Search academic texts

Registration Number

0824U000384, PhD dissertation

Title

Subsystems of temperature control of cyber-physical systems

Author

Andrii-Volodymyr V. Midyk,

popup.head Svyatoslav P. Yatsyshyn
popup.opponent Yurii I. Rudyk
popup.opponent Leonid Y. Vorobiov
popup.review Mykola M. Mykyychuk
popup.review Orest V. Kochan

Status

Доктор філософії, 152, Автоматизація та приладобудування. Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка

Date

16-12-2022

Description

Дисертація присвячена дослідженню та подальшому розвитку кібер-фізичних систем, а саме їх температурних підсистем, для потреб сільського господарства та його переробної промисловості. У першому розділі наведено області застосування кіберфізичних систем, розглянуто їх особливості, проаналізовано можливості систем, виходячи з поставленої задачі. Для цього, враховуючи новизну області досліджень, вивчено історію виникнення у контексті подальшого розвитку інформаційно-вимірювальних систем, теорії автоматичного керування та інших галузей, покладених в основу кіберфізичних систем. Дано сучасне визначення згаданих систем, встановлене у колективній монографії, опублікованій з участю дисертанта. Основний ухил досліджень стосується кіберфізичних систем, що розвиваються у сільськогосподарському секторі. Вивчено об’єкти щодо яких можуть найбільш ефективно застосовуватись підходи створення, розвитку та впровадження кібер-фізичних систем. У другому розділі вивчено низку методів вимірювання та контролю температури технологічних процесів, причому увагу зосереджено на потребах подальшого розвитку технологій сільського господарства, що включають як вирощування, так і переробку сільськогосподарської продукції. До них відносять методи прямого або безпосереднього вимірювання температури та методи безконтактного вимірювання або ж пірометричні методи. Показано доцільність використання енергетичної пірометрії або ж пірометрії повного випромінювання. Усі перелічені та досліджені методи вимірювання температури є достатньо автоматизованими та надаються для формування температурних підсистем кіберфізичних систем. Розроблно методику оптимізації регулювання об’єкту сільськогосподарської технології, взявши за основу регулювання температурних режимів, причому за умови залучення контактних методів термометрування для регулювання температури повітря і безконтактних тепловізійних методів для регулювання температури грунту теплиці, враховуючи температуру води для зволоження та за результатами прямої дії сонячного випромінення. У зв’язку з поширенням програмно-технічних засобів у дисертаційній роботі розвинуто підходи цифрового автоматичного керування, яскраво виражені у кібер-фізичних системах. Таким чином, дійшли до методики оптимізації роботи температурної підсистеми кіберфізичної системи керування теплицею, основна модель якої включає взаємозв’язані контури регулювання для повітря, ґрунту й води для зволоження. Зв’язок реалізується, як через програмно-технічні засоби керування, так і через параметри контрольованого об’єкта. У третьому розділі набули подальшого розвитку кіберфізичні системи для сільськогосподарського виробництва: по мірі складності вони включають кібер-фізичну систему температурно-вологісного контролю теплиці, кіберфізичну систему для вирощування овочів з регулюванням тепло-вологісно-інсоляціійного режиму, кіберфізичну систему для переробки сільськогосподарських продуктів, Такий підхід дав змогу розробити методику оптимізації регулювання об’єкту сільськогосподарської технології, взявши за основу регулювання температурних режимів, причому в сукупності з режимами зволожування (температурний режим води для зволоження) та режимами інсоляції. Розроблено схеми керування, взявши за основу вхідні та вихідні чинники, моделі їх зв’язків: прямих і зворотніх, їх кореляцію з одночасною оцінкою оцінки якості отримуваних продуктів. У четвертому розділі вивчено метрологічні аспекти автоматизації виробництва сільськогосподарської продукції. Засоби регулювання режимів роботи та керування роботою сільськогосподарського об’єкту здійснювалось у 3-х принципово різних виконаннях. У цілому, для всіх трьох виконань показано, що у виробничих умовах при незначних витратах можна з мінімальними затратами забезпечити високу якість продукції. Окрім того, вивчено екологічно-економічні аспекти будівництва та використання теплиці, як споруди пасивного типу. При цьому, оскільки управління роботою теплиці одночасно реалізовувалось у 3-х взаємозв’язаних контурах – повітря, води та ґрунту, досліджувались саме зазначені аспекти, адже загальна ефективність сільськогосподарського виробництва та конкуренційна спроможність його порівняно з південними регіонами визначається і енергетичними затратами на одиницю продукції.