CC BY
97. ИСО 3740-2000 Акустика. Определение уровней звуковой мощности источник шума. Руководство по применению основополагающих стандартов.
8. ИСО/ПМС 9614-3-2000 Акустика. Определение уровней звуковой мощности источников шума по интенсивности звука. Точный метод при измерениях сканированием.
9. ИСО 11202-95 Акустика. Шум, изучаемый машинами и оборудованием. Измерение уровней звукового давления излучения на рабочем месте и в других за данных контрольных точках. Ориентировочный метод для измерений в условиях эксплуатации.
10. Разумовский М.А., Прогнозирование шумовых характеристик поршневых двигателей /М.А. Разумовский//Минск: Вышэйшая школа, 1981. -40с.
11. Купер Д.Х., Баук Дж.Л. Перспективы трансауральной записи/ Д.Х. Купер, Дж.Л. Баук// Аудио англ. Amr. т. 37, № 1/2, 1989. - с.3-19.
12. Генуит К. Погенбург Я. Влияние вибраций на субъективное суждение о внутреннем шуме транспортного средства /К. Генуит, Я. Погенбург// Noise-Con № 98, 2000. Ипсиланти, Мичиган, США.
13. Genuit K, Bohineust, X. Rehfeld, M., Бинау-ральная гибридная модель для моделирования шумовых долей в салоне транспортных средств / К.
Genuit, Х. Bohineust, М. Rehfeld// Inter-Noise 97 Будапешт, Венгрия, 1997. - с. 25-28.
14. Голубеев Ю.Ф. Нейросетевые методы в ме-хатронике/Ю.Ф. Голубеев// М.: изд-воМосковско-гоуниверситета, 2007. -157 с.
15. Калан Роберт Основные концепции нейронных сетей/ Роберт Калан// М.: Издательский дом «Вильямс», 2001. - 283 с.
16. Люге Джорж Ф. Искусственный интеллект: стратегии и методы решения сложных проблем / Джорж Ф. Люге// М.: Издательский дом «Виль-ямс», 2005. - 864 с.
17. Тарик Рашид. 2019 Создаём нейронную сеть / Рашид Тарик// Санкт-Петербург, - 272 с.
18. Гасельберг В. С.; Запарожец, А. В. Диагностика двигателя внутреннего сгорания автомобиля по виброакустическим параметрам /В.С. Гасельберг, А.В. Запарожец //Вестник Астраханского государственного технического университета, № 2, 2007 с. 72-74.
19. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. / Ж. Макс// Перевод с франц. - М.: Мир, 1983 - т.1. - 341с.
20. Береснов А.П.; Береснов, М.А. Виброакустические методы диагностики двигателя внутреннего сгорания. Мехатроника, автоматизация/ А.П. Береснов, М.А. Береснов// 2010 №6, с.27-32.
МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ НЕОБХ1ДНО1 КШЬКОСТ1 I РОЗТАШУВАННЯ СЕНСОР1В
ВОЛОГОСТ1 I ТЕМПЕРАТУРИ
Кордан А.1.
студент-магктр Факультету ¡нформацшних Технологш Нацюнальний унгверситет бюресурав i природокористування Украши
Смолш В.В.
Доцент Факультету ¡нформацшних Технологш Нацюнальний }miверситет бюресурав i природокористування Украши
METHODS FOR AIR HUMIDITY AND TEMPERATURE SENSORS NECESSARY QUANTITY AND
LOCATION DETERMINATION
KordanA.
Faculty of Information Technology master-student, National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine
Smolii V.
Faculty of Information Technology Assoc. Prof. National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine
Анотащя
У робот наведено матерiали, яш обгрунтовують вибiр кшькосп та розташування датчишв вологосп та температури у парниках. Для цього за основу взято математичш моделi волого- та теплопереносу у закритому простора Отримаш результата можна застосовувати при проектуванш сенсорних мереж систем управлшня зрощенням у закритому грунп.
