Математическое моделирование и управление процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа

• Автор: Толстошеин, Сергей Серафимович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 179 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И АББРЕВИАТУРЫ.

ВВЕДЕНИЕ.
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В ОБЛАСТИ ТЕХНОЛОГИИ, МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АДСОРБЦИИ В СИСТЕМАХ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Системы жизнеобеспечения в замкнутых объемах

1.2. Математическое моделирование циклических адсорбционных процессов

1.3. Системы управления циклическими адсорбционными процессами

1.4. Цель и задачи исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИОННОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

2.1. Анализ технологической схемы процесса.

2.2. Модульное математическое описание подсистем в системе адсорбционного концентрирования углекислого газа.
2.2.1. Модуль Адсорбер.
2.2.2. Модули Обитаемая среда, Система энергоснабжения, Вентилятор.
2.2.3. Модули Система управления, Парогенератор, Система клапанов.
2.3. Взаимосвязь модулей математического описания подсистем
Выводы по второй главе.
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА АДСОРБЦИОННОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА
3.1. Алгоритм решения уравнений математического описания модуля Адсорбер.
3.2. Параметрическая идентификация математической модели процесса.
3.3. Математическое моделирование процесса и анализ полученных
результатов
Выводы по.третьей главе
4. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АДСОРБЦИОННОГО
КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА.
4.1 Анализ процесса как объекта управления.
4.2. Классификация режимов функционирования установки и задач управления технологическим процессом
4.3. Принятые допущения и формализация ограничений в задачах управления технологическим процессом
4.4. Построение системы управления технологическим процессом
4.4.1. Формализованная постановка задачи управления и ее де
композиция на внутреннюю и внешнюю задачи.
4.4.2 Выбор целесообразной системы управления
4.4.3. Алгоритмы решения внутренней и внешней задач управления.
4.4.4 Структурная и функциональная схемы системы управления
4.5. Имитационное исследование функционирования системы управления процессом
Выводы по четвертой главе
5. ТРЕНАЖЕРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЭКИПАЖА,
АВТОНОМНО РАБОТАЮЩЕГО В ЗАМКНУТЫХ ОБЪЕМАХ
ДЛИТЕЛЬНОЕ ВРЕМЯ
5.1. Алгоритм функционирования тренажерного комплекса.
5.2. Технические и программные средства тренажерного комплекса .
5.3. Интерфейс тренажерного комплекса.
Выводы по пятой главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Формулируется и решается задача энергосберегающего управления процессом концентрирования углекислого газа в СЖО экипажа, работающего длительное время;в замкнутом объеме, с учетом возможности существования различных режимов функционирования концентратора. Алгоритм ее-решения состоит в том, что исходная задача декомпозируется на внешнюю1 и внутреннюю задачи, для каждой из которых имеется свой алгоритм решения. Проведены имитационные исследования функционирования системы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа в, различных режимах функционирования концентратора. В пятой главе «Тренажерный комплекс для подготовки экипажа, автономно работающего в замкнутых объемах длительное время» разрабатывается алгоритм функционирования этого комплекса, использующий ранее полученные математические модели и алгоритмы управления процессом адсорбционного концентрирования углекислого газа. В качестве инструментария для разработки тренажерного комплекса предлагается программный пакет «КРУГ-». Строится программный модуль, выполняющий имитацию обитаемой среды, расчет математической модели процесса адсорбционного концентрирования углекислого газа, решение задач управления процессом, имитацию аварийных ситуаций. Определяется структура технических и программных средств, а также разрабатывается интерфейс тренажерного комплекса. В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационного исследования. В приложениях представлен вспомогательный материал, необходимый для более глубокого и правильного понимания отдельных положений, высказанных в основном тексте диссертации. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ В ОБЛАСТИ ТЕХНОЛОГИИ, МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ АДСОРБЦИИ В СИСТЕМАХ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ. Как было отмечено во-введении, проблематика, связанная, с. При этом особое внимание уделяется разработке систем, функционирующих по замкнутому циклу и использующих циклические адсорбционные процессы. Как известно, в систему жизнеобеспечения входит комплекс технических средств (устройств, агрегатов и запасов веществ), обеспечивающих необходимые условия жизнедеятельности человека в замкнутом объеме. Поскольку организм человека сохраняет жизнедеятельность лишь в пределах небольших отклонений от нормальных наземных условий, то функция система жизнеобеспечения заключается в создании в замкнутом объеме для человека условий жизнедеятельности и функционирования, близких к имеющимся на земле. Необходимость в технических средствах обеспечения жизнедеятельности человека существенно возрастает с увеличением продолжительности нахождения его в замкнутом объеме, а именно эта тенденция в настоящее время является определяющей. Важнейшим аспектом обеспечения длительного пребывания человека в замкнутом пространстве является его нормальное дыхание. Наиболее перспективной технологией, обеспечивающей дыхание человека, является технология, использующая циклические адсорбционные процессы концентрирования углекислого газа. При этом использование традиционных алгоритмов управления, процессами, протекающими в системе обеспечения дыхания человека, когда поддерживается. Это становится весьма критичным при длительном автономном, пребывании человека в замкнутом пространстве. Поэтому и возникает необходимость совершенствования системы управления циклическими адсорбционными процессами концентрирования углекислого газа, которое направлено на обеспечение управления, в смысле минимизации энергопотребления, поскольку последние при длительном автономном пребывании невосполнимы. Первые системы жизнеобеспечения (СЖО) человека появились в конце -х - начале -х г. В этих системах разомкнутого типа задача поддержания физиологических норм дыхания живых существ и человека решалась на расходуемой основе, т. При этом газы находились в газообразном, жидком или химически связанном состоянии и подавались в среду обитания по мере уменьшения их концентрации в объеме. Поглощение продуктов жизнедеятельности (углекислого газа, влаги, вредных примесей) осуществлялось безвозвратно специальными поглотителями [1,2]. Дальнейший этап развития СЖО связан с началом освоения человеком космического пространства. Именно в конце -х - начале -х г.