Дата публикации: 02.05.2022
Саматова Мөлдір Берғазықызы
Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің
2 курс магистранты,Нұр-Сұлтан, Қазақстан
Ғылыми жетекшісі – ф.-м.ғ.к., Н.Кисикова
Қазіргі уақытта автоматтандырылған басқару жүйелері адам қызметінің әртүрлі салаларындағы технологиялық процестерді бақылау үшін қолданылатын негізгі механизм болып табылады. Микроклиматты басқаруда осы жүйелерді қолдану берілген параметрлерді ұстап тұру үшін қажетті энергия ресурстарының төмендеуіне әкеледі, олардың арасында температура мен салыстырмалы ылғалдылық, сондай-ақ көмірқышқыл газының концентрациясы болады. Әрбір жеке микроклимат параметрін бақылау жүйенің тиімділігіне әрқашан қолайлы әсер ете бермейді, бұл басқару жүйесінің элементтеріне қойылған шектеулерге де, реттелетін объектінің өзінің жұмыс істеу ерекшеліктеріне де байланысты. Сондықтан бұл мәселені интеллектуалды басқару саласындағы жетістіктерді пайдалана отырып шешу керек.
Үй-жайлардағы микроклимат - бұл адам ағзасына әсер ететін температураның, ылғалдылықтың және ауа жылдамдығының, сондай-ақ қоршаған ортаның температурасының комбинациясы арқылы анықталатын осы үй-жайлардың ішкі ортасының климаты.
Микроклиматтың параметрлері:
ауаның химиялық құрамы;
ауаның механикалық бөлшектермен қанықтылығы (шаң);
сәулелену көздерінің болуы;
бөлмедегі жарықтандыру;
шу деңгейі;
ауаның биологиялық және химиялық ластануы.
Ғимараттардың үй-жайларының микроклиматы адамның физиологиялық және психологиялық қажеттіліктерін қанағаттандыруға және өмір сүрудің стандартты ең төменгі сапасын қамтамасыз етуге тиіс үй-жайлардың ішкі ортасының жай-күйімен сипатталады. Адамның тұрғын үйі экологиялық таза болуы керек, адамдарды төмен сапалы материалдарды пайдалану салдарынан үй-жайларда пайда болатын шудың және химиялық заттардың зиянды әсерінен қорғауы керек.
Оңтайлы микроклимат параметрлері - адамға ұзақ және жүйелі әсер ету кезінде терморегуляция механизмдеріне минималды жүктемемен дененің қалыпты жылу күйін қамтамасыз ететін және кем дегенде 80% адамдар үшін жайлылық сезімін қамтамасыз ететін микроклимат құндылықтарының жиынтығы.
Үй-жайлардың ауа микроклиматының негізгі нормаланған көрсеткіштеріне температура, салыстырмалы ылғалдылық, ауа қозғалысының жылдамдығы жатады. Температурасы өндірістік бөлмедегі температурадан асатын әртүрлі қыздырылған беттердің жылу сәулеленуінің қарқындылығы микроклимат параметрлері мен адам ағзасының жағдайына да айтарлықтай әсер етеді.
Салыстырмалы ылғалдылық – берілген температурадағы ауадағы су буының нақты мөлшерінің сол температурада ауаны қанықтыратын су буының мөлшеріне қатынасы.
Егер өндірістік бөлмеде температурасы адам денесінің температурасынан асатын әртүрлі жылу көздері болса, онда олардан келетін жылу өздігінен азырақ қызған денеге өтеді. Жылудың таралуының үш жолы бар: өткізгіштік, конвекциялық және жылулық сәуле шығару. Жылуөткізгіштік деп бір-бірімен тікелей жанасатын микробөлшектердің (атомдардың, молекулалардың) кездейсоқ (жылу) қозғалысы нәтижесінде жылудың берілуін айтады. Конвекция – газдың немесе сұйықтықтың макроскопиялық көлемдерінің қозғалысы мен араласуы нәтижесінде жылудың берілуі. Жылулық сәулелену - сәуле шығаратын дене атомдарының немесе молекулаларының жылулық қозғалысына байланысты әртүрлі толқын ұзындығы бар электромагниттік тербелістердің таралу процесі.
