CC BY
30
■ у разi вимiрювань з похибкою до 1 мГл можна вважати такий вплив коефвдента нерегулярностi на роботу приладу незначним i для дослщження про-гравiметра використовувати методи гармоншного аналiзу;
■ аналогiчний висновок можна зробити, якщо проаналiзувати вплив ц/Х на роботу гiрогравiметра при частой збурення ю = 1640 с-1.
Запропоновано високопро-дуктивну методику розрахунку просторових i силових характеристик кабель-троса як об'ек-та керування на основi розроб-ки процедури автоматичног керованог змши його параме-трiв. На основi запропонованог методики створено спецiалi-зоване програмне забезпечен-ня ОиАБТЕС, яке е ефективним тструментом для дослиджен-ня властивостей кабель-троса як об'екта керування у кваз^ стащонарних режимах роботи
прив'язног тдводног системи. -□ □-
Лггература
1. Попов Е.И. Определение силы тяжести на подвижном
основании. - М.: Наука, 1997. -218с.
2. Лозинская А.М. Измерение силы тяжести на борту
самолета. - М.: ВИЭМС, 1978. -70с.
3. Безвесшьна О.М. Вим1рювання прискорень. Пщручник.
- Кшв: Либщь, 2001. - 264.
УДК 681.5: 629.5
п1двищення ефективност1 розрахунк1в характеристик кабель-троса прив'язнот шдводнот системи як об'екта
керування
О.В. Бл i н цо в
Астрант кафедри комп'ютеризованих систем управлшня Нацюнального ушверситету кораблебудування iM. адмiрала Макарова м. МиколаТв, проспект ГероТв Сталшграда, 9, УкраТна, 54025
Контактний телефон: (0512) 36222 e-mail: blintsov@mksat.net
1. Постановка задачi
Самохвдш прив'язнi тдводт системи (СППС) е ефективним техшчним засобом виконання пiдводних робiт i широко застосовуються для дослiдження й освоення морського шельфу [1]. До складу однолан-ково1 СППС входять самохвдний прив'язний нежилий пiдводний апарат (ПА), кабель-трос (КТ), в'юшка кабель-тросу (ВКТ), спуско-тдшмальний пристрiй (СПП) та пост енергетики i керування (ПЕК). За зви-чай, СППС встановлюеться й застосовуеться з судна-но«я (СН), рис. 1.
До основних режимiв роботи СППС як морського рухомого об'екта належать [1]:
■ занурення ПА з поверхш моря у задану робо-чу точку донно! поверхш;
Рисунок 1. Склад одноланковоТ СППС i координатна система кабель-троса O x y z .
■ позищювання та маневрування ПА у заданш робочiй точцi;
■ рух над донною поверхнею галсами задано! довжини паралельно дiаметральнiй площинi СН з за-даною швидкiстю та висотою над Грунтом;
■ спливання ПА на поверхню i вихщ у точку пiдйому на борт СН.
Керування просторовим рухом СППС е складною техшчною задачею, оскiльки необхвдно одночасно ке-рувати як виконавчими мехашзмами ПА - рушшно-стерновим комплексом (РСК), так i довжиною попущено'! частини КТ - приводом ВКТ, осюльки вiд характеристик КТ суттево залежить ефектившсть функщонування СППС у цiлому [2].
Процес керування ускладнюеться тим, що СППС працюе в умовах невизначеностей зовнiшнiх збурень, що дiють на корпус ПА та на КТ - морських течш та хвиль, змши питомо'! густини морсько'! води, хитави-щ СН тощо.
Керування СППС роздшяють на керування в ква-зктащонарних режимах та керування у динамiчних режимах [2]. В данiй робоп розглядаеться керування системою в квазктащонарних режимах, коли 11 просто-рове перемщення у воднiй товщi наспльки повiльне, що впливом приеднаних мас елеменпв СППС можна зне-хтувати. Динамiчна змiна форми КТ не розглядаеться.
Синтез системи автоматичного керування про-сторовим рухом СППС включае складш i масовi роз-рахунки характеристик КТ у простор^ причому !х виконання на сьогоднi виконуеться методом перебору початкових умов. Такий тдхщ унеможливлюе ви-користання математично! моделi КТ для виконання серш розрахункiв характеристик КТ у стислий час, а
ручний пiдбiр початкових умов стае неможливим при застосуванш математично! моделi КТ як елементу системи автоматичного керування.
