Оптимальное управление процессом регенерации воздуха в герметично замкнутом объеме

• Автор: Ильин, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 197 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Анализ средств коллективной защиты органов дыхания человека

1.2 Современное состояние в области математического моделирования процесса регенерации воздуха в герметично замкнутом объеме.

1.3 Управление процессом регенерации воздуха в герметично

замкнутом объеме.

1.4 Автоматизация научных исследований и разработки средств коллективной защиты органов дыхания

1.5 Постановка задач исследования

ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕГЕНЕРАЦИИ ВОЗДУХА В ГЕРМЕТИЧНО ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ

2.1 Структурная идентификация математической модели

2.1.1 Структурнофункциональное описание биотехнического комплекса.

2.1.2 Составление уравнений материального баланса процесса регенерации воздуха в герметично замкнутом объеме
2.1.3 Математическое описание выделительнопоглотительных процессов, протекающих в герметично замкнутом объеме
2.2 Разработка алгоритма решения уравнений математической модели процесса регенерации воздуха в герметично замкнутом объеме.
2.3 Параметрическая идентификация и проверка адекватности математической модели процесса регенерации воздуха в
герметично заикнутом объеме.
2.4 Выводы по второй главе.
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РЕГЕНЕРАЦИИ ВОЗДУХА В ГЕРМЕТИЧНО ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.
3.1 Определение целей и постановка задачи проведения вычислительного эксперимента
3.2 Компьютерное моделирование процесса регенерации воздуха.
3.3 Анализ результатов исследования процесса регенерации воздуха
как объекта управления
3.4 Выводы по третьей главе.
ГЛАВА 4 ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ РЕГЕНЕРАЦИИ ВОЗДУХА В ГЕРМЕТИЧНО ЗАМКНУТОМ ОБЪЕМЕ
4.1 Анализ состояний функционирования биотехнического комплекса.
4.2 Классификация допущений и ограничений в задачах управления
4.3 Разработка алгоритма оптимального управления процессом регенерации воздуха на множестве состояний функционирования биотехнического комплекса
4.3.1 Оптимальное управление процессом регенерации воздуха в идеальном состоянии функционирования биотехнического комплекса.
4.3.2 Оптимальное управление процессом регенерации воздуха в нормальном состоянии функционирования биотехнического комплекса
4.3.3 Оптимальное управление процессом регенерации воздуха в экстремальном состоянии функционирования биотехнического комплекса.
4.4 Выводы по четвертой главе
ГЛАВА 5 ПРОГРАММНОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС АВТОМАТИЗАЦИИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТКИ СРЕДСТВ КОЛЛЕКТИВНОЙ ЗАЩИТЫ ОРГАНОВ ДЫХАНИЯ
5.1 Общее описание и структура комплекса.
5.2 Описание алгоритма функционирования комплекса
5.3 Алгоритм автоматического синтеза конфигурации средств коллективной защиты
5.4 Разработка информационного обеспечения комплекса.
5.5 Разработка программного обеспечения комплекса
5.6 Разработка технического обеспечения комплекса
5.7 Выводы по пятой главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.
Список использованных источников


Во введении обосновывается актуальность темы, определяется цель диссертационной работы, перечисляются основные научные и практические результаты. В первой главе рассматривается состояние проблемы математического моделирования и управления процессом регенерации воздуха в герметично замкнутом объеме. Проанализированы вопросы защиты органов дыхания человека коллектива людей от воздействия неблагоприятных факторов агрессивной окружающей среды в условиях герметично изолированного объекта. Рассмотрены сущность и способы организации коллективной защиты органов дыхания. Определены основные функции, составляющие процесс регенерации воздуха, а также методы их реализации. Представлено физикохимическое и технологическое описание ПРВ с применением сорбентов хемосорбентов. Приведена классификация СКЗ, с последующим выделением средств, основанных на химических поглотителях и химически связанном кислороде, функционирующих по замкнутому циклу. Исследованы структура, состав и схемы технологической организации СКЗ. СКЗ. Показано, что применяемые в настоящее время подходы к управлению ПРВ в ГЗО не отвечают современным требованиям к качеству защиты жизни человека и эффективности использования ресурсов техники. Отмечено, что разработке и созданию алгоритмов и систем управления процессами газоформирования воздушной среды ГЗО с использованием СКЗ, посвящено незначительное количество работ, при этом вопросы управления в них рассматриваются в некоторых, жестко заданных условиях, что не позволяет использовать их результаты на всей области состояний ГЗО, что также подтвердило актуальность разработки и реализации алгоритмов и систем управления ПРВ в ГЗО. Показана необходимость и актуальность практической реализации результатов проводимых исследований в рамках программнотехнического комплекса автоматизации научных исследований и разработки СКЗ. Отмечено, что реализация комплекса должна проводиться с учетом современных тенденций и на основе актуальных стандартов в области информационным технологий. Сформулированы основные цели и задачи исследования. Вторая глава посвящена математическому моделированию процесса регенерации воздуха в герметично замкнутом объме. В целях получения математического описания всех элементов биотехнического комплекса, влияющих на газовый состав воздуха, проведена декомпозиция биотехнического комплекса на две взаимодействующие подсистемы биологическую и техническую. Проведена структурная идентификация математической модели процесса регенерации воздуха в ГЗО, осуществляемого реакторами СКЗ с многослойной загрузкой шихты и сложной геометрией. СКЗ при изменении его газового состава, вследствие хемосорбционных взаимодействий. Приводится алгоритм решения уравнений полученной математической модели, включающей обыкновенные дифференциальные уравнения и дифференциальные уравнения в частных производных. С целью определения численных значений неизвестных параметров, входящих в разработанную математическую модель сформулирована и решена задача идентификации коэффициентов математической модели по экспериментальным данным. Осуществлена оценка адекватности построенной математической модели реальному процессу, погрешность составляет ,. В третьей главе проводятся исследования процесса регенерации воздуха как объекта управления. В целях изучения процессов газоформирования воздушной среды был осуществлен вычислительный эксперимент, в рамках которого исследовалось поведение процесса регенерации воздуха при изменении химикотехнологических параметров биотехнического комплекса и средств коллективной защиты органов дыхания. План вычислительного эксперимента составлен с учетом экспертной информации и результатов натурных экспериментов. При комбинировании результатов вычислительных и натурных экспериментов анализируется чувствительность процессов регенерации и газоформирования воздушной среды ГЗО к варьируемым параметрам. Помимо этого, совокупность полученных данных позволила выявить характерные особенности функционирования СКЗ, влияющие на физическую реализацию управляющих воздействий.