Автономды басқару жүйелерімен жабдықталған ғимараттар интеллектуалды деп аталады. Бұл жүйелер келесі компоненттерді қамтуы мүмкін: электрмен жабдықтауды басқару, ішкі климатты басқару (ауаны баптау, температураны ұстап тұру), жарықтандыруды басқару, бейнебақылау жүйесі, қол жетімділік пен қауіпсіздікті бақылау және т. б.
Ғимараттың интеллект деңгейі әртүрлі болуы мүмкін, ол әдетте ғимараттың құрылымына, дамыған жүйеге, сондай-ақ осы ғимараттың инвесторларының жоспарлары мен қажеттіліктеріне байланысты болады. Шағын ғимараттар (мысалы, тұру орындары), әдетте, кондиционер, орталық жылыту, ыстық суды тұтыну, жарықтандыру және т.б. сияқты бір функционалды жүйелермен жұмыс істеуге арналған бағдарламаланатын логикалық контроллері бар бір интегралды схемаға ие. Мұндай орталықтандырылған жүйелер терезе жапқыштарын, кондиционерлерді, гараж есіктерін немесе суару процесін басқара алады, бұл сөзсіз пайдаланушының жайлылығын қамтамасыз етеді және энергияны пайдалану тиімділігін арттырады .
Жалпы тұжырымдама әрбір жеке бөлме датчиктер арқылы басқарылады және олардың ағымдағы параметрлері мыналарды қолдану арқылы сақталады:
автоматты басқару – ауа ағындарының температурасы мен қарқындылығын өзгерту арқылы микроклиматты бақылау;
жоспарлы бақылау – алдын ала жасалған кестеге сәйкес микроклимат параметрлерін қолайлы жағдайға келтіру;
қолмен басқару – процестің жағдайына байланысты технологтардың немесе операторлардың тәжірибесіне негізделген бақылау.
Бұл жүйе бір орталық блоктан, мысалы, жылыту, желдету және ауаны баптау сияқты әртүрлі жүйелерден басқарылатынын білдіреді, дегенмен бұл орталық басқару блогында ақаулар болған жағдайда осалдықтың көзі болуы мүмкін. Мұндай мәселелерді шешу үшін бөлінген басқару жүйелерін пайдалану ұсынылады. Жағдайлардың басым көпшілігінде ғимараттардың энергияны басқару жүйелері энергия тиімділігін арттыру арқылы ғимараттың энергия шығынын 60%-ға дейін азайта алады. Бұл параметрді тек құрылыс сатысында да (жылу энергиясының сыртқы климаттық аймаққа өтуіне жол бермейтін жаңа материалдарды пайдалану) және пайдалану кезінде (жаңартылатын энергия көздерін пайдалану, мысалы, монтаждау сияқты) жаңа технологияларды пайдалану арқылы арттыруға болады. Бұл шешімдер тұтынылатын энергияны азайтпай, оның қосымша көзін ғана қамтамасыз ететініне қарамастан, олар әлі де электр желісіне түсетін жүктемені азайтады, бұл өз кезегінде нысанды пайдалану құнының төмендеуіне әкеледі.
Жеке ғимарат үшін, әдетте, әртүрлі температура болуы мүмкін қоршаған аумақтармен жылу алмасу үшін әр бөлменің энергия шығынын анықтау қажет.
Осы көрсеткіш, Q b exp 
кДж/(м3·°с·тәулік) мынадай формула бойынша анықталады::
кДж/(м3·°с·тәулік) мынадай формула бойынша анықталады::
(1.1)мұндағы
- ғимаратта қолайлы жағдайларды сақтау үшін жылыту кезеңінде тұтынылатын жылу энергиясы, МДж;
- жылытуға жататын ғимараттың ішкі көлемі, м3 ;
- жылыту кезеңінің градустық-тәулік, °с * тәулік;Жылыту кезеңінде жұмсалатын жылу энергиясы келесі формула бойынша анықталады:
v (1.2)мұндағы
-қоршау конструкциялары арқылы ғимарат жылуының жиынтық шығындары, МДж;
-тұрмыстық аспаптар мен ғимараттағы адамдардың жұмысынан жылудың түсуі, МДж;
- ғимаратқа терезелер арқылы түсетін күн радиациясы есебінен жылу түсімі, МДж;
-жылу жүйесіне жылу тасымалдағыштың берілуін автоматты реттеу тиімділігін көрсететін коэффициент ;
-жүйенің энергия шығындарымен байланысты ғимараттың қосымша жылу шығынын көрсететін түзетуші коэффициент.Процестің параметрлері мен кезеңдері туралы сенімді және толық ақпараттың болмауымен сипатталатын ақпараттық белгісіздік кезінде жағдайды басқару технологтардың тәжірибесін де, жұмыс барысында жинақталған деректерді де ескеретін тиімді ақпараттық жүйелер құруға мүмкіндік береді.