2. Мета роботи
Метою роботи е створення високопродуктивно! методики розрахунку просторових i силових характеристик кабель-троса СППС як об'екта керування у квазктащонарних режимах та алгоритму И реалiзащi для розрахунюв з мжмальними витратами часу, що утворюе шструментальну основу для синтезу систем автоматичного керування упорами самохщного прив'язного шдводного апарата.
3. Викладення основного матерiалу
Кабель-трос моделюеться абсолютно гнучкою ниткою з нульовою плавучiстю, яка мае форму круга у пере-рiзi. При руа у потоцi води на такому КТ виникають сили гiдродинамiчного опору. Розтяжшстю КТ нехтуемо. При визначенш сил опору КТ при його руа в водi вважаеть-ся, що нормальна складова вектора сили на ходовому юнщ КТ Т залежить тiльки ввд квадрату нормально! складово! вектора швидкосп течп Vf, дотична складова Т залежить тшьки вiд квадрату дотично! складово! V В бiльшостi випадюв СППС працюють при Vf<3м/с, отже бокова складова вектора Т вважаеться незрiвнянно малою i не враховуеться, визначення конфiгурацii КТ у просторi зводиться до розв'язання плоско! задачi [3] в площинi хсус право! прямокутно! координатно! системи кабель-троса (КСКТ) Осхсус7с, рис. 1.
Кожний елемент КТ знаходиться в площиш хсус КСКТ. Початок КСКТ збiгаеться з коршним кiнцем КТ, вiсь абсцис Осхс паралельна вектору швидкостi потоку води V i мае протилежний напрям, вiсь ординат Осус розташовуеться таким чином, що ходовий юнець КТ за-вжди знаходиться у третш або у четвертiй чверт КСКТ.
Розрахунок КТ у площиш виконуеться методом дугово! апроксимацii, який реалiзуеться за допомогою спецiалiзованого алгоритму, що дае змогу виконувати розрахунки силових та просторових характеристик плоского КТ у потощ води. В диференцшнш формi цей алгоритм представляеться системою рiвнянь [1]:
= cos(a); = sin(a);
^саЬ
dL
аУсаЬ
dL
dа 1
аь = 2
dT
аь =
■ V , ■
V/ ■ ^т(а)| ■ sin(a) Т
(1)
де хсаЬ(Ц) - координата елементу КТ у КСКТ по о« абсцис;
L - довжина попущено! частини КТ; а^) - кут мiж дотичною до елементу КТ i вiссю абсцис;
УЬ^) - координата елементу КТ у КСКТ по о« ординат;
р - питома густина води;
Сп - коефiцiент нормально! складово! пдродина-мiчного опору КТ;
БсаЬ - дiаметр КТ;
V - швидюсть потоку води;
Т(Ц) - модуль сили натягу на елемени КТ;
С - коефщент тангенцiальноi складово! гщроди-намiчного опору КТ.
Традицшно розрахунок характеристик КТ виконуеться чисельним методом: спочатку задають: а0 - кут мiж дотичною до елементу КТ на коршному кiнцi i вiссю абсцис, Т0 - модуль сили натягу на коршному юнщ КТ, L - повну довжину попущено! частини КТ. Шсля виконан-ня штегрування згiдно з системою диференцiйних рiв-нянь (1) отримують результат розрахунку - одномiрнi масиви ХсаЬ i YcaЬ, елементи яких вiдповiдають координатам елементiв КТ в КСКТ зпдно з кроком iнтегрування dL. Останнiй елемент кожного масиву - це координата хсаЬ i усаЬ ПА в КСКТ (ходовий кшець КТ).
Приклад результаив розрахунку конф^урацп КТ при V=3м/с, БсаЬ=20мм, L=100м, dL=0.01м, а0=3.4рад, Т0=500Н наведено на рис. 2.
-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 Рисунок 2. Конф^ураЩя КТ в КСКТ.
Дослвдження СППС як об'екта керування потребуе розв'язання зворотно! задачi моделювання КТ: вхвдними даними для математично! моделi КТ мають бути коор-динати ходового кшця КТ в КСКТ та його довжина L, а вихщними - вектор сили натягу Т на ходовому кiнцi КТ, що мае суттевий вплив на просторове положення ПА.
Обов'язковий для розв'язання тако! задачi посль довний комп'ютерний перебiр параметрiв а0 i Т0 з завданням крокiв змiни Аа0 i АТ0 е неефективним в силу значного зростання часових витрат на проведен-ня розрахунюв при шдвищенш точносп визначення координат хсаЬ i усаЬ. Задача ускладнюеться суттевою нелiнiйнiстю математично! моделi КТ.
