Математические модели функционирования фитосанитарной технологической системы картофелепосадочной машины как объекта контроля и управления дозированием рабочей жидкости

подсистем энергетических объектов. При этом на каждом уровне следует проводить верификацию параметров, структуры и алгоритмов функционирования элементов и подсистем, обеспечивая тем самым построение оптимального процесса инжиниринга.

Литература

1. Теланов Ю.Ф., Федоров И.Г. Инжиниринг предприятия и управление бизнес-процессами. М.: Юнити-Дана, 2015. - 207с.

2. Кондратьев В.В., Лоренц В.Я. Даешь инжиниринг. - М.: Эксмо, 2005. - 272с.

3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учеб. для вузов. - 6-е изд. - М.: Высшая школа, 1999. -576с.

4. Ракутько С.А. Принятие энергосберегающих проектных решений как обязательная компетентность выпускников технических вузов // Инженерное образование. - 2009. - №5. -С. 72-77.

5. Беззубцева М.М., Гулин С.В., Пиркин А.Г. Энергетический менеджмент и энергосервис в аграрном секторе экономики: Учебное пособие. СПбГАУ, СПб., 2014. - 186с.

УДК 631.171 Доктор техн. наук В.А. СМЕЛИК

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ФИТОСАНИТАРНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КАРТОФЕЛЕПОСАДОЧНОЙ МАШИНЫ КАК ОБЪЕКТА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДОЗИРОВАНИЕМ

РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ

Картофелепосадочная машина, приспособление для протравливания, фитосанитарная технологическая система, дозирование пестицидов, математическая модель

Фитосанитарная технологическая система, входящая в технологический комплекс картофелепосадочной машины, состоит из двух подсистем, выполняющих обработку жидкими пестицидами клубней картофеля, а также семенного ложа и почвы в гребне с помощью дополнительных приспособлений: мобильного протравливателя и внутрипочвенного опрыскивателя. Повысить точность и безопасность функционирования этих подсистем, снизить техногенную нагрузку на окружающую среду возможно с помощью оснащения посадочного машинно-тракторного агрегата комплексной автоматизированной системой контроля и управления качеством, включающей также средства мониторинга опасных и вредных химических факторов в ходе выполнения технологического процесса. Создание такой системы требует проведения специальных экспериментальных исследований, в том числе натурных, с целью получения математических моделей объекта контроля и управления, которые используются для выбора и обоснования рациональных параметров разрабатываемых устройств автоматизации.

Модели функционирования дозирующих устройств рассматриваемых подсистем как объектов контроля и управления имеют много общего. Поэтому при создании устройств автоматизированного контроля и управления функционирования фитосанитарной технологической системы ограничимся рассмотрением подсистемы, техническое оснащение которой составляет мобильный протравливатель клубней картофеля (рис.) [1].

Рис. Функциональная схема автоматизированной системы контроля и управления качеством дозирования рабочей жидкости мобильного протравливателя картофеля

С помощью такой системы в режиме реального времени обеспечивается мониторинг опасных и вредных химических факторов, показателем которых является расход рабочей жидкости; оперативная оценка состояния объекта контроля и управления, а также осуществление поднастройки в случае нарушения правильности его функционирования. Специфика функционирования анализируемой фитосанитарной технологической подсистемы заключается в том, что дозирование рабочей жидкости происходит одновременно с дозированием клубней картофеля, осуществляемого основной технологической системой картофелепосадочной машины - посадочной. Учитывая это, в функциональную схему включены как элементы дозирующего устройства препарата ДП, так и элементы дозирующего устройства картофеля ДК. Рассмотрим совместное функционирование этих объектов. При движении посадочного агрегата по полю элемент 1, представляющий собой приводной механизм, преобразует входное воздействие - скорость машины в частоту вращения приводного вала пп(€) посадочного аппарата, при этом

возмущающим воздействием на элемент 1 будет скольжение приводных колес. Элемент

2 в этой схеме представляет передаточный механизм, преобразующий частоту вращения вала привода пп(€) в частоту вращения вала посадочного аппарата. Настройка элемента 2 представляет собой передаточное отношение Н^, выбранное в соответствии с установленной густотой посадки клубней картофеля. Посадочный аппарат - элемент 3 функциональной схемы создает дозированный поток клубней qк(t). Возмущающим воздействием на элемент

3 будет уровень клубней в приемном ковше посадочного аппарата. Поток клубней qк(t) поступает в камеру протравливания приспособления, которая представляет собой внутреннюю полость сошника, отмеченную на схеме элементом 4. В нее с помощью вмонтированного распылительного устройства осуществляется подача препарата для обработки клубней картофеля.

Одновременно с формированием необходимого потока картофеля Цк(£) происходит дозирование рабочей жидкости мобильным протравливателем. С этой целью гидрообъемный привод, представленный на схеме элементом 5 с частотой вращения вала гидромотора приводит в действие вал насоса - элемент 6 на схеме. На входе элемента 6 создается поток рабочей жидкости со скоростью , который подается к элементу 7, представляющему собой собственно дозирующее устройство, которое включает регулятор давления с электроуправляемым клапаном и распылительное устройство. На выходе элемента 7 формируется поток рабочей жидкости qж(t) . Настройками дозирующего устройства являются давление Нр рабочей жидкости и размер выходного отверстия распылителей Н3. Поток рабочей жидкости qж(t) с заданными параметрами, обусловленными количеством подаваемого семенного материала, поступает в камеру протравливания 4 для обработки поступающих в нее клубней картофеля. Выходной параметр qж(t) при дозировании препарата легко поддается измерению. Эффективность протравливания посадочного материала П(^ зависит от степени и равномерности покрытия поверхности клубней препаратом, которая находится в прямой зависимости от удельного расхода препарата [2]. Поэтому расход препарата является наиболее информативным параметром,

характеризующим качество функционирования рассматриваемой подсистемы фитосанитарной технологической системы картофелепосадочной машины.