Басқару контурларының өзін-өзі қамтамасыз етуі ақаулардың алдын алудың және тұтастай алғанда жүйенің сенімділігін қамтамасыз ететін негізгі факторлардың бірі болып табылады. Орталық басқару блогы істен шыққан жағдайда автоматты басқару және/немесе жоспарлы басқару мүмкіндігі болмауы мүмкін, бірақ жүйе алдын ала бағдарламаланған кеңейту блоктары жағдайында автономды түрде жұмысын жалғастыра алад және. жүйе толық қалпына келгенше объектінің негізгі параметрлерін реттеуді жалғастырады .
Дегенмен, бұл тәсілдің артықшылықтарымен қатар кейбір кемшіліктері де бар. Олар қарастырылатын объектінің әрбір аймағы осы аймақтың параметрлеріне және онда орналасқан сенсорлардың көрсеткіштеріне байланысты басқарылатындығынан тұрады, бірақ іргелес климаттық аймақтардың параметрлері мен басқару режимдерін ескермейді. Бұл бүкіл жүйенің ресурстарының жеткіліксіз тиімді пайдаланылуына әкеледі. Орталық басқару блогында бұл мәселені шешетін бағдарламалық қамтамасыз етілген әдістер мен алгоритмдер жоқ. Сондықтан көптеген ғалымдар өз жұмыстарын осы мәселені шешуге арнады.
Қазіргі кезде айқын емес логика әртүрлі салаларда қолданылады: көлік жүйелеріндегі жылдамдық пен тежелуді бақылау, тұрмыстық техниканы басқару жүйелері, үй-жайларда ыңғайлы жағдайларды сақтау.
Айқын емес логика теориясының ең пайдалы аспектілерінің бірі-айқын емес және белгісіз, яғни анық емес, шектеулер мен мақсатты мәндерге ие көп өлшемді есептерді шешу мүмкіндігі. Көп өлшемді міндеттер шешім қабылдауды қолдау жүйелерімен байланысты әртүрлі салаларда кездеседі: электрондық саудадан бастап сараптамалық жүйелерге дейін.
1- суретте айқын емес модельдердің өзара әрекеттесу схемасы көрсетілген. Айқын емес логика негізінде ауа ағынының қоспасын қалыптастырудың айқын емес моделі берілген.Бұл моделді қолдана отырып нормативтік параметрлерді сақтауға, сондай-ақ ақау болған жағдайда істен шыққан компонентті анықтауға болатын автоматтандырылған жүйені құруға мүмкіндік береді.
Сурет 1. Құрамындағы айқын емес модельдердің өзара әрекеттесу схемасы
Бөлменің микроклиматын басқару жүйесінің мысалын қолдана отырып, шешім қабылдау жүйесінің аясында жүзеге асырылуы қажет келесі маңызды аспектілерді бөлуге болады :
- белгіленген оңтайлы климаттық параметрлерге қол жеткізу
- әр түрлі микроклиматтық аймақтарды құру және қолдау;
- әрекеттерді жоспарлау;
- сыртқы орта көрсеткіштерінің өзгеруіне бейімделу.
Бұл жағдайда айқын емес логика әдістері мақсаттар мен шектеулердің айқын емес ережелерін ескере отырып, мақсаттарға қол жеткізуді қамтамасыз ететін әртүрлі әрекеттерді жоспарлау және біріктіру үшін қолданылады.