Приклад результату розрахунюв координат ходового кшця КТ довжиною L=100м методом послвдовного перебору вхвдних параметрiв а0 вiд 3.15рад до 6.28рад i Т0 ввд 10Н до 8кН з завданням незмшних крокiв перебору Аа0=0.03рад i АТ0=60Н наведено на рис. 3.
Рисунок 3. Розподтення координат ходового кшця КТ в КСКТ при переборi а0 i Т0.
З рисунка видно, що при лшшнш 3Mrni початкових умов а0 i T0 координати ходового кiнця КТ розташову-ються суттево нелiнiйно, що унеможливлюе продук-тивний ручний та автоматизований пошук розв'язань.
В ходi дослiдження було виявлено закономiрностi, яю стали основою створення методики керовано! змь ни параметрiв а0 i T0, що характеризують вектор сиди натягу на ходовому кшщ КТ. Розглянемо основш ii положення б^ьш детально.
На рис. 4 наведено перебiр значень а0 при T0=const та перебiр T0 при a0=const.
Аналiз показуе, що координати xcab i ycab змшюють-ся на Ax , ^const i Ay , *const. Причому кожне зб^ьшен-
cab ^ cab L ^
ня або зменшення a0 при T0=const викликае вiдповiдне збiльшення або зменшення координати xcab (рис 4,а), а збiльшення або зменшення T0 при a0=const викликае ввдповщне зменшення або збiльшення значення координати xcab (рис 4,б). Така закономiрнiсть дае змогу виконати керований пiдбiр а0 для забезпечення спiвпадання значення xcab iз заданим при T0=const за принципом: якщо розрахована xcab менше задано!, то а0 збшьшуемо, якщо xcab бiльше задано!, то а0 зменшуемо. Спiвпaдaння значення xcab iз заданим також можна за-безпечити перебором T0 при а0=тош^ якщо xcab менше задано!, то T0 зменшуемо, якщо xcab б^ьше задано!, то T0 збiльшуемо.
Координати ходового кшця КТ (рис. 3) утворюють сiмействa кривих, що не перетинаються на штерва-лi (-L; L) по осi xc i на iнтервaлi (-L; 0) по оа yc. На рис. 5, як приклад, наведено таю ^rni для Т0=500Н, Т0=1000Н, Т0=1500Н при переборi а0 вiд 3.15рад до 6.28рад (рис. 5,а) i для а0=3.2рад, а0=3.4рад, а0=3.6рад при переборi T0 вiд 10Н до 8кН (рис. 5,б).
Анaлiз цих «мейств кривих показав, що для кож-но! точки xcab=const зменшення координати ycab ввдпо-вiдaе збiльшенню T0 i а0 (рис. 5). Така зaкономiрнiсть
дае змогу виконувати керований пiдбiр початково! умови Т0 або а0 для забезпечення спiвпадання координати усаЬ iз заданою.
Змшу початкових умов виконуемо у такий споаб. Спочатку задаемо допустиме вщхилення розрахова-них координат вiд заданих i довiльне значення Т0, тс-ля чого знаходимо таке а0, щоб розраховане значення координати хсаЬ спiвпадало iз заданим (потрапляло в межi допустимого вщхилення). Отримане значення вiдповiдно! координати усаЬ порiвнюемо iз заданим i, якщо усаЬ менше заданого, то зменшуемо значення Т0, якщо усаЬ бiльше заданого, то збiльшуемо значення Т0. Пiсля цього необхiдно знову виконати пiдбiр хсаЬ перебором а0 i т.д.
Цикл повторюемо необхщну кiлькiсть рaзiв, поки значення розрахованих координат не увшде у задан межi. При переборi Т0 i а0 доцiльно використовувати пiдбiр «доленням навтл».
Алгоритм реaлiзaцi! викладеного способу розв'я-зання зворотно! зaдaчi наведено на рис. 6.
Дамо опис алгоритму в порядку нумерацп його блоюв.
