КІровоградський державний технІЧний унІверситет

КАЛАШНІК ДМИТРО ВІКТОРОВИЧ

УДК 621.317.39

Автоматизована система контролю

та облІку зерна на пІдприЄмствах

зернопереробноЇ промисловостІ

Спеціальність 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеню

кандидата технічних наук

КІровоград - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі програмного забезпечення в Кіровоградському державному технічному університеті Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,

заслужений працівник освіти України

Сидоренко Володимир Володимирович,

Кіровоградський державний технічний університет,

завідувач кафедри програмного забезпечення.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор,

заслужений діяч науки і техніки України

Мартиненко Іван Іванович,

Національний аграрний університет України,

завідувач кафедри автоматизації

сільськогосподарського виробництва;

кандидат технічних наук, професор

Пащенко Василь Федорович,

Кіровоградський державний

технічний університет,

завідувач кафедри автоматизації виробничих

процесів.

Провідна установа: Український державний університет харчових

технологій Міністерства освіти України,

кафедра автоматизації та комп’ютерно–

інтегрованих технологій, м. Київ.

Захист відбудеться 11 вересня 1999 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 23.073.01 в Кіровоградському державному технічному університеті за адресою:316050, м. Кіровоград, пр. Правди, 70а.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Кіровоградського державного технічного університету за адресою:316050, м. Кіровоград,

пр. Правди, 70а.

Автореферат розісланий “6” серпня 1999 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат технічних наук, доцент Каліч В.М.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Впровадження комплексних засобів автоматизації на підприємствах зернопереробної промисловості дозволяє значно скоротити витрати і підвищити вихід готової продукції, а також підвищити продуктивність та поліпшити умови праці.

Одним із процесів, які необхідно автоматизувати, є контроль та облік зерна, який здійснюється за допомогою вагодозуючого обладнання. Вагове та дозуюче обладнання, що випускаються вітчизняною промисловістю, виконується з використанням ручної праці і не піддається агрегатуванню в єдину інформаційно-керуючу систему підприємства, що ускладнює автоматизацію технологічного процесу. Внаслідок цього на семінарі-нараді "Оснащення підприємств галузі сучасним вагодозуючим обладнанням" (3-5 липня 1996р. м. Львів) було прийнято рішення перейти на тензометричні системи виміру ваги з автоматичним запровадженням інформації в ЕОМ, що істотно підвищує достовірність інформації і дозволяє застосувати комплексну автоматизацію технологічного процесу на підприємстві. У зв'язку з цим виникла проблема розробки пристрою сполучення вимірювальних перетворювачів вагодозуючого обладнання з керуючою ЕОМ. Існуючі пристрої вимірювання в цілому не відповідають технологічним і економічним показникам, які необхідні для автоматизації технологічних процесів дозування і вимірювання ваги на високому сучасному рівні. Проблема ускладнюється тим, що підприємствам зернопереробної промисловості властива централізована система керування, тому вимірювальні перетворювачі знаходяться на значній відстані від пристроїв збору і обробки інформації. В результаті цього на вхід пристрою вимірювання надходить сигнал при підвищеному рівні завади.

Існуючі технічні рішення використовують вимірювальні підсилювачі або пристрої перетворення інформації безпосередньо в місці утворенні аналогового сигналу. Такі рішення не можна прийняти оптимальними з погляду як автоматизації процесу, так і економічних та експлуатаційних спроможностей. Крім того, вони не відповідають вимогам вибухонебезпеки.

Виходячи з цього, виникає необхідність розробки пристрою сполучення тензометричних вимірювальних перетворювачів з керуючими засобами обчислювальної техніки з високоефективним подавленням завад в вимірювальному каналі, який забезпечить одержання оптимальних динамічних оцінок корисного сигналу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дисертація виконана на підставі державної науково-технічної програми України по пріоритетному напрямку науково-технічного прогресу 6.1. "Сучасні інформаційні технології в створенні інтегрованих виробничих комплексів". Дослідження проведені згідно з тематичним планом науково-дослідних робіт Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування по госпдоговірній темі №62102.

