Определение диапазонов изменения параметров настройки технических устройств

Однако в открытых системах теплоснабжения наблюдается перерасход тепловой энергии на отопление

здания при отсутствии локального регулирования теплоснабжения на объекте. На верхнем графике (рис. 5) отображается температурный график отопления по результатам измерения температуры в подающем и обратном трубопроводах на объекте.

График позволяет производить сравнительный анализ утвержденного для объекта и фактического температурного графика за выбранный временной интервал с целью оценки эффективности качественного регулирования теплоснабжения. Температурный график на рис. 5 показывает, что температура в теплосети немного завышена в области срезки температурного графика. Расходуемую потребителем теплоту называют тепловой нагрузкой. Потребность в теплоте не остается постоянной. Распределение тепловой нагрузки можно проиллюстрировать графически. На нижнем графике (рис.5) можно просмотреть значения измеренной тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха, а также сравнение с нормативной тепловой нагрузкой.

Контроль основных параметров и диагностика дефектов регулирования

При поступлении новых данных с приборов учета и регулирования необходимо осуществлять контроль достоверности результатов измерений [8], а также обнаружение нештатных ситуаций на тепловом узле и диагностирование дефектов [9,10]. Накопленная в базе данных измерительная информация по результатам мониторинга контроллеров теплоснабжения и архивов теплосчетчиков может быть использована для определения соответствия режима погодного регулирования фактическому температур-

ному графику системы отопления. В качестве примера приведем часть основных проверок, которые используются для диагностики и контроля правильной работы регуляторов:

Проверка достоверности показаний датчика температуры наружного воздуха.

Проверка температурного графика заданного в регуляторе.

Проверка коэффициентов регулирования.

Разработан и добавлен в модуль «Экспресс-ана-лиз»[11] (рис.6) метод экспресс-диагностики результатов измерений за выбранные сутки по разнотипным приборам учёта и регулирования. Диагностическая карта, получаемая в результате расчёта показателей по всем значениям параметров прибора учёта за выбранные пользователем сутки, позволяет оценить эффективность функционирования оборудования и выявить нештатные ситуации.

Заключение

Основной эффект от внедрения систем автоматического регулирования в теплоэнергетике заключается в том, что их использование позволяет обеспечить качественно новый уровень управления процессами теплоснабжения с использованием современного оборудования, телекоммуникационных средств нового поколения и передовых информационных технологий. Возможности САР ориентированы на обеспечение бесперебойного и качественного теплоснабжения, поддержание оптимальных (энергоэффективных) эксплуатационных режимов, а так же получение реального экономического эффекта за счёт энергосбережения и, как следствие, сдерживание роста тарифов на тепловую энергию и горячую воду.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волошин Е.В., Кузнецов Р.С., Чипулис В.П. Анализ работы средств регулирования и дистанционное управление процессами теплоснабжения // В сборнике: системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM -2013)Труды 13-й международной конференции. Под редакцией Е.И. Артамонова. 2013. С. 140-144.

2. Волошин Е.В. Анализ и разработка программных средств мониторинга и диспетчеризации для регулятора тепловой энергии DANFOSS ECL 210/310 // Промышленные АСУ и контроллеры. 2013. № 8. С. 5157.

3. Kuznetsov R., Chipulis V. Monitoring and automatic control for heating system of the plant // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2014. Т. 279 LNEE. С. 7-12.

4. Виноградов А.Н. Применение информационных технологий в управлении процессами потребления тепловой энергии объектами ЖКХ // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 263-265.

5. Виноградов А.Н. Опыт применения энергосберегающих технологий на объектах теплопотребления и анализ их эффективности // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С.

160-161.

6. Чипулис В.П. Оценка эффективности регулирования теплопотребления с использованием архивной информации приборов учета тепловой энергии // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 2. С. 273-277.

7. Чипулис В.П. Сравнительная оценка режимов регулирования теплопотребления // Измерительная техника. 2014. № 9. С. 32-38.

8. Чипулис В.П. Об аудите приборного учета тепловой энергии // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 96-99.

9. Чипулис В.П. Диагностирование кратных дефектов объектов теплоэнергетики // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2007. Т. 1. С. 59-61.

10. Гришко А.К. Анализ и оптимизация траектории поведения системы на основе прогнозирующего управления / А.К. Гришко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 1. С. 291-292.

