Аналитическое моделирование фигурных линий разрезов мульчирующей ленты Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 635.1/8 УДК 631.171

Коваль Александр Анатольевич

Дальневосточный Государственный аграрный университет (ДальГАУ)

Россия, Благовещенск Доцент кафедры физики и информатики E-mail: [email protected]

Г олик Анжелика Владимировна

Амурский Государственный университет (АмГУ) Факультет «Математики и информатики» Россия, Благовещенск Ассистент кафедры общей математики и информатики

E-mail: [email protected]

Аналитическое моделирование фигурных линий разрезов мульчирующей ленты

Аннотация: Мульчирование поверхности грядки является одной из необходимых агротехнических операций. Особое значение она приобретает в биодинамических устройствах выращивания растений, которые представляют собой сложную техническую систему. Одной из составной её части является мульчирующая система, содержащая мульчирующие ленты, образующие между собой различные по форме ячейки, под соответствующие морфологические особенности растений. При совмещённых посадках необходимо использование мульчирующих лент с различными по форме ячейками. Многообразие видов ячеек по форме и размеру требует разработки метода их компьютерного моделирования.

В данной статье представлен метод моделирования фигурных линий разрезов мульчирующих лент, содержащий математические зависимости, на основе которых написана программа для компьютерного моделирования прямоугольных форм ячеек фигурной линии, что является её отличительной особенностью от других подобных методов компьютерного моделирования ячеек иных форм. Практическая реализация данного метода заключается в компьютерном моделировании для получен график в виде прямоугольных форм ячеек мульчирующей ленты с последующим его использованием на графопостроителе с получением трафарета мульчирующей ленты.

Ключевые слова: Мульчирование; покрытие; грядка; расчёт; расчётная схема; ячейка; математическая модель; компьютерная модель.

Идентификационный номер статьи в журнале 198ТУЫ613

Alexander Koval

Far Estern State Agrarian University Amur region, Blagoveschensk E-mail: [email protected]

Anjelika Golik

Amur state University Amur region, Blagoveschensk E-mail: [email protected]

Analytical modeling of figured lines of cuts (sections) of mulch tape

The Abstract: One of the main operations in agriculture is mulching of flour beds. It has a particular significance in grooving plants in biodynamic arrangements having complex technical system . One of these compositions is mulching system having a mulch tape with different types of cells depending upon morphological peculiarities of plant. It is necessary to use different types of cells under combined planting. Many types of cell in size and form need computer modeling.

In this article the method of modeling figured lines of mulching tapes containing mathematical dependences is presented. The programed for computer is created in dependence upon these dependences. This programed of modeling rectangular cells in figurant line is peculiar only to it and make it different from other programmers.

Practical realization of the given method gave a chart containing rectangular forms of cells in mulch tape and its following usage on the graph plotter and reception of a cliche.

Keywords: Biodynamics; system; mulching; designing; modeling; settlement scheme; cell;

bed.

Identification number of article 198TVN613

Введение

В данной статье представлен метод моделирования фигурных линий разрезов мульчирующих лент, содержащий математические зависимости, на основе которых написана программа для компьютерного моделирования прямоугольных форм ячеек фигурной линии, что является её отличительной особенностью от других ранее опубликованных работ по данной тематике [1,2].

Мульчирующие ленты, при совмещении фигурных линий разрезов образуют различные по форме и размеру ячейки, адаптированные под соответствующие морфологические особенности растений. Различие в формах и в размерах ячеек необходимо учитывать при совмещённых посадках. В связи с этим требуются различные подходы в компьютерном моделировании ячеек, для чего необходимо написание новых математических зависимостей и соответствующих компьютерных программ.

Так в ранних работах были получены ячейки в виде треугольников [1] и дуг полуокружностей [2], которые отличаются между собой математическими зависимостями и соответствующими программами для их компьютерного моделирования.

Цель и задачи исследования

Целью исследования является разработка метода компьютерного моделирования прямоугольных форм ячеек для лент мульчирующего материала.

Мульчирование поверхности грядки является одной из необходимых агротехнических операций. Особое значение она приобретает в биодинамических устройствах выращивания растений, которые представляют собой сложную техническую систему[3, 4]. Одной из составной её части является мульчирующая система, содержащая мульчирующие ленты различных видов [5].

