CC BY
51
9. Пат. №2377632 Российская Федерация. Способ регулирования мощности и устройство однофазного инвертора / Н.Л. Рябченок, Н.М. Астраханцева, А.И. Орленко [и др.] // БИ. - 2009. - № 36.
--------♦----------
УДК 631.52:538.6 М.В. Самохвалов
АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАСТИТЕЛЬНЫМИ ОБЪЕКТАМИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ
В статье рассматриваются моделирование электротехнологических процессов и изучение реакции растительного объекта на действие электромагнитного поля с созданием методики и аппаратнопрограммного комплекса для исследования электрофизических свойств растительного объекта и почвенных средств.
Ключевые слова: растительный объект, масса, плод, электротехнология, электромагнитное поле, адаптивное управление, метод контроля, доза воздействия, аналитическая модель.
M.V. Samokhvalov ADAPTIVE MANAGEMENT OF VEGETATIVE OBJECTS BY THE ELECTROMAGNETIC FIELD
Electrotechnological processes modeling and studying the vegetative object reaction on an electromagnetic field action with initiation of the technique and hardware-software complex for research of the electrophysical properties of vegetative object and soil resources is considered in the article.
Key words: vegetative object, mass, fruit, electrotechnology, electromagnetic field, adaptive management, quality technique, influence dose, analytical model.
В сельскохозяйственном производстве для реализации концепции точного земледелия существует необходимость локального воздействия на растительные объекты (РО), которыми являются как культурные, так и сорные растения. Причем необходимо осуществлять воздействие как с точки зрения стимуляции роста определенных растений, так и с точки зрения угнетения и даже гибели отдельных органов или растения в целом. Существует также проблема воздействия с целью получения информации о РО. В настоящее время наряду с механическими и химическими методами воздействия на растения появился большой интерес к использованию электротехнологий в сельском хозяйстве, в частности, электромагнитного поля (ЭМП), в качестве эффективного экологически безопасного воздействующего фактора, позволяющего осуществлять адаптивное управление свойствами РО.
По определению, адаптивное управление - совокупность методов, позволяющих синтезировать системы управления, которые имеют возможность изменять параметры регулятора или структуру регулятора в зависимости от изменения параметров объекта управления [1]. В нашем случае объектом управления являются РО (семена, растения, плоды, растительная масса), которые изменяют свои параметры (электрофизические свойства) в результате воздействия на них регулятора, т.е. ЭМП. Важной задачей исследований является изучение электрофизических свойств РО с целью создания измерительной (контролирующей) аппаратуры как звена в цепочке управления РО.
Систематизация методов и техники воздействия ЭМП на РО весьма затруднительна и существуют различные подходы к классификации способов и соответственно многообразных и разнотипных установок. Электрические способы воздействия на РО разделяют по назначению, наличию электрического контакта электродной системы (ЭС) с РО, источнику ЭМП, форме электрического тока, рабочей частоте. По режимам работы техника электрического воздействия используется на постоянном и переменном токе, низкочастотная и высокочастотная.
Обобщенная структурная схема для всего многообразия методических и аппаратных средств электрического воздействия на РО представлена на рис.1, классификация методов воздействия - в табл. 1.
Рис. 1. Структурная схема контролирующей РО аппаратуры: ИЭЭ - источник электрической энергии; ИВП - источник вторичного питания; ЭС - электродная система; РО - растительный объект;
БУ - блок управления; БК - блок контроля
Таблица 1
Электрические методы воздействия на растения
Классификационный признак Режим признака Характеристика признака
Цель воздействия на растение Стимуляция Ускорение прорастания семян, ускорение роста растения
Угнетение Подавление активности сорного растения, замедление роста
Гибель Уничтожение сорного растения
Измерение Получение измерительной информации об электрических свойствах
Наличие контакта с РО Контактные Путем поверхностного контакта электрода с РО, почвой; путем введения электрода в РО, почву
Бесконтактные Не требующие соприкосновения электрода с РО, почвой
Расположение электродов С заземлением Ввод (заземление) всех или части электродов в почву
Без заземления Без ввода (заземления) электрода в почву
Частота ИЭЭ На постоянном токе Частота /=0
Низкочастотные /<20 кГц
Высокочастотные /=20-200 кГц
Радиоволновые />200 кГц
Форма переменного электрического тока Гармоническая Синусоидальный
Импульсная Треугольные, прямоугольные, пилообразные, экспоненциальные импульсы и др.
