CC BY
10
A systematic approach in the development of a logistics model for improving the management of transport operations at an enterprise is proposed. Recommendations are formulated to reduce the delivery time of products, as well as to maintain the optimal level of stocks at all levels of the logistics system while increasing the level of sales. Optimization of the transport costs of the enterprise based on the analysis of the options for the functioning of the developed logistics systems was carried out.
Key words: logistic model; optimization of transport costs; logistics system; logistics centers; management of logistics operations; product delivery times.
Kudajbergen Kanat Zhakupovich, postgraduate, gsn@,misis.ru, Russia, Moscow, National Research Technological University «MISiS»
УДК 621.311
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-209-214
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРЕДСТАРТОВОГО АНАЛИЗА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Е.Н. Маленин, В.Н. Ломтев, А.С. Заболотников
Изложены возможности автоматизации анализа электрических характеристик солнечных батарей космического аппарата при предстартовой подготовке. Рассмотрен вариант построения комплекса по исследованию СБ при воздействии различных возмущающих факторов, состоящий из аппаратной части на базе микроконтроллера и программной части. Программное обеспечение комплекса позволяет осуществить настройку системы ориентации, отражать основные характеристики СБ, исследовать параметры СБ при воздействии различных возмущающих факторов и оформлять отчет о проделанном исследовании в виде электронного документа. Представлены результаты моделирования подобной системы.
Ключевые слова: космический аппарат, солнечная батарея, автоматизация, микроконтроллер.
Основным первичным источником электрической энергии на борту основной массы космических аппаратов (КА) по-прежнему остаются солнечные батареи (СБ), отличающиеся между собой для различных платформ лишь типом используемого полупроводника в своей структуре, способом размещения на элементах конструкции корпуса или в виде отдельных раскладных панелей, а также наличием системы ориентация на Солнце.
Современный этап развития систем автоматического управления - это освоение методов искусственного интеллекта, имитирующих основанные на знаниях алгоритмы формализуемого мышления человека [1]. Эти методы в полной мере могут быть использованы при управлении системами космической техники при выполнении операций, для которых такое управление допустимо. Для технических систем, от которых требуется достаточно длительное автономное функционирование, необходимо развитие таких свойств как самодиагностика, коррекция работы системы по ее результатам, а так же выявление и парирование неисправностей. Одной из таких систем на борту КА является система генерирования электрической энергии на основе СБ.
Важным этапом предстартовой подготовки КА является анализ технического состояния его системы электроснабжения (СЭС) обслуживающим персоналом. При этом наиболее критически на срок активного существования КА влияет состояние таких элементов СЭС, как аккумуляторная и солнечная батареи.
Оценка технического состояния СБ осуществляется на основе анализа ее вольт - амперной характеристики (ВАХ). Располагая значением установленной мощности СБ и требуемым рабочим напряжением, при расчетной температуре T, можно выполнить полный электрический и конструктивный расчет солнечной батареи. Расчетные соотношения зависят от выбора математической модели солнечных элементов (СЭ) и СБ в целом.
209
Теоретическая модель одного СЭ, из которых состоит СБ, получена на основе схемы замещения с сосредоточенными параметрами [2,3]. Она приводит к следующему выражению для ВАХ СЭ:
/о =/кз -¡Об - — (1)
где Iо - ток СЭ в цепи потребителя; Iкз - фототок короткого замыкания СЭ; /0б - обратный ток насыщения р-п перехода; и - напряжение СЭ; Ко - последовательное сопротивление тела полупроводника и контактной сетки СЭ; Кщ - параллельное (шунтовое) сопротивление схемы замещения, определяющее ток внутренней утечки; е, К, Т - соответственно заряд электрона, постоянная Больцмана и температура; А - эмпирический параметр ВАХ, получаемый при сравнении теоретической и экспериментальной кривых и принимающий значения от 1 до 5.
Ясно, что требуемая точность описания ВАХ задает точность определения входящих в (1) параметров. При этом значения Ко и Ящ могут быть получены экспериментально. Параметр А получают только косвенно путем вычислений. При этом членом У/Кщ иногда можно пренебречь (т.к. Кщ достигает нескольких Ком).
Яп
1п |——-П-1 +
щ
I
Яп
и
Ян
-О-".
