Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Роботы, мехатроника и робототехнические системы

Диссертационная работа:

Аль Джубури Иссам Мохаммед Али. Мехатронная система управления микроклиматом в зданиях на базе нечеткой логики : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.05 / Аль Джубури Иссам Мохаммед Али; [Место защиты: Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (Новочеркас. политехн. ин-т)].- Новочеркасск, 2010.- 188 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-5/1436

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы. К современным зданиям и сооружениям предъявляются повышенные требования с точки зрения комфортности и здоровых условий среды обитания человека, а также экономичности их эксплуатационных режимов. Постоянно растущие цены на электроэнергию, водо- и теплоснабжение, потребление которых в народном хозяйстве страны превышает 40% вырабатываемой первичной энергии, заставляют проектировщиков искать и использовать ресурсосберегающие технологии, теплоизоляционные материалы, с целью снижения потерь тепла в зимний и расхода электроэнергии на охлаждение воздуха – в летний периоды. Это позволяет, в итоге, снизить эксплуатационные расходы, но влечет за собой новые проблемы, связанные с качеством вдыхаемого воздуха. Снижение доли свежего воздуха в изолированном помещении при его обогреве или кондиционировании приводит к вредным для здоровья человека последствиям. В помещениях зданий при этом также провоцируется, например, образование плесени и грибков, что негативно сказывается на сроке его службы. Неконтролируемое спонтанное проветривание ведет, в свою очередь, к нецелесообразному расходу энергии и сводит на нет эффект от реализации указанных выше дорогостоящих мероприятий.

Использование классических методов для решения проблем оптимизации режимов теплоснабжения и регулирования микроклимата в помещениях зданий и сооружений связано с необходимостью проведения их математического моделирования в каждом случае, когда осуществляется перепланировка помещений или изменяется состав оборудования, используемого для их жизнеобеспечения. Связанные с этим затраты труда и времени высококвалифицированного персонала весьма велики. Применение для реализации этих целей информационно-измерительных средств и систем связано с инсталляцией сложных коммуникаций из-за необходимости непрерывного измерения разного рода многочисленных параметров и обработки постоянно меняющихся результатов.

В последнее время все большую популярность у застройщиков нового жилья и административных зданий приобретают технические решения, известные под названием «Интеллектуальные здания». Они представляют собой состоящие из мехатронных исполнительных устройств системы, которые должны уметь распознавать конкретные ситуации, имеющие место в здании, и соответствующим образом на них реагировать, в том числе, и для обогрева, охлаждения и проветривания. Надежного и экономичного обеспечения комфортности микроклимата возможно добиться, используя для управления ими методы нечеткой логики, базирующиеся на нечетком вербальном описании процесса за счет лингвистических правил и управляющих воздействий. Режимы работы исполнительных устройств могут выбираться и настраиваться системой в зависимости от характера деятельности людей в помещении, режимов работы находящегося в нем оборудования, дневных и сезонных внешних климатических условий. Пользователь сам в состоянии задавать параметры микроклимата: от максимального комфорта до максимальной экономичности.

Таким образом, для решения проблемы экономичного обеспечения комфортного микроклимата в зданиях необходимо разработать метод построения и алгоритм управления исполнительной мехатронной системой, гибко реагирующей на изменяющиеся условия внутренней и воздействия внешней окружающей среды, что составляет предмет данной диссертации.

Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ЮРГТУ (НПИ) «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов», утвержденного ученым советом 25.04.2001 г. и соответствует госбюджетной теме П.3.837 «Разработка принципов и средств автоматизации и роботизации производства на основе мехатронных технологий и систем» (2004-2008 гг.).

Цель исследования - разработка методов создания мехатронной системы управления микроклиматом в зданиях на базе нечеткой логики, для обеспечения комфортных условий и экономичных режимов эксплуатации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

– провести критический анализ мехатронных средств и систем контроля и управления микроклиматом помещений в зданиях различного назначения;

– разработать методы математического моделирования среды помещений зданий как объекта управления;

– разработать методы построения реализуемой на базе нечеткой логики мехатронной системы управления микроклиматом в зданиях;

разработать методы управления мехатронной системой и реализующий их алгоритм для экономичного поддержания желаемого микроклимата в зданиях, позволяющий системе гибко реагировать на изменяющиеся условия их эксплуатации;

провести математическое моделирование мехатронной системы управления микроклиматом в зданиях, построенной на базе нечеткой логики;

– провести экспериментальные исследования разработанной мехатронной системы управления микроклиматом в зданиях на базе нечеткой логики;

– разработать рекомендации по применению мехатронной системы управления микроклиматом в зданиях, обеспечивающей экономичные режимы работы ее исполнительных устройств.