Мета і задачі дослідження

Метою дисертаційної роботи є створення автоматизованих систем контролю та обліку зерна на підприємствах зернопереробної промисловості на основі теоретичних досліджень по реалізації лінійних нестаціонарних систем з використанням їх адекватності нелінійним стаціонарним системам, а також визначення параметрів адекватної системи та вирішення задачі асимптотичної збіжності зазначених систем за рахунок доповнення їх умовою інваріантності і побудові по результатам досліджень пристрою сполучення тензодатчиків з керуючими засобами обчислювальної техніки. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

- визначення параметрів вторинних перетворювачів зі змінними в часі параметрами на основі їхньої адекватності нелінійним стаціонарним системам для одержання оптимальних динамічних оцінок тензометричних вимірювальних перетворювачів;

- подавлення внутрішніх шумів вторинного перетворювача на основі теорії інваріантності;

- створення пристрою для сполучення тензометричних вимірювальних перетворювачів з керуючою ЕОМ і реалізація автоматизованої системи контролю та обліку зерна.

Наукова новизна одержаних результатів

В роботі отримані наступні наукові результати:

- запропоновано спосіб визначення параметрів нелінійної стаціонарної системи на основі методу гармонійної лінеаризації;

- на основі теорії інваріантності запропоновано спосіб, який дозволяє подавляти шуми, що виникають в замкнутій системі вторинного перетворювача при його апаратній реалізації.

Практичне значення одержаних результатів

Запропоновано апаратну реалізацію вторинного перетворювача для вимірювання електричних сигналів тензометричних вимірювальних перетворювачів при підвищеному рівні зовнішніх завад, а також з подавленням його внутрішніх шумів, використовуючи який, створено автоматизовану систему контролю та обліку зерна в складі уніфікованої системи автоматизації технологічних процесів на Кіровоградському комбінаті хлібопродуктів №2.

Особистий внесок здобувача

У наукових працях персонально здобувачу належать такі матеріали:

- запропонована апаратна реалізація пристрою для вимірювання електричних сигналів при підвищеному рівні завад;

- запропонований інженерний метод визначення параметрів нелінійних стаціонарних систем, заснований на методі гармонійної лінеаризації для використання їх при апаратній реалізації вторинних перетворювачів;

- запропоновано вторинний перетворювач для високоефективного вимірювання сигналів тензометричних вимірювальних перетворювачів з подавлення його внутрішніх шумів на основі теорії інваріантності.

Апробація результатів дисертації

Основні положення і результати були висвітлені й одержали схвалення на наукових конференціях викладачів, аспірантів і співробітників Кіровоградського державного технічного університету (1997…1999 рр.), V Всеукраїнській науковій конференції "Застосування обчислювальної техніки, математичного моделювання та математичних методів у наукових дослідженнях" ( м. Львів, вересень1998 р.).

Публікації

Основні положення дисертації опубліковані в 3 статтях і в одному рішенні про видачу патенту на винахід.

Структура та обсяг роботи

Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, висновків, списку використаних джерел та шістьох додатків. Загальний обсяг дисертації 160 сторінок, 44 рисунків, 4 таблиць. Список використаних джерел складається з 103 найменувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність теми дисертації, показано її наукове і прикладне спрямування, сформульовані мета і задачі, які необхідно вирішити для її досягнення. Показано зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Перший розділ. Огляд літератури з автоматизованих систем вимірювання і управління вагодозуючими пристроями та вибір напрямку дослідження.

Проведено огляд літератури з автоматизованих систем вимірювання і управління вагодозуючим обладнанням та шляхів підвищення їх завадостійкості.

Аналіз показав, що існуючі вимірювально-керуючі пристрої вагодозуючого обладнання і способи підвищення їх завадостійкості не забезпечують необхідну точність вимірювання. Використання даних пристроїв стримується рядом складних умов експлуатації, які присутні на підприємствах зерноперобної промисловості . Як показали дослідження, спектр флуктуаційних завад, які присутні на даних підприємствах, і корисного сигналу знаходяться в одній частотній області. При цьому співвідношення сигнал/шум менше одиниці.