Abstract
The paper provides materials that are justifying the choice of necessary wuantity and location of humidity and temperature sensors in greenhouses. As a base are taken mathematical models of moisture and heat transfer in an enclosed space. The results can be used in the design of sensor networks for control systems of growing in closed ground.
Ключов1 слова: математична модель, система управлшня, сенсорна мережа, управлшня температурою, автоматизащя парнишв.
Keywords: mathematical model, control system, sensor network, temperature control, greenhouse automation.
Постановка проблеми: На сьогодшшнш день юнуе багато проблем, що заважають розвитку аграрного сектора, головною з яких е низький рiвень автоматизацп. З огляду на сучасний стан розвитку комп'ютерних систем, особливо у напрямку 1нтер-нету Речей, з'являеться можливють вирiшення де-яких з них. Основною перешкодою у !х вирiшеннi е велика територiальна розгалуженiсть, яка вимагае спешальних рiшень з оргашзацп сенсорно! мереж1, особливо на великих площах. Тому, одшею з важ-ливих задач е обгрунтування та вибiр шлькосп ви-користовуваних сенсорiв. За аграрними задачами, як1 повиннi контролюватися комп'ютерною системою, можна видiлити велику шльшсть !х типiв. Але деяш з них можна досить просто вирiшити з урахуванням !х специфши, наприклад, овочiв-ництво у закритих примщеннях (теплицi та парники). Вони е розгалуженими, але залишаються де-як1 питання захисту ввд зовнiшнього впливу на сен-сори та питання енергопостачання. Однак, задача ошгашзацп використання ресурсiв е однiею iз го-ловних. З одного погляду, треба оптимiзувати використання енергоресурав, що здiйснюеться на ос-новi даних про стан середовища. З шшо! сторони -к1льк1сть сенсорiв повинна бути щонайменша, бо це також матерiальнi та фiнансовi ресурси шдприем-ства, але такою, яка дае повну оцiнку стану керова-ного об'екту.
Постановка завдання. В данш робот голов-ним завданням е розробка математично! моделi теп-лообмiнних процеав в парнику, яка характеризу-ються просторово розподiленими параметрами. За-значеш модел1 потрiбно представити у виглядi рiвнянь i передавально! функци каналу управлшня температурою повiтря. Результатом застосування моделей е вщповвдь про шльшсть та мiсце розташу-вання вщповвдних сенсорiв.
Ан^з лiтератури [1, 2, 3] показуе, що на сьогодшшнш день не юнуе едино! ушверсально! математично! модел1, яка однозначно описуе
зв'язок мiж тими чи шшими показниками бюлопч-ного розвитку рослини i зовшшшми факторами. Однак, деяш з найввдомших, можуть бути усшшно застосованi при вирiшеннi задач контролю i управлшня параметрами мшроктмату в парнику.
Виклад основного MaTepi&^y дослiдження.
Як об'ект контролю i управлшня параметрами мшроктмату парник мае так! просторово розподшеш параметри як волопсть ф = ф(^ x, y, z) i температура Т = T(t, x, y, z). Його внутрiшне по-вiтряне середовище залежать не тшьки ввд часу t, а й ввд просторових координат х, у, z точки, в якш вони вим!рюються.
Проблема контролю при управлшш во-лопсним i температурним режимами в парниках полягае в наступному. £ лише один вихщ, на який надходить сигнал управл1ння u(f) i безлiч вход!в, на кожному з яких можуть бути вим!ряш вихщш сиг-нали ф = ф(t, x, y, z), T(t, х, у, z), тобто використано модель MISO (Multi Input Single Output). При цьому, на виконавчi пристро! зволоження i о6пр!ву повпря в парнику дшть випадковi збурення X=X(t, х, у, z), обумовленi тепломасообмiном парника з навколишшм середовищем.
Визначимо оптимальне розташування датчиков температури повиря в парнику i !х мшмальну необхiдну к1льк1сть в системi контролю. Для цього побудуемо i проанал1зуемо мате-матичну модель теплообмшних процесiв в парнику, що характеризуються просторово розподше-ними координатами.