Автоматизированная система контроля и управления АСКУ выполнена на базе бортовой компьютерной системы посадочного машинно-тракторного агрегата. Устройство в виде статистического анализатора системы контроля и управления, отмеченное на функциональной схеме элементом 12. Оно устанавливается на посадочной машине и выполнено в виде локального периферийного контроллера, сообщающегося по стандартизированному интерфейсу с бортовым тракторным компьютером, представленным на схеме элементом 13. Для мониторинга качества функционирования рассматриваемой подсистемы используются первичные измерители выходных реакций объекта в виде датчиков расхода клубней картофеля 8 и рабочей жидкости 9, а также входного воздействия - скорости перемещения агрегата по полю 10. Информация, поступающая от датчиков, подвергается обработке с целью повышения точности измерения и преобразования сигналов к стандартной форме в блоке, представляющем на схеме элемент 11. Преобразованные сигналы поступают в блок 12, где производится вычисление оценок параметров и показателей качества функционирования объекта контроля, а также сравнение их с допустимыми значениями, принятыми в качестве нормы.

Методология автоматизированного контроля качества дозирования рабочей жидкости, заложенная в работе статистического анализатора 12, отражена в трудах [3,4]. Статистический анализатор 12 согласно логической схеме принятия решений вырабатывает выходной сигнал Z: информационный - человеку-оператору или управляющий -автоматическому устройству. В случае нарушения правильности функционирования объекта по сигналу Z поднастройщиком 14 вводится корректирующее воздействие ^ необходимое для восстановления требуемого качества работы рассматриваемой подсистемы.

Согласно функциональной схеме, приведенной на рисунке модели функционирования фитосанитарной технологической подсистемы картофелепосадочной машины, при дозировании рабочей жидкости в процессе протравливания клубней будем рассматривать в терминалах «вход»-«выход» по следующим каналам связи: пн(1) - qж(t); пи(1) - qк(t).

Построение математических моделей по отмеченным каналам связи проводилось методом статистической идентификации [5,6] по информации, полученной в результате натурных экспериментов картофелепосадочной машины, оборудованной мобильным протравливателем. Линейная связь между случайными процессами на входе и выходе рассматриваемых моделей, подтвержденная экспериментальными исследованиями, позволяет определять оценки операторов в классе линейных моделей. В качестве таких

моделей было принято использовать уравнение регрессии mqin реализации выходной переменной q(t) относительно фиксированных уровней щ входной реализации n(t) , которое имеет вид [7]: mqin = а + Ъ • щ. Идентификация при этом сводится к определению наиболее вероятных значений коэффициентов а и Ь.

В результате натурного эксперимента в полевых условиях получены п пар синхронных записей входных и выходных процессов рассматриваемых моделей. На основании этой экспериментальной информации установлены п частных операторов моделей в виде уравнений регрессии, которые и представляют собой описание фитосанитарной технологической системы при дозировании рабочей жидкости в процессе протравливания клубней картофеля. Совокупности коэффициентов соответствующих уравнений регрессии рассматривались как реализации случайных величин, и для них были рассчитаны средние значения m, средние квадратические отклонения а, коэффициенты вариации V,%, а также определены границы 95-ти процентных доверительных интервалов. Данные расчетов показаны в таблице.

Таблица. Оценки числовых характеристик коэффициентов уравнений регрессии моделей функционирования фитосанитарной технологической системы

Модели Pqn коэффициенты m а V,% Доверительные интервалы

nH(t) - ЧжЮ 0,68 а 6,17 0,75 12,1 8,41 - 3,95

Ь 0,12 0,03 25,7 0,03 - 0,19

0,78 а 1,94 0,14 7,2 1,88 - 2,00

Ь 0,18 0,03 16,7 0,15 - 0,28

После вычисления статистик этих случайных величин получаем оценку функции регрессии по каналам связи пн(Ь) - и пп(Ь) - со средними значениями

коэффициентов = та + ть • п.

Степень адекватности полученных линейных моделей, рассчитанная как квадрат коэффициента взаимной корреляции , составляет 0,46 и 0,61 соответственно.

Л и т е р а т у р а

1. Смелик В.А., Теплинский О.И. Анализ технологического процесса мобильного протравливателя семенного картофеля как объекта контроля и управления // Технологии и средства механизации сельского хозяйства: Сб. науч. тр. / СПбГАУ. - СПб., 2006. - С. 106110.

2. Степук Л.Я. Машины для применения средств химизации в земледелии: конструкция, расчет, регулировки: Учеб. пособие / Л. Я. Степук, В. Н. Дашков, В. Р. Петровец. - Минск.: Дикта, 2006. - 447 с.

3. Смелик В.А., Теплинский И.З., Первухина О.Н., Теплинский О.И. Методология

4. оперативной оценки состояния технологической системы при выполнении работ по химизации в сельскохозяйственной производственной среде // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - №40. - С. 274-280.

5. Теплинский И.З. Контроль и управление мобильными машинами химизации // Сельский механизатор. - 2004. - № 11. - С. 6-8.

6. Сельскохозяйственные машины / А. Б. Лурье, В. Г. Еникеев, ИЗ. Теплинский, В.А. Смелик. / СПБГАУ - СПб., 1988 - 366 с.

7. Смелик В.А. Технологическая надежность сельскохозяйственных агрегатов и средства ее обеспечения. - Ярославль, 1999. - 230 с.

8. Лурье А.Б., Еникеев В.Г., Теплинский И.З. Курсовое и дипломное проектирование по сельскохозяйственным и мелиоративным машинам. - Л.: Агропромиздат, 1991. -224 с.