У зв'язку з цим ставиться задача проведення теоретичних досліджень методів визначення динамічних оцінок тензометричних вимірювальних перетворювачів при великому рівні завади і розробки на їх основі пристрою сполучення з мікрозасобами керуючої обчислювальної техніки для побудови автоматизованої системи контролю та обліку зерна.

Другий розділ. Загальна методика і теоретичні дослідження методів визначення динамічних оцінок сигналів тензометричних вимірювальних перетворювачів.

Для вирішення вказаної задачі запропоновано використовувати спосіб вимірювання електричних сигналів при підвищеному рівні завад. Суть даного способу полягає в тому, що в вимірювальному ланцюгу спочатку здійснюється вимірювання завади, яка наводиться при відсутності корисного сигналу, а потім відносно даного рівня здійснюється вимірювання корисного сигналу. Згідно цього способу вимірювання рівня завади виконується при відсутності напруги живлення на датчику, а вилучення корисного сигналу - при живленні датчика. Таким чином, спосіб і пристрій, який його реалізує, потребує живлення датчиків імпульсною напругою.

Вимірювання рівня завади і рівня суміші корисного сигналу і завади виконується в різні проміжки часу. Таким чином сигнал, який вимірюється, буде являти собою адитивну суміш корисного сигналу і завади. Задача в постановці, коли необхідно отримати оптимальні динамічні характеристики корисного сигналу в суміші з адитивної завадою, і коли спектр частот корисного сигналу і завади накладаються, була поставлена і вирішена Вінером, Калманом та Бьюсі.

В практиці часто відомі форма і закон зміни сигналу з виходу датчика. Задача в такій постановці, коли маємо детермінований сигнал з невідомими параметрами, зводиться до визначення невідомих параметрів.

Тобто задача по обробці даних, які спостерігаються, зводиться до знаходження найкращої оцінки сигналу x(t), відносно якого відомо:

де ak - невідомі постійні параметри;

jk(t) - задані функції.

Сигнал, який діє на вході каналу вимірювання z(t), має вигляд:

де n(t) - завада, яка характеризується білим шумом рівня N.

В цьому випадку оцінки параметрів сигналу визначаються із вирішення системи стохастичних диференційних рівнянь:

(1)

(2)

де ak - математичне очікування;

dkl – дисперсія.

Внаслідок суміжного рішення рівняння (1) і (2) отримують математичне очікування ak і ію dkl сигналу x(t).

Сигнал з виходу датчика в малий проміжок часу вимірювання має лінійний характер. Тому функція jk(t) являє собою поліном першого порядку:

і корисний сигнал матиме вигляд:

Після математичних перетворень і вводячи позначення

отримаємо:

В залежності з цими рівняннями побудуємо структурну схему фільтру, яка представлена на рис.1.

Рисунок 1 - Структурна схема фільтру для сигналу, що змінюється по лінійному закону

Як видно з вищевикладеного, реалізація фільтру зводиться до системи зі змінними в часі параметрами. При реалізації такої системи виникають труднощі - наявність змінних в часі параметрів. Вирішення проблеми реалізації систем з такими параметрами пропонується на основі адекватності лінійних нестаціонарних систем і нелінійних стаціонарних систем. Тобто систему, яку отримали, можна реалізувати на основі нелінійної стаціонарної системи.

При цьому система буде описуватися адекватною системою диференційних рівнянь:

де Dx=z(t)-x(t) - різниця вхідного і вихідного сигналу системи; f1(Dx) і f2(Dx) - невідомі нелінійні стаціонарні функції змінної Dx , які необхідно визначити.

В даній роботі запропоновано інженерний спосіб визначення параметрів нелінійних стаціонарних функцій, який грунтується на методі гармонійної лінеаризації.

Згідно методу гармонійної лінеаризації для функцій f1(Dx), f2(Dx) можна записати:

(3)

де q1(ai), q2(ai) -коефіцієнти передачі, які залежать від амплітуди аi вхідного сигналу; i=1,2...n.