Розглянемо парник, що обiгрiваеться за допо-могою двох нагрiвачiв, розташованих в його торцях (рис.1). Отримаемо анал1тичний вираз для передавально! функци каналу управлшня температурою T(x, t) внутршнього повиряного середовища парника, де х - вщстань ввд одного з торшв парника (див. рис. 1), a t - змшна часу.
Рис. 1 Система o6^piey парника: 1 - обiгрiвач; 2 - датчик температури.
Функщя T(x, t) задовольняе р!вняння темпера- температурних джерел в точш з координатою х в
туропровщносп
момент часу t.
Рiвняння (1.1) вирiшимо при наступних гра-
dT(x,t) _ 2 d¿T(x,t) j , . ничних умовах:
dt а dX2 + Ут(Х'1)' (11)
де а2 - коефщент температуропровiдностi по-вiтря з урахуванням конвекци; f (х, t) - щiльнiсть
T(0, t) = q(t); T(l, t) = g(t),
(1.2)
де q (t) i g (t) - задаш функци часу, a l - довжина парника.
Граничш умови (1.2) мають мкце, коли в тор-цях парника знаходяться на^вальш пристро!, що щдтримуються при х = 0 i х = l вiдповiдно темпера-тури q (t) i g (t). Розглянемо випадок, коли на^вальш пристро! працюють злагоджено, тобто виконуеться рiвнiсть:
q(t) = g(t).
(1.3)
З урахуванням (1.3) граничнi умови (1.2) прий-мають вид:
T(0, t) = T(l, t) = q (t). (1.4)
Застосувавши до рiвняння (1.1) односторонне перетворення Лапласа за часом отримаемо:
sT (х, s) = а2?^ + ЛМ, (1.5)
йх2
де Т (х, s) i /т (х, s) - зображення по Лапласy функцiй Т (х, i /т (х,€) ввдповщно, a s - комплексна змiнна.
Шсля застосування граничних умов (1.4) за-значеного перетворення, вони приймають вид:
Т(0, s) = T(l, s) = q(s), (1.6)
де q(s) - зображення по Лапласу функцй q(t).
Ввдомо [4], що передавальна функцiя системи управлiння температурою внутршнього повггря-
ного середовища парника визначаеться виразом:
= ^ (^
ШчТ(х,б) - передавальна функцiя, що вiдповiдае каналу передачi q(t) ^ Т(х, t).
Продиференцiювавши, з урахуванням виразу (1.7), рiвняння (1.5) i граничнi умови (1.6) по q(s), отримаемо рiвняння:
sW.it (х, Ю = а2*-2^2 (1.8)
якому вже ввдповщають граничнi умови
шчт (0, ^ = шчт (1, ^ = 1 (1.9)
Рiшення рiвняння (2.8) мае вигляд
(х, s) = АехГз/а + Ве-хГз/а (1.10)
де А i В - невiдомi постшш, значення яких можна визначити, скориставшись граничними умо-вами (1.9).
В результатi отримаемо лшшну систему з двох рiвнянь
Ueirs/a + ße-irs/a = t { А + В = 1
11)
Вирiшивши систему (1.11) i подставивши отри-манi значення А i В у вираз (1.10), маемо
WqT (x,s) =
Js/a-e-xJs/a, e{l-x)Js/a-e-{l-x)Js/a
eljs/a-e-ljs/a
(1.12)
Таким чином, отримано вираз (1.12) для пере-давально! функцй WqT(x, s), яка описуе динамiчнi властивостi каналу управлшня температурою внутрiшнього повiтряного середовища парника.
Перепишемо вираз (1.12) в безрозмiрному ви-глядi:
pXsß-p -xJ~P+ р( l-x)fp_Pl-tifp
^4T(X,P)=-- (U3)
виконавши при цьому наступнi замiни: %=Х l i p = sl2/a2, де p - безрозмiрна комплексна змшна.
Вiдзначимо, що в бшьшосл практично важли-вих випадк1в отримати досить точнi аналiтичнi ви-рази для передавальних функцiй каналiв управлшня об'екпв не вдаеться, через математичну складнiсть даного завдання.