Блок 1 - блок уведення вхщних даних: L, р, Сп, С Dcab, Vf - характеристики КТ й оточую-чого середовища;
Хкоус i Уя0ус - координати ходового кшця КТ в КСКТ, це координати фактичного розташування ПА, для котрих потрiбно знайти вектор Т; dL - крок iнтегрувaння по L;
а0min - мiнiмaльне значення кута мiж дотичною до елементу КТ на коршному кiнцi i вксю абсцис (реко-мендуеться обирати а01Ып=3.15рад);
а0тах - максимальне значення кута мiж дотичною до елементу КТ на коршному кшщ i вшсю абсцис (ре-комендуеться обирати а0тах=6.28рад);
а0 - початкове значення кута мiж дотичною до
Ус, м 0
-20 -40 -60 -80
г/„ - 6 98 тп-
U.Q
1
)
• ✓ г
• • • • • им
з. 15 рад < a0< 6.2s ра при Го = 1 кН Д
-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80*ом а)
б)
Рисунок 4. Координати ходового кшця КТ в КСКТ: а — перебiр а0 при T0=const; б — перебiр T0 при а0=const.
б)
Рисунок 5. Кривi розташування ходового кiнця КТ в КСКТ: а — перебiр а0 при рiзних значеннях T0; б — перебiр T0 при рiзних значеннях а0.
Рисунок 6. Алгоритм розрахунку силових характеристик КТ.
Таблиця 1.
Порiвняльна характеристика методики посждовного перебору i запропонованоТ методики.
(XROVc; yROVc)' м eacc, м Лшшний переб1р Запропонована методика
Да0/ДТ0' рад/Н Ор1ентовний час розрахунку, с/галькють ¡терацш
(-60; -30) 2 0.03/60 неможливо <0.8/<171
0.1 неможливо
2 0.01/10 88/17650
0.5 неможливо
(60; -30) 2 0.03/60 2/540 <0.6/<113
1 неможливо
2 0.01/10 38/8214
1 неможливо
0.1 неможливо
(-30; -80) 2 0.03/60 17/3091 <0.2/<43
1 неможливо
2 0.01/10 272/53598
1 288/56750
0.1 неможливо
(30; -80) 2 0.03/60 14/2891 <0.4/<99
0.5 15/3211
0.1 неможливо
2 0.01/10 252/50166
0.5 275/54583
0.1 неможливо
елементу КТ на коршному кшщ i вiссю абсцис (реко-мендуеться обирати а05=4.71рад);
T0min - мтмальне значення модулю сили натягу на коршному кшщ КТ (Т01Ып>0);
Т0тах - максимальне значення модулю сили натягу на коршному кшщ КТ (обираеться емтричним шляхом);
Т0 - початкове значення модулю сили натягу на коршному кшщ КТ (рекомендуеться обирати То=(Тота1 - Т0ш1п)/2).
еасс - допустиме вщхилення розрахованих координат ПА ХсаЬ i УсаЬ вщ заданих х^ i у^ (рекомендуеться обирати е =0.1м).
^ асс '
Блок 2 - виконуе операцп присвоення: ат!п := а0т!п;
.:= а
Блок 3 - блок виконання розрахунюв КТ, в 0CH0Bi якого використовуеться система диференцiйних piB-нянь (1). Вихiдними даними цього блоку е координати ходового кшця КТ xcab i ycab, складовi вектору сили натягу Т i Т в КСКТ та одномipнi масиви X , i Y ,, що
^ cx cy ^ i. cab cab'
мштять координати елементiв КТ в КСКТ.
Блок 4 - виконуе пеpевipкy умови: eacc < |xROVc - xcab |.
Блок 5 - виконуе пеpевipкy умови: Xcab < XroVc .
Блок 6 - виконуе операцп: Да := (amax -а0)/2 ;
amin := «о; а0 := ао + .
Блок 7 - виконуе операцп: Aa := (а0 -amin)/2 ; amax := а0 ; а0 := а0 - Да .
Блок 8 - виконуе пеpевipкy умови: eacc < |yRQVc - ycaJ.
Блок 9 - виконуе пеpевipкy умови: ycab > yROVc .
Блок 10 - виконуе операцп: ДТ:= (T0max -T0)/2;
Timin := To; T0:= T0 +ДТ.
Блок 11 - виконуе операцп: ДТ:= (T0 - T0min)/2 ; T)max := To; To:= To -AT.
Блок 12 - блок виводу результаив розрахунку форми i силових характеристик КТ.
Поpiвняльна характеристика методик розрахунку характеристик КТ наведена у табл. 1. Розрахунки ви-конувались за допомогою персонального комп'ютера з процесором AMD Athlom X64 Dual Core 3800 i оперативною пам'яттю 1 ГБ, алгоритми розрахунку pеалiзо-ваш автором у виглядi спецiалiзованого програмного забезпечення QUASTEC.