Таким чином, нелінійна функція замінюється лінійною з кутовим коефіцієнтом, який необхідно визначити. Із умови адекватності лінійних нестаціонарних і нелінійних стаціонарних систем слідує, що повна адекватність в нашому випадку здійснюється при виконанні таких умов:

, (4)

Тобто функції f1(Dx(ti)), f2(Dx(ti)) адекватні коефіцієнтам k1(ti), k2(ti) в даний проміжок часу ti відповідно.

Із виразів (3), (4) можна записати:

, . (5)

Тоді для моментів часу ti визначаються значення функцій k(ti), Dx(ti) і на основі (5) отримуємо значення відповідного коефіцієнту q(ai) і будуємо пряму 1 (рис.2).

Аналогічно для різних значень амплітуд отримаємо декілька прямих(2, 3). Крива, яка перетинає ці прямі в точках відповідних амплітуд, визначає нелінійність.

Рисунок 2 - Графік нелінійної функції f(Dx)

Таким чином, використовуючи метод гармонійної лінеаризації є можливість інженерним способом визначити параметри нелінійної стаціонарної системи. Це дозволяє реалізувати фільтр Калмана-Бьюсі на основі нелінійних стаціонарних систем (нелінійний фільтр) без значних апаратних труднощів в вимірювальних системах вагодозуючого обладнання.

При апаратній реалізації такої системи, із-за наявності внутрішніх шумів, які присутні в замкнутій динамічній системі, порушується її асимптотична збіжність. Джерелами даних шумів є елементи і вузли з яких складається система. Таким чином, ставиться задача отримання асимптотичної збіжності оцінки вихідного сигналу системи або практичного позбавлення від шумів в системі. Рішення цієї задачі може бути засновано на теорії інваріантності. Розглянемо теорію інваріантності стосовно до нашої системи, яку для зручності подальших математичних викладок запишемо у вигляді:

(6)

де x1(t) - сигнал на виході системи;

f1(t) - внутрішні шуми системи.

Згідно теорії інваріантності умовою незалежності величини x1(t) від збурення f1(t) є тотожна рівність нулю мінору головного визначника системи рівнянь, тобто M11(р)=0. Це є критерієм Щипанова-Лузіна, який дає можливість синтезувати інваріантні системи.

Запишемо систему (6) в символічній формі(p=d/dt):

(7)

де aij(p) - поліноми (a11=p, a12=-1, a13=-k1, a22=p, a23=-k2, a31=1, a33=1).

Умовою абсолютної інваріантності для системи (7) буде:

Вирішуючи кожне з рівнянь системи (7) відносно основної для кожного рівняння змінної при нульових початкових умовах отримаємо:

(8)

Структурна схема системи, яка відповідає системі рівнянь (8), представлена на рис.3.

Рисунок 3 - Структурна схема нелінійної системи

Передаточна функція внутрішнього контуру:

При виконанні умови інваріантності передаточна функція Wk(р) дорівнює нескінченості. Абсолютно інваріантна система для структури, яка розглядається, еквівалентна деякій гіпотетичній системі і має ланцюг з нескінченим коефіцієнтом підсилення.(рис.4.).

Передаточна функція для еквівалентної схеми по каналу збурення:

Рисунок 4 - Структурна схема еквівалентна системи

З цього виразу видно, що передаточна функція y(p) буде прагнути до нуля, якщо Wk(р) буде прагнути до нескінченності. При переході від зображень до оригіналів отримаємо необхідну структуру системи. Тобто, виходячи з викладеного, можна зробити наступні висновки: для того, щоб забезпечити абсолютну інваріантність системи, яка розглядається, від внутрішніх шумів, необхідно, щоб коефіцієнт k1(t) прагнув до нескінченності, а коефіцієнт другого інтегратора на стільки ж прямував до нуля.

Третій розділ. Дослідження теоретичних результатів на основі математичного моделювання.

На основі математичних викладок теоретичного розділу для дослідження і визначення параметрів фільтру Калмана-Бьюсі на основі нелінійних стаціонарних функцій була створена його математична модель, яка враховує особливості параметрів системи та її фізичні властивості.

Так, за допомогою математичної моделі на основі запропонованого в теоретичному розділі способу, були отримані нелінійні функції f1(Dx) і f2(Dx) в графічному і аналітичному вигляді.(рис.6).