Дал^ при визначеннi оптимального розташу-вання датчиков температури i !х мшмально! шль-костi, що забезпечуе яшсне управлiння температурою повiтря в парнику, будемо мiркувати таким чином. Нехай ТЗД - сигнал задання температури в парнику, тодi завдання управлiння полем температур Т (t, х, у, z) сформулюемо у виглядi наступно! вимоги:
тах|ТЗд - T(t, x, y, z) | = min (114)
Для виконання вимоги (1.14) необхвдна шфор-мацiя про динамiчнi характеристики каналу пере-дачi керуючих впливiв на температурне поле Т (t, х, у, z) внутрiшнього повiтряного середовища парника. Осшльки виведення динашчних характеристик каналу управлiння температурою повиря аналiтичним шляхом складне, скористаемося зазна-ченими характеристиками, отриманими експери-ментально. В даному дослщженш експеримен-тальнi перехiднi функцй' каналу управлшня температурою повиря теплиц отримаемо шляхом подачi на вхвд управлiння об'екта одиничного ступеневого впливу.
... c0,t<=0 u(t) = { 1, t>0
При цьому в мюцях розташування температур-них датчиков, що характеризуються просторовими координатами xh, yh,zh, h = 1, n(n - число датчиков), виникають перехвдш процеси, як1 ввдобра-жаються апаратурою у виглядi кривих розгону.
Використовуючи отримаш кривi розгону, можна апроксимувати вiдповiднi передавальнi функцй' W(s, xh, yh,zh) каналiв управлшня температурами T (t, xh, yh, zh), h = 1, n наступними вира-зами:
W(s, Xh,yh,Zh) = Kh^Fs;h=1,n (1.15)
де Kh - коефщент передачi; ■ - постшна часу транспортного запiзнення; T - постшна часу об'екта; s - комплексна змшна.
e
В принцип для управлшня температурним режимом парника можна було б створити багатозв'яз-кову систему управлшня з одним входом i п вихо-дами, проте практична реалiзацiя таких систем ви-магае значних фшансових витрат, що призвело б до ютотного подорожчання продукцп, що випус-каеться. Тому можна використовувати найпрослшу однозв'язну систему управлiння з одним регулятором температури, параметри налаштування якого встановимо таким чином, щоб виконувалась вимога
Ш1П
(1.16),
де координати хм ,ум,гм вибираються так, щоб забезпечити виконання вимоги
\Тзд - Т{г, хм ,ум,шах \Тзд - Т{г, хм ,ум,
__(1.17)
де И = 1,п .
Отже, на пiдставi вимоги (1.17) визначаеться критична точка з координатами хц ,у, в як1й вщхилення температури Т{р,х^ ,ум ввд зада-ного значения ТЗд максимальне. У свою чергу, ви-конання вимоги (1.16) дозволяе це вщхилення мiнiмiзувати. В результатi забезпечуеться вико-наиия вимоги (1.14).
Припустимо, що для управлшня температурою повиря в парнику використовуеться П1Д-регулятор. Тодi для визначення критично! точки визначимо значення його параметрiв налаштування для кожно! з передавальних функцiй канал1в управлшня (1.15) на основi вимог (1.18), (1.19) i (1.20).
Ы = 11 = ф= 1+1 = 1,618... (1.18)
^ Тд 2 ' 4 '
де Т i Тд - вщповвдно постiйнi часу ште-грування i диференщювання П1Д-регулятора;
число Ф = 1,618 прийнято називати золотим, а вщношення (1.18) - золотою пропоршею;
^1,2 = Ф- Р) (-1 *3,4 = л(1 +
(119)
де з121 53,4 - домiнуючi коренi характеристичного рiвняння передавально! функцi! (1.13);
Р - дiйсне число, причому 0 <Р< 1; ц - показник абсолютного демпфiрування вiльного руху си-стеми;
тп - гранично допустима величина показника вщносного демпфiруваиия ш.
