Разработка и исследование алгоритмов управления жалюзийными экранами в условиях естественного освещения

• Автор: Донцов, Венедикт Михайлович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Введение.
1 Анализ процесса облучения на заводахавтоматах по производству плодоовощной продукции

1.1 Общие замечания

1.2 Определение облучнности объектов облучения

1.3 Световое облучение и продукционный процесс растений

1.4 Температурный режим сооружений.

1.5 Автоматизированное управление параметрами микроклимата.

1.6 Управление микроклиматом посредством жалюзийных экранов

1.7 Выводы.

2 Имитационная модель процесса облучения

2.1 Общие замечания

2.2 Построение имитационной модели.
2.3 0раничения, принятые при построении модели
2.4 Актуализация модели процесса облучения.
2.5 Экспериментальное исследование качества имитационной модели.
2.6 Выводы.
3 Экспериментальное исследование системы автоматического управления жалюзийным узкополосным экраном
3.1 Общие замечания
3.2 Цели и задачи исследования САУЖУЭ
3.3 Постановка эксперимента
3.4 Результаты экспериментальных исследований
3.5 Анализ результатов экспериментального исследования САУЖУЭ.
3.6 Выводы
Заключение.
Приложение А.
Приложение Б.
Приложение В.
Приложение Г.
Приложение Д.
Приложение Е.
Обозначения, принятые в тексте
Таблица Обозначения, принятые в тексте.
Обозначение Размерность Описание
1 араметры модели теплообмена
вс Втм2 Плотность теплового потока, поступающего в сооружение
в,г Втм2 Плотность теплового потока, поступающего в сооружение за счт солнечного излучения
0 Вт1м2С Коэффициент теплопередачи
н С Температура наружного воздуха
1 С Температура воздуха внутри сооружения
Параметры модели системы автоматического управления жалюзийиым узкополосным экраном
, Втм2 Плотность потока естественного солнечного излучения
Втм2 Плотность потока искусственного излучения
Е Втм2 Облученность объекта облучения
тв С Сигнал датчика температуры в помещении
Е2,, Еа Втм2 Сигналы датчиков облучнности объекта облучения
Бы Втм2 Сигналы датчика внешней облучнности
Приведнная чувстви тельность датчика облучнности объекта облучения в направлении 0, у в области ФАР характеристика направленности датчика.
м Количество датчиков облучнности объекта облучения.
к0,к,к2 Команды управления электроприводом жалюзийного экрана.
градус Угол поворота жалюзи
1жо секунда Интервал времени между коррекциями положения жалюзи
I Количество дискретных значений угла поворота жалюзи.
Р Количество выбранных значений угла поворота жалюзи, соответствующих нормированной к максимальной в данный момент облучнности не ниже кд,т
По,х Коэффициент допустимого снижения облучнности, применяющийся в операции повышения равномерности облучения.
Продолжение таблицы
Обозначение Размерность Описание
тяуэ секунда Время поворота жалюзи от одного крайнего положения до другого крайнего положения
Т Ш ТА секунда Время распространения света от ЖУЭ до пола сооружения
Т ДАТЧИКА секунда Время интегрирования датчика облучнности
тсп секунда Интервал корреляции случайного процесса, имитирующего динамику облачности
Параметры модели распространения солнечного излучения в атмосфере Земли
Тлш Фактор Линке
клш Коэффициент прозрачности идеальной атмосферы
са Втм2 Солнечная постоянная
МАТМ Масса атмосферы относительная длина пути солнечного излучения в атмосфере
ПРЯМ Коэффициент пересчта интегральной плотности потока прямот солнечного излучения к плотности потока в области ФАР
ГАСС Коэффициент пересчта интегральной плотности потока рассеянного атмосферой излучения к плотности потока в области ФАР
опл Коэффициент ослабления прямого солнечного излучения за счт облачности
ГАСС Коэффициент увеличения рассеянного атмосферой излучения за счт облачности и наличия снежного покрова
С, Коэффициент затенения ослабление естественного солнечного прямого и рассеянного излучения светопрозрачной кровлей сооружения
ат градус Азимут Солнца
7 градус Зенитный угол Солнца
ПРЯМ Втм2 Плотность потока прямого солнечного излучения в области ФАР
Ецрям Втм2 Плотность потока рассеянного атмосферой излучения в области ФАР
Параметры модели материала жалюзи
кОТф Коэффициент зеркального отражения излучения в области ФАР от материала жалюзи
Ф градус Угол падения потока излучения на материал жалюзи
Продолжение таблицы
Обозначение Размерность Описание
Параметры модели объекта облучения
Количество элементарных площадок при дискретном представлении объекта облучения
К Количество зон по высоте объекта облучения
ь Количество дискретных отсчтов за световой день
Я О Втм2 Средняя облучнность той элементарной площадки в ктой зоне по высоте в момент времени , в области ФАР
0 Втм2 Средняя облучнность объекта облучения в момент времени , в области ФАР
Ку Коэффициент перехода от значения освещнности з люксах к облучнности ФАР в ваттах на квадратный метр
А1 секунда Интервал дискретизации модели облучения
Джм2 Лучистая экспозиция в спектральной области ФАР Агтой зоны по высоте за световой день
б Джм2 Средняя лучистая экспозиция в спекгральной области ФАР объекта облучения за световой день
Яг Пространственная равномерность облучнности в области ФАР объекта облучения в текущий момент времени
Я Пространственная равномерность лучистой экспозиции в области ФАР объекта облучения за световой день
Параметры имитационный модели
п Количество прогонов модели
П Количество предварительных прогонов модели
П2 Максимальное количество прогонов модели
5 Джм2 Выборочное среднее лучистой экспозиции в области ФАР объекта облучения за световой день
4 ДжУм Выборочная дисперсия лучистой экспозиции в области ФАР объекга облучения за световой день
2 Джм2 Доверительный интервал оценки лучистой экспозиции в области ФАР объекта облучения за световой день
а Уровень значимости оценки лучистой экспозиции в области ФАР объекта облучения за свеговой день
Введение
Актуальность


