Структурная модель никель-водородного аккумулятора с нелинейностями на основе нечетко-логических систем Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Решетневскце чтения

Выходы датчиков температуры 2 и 5 присоединены ко входу элемента сравнения. Выход блока сравнения присоединен ко входу аналого-цифрового преобразователя (АЦП), выход АЦП присоединен к шине данных электронной вычислительной машины (ЭВМ), которая, в свою очередь, присоединена ко входу циф-роаналогового преобразователя (ЦАП), который присоединен ко входу усилителя мощности, в нагрузку которого включен ТЭ 6.

Работает устройство следующим образом. При циклировании аккумулятор 10 выделяет тепло, при этом температура пластины 1 повышается, и тепловой поток от нее начинает течь через теплопроводящие пластины 3, металлическую пластину 4 и ТЭ 6 к ТО 7, где передается технологическому теплоносителю 8. При этом на металлических пластинах 1 и 4 возникает перепад температур, приводящий к появлению разностного сигнала от датчиков температуры 2 и 5 на блоке сравнения, пропорциональный мощности тепловыделения. Этот сигнал преобразуется в цифровой код с помощью АЦП и обрабатывается ЭВМ, выполняю-

щей также функцию управления АЦП и ЦАП. Управление режимом ТЭ 6 осуществляется по заданной программе ЭВМ с помощью ЦАП и усилителя мощности.

Устройство для регулирования теплового режима аккумулятора и измерения мощности его тепловыделения применяется при экспериментальных исследованиях теплоэнергетического режима отдельного аккумулятора аккумуляторной батареи космического аппарата [1]. Оно позволяет повысить точность измерения мощности тепловыделения аккумуляторов малой мощности за счет увеличения перепада температур и снижения инерционности теплового концентратора.

Библиографическая ссылка

1. Устройство для регулирования теплового режима аккумулятора и измерения мощности его тепловыделения : приоритетная справка на изобретение № 20111133158 от 05.08.2011 г. / А. Б. Базилевский, Е. В. Величко ; РОСПАТЕНТ.

E. V. Velichko, A. B. Bazilevskii Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

DEVICE FOR CONTROLLI OF ACCUMULATOR THERMAL STATE AND ITS HEAT MEASUREMENTS

This article describes a device for controll of thermal state and temperature measurement of small capacity accumulator.

© Величко Е. В., Базилевский А. Б., 2011

УДК 681.5

С. А. Галочкин, М. Ю. Сахнов ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Красноярск

А. Т. Лелеков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

СТРУКТУРНАЯ МОДЕЛЬ НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНОГО АККУМУЛЯТОРА С НЕЛИНЕЙНОСТЯМИ

НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКО-ЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Разработана структурная формализованная модель никель-водородного аккумулятора (НВА) с нелинейно-стями в виде нечетко-логической системы типа Сугено. Проведено исследование типа структуры и внутренних функций нечетко-логической системы, анализ точности и скорости выполнения полученных моделей аккумулятора.

Для разработки, отладки и оптимизации элементов высокоэнергетических платформ космических информационных систем требуются быстрые и точные модели аккумуляторных батарей. При их разработке возникают классические проблемы определения класса функций, пригодных для описания нелинейных зависимостей (напряжения, саморазряда, тепловыделения от емкости и тока), и последующая их иденти-

фикация по экспериментальным данным. Это требует времени и достаточно высокой квалификации разработчика моделей. Формализовать данные операции можно, используя методы теории нечеткой логики и представляя нелинейность нечетко-логической системой.

Как использованную модель в [1], так и большинство моделей аккумуляторов можно представить в

Cuстемы управления, космическая навигация и связь

виде структурной модели типа «серый ящик» [1] (см. рисунок).

-А*щ1)-

J Щ L) > иА

Ca Рш(С)

Р(С,1,1)-

Nt

Структурная модель НВА: входы: IA и TA - соответственно, ток и температура аккумулятора; выходы: UA - напряжение, рн2 - давление водорода; NT - мощность тепловыделения; функции: Icp - ток саморазряда; SU - потери напряжения; е - ЭДС; NT - тепловыделение

К важным особенностям нелинейных функций модели следует отнести тот факт, что они могут быть заданы в виде алгоритма [2].

Зададим эти нелинейности как формализованную модель в виде нечетко-логической системы типа Су-гено. Ее построение будет состоять из следующих этапов:

1. Получение точек данных из имеющихся моделей, имитирующих экспериментально полученные данные (исходные данные экспериментов по измерению характеристик НВА найти не удалось).

2. Задание структуры нечетко-логической системы.

3. Идентификация нечетко-логической системы.

В факторном пространстве входов было получено 108 серий кривых, состоящих из комбинаций точек {С, I, Г}, общее количество «экспериментальных» точек в каждой серии более 2 000. Точки были прорежены до 100 точек в каждой серии, после чего были подготовлены векторы данных для идентификации. Задание структуры и идентификация были проведены в стандартном редакторе anfisedit тулбокса Fuzzy Logic Toolbox пакета MATLAB.

Задание структуры нечетко-логической системы проводилось как вручную (Grid partitioning), так и

методами нечеткой кластеризации данных (Subtractive clustering). По времени выполнения более простые структуры Subtractive clustering считаются быстрее, однако их точность аппроксимации ниже, чем Grid partitioning. Предварительные эксперименты выявили, что в целях повышения точности и скорости выпол -нения выгоднее принять за основную структуру Grid partitioning с небольшим количеством входных функций принадлежности типа Гауссова кривая.

Оценка качества нечетко-логической модели проводилась по двум критериям:

1) точность аппроксимации нелинейной зависимости (коэффициент детерминации);

2) скорость расчета (в сравнении с функциональными моделями).

По результатам оценок было выявлено, что для каждой нелинейности существует оптимальная по сложности и качеству аппроксимации нечетко-логическая модель. Коэффициент детерминации R2 (goodness of fit) для приемлемых вариантов составил 99,2-99,9 %. Повышение сложности структуры вызывает так называемое явление переобучения системы.

Скорость выполнения модели очень важна в случае оптимизации алгоритмов заряда-разряда. Сравнение по скорости выполнения проведено при моделировании импульсного заряда, предварительно заряженного до 0,8 С аккумулятора, в течение суток с разными параметрами заряда. В среднем, при моделировании одного аккумулятора нечетко-логическая модель в 2,4 раза быстрее, однако при моделировании аккумуляторной батареи из 8 аккумуляторов нечетко-логическая модель в 5,6 раза медленнее, даже при использовании матричных методов расчета выходов.

Библиографические ссылки

1. Галушкин Н. Е. Моделирование работы щелочных аккумуляторов в стационарных и нестационарных режимах : дис. ... д-ра техн. наук. Новочеркасск, 1998.

2. Сахнов М. Ю. Компьютерное моделирование никель-водородных аккумуляторных батарей (электротехническая модель) // Решетневские чтения : материалы VIII Всерос. науч.-практ. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2004.

S. A. Galochkin, M. Y.Sakhnov JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

A. T. Lelekov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

STRUCTURAL FUZZY-LOGIC MODEL OF NI-H2 ACCUMULATOR

Structural formalized model ofNi-H2 accumulator, based on Sugeno-type fuzzy-logic unlinearities is developed. Research of structure and internal functions type offuzzy-logic system, and analysis of accuracy and speed of developed accumulator models is conducted.

© ГалочкинС. А., СахновМ. Ю., ЛелековА. Т., 2011