Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
Том 21, № 6 (2020)
Скачать выпуск PDF

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

323-336 11
Аннотация
Предложен подход к анализу структурной идентифицируемости нелинейных динамических систем в условиях неопределенности. Показано, что структурная идентифицируемость нелинейной системы возможна только в случае выполнения условия S-синхронизации. Рассмотрены условия, при которых можно получить модель для выделения нелинейной части системы. Предложен способ получения множества, содержащего информацию о нелинейной части системы. Введен класс геометрических структур, которые отражают состояние нелинейной части системы. Геометрические структуры определены на указанном множестве. Приведены условия структурной неразличимости геометрических структур на множестве S-синхронизирующих входов. Рассмотрены условия локальной идентифицируемости нелинейной части. Показано, что не S-синхронизирующий вход дает незначимую геометрическую структуру, что ведет к структурной неидентифицируемости нелинейной части системы. Описан способ оценки структурной идентифицируемости нелинейной части. Приведены условия параметрической идентифицируемости линейной части системы. Показано, что структурная идентифицируемость является основой для структурной идентификации системы. Предложен метод иерархического погружения для оценки структурных параметров нелинейной системы. Показан пример его применения.

АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

337-347 9
Аннотация

Предлагается новый непрямой метод определения мгновенного дебита нефтяных скважин с использованием разработанных математических моделей. В результате комплексного анализа с использованием моделей выявлена корреляция между дебитом нефтяной скважины и температурой выходящего потока. Разработаны математические модели распределения температуры потока жидкости по длине насосно-компрессорных труб от дна скважины до устья скважины и по длине нефтепровода от коллектора нефтяных скважин до установки подготовки нефти. На основании экспериментальных данных авторы предлагают формулы в виде зависимости между вязкостью нефтяной эмульсии (НЭ), температурой потока и концентрацией водяных капель в НЭ и коэффициентом теплопередачи от потока жидкости в стволе скважины (СС) к породе, а также теплоемкостью и теплопроводностью газа, воды, камня и стали стенок СС. Этот эффект демонстрируется на построенных графиках.
Показано, что температура на дне подскакивает в результате эффекта дросселлирования Джоуля-Томсона и передается со скоростью потока v. В этом случае температура потока нефтяной смеси (НС) в устье скважины или на выходе скважины зависит больше от объема потока, чем от температуры в забое скважине. В статье не учитывается сильное влияние затрубного пространства на температуру потока на выходе скважины. Как видно из изложение, относительные значения теплопроводности столба жидкости и столба газа, присутствующих в затрубном пространстве, на порядок меньше теплопроводности стенки скважины. Следовательно, температура потока НС на выходе скважины будет зависеть не только от объема потока, но также от температуры в забое скважины, а также столба газа и столба жидкости.
Разработан новый метод определения дебита нефтяной скважины путем измерения температуры на выходе трубопровода. Предложена математическая модель, позволяющая рассчитать тепловой профиль жидкости вдоль ствола скважины для определения дебита нефтяной скважины с учетом геотермального градиента в породе, окружающей ствол скважины. Показано, что в отличие от существующих методов, новый предложенный метод позволяет очень легко определить мгновенный дебит скважины.
Одной из актуальных проблем при перекачке пластового флюида (нефти, воды и газа) от скважин до установки подготовки нефти является определение закона распределения температуры по длине нефтепровода при низкой температуре окружающей среды, приводящей к повышению вязкости и парафиновых отложений на внутренней поверхности трубы. Решение данной проблемы требует учета некоторых определяющих характеристик потока пластового флюида (ПФ). Сложность решения обусловлена двумя факторами. С одной стороны, в большинстве случаях (особенно на поздней стадии разработки месторождения) ПФ является нефтяной эмульсией (НЭ), содержащей газовые пузырьки, с другой стороны градиент температуры между потоком жидкости и окружающей средой имеет существенное значение (особенно в зимний период года). При этом с повышением содержания эмульгированных водяных капель (ЭВК) в НЭ и с понижением температуры потока вязкость ПФ повышается и, следовательно, снижается производительность (эффективность) нефтеперекачивающей системы. Проведенные исследования и анализ промысловых экспериментальных данных показали, что изменение вязкости нефти от значения температуры описывается гиперболическим законом, а вязкость НЭ от концентрации ЭВК — параболическим. С учетом этих факторов и эмпирических законов Фурье о теплопроводности и закона Ньютона о теплопередаче составлен баланс тепла для определенного участка нефтепровода при установившемся режиме движения жидкости с использованием метода разделения переменных.
В результате, в отличие от существующих работ, получен экспоненциальный закон распределения температуры по длине нефтепровода, учитывающий нелинейный характер изменения вязкости НЭ от изменения температуры потока и концентрации воды в эмульсии. Результаты расчета приведены в виде таблицы и графиков.