Идея работы. Идея этой работы состоит в использовании методов нечеткой логики и непрерывного формирования экспертных данных в алгоритме управления мехатронной системой для экономичного поддержания комфортного микроклимата в зданиях с возможностью постоянной самонастройки режимов ее эксплуатации.

Методы исследования. В работе использованы методы математического анализа, нечеткой логики, математического моделирования, теории автоматического управления, мехатроники и робототехники, дискретного интегрирования, экспериментальных исследований на натурных образцах с аналитической обработкой результатов на ЭВМ.

Научные положения, выносимые на защиту:

метод математического моделирования микроклимата зданий как объекта управления, базирующийся на экспертно-аналитической оценке среды;

метод построения мехатронной системы управления микроклиматом в зданиях, реализуемой на базе нечеткой логики и самонастраивающейся на изменяющиеся условия эксплуатации;

– метод нечеткого управления мехатронной системой и реализующий их алгоритм для экономичного поддержания комфортного микроклимата в зданиях, позволяющий непрерывно выбирать и реализовывать необходимые режимы работы исполнительных устройств.

Научная новизна работы заключается в разработке:

– метода математического моделирования микроклимата зданий как объекта управления, базирующегося на экспертно-аналитической оценке среды, отличающегося учетом теплоизоляционных свойств строительных конструкций;

– метода построения включающей в свою структуру нечеткий регулятор и самонастраивающейся на изменяющиеся условия эксплуатации мехатронной системы управления микроклиматом в зданиях, отличающегося использованием базы экспертных данных, непрерывно формируемых нечетко-логическим регулятором;

– метода нечеткого управления мехатронной системой и реализующего его алгоритма для экономичного поддержания комфортного микроклимата в зданиях, позволяющего непрерывно выбирать и реализовывать необходимые режимы работы исполнительных устройств, отличающегося использованием соответствующих множеств дискретных выходных величин, непрерывно формируемых программируемым нечетким регулятором на основании лингвистических функций принадлежности.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечивается корректным использованием фундаментальных законов физики, механики, робототехники, классической теории управления, теории электропривода, методов планирования эксперимента, корректными допущениями при составлении математических моделей и подтверждается данными экспериментов на модели системы управления микроклиматом, результатами физического и компьютерного моделирования. Расхождение результатов математического моделирования и проведенных экспериментов на натурных образцах не превысило 10%.

Научное значение результатов исследований состоит в том, что предложенная в диссертации мехатронная система управления микроклиматом в зданиях на базе нечеткой логики может быть использована при проведении исследовательских работ по созданию эффективных систем жизнеобеспечения сооружений, предназначенных для повышения комфортности пребывания в них человека и снижения эксплуатационных затрат.

Практическая ценность работы состоит в том, что предложенные в ней методы, модели и алгоритмы управления мехатронной системой управления микроклиматом зданий на базе нечеткой логики позволяют использовать их при проведении проектных работ и реконструкции жилых и офисных зданий и сооружений. Прикладная значимость результатов заключается в следующем:

разработанные метод и алгоритм управления мехатронной системой для экономичного поддержания комфортного микроклимата зданий готовы к использованию и могут быть применены при проектировании систем жизнеобеспечения «интеллектуальных зданий»;

– разработанная мехатронная система управления микроклиматом зданий на базе методов нечеткой логики, обеспечивает гибкую самонастройку режимов, нагрева, охлаждения, увлажнения и скорости потока вентилируемого воздуха в зависимости от реальных условий;

разработанные рекомендации по созданию систем управления микроклиматом в зданиях позволяют обоснованно, в зависимости от их конструктивных особенностей, выбирать системы и способы программной реализации предложенных методов и алгоритмов управления;

разработанный программный пакет может быть использован при управлении мехатронными системами при решении задачи непрерывного и точного управления микроклиматом зданий.

Внедрение результатов диссертационного исследования. Разработанные модели и методы приняты к внедрению в проектную и конструкторскую документацию ООО СП «ТОП-Дизайн» (г. Новочеркасск). Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Автоматизация производства, робототехника и мехатроника» ЮРГТУ (НПИ) для студентов специальностей 22040165 «Мехатроника» и 22040265 «Роботы и робототехнические системы».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Проблемы мехатроники 2006» (Новочеркасск, 2006 г.), 9-й международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов» (Новочеркасск, 2008 г.), 58-й научной конференции ЮРГТУ (НПИ) (Новочеркасск, 2009 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 6 статьях, в том числе в трех изданиях, рекомендованных ВАК, получены два патента на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и 3 приложений. Общий объем работы составляет 188 страниц машинописного текста, содержит 65 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 142 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net