Рис. 1. Идеализированная эквивалентная схема СЭ
ф
На основании уравнения (1) можно составить идеализированную электрическую схему СЭ [2,3]. На этой схеме (рис. 1) фототок ¡кз создаётся эквивалентным источником тока, в котором под воздействием фотонов образуются заряды электронной и дырочной проводимости. В создании фототока участвуют лишь те электроны и дырки, которые не успели рекомбиниро-вать в процессе движения их к р-п переходу. Количественно фототок определяется интенсивностью освещения и спектральным составом фотонов, т.е. эффективным потоком квантов Ф, а также зарядом электронов е и коэффициентом Q собирания носителей заряда к р-п переходу:
/КЗ = (2)
Вольт-амперная характеристика СЭ представлена на рис. 2, при этом точка Х определяет максимальное напряжение СЭ при отсутствии тока нагрузки У^. Следующей характерной точкой ВАХ является точка К, соответствующая режиму короткого замыкания. СЭ являются одним из не многих источников электрической энергии, допускающих работу в режиме короткого замыкания 1кз. Наиболее важной с практической точки зрения является точка М, соответствующая режиму максимального отбора мощности от СЭ.
] и в
Рис. 2. Вольт-амперная характеристика СЭ
Таким образом выходные характеристики СБ, составленных из множества N солнечных элементов, и их стабильность, а также вид ВАХ зависят от условий эксплуатации, к которым относятся: освещённость, температура, уровень нагрузки и уровень радиации. Существен-
ное значение оказывает величина энергии солнечного излучения, воздействующая на СБ. При этом необходимо учитывать угол падения солнечных лучей. Зависимость мощности, вырабатываемой СБ РСБ, определяется соотношением:
Рсъ=^съСЕ^соза, (3)
где 5Сб - площадь СБ, м2; С - суммарный фактор, учитывающий особенности компановки СБ и скорость ее деградации; Е - плотность потока солнечного излучения, Вт/м2; ^ - КПД солнечной батареи; а - угол между направлением на Солнце и нормалью к поверхности СБ.
Целесообразным при автоматизированных наземных испытаниях также учесть величину начальной деградации СЭ (и СБ в целом), вызванную воздействием окружающей среды при хранении, условиями транспортировки и т.п. Это позволит оценить расчетный срок активного существования КА. Если предположить линейность деградации, то прогноз изменения отдаваемой СБ мощности при воздействии возмущающих факторов предлагается у честь с помощью интегрального коэффициента деградации
ад^.Л^Я (4)
"СБ.О
где ДРсб.( - изменение мощности СБ в результате воздействия /-го возмущающего фактора за время эксплуатации /; Рсб.о - начальное (расчетное) значение мощности СБ при производстве; к^ - коэффициент пропорциональности, учитывающий особенности конструкции СБ и влияния отдельного возмущающего фактора; п - количество возмущающих факторов.
В выражении (3) коэффициент КЛ учтен в суммарном факторе С. Если рассматривать отдельно воздействие возмущающих факторов, то необходимо рассмотреть множество , где / = 1,2,..., п, которым соответствует множество значений отдаваемой мощности Рсб I . Этот
набор будет определять степень воздействия на электрические характеристики СБ [4] определенного (-ных) фактора (-ов) и путем сравнения полученных значений с набором пределов допустимости обслуживающий персонал может сделать вывод о пригодности СБ
РсБЛ = £(^СБ.О, (5)
¿ = 1,2,.., п. ^
где Рсб.о - мощность СБ, вырабатываемая без воздействия возмущающих факторов.
На основании представленных особенностей моделирования характеристик СБ можно составить программу испытаний, в которую могут быть включены следующие этапы: определения основных точек ВАХ (Ухх, ^кз, ^М) при различных уровнях освещённости и неизменной температуре; определение зависимости выходных характеристик от температуры; определение зависимости выходных характеристик от угловой ориентации СБ. Количество возмущающих факторов п и диапазон их изменения выбирается для каждого КА отдельного. Определение зависимости выходных характеристик от радиационного воздействия значительно усложняет исследования и требует наличия специализированного оборудования.
Таким образом, аппаратная часть комплекса по исследованию электрических характеристик СБ должна включает регулируемый источник освещения, систему терморегулирования, систему ориентации, нагрузочное устройство, устройство управления и информационно-измерительную подсистему (ИИП). Устройство управления может быть реализовано на базе микроконтроллера, программное обеспечение которого позволяет воздействовать на все перечисленные системы и осуществлять взаимодействие с системой управления высшего уровня. Последняя реализована на базе ПЭВМ, которая представляет из себя в совокупности с аппаратной частью автоматизированное рабочее место обслуживающего персонала.