348-355 10
Аннотация

Одним из направлений развития авиации является решение экологических проблем, исключающее выделение в атмосферу вредных веществ (оксида азота, оксида углерода) при работе авиационного газотурбинного двигателя (ГТД).
Сложность управления камерой сгорания заключается в том, что необходимо одновременно поддерживать основные полетные требования как по тяге двигателя, так и по минимизации выбросов вредных веществ. Одновременное выполнение этих условий приводит к решению задачи в узком диапазоне изменения параметров. Сложность процессов, протекающих в авиационном двигателе, не позволяет использовать традиционные законы управления. Поэтому в статье предложены регуляторы, основанные на аппарате искусственного интеллекта.
В работе представлены синтез и анализ системы автоматического управления (САУ), обеспечивающей устойчивую работу на основных полетных режимах. В качестве регуляторов рассмотрены нейронная сеть и нечеткий регулятор. Предложены различные модели данных регуляторов. Проведен анализ САУ и осуществлен выбор наилучших моделей регулятора.
Для минимизации выбросов вредных веществ представлена динамическая модель эмиссии вредных веществ на уровне 18 кг за полный цикл взлет—полет—посадка. Разработана САУ минимизацией вредных веществ на основе нейронного регулятора. Приведены результаты экспериментов.

РОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

356-365 11
Аннотация
Предложен новый метод формирования траекторий движения группы подводных роботов (ПР) в режиме "лидер—ведомые" в заданном строю в неизвестной обстановке, содержащей препятствия. В этом режиме в составе группы выделяется ПР-лидер, который имеет информацию о выполняемой миссии и формирует безопасные траектории своего движения в зависимости от ее цели и обнаруженных препятствий. ПР-ведомые должны двигаться за лидером, в соответствии с выделенным им местом в заданном строе, используя информацию о текущем положении лидера, передаваемую по гидроакустическим каналам связи, и об их расстояниях до препятствий, обнаруживаемых с помощью собственных бортовых дальномеров. Из-за низкой пропускной способности гидроакустических каналов связи возникает проблема согласования положения ПР-ведомых при обходе обнаруженных препятствий, что необходимо для исключения столкновений между ПР группы. Указанная проблема решается в работе с помощью предварительного задания для каждого ведомого единственно возможной для него траектории перемещения внутри строя, которая обеспечит ему безопасное движение относительно других ведомых при обходе конкретного обнаруженного препятствия. Этот подход позволяет при использовании высокоточных систем управления не согласовывать текущие положения ПР-ведомых относительно соседей, что не требует дополнительного обмена данными между ПР группы. В работе был предложен подход к выбору траекторий движения ПР-ведомых внутри строя и метод формирования желаемого положения ПР-ведомых в процессе их движения. Эффективность предложенного метода подтверждена результатами математического моделирования.

ДИНАМИКА, БАЛЛИСТИКА И УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

366-374 11
Аннотация
Обсуждаются разработка и исследование метода прогнозирования событий на траектории взлета, набора высоты и преодоления высотных препятствий по курсу. Метод прогнозирования базируется на энергетическом подходе к управлению полетом, рассмотренном авторами в предыдущих работах. Математическая формулировка метода основана на уравнении баланса энергий, описывающем взаимное влияние всех действующих сил в системе "самолет—двигательвнешняя среда" . В данной статье уравнение расширено на наземные режимы движения по взлетно-посадочной полосе. Для этого в уравнение добавлен член, учитывающий действие тормозящих сил со стороны колес шасси. Уравнение баланса позволяет непосредственно получить алгоритм расчета длины впередилежащей траектории, необходимой для накопления требуемого значения терминальной энергии. Взлетная траектория включает наземный и воздушный участки. Поэтому возможность преодоления препятствия фиксируется алгоритмом в точке возможного принятия решения на взлет с учетом следующего воздушного участка. Эта точка достигается раньше, чем достигается скорость принятия решения, предписываемая руководством по летной эксплуатации. Такое опережающее оповещение о возможности взлета улучшает ситуационную осведомленность пилота, что снижает стрессовые нагрузки и уменьшает риск ошибочных действий. Для проведения исследований разработан испытательный стенд, на котором возможны одиночные пуски и серии статистических испытаний. В окне оператора стенда формируются сценарии взлета, задаются начальные условия на ВПП, атмосферные возмущения, конфигурация самолета и координаты препятствия. Задаются параметры случайных погрешностей в задании взлетной массы и центровки самолета, а также шумы измерений продольной перегрузки. На стенде выполнен большой объем детерминированных и статистических испытаний алгоритмов прогнозирования событий на траектории взлета. С помощью модуля статистического анализа рассчитаны характеристики ошибок прогнозирования дальности до точки принятия решения на взлет и точки отрыва носового колеса. Приведены примеры построения графиков плотности вероятностей и гистограммы распределения ошибок по пяти характерным зонам отклонений от среднего. Получены доверительные интервалы для расчета математического ожидания. Разработан прототип электронного индикатора траектории взлета с отметками прогнозных характерных координат.
375-382 11
Аннотация
Предложено решение задачи распределения инженерно-технического состава при подготовке группы летательных аппаратов (ЛА) к применению, когда длительность выполнения работ — величина случайная. При решении задачи в качестве показателя эффективности для выбора варианта планирования работ рассматривается гарантированное (т.е. с заданной наперед надежностью) время выполнения всех работ на группе ЛА. Сформирована постановка задачи и разработан алгоритм рационального планирования и распределения ресурсов при подготовке группы ЛА к применению в условиях неопределенности. Рассмотрены частные случаи: выполнение последовательных работ на одном ЛА; выполнение последовательных работ на ЛА при ожидании специалиста (заданное и случайное время освобождения специалиста); выполнение последовательности работ на двух ЛА. Полученные частные результаты позволяют построить модель выполнения последовательности работ и получить закон распределения суммарного времени выполнения работ и, как следствие, рассчитать гарантированное время выполнения всех работ на группе ЛА.


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)