Для формирования мульчирующего покрытия мульчирующий материал необходимо разрезать на отдельные ленты по прямым и фигурным линиям разрезов [6, 7]. При этом предварительно выполняют расчёт количества ячеек в зависимости от схемы посадки растений [8]. Кроме того, перед тем как разрезать мульчматериал его размечают в соответствии с выбранной расчётной схемой и с учётом габаритных размеров самой грядки [9]. На выбор параметров разметки мульчирующей лент оказывают влияние размеры как самой грядки, так и морфологические особенности принятого к посадке растения и схема распределения ячеек по полю грядки, которая может быть шахматной, ленточной или комбинированной. Таким образом, выполнение учёта многообразие параметров разметки мульчматериала при их ручном выполнении приводит к трудоёмкости данной операции. При этом разметку выполняют непосредственно на материале или с использованием лекал.

Методы компьютерного моделирования позволяет устранить все трудоёмкие ручные операции, связанные с разработкой конфигурации мульчирующей ленты.

Объекты и методы

В качестве объекта исследования выбрана расчётная схема мульчи с фигурными линиями разрезов прямоугольной формы, рис. 1. Введём прямоугольную систему координат так, чтобы фигурная линия разрезов была расположена вдоль оси Х. Введём следующие обозначения: «^-Ь» - участок отбортовки; «^» и «а» - соответственно ширина и высота ячейки; «х-р» - промежуток между фигурной и прямоугольными линиями «И-И», «О-О» разрезов.

В соответствии с принятыми обозначениями выразим математическую модель в развёрнутой форме, описывающую в аналитической форме прямоугольную фигурную линию разреза.

Рис. 1. Расчётная схема мульчирующей ленты Координаты разделительных линий И-И и О-О определятся соответственно; у = a + с;

у = - P

Участок «е - Ь>х у = 0, при X Е [0;e + Ь]

к = e + Ь, у = 0, при x е [0;e + Ь] .

Ячейка 1. у = а, при X Е [е + Ь; е + Ь + d];

х = е + Ь + d, при у е [0;а]; у = 0, при х е [е + Ь + d; е + Ь + 2d],

Ячейка 2. х = е + Ь + 2d, при у =Е [0, а].

Ячейка 3. у = а, при X Е [е + Ь + 2d; е + Ь + 3d];

х = е + Ь + зd, при у =Е [0,а ]; у = 0, при х е [е + Ь + 3d; е + Ь + 4d].

Ячейка 4. х = е + Ь + 4d, при у =Е [0, а].

Ячейка 5. у = а, при х Е [е + Ь + 4d; е + Ь + 5d] ;

х = е + Ь + 5d, при у =Е [0,а];

у = о, при x e[e + b + 5d; e + b + 6d].

Ячейка 6. x = e + b + 6d, при У — G [0,a].

Ячейка 7. у = a, при X G [e + b + 6d; e + b + 7d] ;

x = e + b + 7d, при У —G [0,a]; у = о, при x e[e + b + 7d; e + 2b + 7d].

Машинный алгоритм.

1. у = 0, x g [0;e + b]

n = 0.

2. x = e + B + n d, у—G [0,a].

у = a, x g [e + b + nd; e + b + (n + 1)d]

x = e + b + (n + 1)d.

Если n>6, то к п. 3, иначе n = n + 1.

у = 0, x g [e + b + nd; e + b + (n + 1)d], к п. 2.

3. у = 0, x g [e + b + nd; e + 2b + n • d].

Для создания компьютерной модели на основе аналитических зависимостей разработана программа с использованием пакета прикладной программы Matlab [10].

clear all

e=0; b=10; d=15; a=2 0;

h=7; k=1; s = 0; l=1;

for x=1:(e+b); y(x)=0;

end

for x=(e+b+1):(h*d+e+b);

y(x)=a*k; if (x-e-b)==d*l if k==1;

k=0;

else

k=1;

end

l=l+1;

end

end

for x=(h*d+e+b+1):(h*d+e+2*b) y(x)=0;

end

x=1:(h*d+e+2*b);

x_=0:.1:(h*d+e+2*b);

y =interp1(x,y,x ,'nearest');%время регулирования

figure(4)

plot(x ,y ),grid

После введения необходимых данных, получим график - аналог прямоугольной фигурной линии разреза, рис. 2. После ведения файла в графопостроитель «Plotter» - получим лекало необходимой мульчирующей ленты. После наложения лекал на мульчматериал выполняют операцию разрезания для получения мульчирующих лент с заданными геометрическими параметрами.

Рис. 2. График - лекало фигурной линии разреза мульчирующей ленты

б

Заключение

По предлагаемому методу последовательно от геометрической схемы к матмодели и посредством соответствующей компьютерной программы создана компьютерная модель геометрия мульчирующего материала. Данная методика построения позволяет изменять геометрические формы и получение различных размеров мульчматериала в соответствии с размерами самой грядки и морфологическими особенностями растений, и обновлять электронную базу лекал. После ведения файла в графопостроитель «Plotter» - получим лекало необходимой мульчирующей ленты, соответствующей заданным параметрам. После наложения лекал на мульчматериал выполняют операцию разрезания для получения мульчирующих лент с заданными геометрическими характеристиками.