Значення величин тп i Р пiдбираються так, щоб для ввдношення Тг/Тд i показника коливання М виконувалися вiдповiдно до вимоги (1.18), тобто:
Т1/Тд = Ф, i piBHiCTb М = Ф
(1.20)
Визначимо найбшьш iнерцiйний з розглянутих можливих канал1в управлiния температурою, для якого резонансна частота або величина т будуть
мiнiмальнi. Для цього, встановимо значення пара-метрiв настройки ШД-регулятора, отримаиi для да-ного каналу.
Вщомо, що при змiнi параметрiв передавально! функци каналу управл1ння об'ектом в заданих ш-тервалах, для настройки регулятора слад вибирати так1 значення цих параметрiв, при яких шерцшнють керованого об'екта буде максимальною [1]. Оск1льки в цьому випадку нерiвнiсть М <= Ф, (1.21) не порушуеться, якщо значення параметрiв налаштування регулятора залишити незмiнними, а в якосп передавально! функцi! каналу управлшня об'ектом використовувати будь-яку з функцш (1.15).
Виконання нерiвностi (1.21) у вах точках пло-щини парника гарантуе, що як1сть управлшня температурою в кожнш з них буде не прше, н1ж в точш з координатами хм ,ум, гм, в як1й було виконане оп-тимальне налаштуваиия П1Д-регулятора температури на основi вимог (1.18), (1.19), (1.20). Отже, ви-користаний пiдхiд до налаштування регуляторiв за-безпечуе задану як1сть управлшня температурою в уах точках площини парника, а значить i вико-нання вимоги (1.14).
Таким чином, розглянутий приклад шдтвер-джуе доцiльнiсть вибору у об'екпв з просторово розподiленими параметрами найб№ш iнерцiйного каналу управлшня для виконання розрахунку опти-мальних значень параметрiв настроювання регулятора, i вибору мюця розташування датчика, що рееструе значення керовано! величини.
Висновки з проведеного дослщження. Ро-зроблений метод дозволяе анал1зувати залежиiсть динамiчних характеристик каналу управлшня температурою повпря в парнику вiд мюця розташу-вання датчиков контролю температури. Описаний метод дозволяе не пльки правильно вибрати мюце розташувания датчишв температури повiтря, а й мiнiмiзувати !х к1льк1сть, не погiршуючи якють управлiния температурою.
За допомогою запропонованого методу вда-лося встановити достатнють лише одного датчика температури (в розглянутому випадку) для контролю i управлiния температурою повiтря в парнику. 1нформашя ввд датчиков температури розта-шованих в iнших мюцях буде надлишковою.
Вiдомо [5, 6], що динамiчнi характеристики каналу управлшня волопстю повiтря в парнику ана-логiчнi динамiчним характеристикам каналу управлшня температурою повиря. Тому, в данш роботi при пiдборi мiсця розташування i мiнiмально! шль-костi датчиков вологостi повiтря застосований розглянутий вище метод аналiзу. На пiдставi зазна-ченого методу встановлено, що для як1сного управлшня вологiстю повiтря в досл1джуваному парнику досить одного датчика вологосп, мюце розташу-вання якого забезпечуе найбшьшу iнерцiйнiсть каналу управлiння волопстю повпря в парнику.
Окремою задачею е анал1з точносп отримува-них даних, оск1льки вплив похибки у показниках сенсорiв е суттевим параметром не спльки на ре-ал1зацш процесу управл1ння, як на щентифшацш агробiологiчних умов вирощування, як1 впливають
на врожайнють та, у шнцевому Bapiarni, на при-бутки феpмеpiв. Ця задача, виpiшуeться у шших роботах [7, 8]. Слад зазначити, що для цього пропо-нуеться використання iнтелектуaльних систем контролю (1СК) на основi нечетко! логiки [9]. 1х використання представляеться особливо ефектив-ним в силу ввдносно! простоти i великих можливо-стей оперування неповною i нечеткою шфор-мaцiею. Нечiткa логiкa дае можливють досить просто закласти в 1СК вологостi aпpiоpну шформацш про умови контролю у виглядi нечiтких лшгвютич-них правил. Назваш правила за формою близьк1 до природно! мови, що дозволяе ефективно використовувати необхвдш знання, отримаш вiд експеpтiв.