Электрические методы контроля основаны на взаимосвязи электромагнитных свойств и изменений электрических полей с вещественным составом, структурной нарушенностью, деформированным состоянием РО, протекающими в них электрофизическими и химическими процессами. Особый теоретический и практический интерес среди таких состояний представляет электромагнитный стресс, проявляющийся в повышении или понижении РО своего исходного уровня адаптированности (резистентности) при воздействии электромагнитного поля (ЭМП) в соответствующих дозах.
Если в роли стрессора выступает ЭМП, то можно дозировать действующий фактор и учитывать последствия его влияния, т.е. реакция РО на действие ЭМП - это удобная модель для изучения закономерностей перехода растений в состояние стресса. При наличии электрической модели РО можно получить аналитическую модель и частотные зависимости функции иммитанса; связать внутренние свойства исследуемого объекта с параметрами электрической модели; рассчитать значение электрической реакции на воздействие ЭМП при наличии пара-
метрического описания; хранить данные об исследуемых РО компактно в параметрическом виде; моделировать при модификации свойств исследуемого РО частотные свойства иммитанса путем изменения структуры и параметров электрической схемы; сопоставлять результаты моделирования с натурным экспериментом. Кроме того, электрические методы отличаются высокой производительностью, малой трудоемкостью, вместе с тем требуемая информативность контроля может быть обеспечена только путем правильного применения схем электрических измерений и учетом особенностей интерпретации их результатов.
Так как под электрическим контролем понимают комплекс методов, основанных на измерении параметров естественных и активных электрических полей в РО и почвенной среде, то электрические способы разделяют по исследуемым свойствам РО (табл. 2).
Таблица 2
Электрические свойства растительных объектов
Свойства РО Характеристика
Электропроводящие свойства Способность пропускать электрический ток за счет движения свободных зарядов
Диэлектрические свойства Способность пропускать переменный ток за счет смещения связанных зарядов
Электризация Способность формировать постоянные внутренние электрические поля под воздействием внешнего ЭМП, давления, температуры, трения и др.
Электрохимическая активность Способность формировать электрические поля за счет химических реакций
"Эмиссионные" свойства Способность формировать ЭМП при нарушении структуры
Одним из источников получения информации о состоянии РО является моделирование электротехнологий. Нами выполнено условие изучения реакции РО на действие ЭМП - создание методики и аппаратнопрограммного комплекса для исследований электрофизических свойств РО и почвенных сред [2]. В НГАУ функционирует исследовательский комплекс, который позволяет получать представление о происходящих процессах электрического повреждения РО с помощью физического моделирования (рис. 2). В этом комплексе исследования электротехнологических процессов включают следующие этапы: создание лабораторной установки (физической модели) для электрического повреждения РО и размещение ее в ёмкости с почвой и растениями; определение электрофизических свойств почвы и РО; получение экспериментальных данных электрического повреждения РО; сравнение расчетных данных с лабораторными; формирование выводов о результатах моделирования.
Рис. 2. Физическое моделирование электрического повреждения РО: а - лабораторные исследования в вегетационно-климатической камере; б, в, г - электроды, применяемые в лабораторной установке (физической модели) при измерении
электрофизических свойств почвы и РО
Информационно-измерительная система комплекса состоит из измерителя импеданса, датчиков температуры, влажности почвы и воздуха, рН-метра. Информация поступает на компьютер и обрабатывается в режиме реального времени (рис. 3).