Розроблене за описаною методикою програмне за-безпечення QUASTEC дае змогу виконувати серп проектних розрахунюв характеристик КТ в плоскш постановщ з мiнiмальними витратами часу та може використовуватись для дослщження властивостей КТ як об'екта керування в квазктащонарних режимах роботи СППС.
Задача розрахунку характеристик КТ у просто-ровш постановщ може бути розв'язана введенням до складу програмного пакету QUASTEC piвнянь зв'язку КСКТ з просторовими системами координат.
Висновки
1. На основi розробки процедури автоматично! ке-ровано! змши вектора сили натягу на коршному кш-щ кабель-троса прив'язно! пiдводноi системи запро-поновано високопродуктивну методику розрахунку його просторових i силових характеристик як об'екта керування у квазштащонарних режимах роботи. По-рiвняльний аналiз запропоновано! методики з тра-
а
дицшними тдходами до розрахунку просторових i силових характеристик кабель-троса показуе, що ïï продуктивнiсть у середньому на деюлька порядкiв вища при однаковш точностi розрахункiв.
2. Запропонована методика реалiзована у ви-глядi спецiалiзованого програмного забезпечення QUASTEC, яке е ефективним iнструментом для до-слщження властивостей кабель-троса як об'екта керу-вання у квазiстацiонарних режимах роботи прив'язноï пiдводноï системи.
-□ □-
Приведены закономерности, позволяющие оценить, обобщить и представить в аналитическом виде параметры (факторы), определяющие взаимосвязь, устойчивость и эффективность структурных элементов ИСУ КП. Показано, что применение формализованных принципов и подходов позволяет анализировать технический уровень создаваемой модели конфигурации ИСУ КП и прогнозировать качество выпускаемой продукции. -□ □-
1. Введение
Современный глобальный рынок требует непрерывного улучшения качества продукции как важнейшего фактора повышения её конкурентоспособности. Это особенно актуально для Украины, преобразования которой в развитую европейскую державу невозможно без повышения уровня конкурентноспособности промышленых предприятий. Однако, решение данной проблемы требует проведения большого объёма теоретических и экспериментальных исследований, направленных на создание интегрированной системы управления (ИСУ КП), эффективно работающих в формате «разработчик-производитель-потребитель».
Анализ жизненного цикла построения процессно-ориентированых ИСУ КП показал, что этап проектирования не достаточно обеспечен формализованными принципами и подходами, обеспечивающими научно-обоснованный выбор структурных составляющих для формирования конфигурации системы, что сдерживает её широкое применение в промышленности.
2. Цель работы
Установление формализованных зависимостей, позволяющих на стадии маркетинговых исследований проводить формализованную оценку структурных элементов конфигурации ИСУ КП.
Лггература
1. Блинцов В.С. Привязные подводные системы - К.:
Наукова думка, 1998. - 232 с.
2. Привязные подводные системы. Прикладные задачи
статики и динамики / Н.И. Виноградов, М.Л. Гутман, И.Г. Лев, М.З. Нисневич. - СПб: Изд-во С.-Петерб. Унта, 2000. - 324 с.
3. Егоров В.И. Подводные буксируемые системы: Учебное
пособие. - Л.: Судостроение, 1981. - 304 с.
УДК 006.015.5:378
А.И. Химичева О.А. Демиденко И.В. Петко
3. Обсуждение результатов
В Киевском национальном университете технологий и дизайна на кафедре метрологии, стандартизации, сертификации в течении последних пяти лет проводились комплексные исследования по созданию методологии формализованной оценки конфигурации ИСУ КП.
Проведённые авторами исследования (в рамках госбюджетных и хоздоговорных работ) показали, что построение ИСУ КП зависит от целого ряда факторов (нормативных, технологических, организационных, экологических, отраслевых и т.п.) и в практическом плане осуществляется по одному из двух вариантов: либо путем создания аддитивных моделей, когда к системе управления качеством, выполняющей роль базовой, последовательно присоединяются другие системы управления, либо путём создания мультипликативной модели, когда все процессно-ориентиро-ванные системы управления объединяются в единый комплекс одновременно. Принципы и механизмы их построения описаны авторами в работах [1...5].
Поскольку аддитивная и мультипликативная модель ИСУ КП различаются по своей структуре, то для принятия решений, связанных с выбором конфигурации системы, необходимо проводить ее оценку по параметрам «затраты», «структурная устойчивость», «структурная эффективность», «риск выпуска дефектной продукции».
ФОРМАЛИЗОВАННАЯ ОЦЕНКА КОНФИГУРАЦИИ МОДЕЛИ ПРОЦЕССНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