Список лiтератури
1. Бадалян А.Х. «Цифрова система автоматичного регулювання в теплицi з прогнозуванням змiни сонячно! paAia^! i температури»: Автореф. дис. канд. техн. наук. - £реван: £реванський полетехшчний iнститут, 2009. — 22 с.
2. £рков А.А. «Система управлшня мшроктматом в вiддiленнях блокових теплиць та парнишв»: Автореф. дис. канд. техн. наук. — М.: ВИЭСХ, 2005. - 20 с.
3. £рмаков £.1. i iн. «Досввд програмування вpожaйностi тепличних культур» // Картопля та овоч^ 2003. - №12. - С 19-21.
4. Войнова Н.Ф. «Методи i системи адаптивного управлшня температурним режимом теплиць: Автореф. дис. канд. техн. наук. - М . РГАЗУ, 2007. - 22 с.
5. Кирилин Н.И., Шаронова Т.В. «Оп-тимiзацiя алгоритму взаемопов'язаного регулювання температури i вологосп в технолопчних умо-вах» // Мехашзашя i електрифшашя сiльського гос-подарства. - 2006. - №2. - с. 22-32.
6. Гирченко М.Т. «Регулювання температури повпря з корекшею по вологосп» // Мехашзащя i електрифiкацiя сiльського господарства. - 2009. -№1 - с.20-30.
7. Барбар Ю.А. «Вимiрювальний комплекс контролю параметрiв мiкроклiмату»: Автореф. дис. канд. техн. наук. - С.П.Б. Санкт- Петербурзький Державний Техно лопчний Ушверситет, 2004. - 22 с.
8. Вощинин А.П., Сотиров Г.Р. Оптимiзацiя в умовах невизначеносп. -М.: МЕП, НРБ: Вид-во "Техшка", 2010. — 82 с.
9. Використання методiв нечетко! логiки для мiкроконтролерного штелектуального управлшня мiнi-парниками. Науково-практична конференцiя студенпв i аспiраитiв "Теоретичш та прикладт ас-пекти розробки комп'ютерних систем 4 кветня 2019 року, НУЫП Укра!ни, Ки!в. - С. 48. Режим доступу: https://drive.google.eom/file/d/1LpXNkLrGwbnS6Ji ThMv0Ptag 1 TvCOps/view
ДООЧИЩЕННЯ СТ1ЧНИХ ВОД СОЛОДОВОГО ЗАВОДУ У Б1ОРЕАКТОР1 З LEMNA MINOR ТА 1ММОБ1Л1ЗОВАНИМИ НА НОС1ЯХ М1КРООРГАН1ЗМАМИ
Саблш Л.А.
доктор технгчних наук, професор кафедри екобютехнологИ та бгоенергетики Нацюнального технгчного унгверситету Украши «Кшвський полтехтчний тститут 1мет 1горя Сжорського»
Коренчук М. С.
аспгрант кафедри екобготехнологИ та бюенергетики Нацюнального технгчного унгверситету Украти «Кшвський полтехтчний тститут 1мет 1горя Сжорського»
TERTIARY WASTEWATER TREATMENT IN THE BIORACTOR WITH LEMNA MINOR AND
IMMOBILIZED MICROORGANISMS
Sablii L.
Doctor of technical sciences, professor Department of ecobiotechnology and bioenergy of National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute "
Korenchuk M.
PhD student, Department of ecobiotechnology and bioenergy of National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
Аннотащя
Метою роботи e дослвдження процесу доочищення спчних вод солодового заводу в експерименталь-ному бiореакторi з рясковими та мшрооргашзмами, iммобiлiзованими на волокнистих ноаях типу В1Я за рiзноl тривалосп процесу очищення та бюмаси ряски для досягнення високого ступеня очищення ввд нiтратiв та iонiв феруму.