Программное обеспечение системы высшего уровня предназначено для управления комплексом, а также сбора и обработки информации с датчиков ИИП. Она выполняет ряд функций:
- измерение и контроль параметров (температура, освещенность, потребляемый ток, напряжение, угловая ориентация);
- управление аппаратной частью комплекса;
- визуализация измеряемых и контролируемых параметров;
- обеспечение личного состава обслуживающего персонала справочными материалами по принципам функционирования и устройству СЭ, СБ и системы ориентации;
- формирование отчетной документации по результатам исследований.
На основе предложенной методики предпусковых испытаний СБ КА разработано программное обеспечение, позволяющее реализовать описанные выше возможности. На начальном этапе эксплуатации аппаратно-программного комплекса по исследованию СБ осуществляется допуск к работе: ознакомление с правилами и мерами безопасности при выполнении работ
и тестовый контроль знаний обслуживающего персонала по устройству и принципам функционирования СЭ и СБ. При этом тестовые вопросы хранятся в зашифрованном виде и руководитель имеет право их корректировать и дополнять. Личный состав расчета допускается к выполнению работ на комплексе только после прохождения инструктажа и получения удовлетворительной оценки входного контроля. Основные окна допуска к работе представлены на рис. 3.
Рис. 3. Окна выбора пользователя, инструктажа и контрольного собеседования
с обслуживающим персоналом
Далее по выбранному алгоритму происходит исследование подключенной к комплексу СБ. При этом по заданному алгоритму изменяются внешние воздействующие факторы (освещенность, температура, ток нагрузки), а параметры СБ заносятся в массив данных в ручном или автоматическом режиме в виде контрольных точек. На основании полученных данных могут быть построены графики снимаемых зависимостей. Окна выполнения этапов снятия контрольных точек ВАХ при различной освещенности и неизменной температуре представлены на рис. 4.
Рис. 4. Интерфейс программного обеспечения при снятии ВАХ для различных уровней
освещенности и неизменной температуре
На следующем этапе работы программное обеспечение комплекса позволяет личному составу расчёта оформить отчетную документацию по результатам испытаний как в виде текстового файла для архивирования, так и документа Word. Текстовый файл содержит сведения о дате и программе проведенных исследований, составе расчета обслуживающего персонала и измеренных параметрах. Документ Word содержит ту же информацию в виде таблиц и графиков, что ускоряет анализ полученных данных и оформление отчетной документации установленным порядком. По результатам анализа поученной документации обслуживающий персонал делает выводы о нахождении электрических параметров СБ КА в допустимом диапазоне. Пример элементов электронного отчета о проделанных исследованиях представлен на рис. 5.
Дискретный характер представленных на рисунках графиков является следствием ограниченного числа экспериментальных данных. Увеличив число контрольных точек и применив экстраполирование можно получить график ВАХ, близкий к теоретическому (рис. 2). Коэффициенты для аналитического выражения можно получить с помощью математического анализа характерных точек ВАХ [3].
Разработанная методика автоматизированного исследования характеристик СБ позволяет в наземных условиях проанализировать способность первичного источника электроэнергии выполнять свои функции по назначению при воздействии широкого спектра возмущающих
факторов. При этом осуществляется контроль и фиксирование параметров системы (температуры, тока нагрузки, выходного напряжения, освещённости) с возможностью оформления отчетной документации в том числе и в электронном виде.
4,1. Cm пи 'Лд1ис]1М1.чи1 ÍqLJÍ ¿jj <Jt декшенностн Рем при температуре.
.N?nn PC? Ecu
0 10.3 10.1 12.6
] 121,7 19.S 25.4
И 312.1 24.7 Ш
ill 472.6 29.7 W.2
IV 66'}.7 3Í.6 130.5
СБ ОТ ток л pinrpynui /д — /"(/д) л v p-СЕНях c-caíisif иностн и неизменной темпераг
№ Измерить Bu'uic.iiaiL № Измерить Btrotcitm.
ПП PCB ÜCS I« Va, П П Pes i;a I. Pes
13.7 10.4 0 0 343.4 27.Í 0 0
9.S 7.06 0,06958-1 25.S 20,6 0.5314S
I 0,1 13.3 0,00133 Ш 20.3 40,6 0,52-4 IS
IX. 1 45.2 O.S1S12
0,1 5S,2 0,00562
123,3 IM 0 0 413.4 3S.2 0 0
16.1 10.6 0.17066 36.3 20,1 0.74052
II 14.3 15.2 0.21736 rv 30.5 50,t 1.5372
12 1 20,23 0,244783 24,3 1.83222
0.S 26.57 0.021096 1.3 0.1 IMM
Рис. 5. Часть электронного отчета с таблицами и графиками
Применение рассматриваемого комплекса позволяет осуществить углубленное изучение характеристик СБ при воздействии различных внешних факторов, автоматизировать, а также ускорить технологическое обслуживание КА персоналом в рамках предпусковых работ. Система управления аппаратной части на базе микроконтроллера позволит расширить функциональные возможности такой системы и её автономность. Управление аппаратной частью может осуществляться от ПЭВМ по беспроводному интерфейсу или через шину USB.