С помощью измерителя импеданса измерялись активное электрическое сопротивление, емкость, индуктивность, тангенс угла диэлектрических потерь на различных частотах с использованием последовательной и параллельной схем замещения. В ходе измерений было установлено, что активное электрическое сопротивление увеличивается в процессе роста и развития растения. У растений, схожих по анатомическому строению, схожие электрические параметры. Емкостная составляющая полного электрического сопротивления - важная величина, позволяющая судить о функциональных изменениях и структурной нарушенности тканей.
Рис. 3. База данных электрического повреждения РО
Особое внимание уделялось выбору электродов [3]. Проведенные опыты показали, что наилучшими метрологическими характеристиками обладают серебренные игольчатые электроды. В частности, проведенные эксперименты на растениях семейства злаковых (пшеница, ячмень, овес) позволили установить за-
висимость удельного электрического сопротивления растительной ткани от расстояния между измерительными иглами-электродами и оптимизировать этот зазор в пределах 6-15 мм.
Литература
1. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. - 3-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 540 с.
2. Ляпин В.Г., Самохвалов М.В. Система импедансного контроля растений // Сиб. вестн. с.-х. науки. -2008. - № 5. - С. 135-142.
3. Самохвалов М.В. Электроды для измерения импеданса растительных тканей // Инновации в агропромышленном комплексе: мат-лы Междунар. науч.-практ. форума (Новосибирск, 3-4 июня 2009 г.). -Новосибирск, 2009. - С. 190-194.
УДК 621.313.333 А.М. Синельников, В.В. Боннет
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ В ПРОЦЕССЕ ПУСКА
Методы диагностического контроля способствуют своевременному анализу технического состояния электродвигателя и выявлению возникших неисправностей. В статье дана методика определения технического состояния асинхронного двигателя, позволяющая дать оценку его работоспособности по динамическому показателю в ходе эксплуатации.
Ключевые слова: асинхронный двигатель, переходный процесс, эксперимент.
A.M. Sinelnikov, V.V. Bonnet TECHNIQUE OF DETERMINATION OF THE TECHNICAL CONDITION OF THE ASYNCHRONOUS ENGINE WITH THE SHORT- CIRCUITED ROTOR IN THE START-UP PROCEDURE
Diagnostic check methods promote the timely analysis of the technical condition of the electric motor and revealing the arisen malfunctions. The technique of determination of the technical condition of the asynchronous engine, allowing to estimate its working capacity on a dynamic indicator during operation is given in the article.
Key words: asynchronous engine, transient, experiment.
В настоящее время наличие эффективных методов диагностического контроля позволяет путем целенаправленных действий по выявлению и исследованию информативных параметров, изменение которых может быть связано с возникновением определенных неисправностей, в заданный момент времени оценить техническое состояние электродвигателя и заблаговременно обнаружить неисправности.
Эти причины делают актуальным решение задачи по определению специальных диагностических параметров, на основе которых можно было бы разработать эффективные способы и средства контроля, позволяющие получать диагностическую информацию для оценки технического состояния и предупреждения о возникновении неисправностей в процессе функционирования машины.
Сущность нашего метода заключается в том, что в качестве диагностического показателя предлагается использовать время разгона ротора от неподвижного состояния до максимальной (холостого хода) частоты вращения. Значение времени разгона будет зависеть от следующих параметров: напряжения сети; частоты тока; момента инерции ротора; номинального числа оборотов двигателя; номинальной мощности двигателя; конструктивных (вид паза, расположение обмоток и т.д.); неравномерности магнитного потока.
Все перечисленные параметры, кроме последнего, можно принять постоянными для конкретных условий работы и марки двигателя. Неравномерность магнитного поля - параметр, который характеризует техническое состояние электродвигателя как обмоток (межвитковые замыкания), так и механических сопряжений (зазора между ротором и статором, осевого и радиального зазора в подшипниках). Диагностирование осуществляется путём сравнения полученной величины времени разгона контролируемого двигателя с заданным теоретическим или эталонным значением [1].
Для проведения экспериментальных исследований был использован диагностический стенд (см. рис. 1).