Есептеу үшін басында фазификация әдісі қолданылды, яғни мәселені айқын емес логика әдістерімен шешуге дайындау жүзеге асырылды. Шешімдер қабылдау үшін ережелер жиынтығы қолданылды, ал жалпы жағдайда бірнеше тұжырымдар немесе әрекеттер бір ережеге сәйкес келуі мүмкін.
Жалпы алғанда, анық емес логика негізінде шешім қабылдау процесін келесідей сипаттауға болады:
1. Фазификация. Бұл процесс айқын мағыналарды айқын емес мәндерге айналдыруды білдіреді, яғни оларға айқын емес жиынның лингвистикалық терминдеріне жату дәрежесін беру.
2. Қорытынды. Айқын емес логика жүйесі айқын емес жиындар теориясын қолдана отырып, кіріс көрсеткіштерінің мәндерін шығыс мәндерімен салыстырады, содан кейін әр ереже үшін шындық мәні есептеледі және ш ығыс айнымалыларына берілген мәндердің айқын емес жиынтығы қалыптасады.
3. Құру. Әр щығыс айнымалыға тағайындалған барлық айқын емес ішкі жиындар бірыңғай айқын емес ішкі жиындарды құру үшін біріктіріледі.
4. Дефаззификация. Бұлыңғыр нәтижені нақты мәнге аудару қажет болған кезде қолданылады.
Жасалған әдістер мен алгоритмдердің тиімділігін растау немесе жоққа шығару үшін модельдеу міндетті қадам болып табылады. Бұл процедура жүйенің сыртқы кедергілерге байланысты қалай әрекет ететінін көрсетуге мүмкіндік береді, сонымен қатар айқын емес жиындардың коэффициенттері мен тасымалдаушыларын реттеу кезінде шығыс параметрлерінің өзгеруін қадағалауға мүмкіндік береді.
Сипатталған байланыстармен мен тәуелді функцияларын модельдеу құралы ретінде Matlab бағдарламалық құралының Simulink және Fuzzy Logic Designer пакеттері пайдаланылды. Simulink графикалық ортасы дискретті және үздіксіз динамикалық блоктарды, алгоритмдік және құрылымдық блоктарды қамтитын әртүрлі кітапханаларды пайдаланып модельдеуді орындауға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, шешілетін мәселенің саласына байланысты мамандандырылған кітапхана қолданылды.
Модельдеу айқын емес сыртқы кедергілер болған кезде қажетті параметрлерді қамтамасыз ету үшін ұсынылған тәсілдердің тиімділігін көрсетеді.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
1. Интеллектуальные информационные системы и технологии : учебное пособие / Ю. Ю. Громов [и др.]. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013. – 244 с.
2. Borkowski P. Intelligent building management systems / P. Borkowski // Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej. – 2011. – P. 58 – 72.
3. Савосин С. И. Интеллектуальная система контроля влажности и температуры воздуха в теплице : дис канд. техн. наук : 05.13.06 / Сергей Иванович Савосин ; Российский Государственный Аграрный Заочный Университет – Москва, – 2009. – 132 с.
4. Борисов В. В. Нечеткие модели и сети. / В. В. Борисов, В. В. Круглов, А. С. Федулов – М. : Горячая линия–Телеком. 2007. – 284 с.
5. Анохин М. Н. Исследование и разработка аппаратно-программных средств для систем управления микроклиматом: дис канд. техн. наук : 05.13.06 / М. Н. Анохин ; Орловский Государственный Технический Университет. – Орел, 2003. – 182 с.
6. Аль Джубури Иссам Мохамед Али. Мехатронная система управления микроклиматом в зданиях на базе нечеткой логики: дис. … канд. техн. наук : 05.02.05 / Аль Джубури Иссам Мохамед Али ; ФГОУ ВПО «Южно-российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)». – Новочеркасск, 2010. – 188 с.
7. Костин В. И. Принципы расчета эффективных энергосберегающих систем обеспечения микроклимата промышленных зданий : дис. … докт. техн. наук : 05.23.03 / Костин Владимир Иванович ; Новосибирский Государственный Архитектурно–Строительный Университет – Новосибирск, – 2001. – 352 с.