Список литературы
1. Лопота В.А., Минаков Е.П., Юревич Е.И. Современное состояние и перспективы развития отечественной космической робототехники // Актуальные проблемы защиты и безопасности: Труды 11-ой научно-практической конференции. СПб.: Астерион, 2008. Т. 5. С. 49-54.
2. Маленин Е.Н., Щербаков В.С., Шаповалов А.А. Интеллектуализация системы электроснабжения малого космического аппарата // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 3. С. 86-92.
3. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей. М., Энергоато-миздат,1983. 360 с.
4. Стеганов Г.Б., Ратушняк А.И. Расчет и проектирование бортовых систем электроснабжения и их основных подсистем. Учебное пособие. СПб.: ВКА, 2003. 108 с.
Маленин Евгений Николаевич, канд. техн. наук, старший преподаватель vka_22kaf-maleninen@rambler.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского,
Ломтев Василий Николаевич, преподаватель, rukav5@,rambler.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского,
Заболотников Александр Сергеевич, курсант, zabolotnikov.company@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского
AUTOMATION OFPRE-LAUNCH ANALYSIS OF THE TECHNICAL CONDITION OF THE
SPACECRAFT'S SOLAR PANELS
E.N. Malenin, V.N. Lomtev, A.S. Zabolotnikov 213
The possibilities of automating the analysis of the electrical characteristics of the solar panels of the spacecraft during pre-launch preparation are described. A variant of constructing a complex for the study of the solar battery under the influence of various disturbing factors, consisting of a hardware part based on a micro-controller and a software part, is considered. The software of the complex allows you to configure the orientation system, reflect the main characteristics of the solar battery, investigate the parameters of the solar panels under the influence of various disturbing factors and issue a report on the research done in the form of an electronic document. The results of modeling such a system are presented.
Key words: spacecraft, solar battery, automation, microcontroller.
Malenin Evgeniy Nikolaevich, candidate of technical science, senior teacher, vka_22kaf-maleninen@rambler.ru, Russia, St. Petersburg, Military space academy of a name A.F. Mozhaisk,
Lomtev Vasily Nikolaevich, teacher, rukav5@rambler.ru, Russia, St. Petersburg, Military space academy of a name A.F. Mozhaisk,
Zabolotnikov Aleksandr Sergeevich military student, zabolotnikov.company@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Military space academy of a name A.F. Mozhaisk
УДК 629.052.9
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-214-218
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА БАЙЕСОВСКИХ СЕТЕЙ ДЛЯ УСТАНОВЛЕНИЯ ПРИЧИННО-СЛЕДСТВЕННЫХ СВЯЗЕЙ
Р.З. Хайруллин
Разработана модель Байесовской сети, предназначенная для выявления причинно -следственных связей на основе обработки статистической информации по результатам проведения поверок средств измерений. Модель позволяет оценивать влияние различных факторов на результаты поверок, а также получать ответы на множество вопросов "а что, если...".
Ключевые слова: Байесовская сеть, априорное и апостериорное распределение.
В настоящее время Байесовский подход, несмотря на ряд своих особенностей и недостатков, широко применяется в современном анализе [1-5]. В основе Байесовского подхода лежит формула полной вероятности и формула (теорема) Байеса [6] для случайного события E :
P(E) =ÎP(H1 ) • P(E|H;>), р(Яг|Е) = P(Ht ) • p( E\Hj ) ,
'-1 ÍP(H ) • P(E\H, )
i-1
где Р ( E ) - безусловная вероятность наступления события E ; Р( H¡ ) - начальные вероятности гипотез H¡ ,(i = 1,2,..., n); Р( H¡ ) - являются априорными вероятностями; Р( E| H i ) - условные вероятности возникновения события E при i -той гипотезе H i ; P(Hi |E ) - называются апостериорными вероятностями (условная вероятность i -той гипотезы при условии, что событие E произошло).
Современные методы анализа, включая методы искусственного интеллекта и машинного обучения находят применение в метрологии, теории и практике измерений [7-10]. В статье предлагается реализация метода Байесовских сетей для выявления и анализа причинно-следственных связей, которые могут быть установлены в результате статистической обработки информации о результатах поверок средств измерений (СИ).
