+3 8(066) 185-39-18
fПредмет:
Тип роботи:
Лекція
К-сть сторінок:
34
Мова:
Українська
знехтувати перехідними процесами у дренажній мережі, то оптимальне керування має двоступінчастий характер (рис.10, а). При цьому час переключення визначають з рівняння
/9/
Залежність z(x, t), що входить у /9/, у загальному випадку є рішенням нелінійного рівняння Бусинеска
/10/
при початковій умові
/11/
і граничній умові третього роду на дрені
, /12/
де – коефіцієнт недостатку насичення, що залежить від рівня ґрунтових вод; –• початковий розподіл рівня ґрунтових вод між дренами; k – коефіцієнт фільтрації; Ф – загальний фільтраційний опір по ступеню і характеру розкриття пласта; – напір у дренажній мережі. Для ґрунтів з високим коефіцієнтом фільтрації рівняння /10/ необхідно рішати з граничною умовою /11/ на протязі всього процесу зволоження.
При низькій провідності ґрунту в процесі зволоження відбувається наростання горба ґрунтових вод у зоні дренажної засипки, зумовлене неоднаковою проникністю дренажної засипки і непорушеної структури ґрунту. Перепад рівнів залежить від напору і часу. У деякий момент часу рівень ґрунтових вод над дреною стає рівним напорові в дрені за вирахуванням фільтраційних утрат. Такий рівень встановлюється в багато разів швидше у порівнянні з часом зволоження. Тому для такого випадку з початку зволоження варто прийняти на границі дренажної засипки умову
, /13/
де H*(t) – напір, який дорівнює напору у дрені за вирахуванням фільтраційних втрат при виході потоку з дрени.
Для усереднених значень коефіцієнта недостачі насичення і потужності фільтруючого шару рівняння /10/ приймає вид
. /14/
Використовуючи методи теорії оптимального керування об'єктами з розподіленими параметрами, які описуються лінійними рівняннями виду /14/ зі змінними граничними умовами на дрені, отримують наступне наближене вираження для визначення часу переключення:
, /15/
де А — коефіцієнт, який залежить від відношення фільтраційного опору дрени Φ до L і який знаходять з графіка, наведеного на рис. 13.
Рис. 13. Графік для визначення коефіцієнта А.
Тому що для керованого модуля величини сталі, то /15/ можна представити у виді
, /16/
де .
Обчислювальні операції згідно рівняння /16/ реалізує схема, представлена на рис. 14. Дійсно, напруга (де – масштабний коефіцієнт) порівнюється з напругами і , що надходять від відповідних давачів рівнів. Отримані різниці напруг логарифмуються перетворювачами ПЛ1 і ПЛ2. У результаті напруга буде у С разів менша часу переключення . Підсиливши за допомогою підсилювача у С разів, одержуємо напругу чисельно рівну часу переключення. Цю напругу можна безпосередньо використати для формування сигналу на зменшення напору у дренажній мережі.
Розглянута схема обчислення проста в реалізації і дозволяє в міру розвитку рослин змінювати і . Напруга повинна формуватися давачем рівня ґрунтових вод.
Рис. 14. Структурна схема обчислення часу переключення.
При налагодженні обчислювальної схеми за рахунок зміни коефіцієнта підсилення підсилювача можна частково зменшити похибку, зумовлену лінеаризацією рівняння /10/.
Оптимальне керування може здійснюватись автономно на кожному модулі або централізовано за допомогою водорегулюючого вузла. У випадку автономного керування в якості регулятора водоподачі доцільно використати мембранний регулятор з пристроєм відпрацювання двоступінчастого напору (рис.15). Максимальний напір у колодязі задається положенням опорного кільця 10 на трубчастій штанзі 7, а розрахунковий – електромагнітним фіксатором 2 щодо проточки 6 на штоку 5.
Відпрацювання оптимального за швидкодією керування відбувається наступним чином. За сигналом інформаційної системи контролю вологозапасу кореневмісного шару або за командою оператора подається вода у зволожувальні канали або у закриту колекторну. При цьому всі регулятори водоподачі закриті. Коли на будь-якому керованому модулі вологість зменшиться до нижньої межі, давач вологості або давач рівня ґрунтових вод виробляє сигнал у виді замикання контактів на включення електромагнітів вентиля 1 і фіксатора 2. Вентиль 1 відкривається, фіксатор виходить із зачеплення зі штоком 5, трубчаста штанга 7 опускається до упору 9, повністю відкриваючи голчастий затвор 8. В результаті регулятор відкривається і рівень води в колодязі починає підвищуватися.