Рисунок 6 - Графіки нелінійних стаціонарних функцій f1(Dx) і f2(Dx)

Аналітично функції f1(Dx) і f2(Dx) описуються рівняннями:

де , - коефіцієнти, які залежать від рівня завади, і визначаються на підставі апостеріорних даних.(рис.7, рис.8):

Рисунок 7 – Графік залежності коефіцієнта від рівня завади

Рисунок 8 – Графік залежності коефіцієнта від рівня завади

Згідно теоретичних досліджень стосовно пригнічення внутрішніх шумів фільтру на основі нелінійних стаціонарних систем, коефіцієнти передачі ланцюгів f1(Dx) і f2(Dx) повинні бути зворотно пропорційні коефіцієнту передачі другого інтегратора k3, тобто визначатися з виразів:

де k1i, k2i - коефіцієнти передачі функцій f1(Dx), f2(Dx) при виконанні умови інваріантності.

Четвертий розділ. Апаратна реалізація та експериментальні дослідження пристрою сполучення тензодатчиків з керуючими засобами обчислювальної техніки.

Запропонована апаратна реалізація пристрою, на який отримано рішення про видачу патенту на винахід, для вимірювання електричних сигналів при підвищеному рівні завади.

Виходячи з проведених теоретичних та експериментальних досліджень на основі математичного моделювання запропоновані структурні, функціональні та принципові схеми нелінійного фільтру. Функціональна схема нелінійного фільтру зображена на рис.10.

Рисунок 10 - Функціональна схема нелінійного фільтру

В даній схемі блоки F1 і F2 реалізують нелінійні функції f1(Dx) і f2(Dx). Для спрощення апаратної реалізації дані нелінійні функції апроксимовано відрізками прямих ліній.(рис.11, рис.12).

Напруга U2 на виході блоку F1 , який реалізує нелінійність виду f1(Dx), визначається з виразу:

де k1=tga1;

k2=tgb1;

a1, b1 - кути нахилу апроксимуючих прямих нелінійної функції f1(Dx) ;

U1=Uвх-Uвих;

Uоп1=|b1|;

b1 - точка перелому.

Рисунок 11 - Апроксимація функції f1(Dx):

a1, b1 - кути нахилу апроксимуючих прямих;

b1 - точка перелому.

Рисунок 12 - Апроксимація функції f2(Dx):

a2, b2 - кути нахилу апроксимуючих прямих;

b2 - точка перелому.

Напруга U3 на виході блоку F2 , який реалізує нелінійність виду f2(Dx), визначається з виразу:

де k3=tga2;

k4=tgb2;

a2, b2 - кути нахилу апроксимуючих прямих нелінійної функції f2(Dx) ;

U1=Uвх-Uвих;

Uоп2=|b2|;

b2 - точка перелому.

Напруга на виході інтегратора D4 дорівнює:

де

Проведені експериментальні дослідження показали високі метрологічні здібності нелінійного фільтру. Так при наявності завади чка складає 33% корисного сигналу коефіцієнт подавлення завади складає 50dB. Осцилограма сигналів на вході і виході фільтру наведена на рис.13.

На основі пристрою для вимірювання електричних сигналів при підвищеному рівні завади та нелінійного фільтру розроблено пристрій сполучення тензометричних вимірювальних перетворювачів з керуючими засобами обчислювальної техніки.

Даний пристрій дозволяє контролювати до восьми датчиків, проводити вимірювання на відстані до 300 м.

Такі властивості пристрою, який розроблено, дають можливість використання його і в інших галузях агропромислового комплексу, де необхідно проводити вимірювання аналогового сигналу при складних умовах експлуатації.

Рисунок 13 - Осцилограми роботи фільтру

П'ятий розділ. Аналіз і узагальнення результатів дослідження та впровадження їх при розробці автоматизованої системи контролю та обліку зерна на підприємствах зернопереробної промисловості

Розроблена автоматизована система вирішує задачі відстеження прийому, зберігання та відвантаження зерна шляхом контролю вагового обладнання і реєстрації на центральній ЕОМ результатів вимірювання.