11. Kuznetsov R.S. Diagnostic application in the heat-power engineering // First Russia and Pacific Conference on Computer Technology and Applications. - Vladivostok, Russia, 6 - 9 September, 2010. - P. 291-293.

УДК 681.51

Диго Г.Б., Диго Н.Б.

ФГБУН «Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской Академии наук» (ИАПУ ДВО РАН), Владивосток, Россия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАПАЗОНОВ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НАСТРОЙКИ ТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

Рассматривается один из важных вопросов, возникающих при проектировании технических устройств с элементами настройки, — выбор необходимых диапазонов изменения параметров, обеспечивающих настройку и регулировку. Выдвигаются требования к свойствам искомых диапазонов. Излагается подход к решению формализованной задачи выбора искомых диапазонов как оптимизационной задачи, и обсуждаются возможные пути сокращения возникающих при этом временных затрат. Предлагается применение некоторых аспектов технологии распараллеливания. Анализируется вариант устройства с одним настраиваемым параметром.

Ключевые слова:

настроечные параметры, настроечный ресурс, оптимизационная задача, диапазон изменения параметра.

Введение

Проблеме проектирования технических систем и устройств с учетом возможных параметрических отклонений, вызываемых различными дестабилизирующими факторами стохастического характера и влияющих на показатели их качества, по-прежнему уделяется большое внимание. Одним из способов управления качеством и надежностью таких объектов, и в частности радиоэлектронных устройств и непрерывных технологических процессов, являются настройка и регулировка их параметров. Настройка позволяет компенсировать отклонения параметров технических объектов от расчетных значений, вызванные наличием производственных (технологических) разбросов, нестабильностью параметров, изменениями внешних условий и других воздействий.

Поскольку теоретические аспекты синтеза настраиваемых объектов все еще недостаточно разработаны, остаются актуальными такие проблемы, как выбор совокупности настроечных параметров и диапазонов их изменения, выбор стратегии настройки. При выборе диапазона изменения настроечных параметров одним из вариантов может быть использование значений из области их физической реализуемости. Это с одной стороны позволяет выявить потенциальные возможности рассматриваемой совокупности настраиваемых параметров. Но с другой стороны это будут избыточно широкие диапазоны изменения, которые могут вызвать неоправданное увеличение крутизны регулировки выходных переменных в области их допустимых значений, что нежелательно в реальных условиях, особенно настройке высокоточных устройств. В то же время приходится учитывать, что слишком узкие пределы изменения настроечных параметров могут уменьшать настроечный ресурс конкретной их совокупности по сравнению с потенциально возможным ресурсом. Поэтому можно говорить о необходимости определения диапазонов изменения настроечных параметров, являющихся минимальными пределами их изменения и гарантирующих обеспечение достижимой настраиваемости при любых возможных изменениях ненастраиваемых параметров.

В докладе рассматривается проблема выбора диапазонов изменения настроечных параметров, оптимальных с точки зрения их минимальной необходимости и максимальной целесообразности.

Выбор диапазона изменения параметров настройки

Пусть X = (Хц, Х2Хп) - вектор параметров элементов (внутренних параметров) технического устройства и пусть заданы условия и ограничения, накладываемые на их возможные изменения (например, условия физической реализуемости, ограничения на возможные производственные и эксплуатационные отклонения параметров). Пусть, кроме того, известны прямые ограничения

Х ^ 0,1 = 1, п ,

< Xi < Xi m

подпространств En = R  S , R ПS = 0 , тогда элементы подпространства R будут ортогональны элементам подпространства 5, каждое из них будет ортогональным дополнением другого, а размерность

dim En = dim R + dim S . Подпространство R состоит из векторов размерности k с настроечными компонентами Г = (/j,...,Vfc) GR , а подпространство 5

имеет соответственно размерность (n-k) и содержит векторы с ненастраиваемыми компонентами. В таких условиях настройка компонентов настроечного вектора

сводится к изменению значений

гк ,

преобразующему вектор X = (х, + г) € П \ Пх в скорректированный вектор, имеющий вид [3,4]

а согласно [4,5] вектор х настраиваем с помощью К, если существует такой вектор гeR , что

(х, + г)еПсПх .

Предположим, что выбрана совокупность настроечных параметров, являющаяся компонентами вектора Г = Гк) € R , а техническое устройство описывается моделью у=у(х, г) . Придерживаясь терминологии, введенной в [6], рассматриваем две категории диапазонов изменения параметров

настройки Ь± , I =1,к , - минимально необходимые

ЬI и максимально целесообразные Ь+ , обладающих некоторыми свойствами оптимальности.