З підвищенням рівня піднімається поплавок 11 разом зі штоком і, досягнувши упора 10, переходить на стабілізацію рівня на оцінці . У цей момент шляховий вимикач 3 подає живлення на схему обчислення часу переключення . Після закінчення часу надходить сигнал на включення електромагніта зачіпки і вентиль на відвідній трубці закривається.
Рис.15. Принципова схема мембранного регулятора з пристроєм оптимального керування.
Якщо вентиль 1 закритий, то тиск у надмембранній камері підвищується до тиску в підвідному патрубку і регулятор закривається. При закритому регуляторі вода з колодязя витрачається на зволоження і рівень у ньому знижується. Разом з рівнем опускається і поплавок зі штоком. Коли проточка 6 підходить до фіксатора, шляховий вимикач 4 подає напругу на електромагніти зачіпок фіксатора і вентиля. В результаті шток фіксується і регулятор переходить на стабілізацію рівня на позначці . В якості шляхових вимикачів бажано використати магнітокеровані контакти.
При централізованому керуванні на кожному модулі можна встановити мембранний регулятор водоподачі з двома поплавками (рис. 16.). Регулятор складається з мембранного затвора 1, магнітного фіксатора 2, поплавків 3 і 6, трубки верхнього рівня 4, зливних трубок 12 і 13 і двопозиційного перемикаючого клапана 14. Напір задається положенням рухливого упора 8, а розрахунковий напір – положенням фіксатора.
Двоступінчастий графік напору в колодязі забезпечується в такий спосіб. При необхідності зволоження, що контролюється відповідними давачами, розташованими на репрезентативній ділянці, включається водорегулюючий вузол і зволожувальні канали наповняються водою. Так як при цьому регулятор відкритий, то вода надходить у колодязь. За рахунок взаємодії постійних магнітів 11 з металевим кільцем 10 поплавок 3 притягується до корпусу фіксатора і трубка 13 відкрита.
При підвищенні рівня води у колодязі виштовхувальна сила, що діє на поплавок зростає і при
, /17/
де – сила притягання поплавка до магнітів, відбувається відрив поплавка від фіксатора. Магніт опускається і вихід із трубки 13 закриває заслінка, що зумовлює закриття регулятора.
Рис.16. Принципова схема мембранного регулятора з двома поплавками для відпрацьовування оптимального керування.
Коли рівень води в каналі досягає трубки 4, камера 5 наповнюється водою, поплавок 6 піднімається і клапан відкриває зливальну трубку 12. Регулятор знову відкривається. При досягненні поплавком 7 упору 8 регулятор переходить на стабілізацію рівня на позначці .
По закінченню часу форсованого зволоження, який контролюється відповідними засобами, рівень води в каналі опускається нижче трубки 4. Вода з камери поступово витікає через калібрований отвір 7, поплавок опускається і клапан закриває трубку 12. Регулятор закривається. Вода з колодязя витрачається на зволоження. Коли поплавок 3 торкнеться корпусу фіксатора, магніти піднімуться і заслінка відкриє трубку 13. Регулятор відкриється і рівень буде стабілізуватися на позначці .
Змінюючи положення магнітного фіксатора 2, камери 5 і упору 8, можна змінювати початок форсованого зволоження окремих ділянок з урахуванням вирощуваних культур і геодезичних відміток.
Якщо рівень води у зволожувальному каналі понизити до положення нижче підвідного патрубка, то регулятор буде відкритим і може відбуватися скидання надлишкової води з керованого модуля.
Регулятор з двома поплавками використовують і при зволоженні з низьконапірного трубопроводу. У цьому випадку поплавкову камеру 5 з'єднують із трубопроводом за допомогою трубки з регульованим клапаном, який налаштовують таким чином, щоб приплив води в камеру при напорі дорівнював витраті через отвір 7. При тиску, більшому , камера наповняється водою і поплавок переключить двопозиційний клапан, забезпечуючи цим двоступінчастий графік напору у колодязі.
Отже, на базі мембранних регуляторів можна створювати гнучкі системи автоматичного керування вологістю кореневмісного шару з урахуванням рельєфу місцевості, виду і стадії розвитку вирощуваних культур.