Вся логіка управління системою реалізована за допомогою програмних засобів. Програма управління є ведучою по відношенню до шаф управління, де розташовані пристрої контролю і управління обладнанням на елеваторі.

Проведено розрахунок техніко-економічної ефективності системи, яка пропонується. За результатами розрахунку річний економічний ефект від впровадження системи складає 7053 грн. в рік на кожні 1000 тон зерна.

Система впроваджена і працює в складі уніфікованої системи управління технологічними процесами на елеваторі Кіровоградського комбінату хлібопродуктів №2

ВИСНОВКИ

Сукупність приведених в роботі результатів дозволяє створити автоматизовану систему контролю та обліку зерна на підприємствах зернопереробної промисловості на основі розробленого пристрою сполучення тензометричних вимірювальних перетворювачів з керуючими засобами обчислювальної техніки.

В дисертаційній роботі отримані наступні основні наукові і практичні результаті:

- створено вторинний перетворювач для вимірювання електричних сигналів з високоефективним подавленням завад у вимірювальному каналі з використанням алгоритмів оптимальної фільтрації;

- запропоновано спосіб реалізації вторинного перетворювача зі змінними в часі параметрами на основі нелінійних стаціонарних систем, який дозволяє отримати динамічні оцінки сигналів;

- запропоновано спосіб визначення нелінійних параметрів вторинного перетворювача на основі методу гармонійної лінеаризації, а також пригнічення його внутрішніх шумів на основі теорії інваріантності;

- створено пристрій сполучення тензометричних датчиків сили з керуючими засобами обчислювальної техніки і реалізована на його основі автоматизована система контролю та обліку зерна, яка впроваджена в складі автоматизованої системи управління технологічними процесами на елеваторі Кіровоградського комбінату хлібопродуктів №2.

Список опублІкованих праць за темою дисертацІЇ

1. СидоренкоВ.В., Калашнік Д.В. Універсальний пристрій вводу і обробки аналогової інформації для систем автоматичного управління технологічними режимами зберігання та переробки зерна. // Збірник наукових праць Кіровоградського інституту сільськогосподарського машинобудування /техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація /. – Кіровоград: КІСМ. - 1998.- №2. - С.191-195.

2. Д. Калашнік. Визначення параметрів пристроїв для вимірювання електричного сигналу тензометричних датчиків сили на підприємствах агропромислового комплексу // Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. - Кіровоград: КДТУ. - 1999. - №27. - С.177-182.

3. Калашнік Д.В. Підвищення точності фільтру Калмана-Б'юсі на основі теорії інваріантності.// Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету /техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація / - Кіровоград: КДТУ. - 1999. - №5. - С. 55-60.

4. Рішення про видачу патенту по заявці №97115560 від 29.10.98, МПК 6Н03К 13/17. Пристрій для вимірювання електричного сигналу з адитивною завадою. / Сидоренко В.В. Калашнік Д.В. Головір В.О. (Україна); Заявл. 19.11.97. і

АНОТАЦІЯ

Калашнік Д.В. Автоматизована система контролю та обліку зерна на підприємствах зернопереробної промисловості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - автоматизація технологічних процесів. - Кіровоградський державний технічний університет, Кіровоград, 1999.

Дисертацію присвячено створенню автоматизованої системи контролю та обліку зерна на основі пристрою сполучення тензометричних датчиків з керуючими засобами обчислювальної техніки. В цьому пристрої в якості вторинного перетворювача пропонується використовувати фільтр Калмана-Бьюсі як високоефективний засіб пригнічення завад в вимірювальному каналі. Запропоновано засіб реалізації фільтру на основі нелінійних стаціонарних систем з пригніченням внутрішніх шумів шляхом доповнення його умовою інваріантності, що забезпечує асимптотичну збіжність вирішення.

Ключові слова: вторинний перетворювач, тензометричний датчик сили, нелінійні стаціонарні системи, асимптотична збіжність, інваріантність.

Annotation

Kalashnik D.V. Automatic system to control and take stock of grain at the enterprises of grain processing industry. - Manuscript.

Thesis for the degree of a candidate of technical science by specialty 05.13.07 - automation of technological processes. - Kirovograd State Technical University, Kirovograd, 1999.

