Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность работы судового энергетического комплекса и промыслового судна в целом в значительной мере зависит от адекватности выбора режимов работы двигателя, движителя и траловой лебедки.
Испытания комплекса, проводимые ранее, основывались на однофакторном подходе к эксперименту; результатом таких испытаний было множество отдельных не связанных между собой статических характеристик. При таком подходе к эксперименту не ставилась и не могла быть поставлена задача построения математических моделей судового комплекса (СК) для выбора оптимальных режимов работы его элементов. Отсутствие статистической обработки результатов приводило к их не всегда корректному свободному толкованию.
Актуальность проблемы состоит в необходимости повышения качества промысловых испытаний комплекса за счет введения в практику испытаний активного многофакторного эксперимента, предполагающего построение математической модели, ее полную статистическую обработку, включая проверку значимости коэффициентов и адекватности модели экспериментальным данным, геометрическую и физическую интерпретацию результатов.
Несмотря на наглядность графического представления взаимосвязей между отдельными параметрами рассматриваемого судового комплекса, полный их анализ, а также определение оптимальных режимов работы элементов комплекса невозможны без выполнения модельных экспериментов на ЭВМ. В связи с этим становится актуальным построение математических моделей рассматриваемого судового комплекса, удобных
не только для анализа режимов работы, но и для выбора оптимальных управляющих воздействий на его элементы. Последнее стало возможным благодаря новому методу преобразования математических моделей, полученных экспериментальным путем.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методов построения математических моделей СК для управления судном с помощью ЭВМ.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие основные задачи:
– выбраны факторы, отвечающие требованиям активного эксперимента;
– выбраны планы экспериментов и разработана методика натурных испытаний СК с последующей статистической обработкой результатов;
– разработана методика математического описания ранее полученных статических характеристик отдельных элементов комплекса с целью сокращения экспериментальных исследований элементов комплекса "судно – трал";
– разработана методика обратного преобразования полных полиномиальных моделей с целью получения управляющих воздействий на элементы комплекса;
– разработана методика поиска оптимальных параметров элементов СК;
– разработано программное обеспечение для ЭВМ, выполняющей роль советчика судоводителя.
Научная новизна. Впервые испытан сложный судовой комплекс "судно – трал" методами планирования активного эксперимента; выбраны и обоснованы факторы, отвечающие требованиям многофакторного планирования активного эксперимента;
построены математические модели, учитывающие технические особенности работы комплекса "судно – двигатель – движитель – траловая лебедка – трал";
впервые разработаны новые методы преобразования полиномиальных моделей, позволяющие определять оптимальные управляющие воздействия на элементы СК;
разработана методика оптимальной настройки многоконтурных систем в динамическом режиме.
Практическая значимость. Практическим результатом диссертационной работы явились разработка методики математического описания сложных статических характеристик, ставшая составной частью Руководящего технического материала по проектированию комплексных систем управления и контроля средних добывающих судов (ВНТИЦ,
инв. № Б750542, гл. 4); разработка отраслевой методики проведения и обработки результатов испытаний комплекса "судно – двигатель – движитель – траловая лебедка – трал"; разработка методики оптимальной настройки многоконтурной системы управления элементами СК в динамическом режиме работы. Методика проведения и обработки результатов испытаний комплекса "судно – трал" утверждена начальником Управления эксплуатации флота и портов в качестве отраслевой и используется на промысловых судах различных типов: СРТ-М, ПСТ, БМРТ, БАТ. Методика позволяет сократить объем испытательных работ на 30 %, трудозатраты на обработку материалов испытаний снизить шестикратно. Проведение испытаний и обработка результатов по данной методике дали возможность построить математические модели и универсальные статические характеристики комплекса и тем самым существенно повысить качество испытаний в целом. Методика построения математических моделей СК и оптимизация параметров с использованием методов планирования активного эксперимента (МПАЭ) используется в учебном процессе при подготовке морских инженеров. Практическая значимость методики подтверждается актами об использовании результатов диссертационной работы.
Разработанные программы частично освобождают судоводителя
от работы по управлению судном в режиме траления, что будет способствовать повышению безопасности мореплавания.
Основные результаты, выносимые на защиту:
1. Выбраны факторы и планы эксперимента для натурных испытаний судового комплекса и получения математических моделей по результатам обработки априорной информации.
2. Разработана методика построения математических моделей по априорной информации.
3. Разработана методика проведения натурных испытаний и построения математических моделей СК по их результатам.
4. Построены в качестве примера математические модели комплекса "судно – трал" в режиме свободного хода и в режиме траления; проведена их графическая и физическая интерпретация.
5. Разработан метод преобразования исходных полиномиальных моделей в модели, удобные для управления СК.
6. Составлены программы построения математических моделей по результатам планирования активного эксперимента и их статистической обработки для ЭВМ.
7. Предложена методика выбора оптимальных параметров элементов СК.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались
на семинаре Научно-технического общества им. акад. А.Н. Крылова
"Применение методов планирования экспериментов в судовой энергетике" (Ленинград, 1979); Межотраслевой научно-технической конференции (Ленинград, 1978); координационном совещании "Автоматизированные системы морских судов и портовых устройств" (Одесса, 1978); Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава
(г. Мурманск, 1979); семинаре "Применение методов планирования экспериментов в судовой энергетике" НТО им. акад. А.Н. Крылова (1979); ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподаватель-ского состава МГТУ.
Публикации. Основные результаты работы автора в направлении исследования опубликованы в восьми работах, в том числе в семи статьях и одной главе учебника [2].
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Список литературы содержит 97 наименований. В работе представлены 29 рисунков и 40 таблица. Объем диссертации 120 с.
Похожие диссертации на Построение математических моделей судовых комплексов на примере комплекса "судно-трал" с использованием методов планирования активного эксперимента
