Становская Т.П., Трофименко Е.Г. Расчет температурных полей при несимметричном нагреве // Труды VI семинара “Моделирование в прикладных научных исследованиях”. - Одесса: ОГПУ, 1999. - С. 31 - 32.
АСУ торможением автотранспортных средств на основе моделирования термических условий в тормозных системах / С.А. Балан, О.Е. Гончарова, В.Г. Максимов, Т.П. Становская // Праці Міжнародної конференції з управління “Автоматика - 2000”. - Львів: Українська Асоціація з міжнародного управління, 2000. - Т. 5. - С. 18 - 20.
Балан С.А., Становская Т.П., Гончарова О.Е. Применение метода виртуального объекта в машиностроении // Труды VII семинара “Моделирование в прикладных научных исследованиях”. - Одесса: ОГПУ, 2000. - С. 12 - 16.
Балан С.О., Становська Т.П., Гончарова О.Є. Моделювання теплового режиму гальмових систем // Труды VII семинара “Моделирование в прикладных научных исследованиях”. - Одесса: ОГПУ, 2000. - С. 58 - 63.