ЛИТЕРАТУРА

1. Коваль A.A. Aналитическое моделирование разрезов мульчирующей ленты в виде дуг полуокружностей/A.A. Коваль//Вестник БГСХA им. В.Р. Филиппова.-2012.-№2(27).- С. 150-153.

2. Самохина В.М., Коваль A.A., Труфанов ВА. Aналитическое моделирование

разрезов мульчирующей ленты/ Интернет- журнал «Науковедение». №2 (15) 2013 [Электронный ресурс]. -М. 2013.- Режим доступа:

http://naukovedenie.ru/sbornik6/4.pdf, свободный - Загл. с экрана.

3. Коваль A.A. Особенности проектирования биодинамических устройств в СAПР-пространстве/ A.A. Коваль, Н.Н. Степекова, Н.В. Соболева//Дальневосточный аграрный вестник. - 2009. - Выпуск №4(12). С. 35-37.

4. Коваль A.A. Обоснование размеров грядки на основе антропологических параметров/A.A. Коваль, Н.В. Соболева, ВА. Труфанов//Вестник AГAУ.-2008.- №10(48).- С.66-70.

5. Коваль A.A. Разработка раскладочных схем мульчирующего материала/A.A. Коваль// Вестник AГAУ. - 2011. - №1(75). - С. 23-28.

6. Патент № 2442316 РФ, МПК A01G, 13/02. Способ выполнения мульчирующего покрытия/ A.A.Коваль - 2010118416/13, заявл. 06.05.2010, опубл. 20.02.2012. -Бюл. № 32.

7. Патент № 2341072 РФ, МПК A010 13/02. Способ выполнения

мульчирующего покрытия / A.A.Коваль, ВА. Труфанов, Н.В Соболева -2007110074/12, заявл. 19.03.2007, опубл. 20.12.2008. - Бюл. № 35.

8. Коваль A.A. Расчёт мульчирующей ленты/A.A. Коваль// Вестник AГAУ. - 2012. - №10(96). - С. 18-20.

9. Коваль A.A. Расчёт мульчирующего покрытия/A.A. Коваль// Вестник AГAУ. -2011.- №3(77).- С. 20-25.

10. Кривилев A. В. Основы компьютерной математики с использованием системы MATLAB / A. В. Кривилев. - М. : Лекс-Книга, 2005. - 485 с.

Рецензент: М.Д.Штыкин, к.т.н., доцент, Aмурский государственный университет.

REFERENCES

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

Koval A.A. Analytical modeling of mulch tapes cutl (sections) as arches semi circumferences/ A.A. Koval// Vestnik BGCHA after V. PHilippov. -2012. - No 2(27). - P.150-153.

Internet-journal naukovedenie 2013 №2 (15) [Electronic resource]. - M. 2013. -Mode of access: http://naukovedenie.ru/sbornik6/4.pdf, freely - Title screen.

Koval A.A., Stepakova N.N., Soboleva N.V. Features of design of biodynamic devices in CAD-spase/ A.A. Koval, N.N. Stepakova, N.V. Soboleva// Far Estern agrarian vestnik. - 2009.- No. 4(12).- P. 35-37.

Koval A.A. Substantiation of seedbed dimensions based on anthropologic parameters/ A.A. Koval, N.V. Soboleva, V.A. Trufanov// Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta . - 2008. - No. 10(48). - P. 66-70.

Koval A.A. Development of layout schemes/ A.A. Koval// Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta . - 2011. - No. 1(75). - P. 23-28.

Patent No. 2442316 РФ, МПК A01G, 13/02. The method of mulching cover implementation / Koval A.A. - 2010118416/13, claimed on 06.05.2010, published on 20.02.2012. - Bulleten No. № 32. [in Russian].

Patent No. 2341072 RF, MPK A010 13/02. The method of mulching cover implementation / Koval A.A., Trufanov V.A., Soboleva N.V. - 2007110074/12, claimed on 19.03.07, published on 20.12.2008, Bulleten No. 35. [in Russian].

Koval A.A. Calculation of mulch Tape/ A.A. Koval// Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta . - 2012. - No. 10(96). - P. 18-20.

Koval A.A. Calculation of mulch cover/ A.A. Koval// Vestnik Altaiskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta . - 2011. - No. 3(77). - P. 20-25.

Krivilev A.V. Fundamentals of computer mathematics with using of system MATLAB/ A.V. Krivilev. - M.: Lex-Book, 2005/ - 485 c.