Пусть область работоспособности Пх замкнута, тогда для нахождения диапазонов изменения настроечных параметров предлагается использовать описанный л-мерный параллелепипед Б0 , имеющий грани, параллельные соответствующим осям координат и касающиеся его границ. Тогда выбор

диапазонов Li

ь;

сводится к нахождению границ

k-мерных ортогональных параллелепипедов Fm

Г •

1 min

г,

:{R / G L},

= 1, к ,

= 1, к .

Fmin = {R ri G Li К

Это, в свою очередь, дает возможность нахо-LL и L

дить границы интервалов

для каждого

•^i min — i i max'

на внутренние параметры, образующие в ортогональной системе координат допустимую область в виде n-мерного параллелепипеда допусков.

Они задают в пространстве параметров некоторую область возможных значений внутренних параметров D G En , которой должен принадлежать вектор x. Предположим, что задана область работоспособности Dx (множество значений внутренних параметров, для которых выполняются условия работоспособности) [1]. В случае выполнения условия D ^ Dx объект находится в работоспособном состоянии, и настройка не требуется до тех пор, пока некоторые x G D не окажутся вне области работоспособности Dx , то есть для них будет выполняться условие XGD \Dx [2]. В такой ситуации, исходя из имеющейся априорной информации (например, технической документации), выделяем параметры /,...,Гк , с помощью которых можно будет настраивать объект. Пространство внутренних па-

параметра настройки г± независимо от остальных, но с учетом изменения как регулируемых, так и нерегулируемых параметров.

Из проведенного анализа следует, что если перейти от диапазонов изменения ?!,..., Гк к более

узким интервалам Ь , уменьшение которых с любой

стороны приведет к невозможности настройки объекта при некоторых х± из (1), настраиваемость этих параметров и реальное значение настроечного ресурса [6] сохранятся. Очевидно, что переход к уменьшенным диапазонам, особенно к существенно отличающимся от исходных, всегда предпочтителен.

Границы минимально необходимых Li

и макси-

мально целесообразных Ь диапазонов определяются в результате решения ряда оптимизационных задач. При этом найденные решения должны принадлежать границе области В, описание которой обычно отсутствует. Поскольку в таких условиях решение поставленных оптимизационных задач может быть получено только алгоритмически поисковыми методами, предлагается использовать алгоритмы построения описанных л-мерных параллелепипедов, изложенные в [7,8]. Они даже при небольшом числе параметров требуют больших временных затрат, поэтому для их уменьшения в процессе вычислений

раметров

En

представляем в виде прямой суммы

xs + Г G Dx ,

x

и

и

предлагается использовать многовариантную технологию путем организации на многопроцессорных компьютерах параллельных вычислительных потоков для одновременного проведения расчетов по разным настраиваемым параметрам. В качестве главного критерия качества распараллеливания вычислений рассматривается сокращение общего времени решения и, кроме того, учитывается зависимость возможности распараллеливания от количества имеющихся процессоров (ограничения на число вариантов). Распараллеливание базируется на декомпозиции последовательного алгоритма вычислений, а единицей параллелизма является однократный расчет по каждому из вариантов. Из возможных вариантов распараллеливания по данным предлагается простейший, отличающийся алгоритмической простотой и не требующий в ходе решения обмена информацией между процессорами. Несмотря на такие недостатки как невозможность подключать простаивающие процессоры и разгружать занятые при асинхронном времени расчета из-за автономного владения информацией и отсутствия обмена нею, такой вариант является предпочтительным из-за отсутствия передачи данных от одного процессора к другому, что ускоряет процесс вычислений

больше, чем пошаговый обмен информацией между ними.

Предлагаемый подход к определению диапазонов параметров настройки технических устройств рассматривается для технического устройства с одним настроечным и одним нерегулируемым параметрами.

Заключение

Рассмотрен один из важных вопросов, возникающих при проектировании технических устройств с элементами настройки, - выбор необходимых диапазонов изменения параметров, обеспечивающих настройку и регулировку. Предложен подход к решению поставленных оптимизационных задач и рекомендации по созданию программно-алгоритмических средств ее решения, ориентированных на использование технологии параллельных вычислений [9,10] . Показано, что основная проблема при практической реализации рассматриваемых задач состоит в высокой вычислительной трудоемкости. Преодолевать возникающие трудности и сокращать временные затраты удается с помощью применения технологий многовариантного анализа, параллельных и распределенных вычислений.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта РФФИ, проект №14-08-00149 А.