The dissertation is devoted to the creation of an automatic system to control and take stock of grain at grain processing enterprises on the basis of a device that conjugates tensometrical sensors with computer techniques control means. In this device, Kalman-Bucy filter is proposed to be used as a secondary reducer that is concerned to be a highly efficient means to suppress interference in the testing channel. The manner of filter realization on the basis of non-linear stationary systems and the ways of internal noise reduction by adding it with the invariant condition are proposed to provide the convergence of asymptotic solutions.

Key words: secondary reducer, tensometrical sensor, non-linear stationary systems, asymptotic solutions, invarianсе.

АННОТАЦИЯ

Калашник Д.В. Автоматизированная система контроля и учета зерна на предприятиях зерноперерабатывающей промышленности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация технологических процессов. - Кировоградский государственный технический университет, Кировоград, 1999.

В диссертационной работе проведен обзор и анализ существующих измерительно-управляющих устройств весов и дозаторов. Проведенный анализ показал, что данные устройства и способы повышения их помехостойкости не обеспечивают точность необходимую для предприятий зерноперерабатывающей промышленности, которым присуща централизованная система управления и датчики находятся на значительном удалении. В результате этого на вход устройства измерения тензометрических датчиков силы поступает сигнал при повышенном уровне помех, т.е. при соотношении сигнал/шум меньше единицы. В связи с этим в работе ставится задача проведения теоретических исследований по методам определения динамических оценок сигнала, измеряемого с тензодатчиков силы, и разработки на их основе устройства сопряжения с управляющими средствами вычислительной техники для построения автоматизированной системы контроля и учета зерна.

Проведенные теоретические исследования в области определения оптимальных динамических оценок сигнала тензометрических датчиков при соотношении сигнал шум/меньше единицы показали, что классические методы не применимы в данном случае. Поэтому предложено использовать способ измерения электрических сигналов, который позволяет повысить соотношение сигнал/шум и применить классическую теорию Винера для определения оптимальных динамических оценок сигналов. Показано, что реализация вторичного преобразователя сводится к реализации линейной нестационарной системы на основе ее адекватности нелинейной стационарной системы. Предложен способ определения параметров нелинейной стационарной системы на основе метода гармонической линеаризации. Показано, что аппаратная реализация вторичного преобразователя не позволяет получить оптимальные оценки, т.е. асимптотическую устойчивость решения, из-за наличия шумов присутствующих в замкнутой системе реализующей преобразователь. Используя теорию инвариантности Щипанова-Лузина, предложен способ, который обеспечивает асимптотическую сходимость решения и позволяет свести до минимума шумы в замкнутой системе и в результате получить оптимальные динамические оценки с требуемой точностью.

Рассмотрена методика исследования теоретических результатов с помощью созданной математической модели вторичного преобразователя тензодатчиков, который представляет собой замкнутую нелинейную стационарную систему.

С помощью ЭВМ получены графики нелинейных функций, которые подтвердили достоверность предложенного инженерного способа их определения на основе метода гармонической линеаризации.

Математическая модель нелинейной системы подтвердила полученные теоретические результаты исследования относительно применения теории инвариантности.

В результате исследования математического моделирования разработана функциональная и принципиальная схема вторичного преобразователя тензодатчиков и предложено на его основе устройство сопряжения с управляющими средствами вычислительной техники. Проведены работы по экспериментальному исследованию теоретических результатов и внедрение их при разработке автоматизированной системы контроля и учета зерна.

Разработанная автоматизированная система контроля и учета зерна внедрена в составе автоматизированной системы управления технологическими процессами на элеваторе Кировоградского комбината хлебопродуктов № 2 и решает задачи отслеживания приема, хранения и транспортирования зерна путем контроля весового и дозирующего оборудования.

Вся логика управления системой реализована с помощью программных способов. Программа управления выполняется на центральной вычислительной машине. Она является ведущей по отношению к шкафам управления, где расположены устройства контроля и управления оборудованием на предприятии.

Ключевые слова: вторичный преобразователь, тензометрический датчик силы, нелинейные стационарные системы, асимптотическая сходимость, инвариантность.