Практическая реализация САУЖУЭ выполнялась с использованием методов теории конечных автоматов, теории наджности, теории цифровой обработки сигналов. Использовались программноаппаратные средства кросскомпиляции и отладки программного обеспечения микроконтроллеров. Предложен новый критерий оценки качества управления жалюзийным узкополосным экраном, основанный на сравнении уровня и пространственной равномерности лучистой экспозиции площади поверхности объекта облучения за световой день с уровнем и пространственной равномерностью лучистой экспозиции для тождественного объекта облучения, не оборудованного жалюзийным узкополосным экраном, при заданных ограничениях на мгновенную облучнность. Разработана имитационная модель процесса облучения, включающая модели системы автоматического управления жашозийным узкополосным экраном, объекга облучения, а также программу расчта естественной облучнности, основанную на способе трассировки лучей и отличающуюся учтом динамики облачности. Использование разработанной имитационной модели в процессе проектирования систем автоматического управления жалюзийными экранами дат возможность анализировать особенности алгоритмов управления экранами в широком диапазоне внешних условий, а также определять показатели качества облучнности объектов, оснащаемых жалюзийными экранами. С применением предложенного алгоритма функционирования САУЖУЭ разработана проектноконструкторская документация опытного образца системы автоматического регулирования облучнности растений в теплицах САРОРТ7. Проведены испытания опытного образца САРОРТ7 в экспериментальной теплице. Критерий оценки качества управления жалюзийным узкополосным экраном в условиях априорной неопределенности характеристик внешнего естественного облучения и конфигурации объекта облучения. Алгоритм функционирования системы автоматического управления жалюзийным узкополосным экраном, учитывающий динамику внешней естественной облучнности во время поискового движения и формирующий поправку по равномерности облучения. Имитационная модель процесса облучения, включающая модели объекта управления, оборудованного жалюзийным узкополосным экраном с системой автоматического управления и модель естественного облучения, учитывающая динамику облачности. Апробация и публикация результатов работы. Ii iii Ii. Проектирование и технология электронных и вычислительных систем Орловского государственного технического университета. По содержанию диссертационной работы опубликовано печатных работ, в том числе две в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных научных результатов диссертационных работ. Ключевой задачей совершенствования технологических процессов в промышленном производстве является снижение энергомкости единицы продукции. На текущем этапе развития промышленности в целом, и в частности отрасли растениеводства защищенного фунта, проблема сокращения энергозатрат приобретает особую актуальность в связи с развивающимся кризисом мировых энсргоресурсов и экологическими проблемами энергетики. Функционирование теплиц в составе заводаавтомата требует максимального уровня автоматизации всех этапов технологического процесса. Растения сложный живой организм, потребляющий минеральные неорганические компоненты питания из внешней среды и преобразующий их в сложные органические соединения. Молекулы органических веществ вследствие более комплексного их строения имеют и более высокий энергетический потенциал. Таким образом, растения потребляют из окружающей среды энергию и сохраняют е в белковых молекулах 6. Источником энергии для органического синтеза в промышленном овощеводстве служит как естественная солнечная радиация так и искусственное освещение. Прирост биомассы растения при прочих равных и оптимальных в смысле биологической продуктивности условиях напрямую определяется интсфальным количеством лучистой энергии в определенной спектральной области, приходящей на зелные части растений , , . Безусловно, растение не в состоянии потребить бесконечное количество энергии, поэтому, начиная с некоторого уровня облучнности, дальнейшее е повышение приводит только к отрицательным последствиям вплоть до гибели растения .