ЛИТЕРАТУРА

1. Абрамов О.В. Возможности и перспективы функционально-параметрического направления теории надежности // Информатика и системы управления. 2014. № 4(42). С. 64-77.

2. Абрамов О.В. Выбор минимальной совокупности настроечных параметров // Информатика и системы управления. 2015. № 2(44). С. 23-32.

3. Диго Г.Б., Диго Н.Б. Выбор настроечных параметров при синтезе технических систем и устройств // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество» в 2-х томах.- Пенза: ПГУ, 2014. - 1 том. С. 6-8.

4. Диго Г.Б., Диго Н.Б. Выбор оптимальной совокупности настроечных параметров технических объектов // Вестник ТТГУ. 2014. Том 20. №4. С. 708-712.

5. Абрамов О.В. Некоторые вопросы синтеза настраиваемых систем // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество» в 2-х томах.- Пенза: ПГУ, 2014. - 1 том. С. 78-80.

6. Абрамов О.В., Инберг С.П. Параметрический синтез настраиваемых технических систем. М.: Наука, 1986.

7. Абрамов О.В., Назаров Д.А. Программно-алгоритмический комплекс построения, анализа и использования областей работоспособности// Информационные технологии и вычислительные системы. -2015. - № 2. - С. 16-26.

8. Назаров Д.А. Использование областей работоспособности для оптимального выбора номиналов параметров // Информатика и системы управления. - 2011.- № 2. - С. 59-69

9. Аноп М.Ф., Катуева Я.В. Параллельные модификации алгоритма оценки вероятности успешной настройки технических объектов // Информационные технологии и высокопроизводительные вычисления: материалы III всероссийской науч.-практ. конф., Хабаровск, 30 июня - 4 июля 2015 г. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан.гос.ун-та, 2015. С. 8-11.

10. Абрамов О.В. Решение задач оптимального параметрического синтеза на многопроцессорных вычислительных системах // Информационные технологии и высокопроизводительные вычисления: материалы III всероссийской науч.-практ. конф., Хабаровск, 30 июня - 4 июля 2015 г. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан.гос.ун-та, 2015. С. 3-7.

УДК 681.2.084

Ермаков1 Р.В., Калихман2 Д.М., Львов2 А.А.

1ОАО «Конструкторское бюро промышленной автоматики», Саратов, Россия,

2ФГБОУ ВО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.», Саратов, Россия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИГАУССОВСКОЙ АППРОКСИМАЦИИ ДЛЯ ОПИСАНИЯ СВОЙСТВ ПОГРЕШНОСТЕЙ ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УГЛА

Рассматриваются статистические особенности распределения погрешности оптического датчика угла. На основе анализа экспериментальных данных показано, что это распределение может быть описано полигауссовским законом. Ключевые слова:

бесконтактный оптический датчик угла, погрешность измерения угла, нормальное распределение, полигауссовское распределение, аппроксимация, идентификация..

Высокоточные бесконтактные оптические датчики угла (энкодеры) получили широкое распространение в различных областях техники. Область их применения охватывает машиностроение, метрологию, другие отрасли, в которых существует необходимость в точном измерении угла. Точность современных оптических датчиков угла достигает единиц-десятых долей угловой секунды [1], [6]. Работа посвящена исследованию статистических свойств погрешности оптического датчика угла на основе экспериментальных данных. Исследовался оптический датчик на основе кольца REXM диаметром 200мм и считывающих головок Signum, серийно выпускаемых фирмой Renishaw. Датчик установлен в поворотный стол, конструкция которого описана в [2], [3].

Для измерения погрешности оптического датчика угла использовалась стандартная методика с применением эталонной многогранной призмы и автоколлиматора. Как правило, для обеспечения достоверности результатов измерений процедура измерения углов эталонной призмы производится несколько раз. При этом вращение поворотного стола осуществляется попеременно по и против часовой стрелки.

Результаты измерений погрешности представлены на рис. 1. Видно, что параметры распределения погрешности измерения оптического датчика угла зависят от угла и для углов, лежащих в диапазоне 120° - 240° ярко выражены два пика значений погрешности, вокруг которых группируются экспериментальные данные.