Розділ 2. Теоретичні основи адаптації сільськогосподарських машин в системах керованих технологій рослинництва. Вперше запропоновано структурно-функціональну модель використання адаптованих СГМ в керованих технологіях механізованого землеробства, яка характеризується взаємодією елементів системи "грунт - рослина - людина - машина - ІКЗ - довкілля".
Концепція адаптації передбачає, що кількість і пріоритетність елементів у підсистемах визначається провідною ознакою використання СГМ і МТА. В межах досліджуваної задачі "технологія ВПР - адаптація СГМ - СДС", з урахуванням пріоритетної ролі машин та засобів механізації, обгрунтовано необхідність удосконалення взаємодії п'яти підсистем (SІ, і=1,...,5).
Взаємодія підсистем (рис.1) формує відповідні функції адаптації робочих органів і машин (FАІ, і=1,...,7).
Функціональні схеми адаптації СГМ поєднують дію, простір та час на інтервалі виконання АТЕК-завдання. Межі кожного простору встановлюються відповідно до агротехнічних навігаційних вимог (АТНВІ, і=1,...5) та формування просторово-часових зон ефективної дії СГМ стосовно: окремої рослини (АТНВ-1); міжрядного обробітку (АТНВ-2); ділянок поля (АТНВ-3); сівозміни (АТНВ-4) і господарства (АТНВ-5) й за розробленою методологією задовольняють співвідношенню
АТНВ 1 ? АТНВ 2 ? АТНВ 3 ? АТНВ 4 ? АТНВ 5.(1) При цьому похибка просторових обмежень відповідних АТНВ визначається за такими параметрами: для окремої рослини - 0,015 м; для міжрядного обробітку - 0,05 м; для ділянок поля - 0,2 м; для сівозміни - 1,0 м і для роботи в межах господарства - 10 метрів.
Рис. 1. Структурно-функціональна модель використання адаптованих
СГМ в керованих технологіях механізованого землеробства
а) Основні підсистеми структурно-функціональної моделі:
S0 - середовища, в якому виконуються механізовані технології;
S1 - обраного технологічного комплексу машин;
S2 - інформаційно - керуючих засобів;
S3 - комплексу технічного сервісу машин;
S4 - ресурсного забезпечення технологій землеробства;
S5 - економіко-організаційного регулювання виробництва;
б) Функції адаптації машин у межах взаємодії підсистем:
FA1 - до змін стану грунту і рослин (S0, S1);
FA2 - до випадкових збурень, що потребують коригування дій (S0, S1, S2);
FA3 - до змінних навантажень машин із забезпеченням безвідмовної роботи в межах конкретного завдання (S1, S2, S3);
FA4 - до змінних факторів виконання місцевизначених операцій та диферен- ційованого внесення технологічних матеріалів (S1, S2, S3, S4);.
FA5 - до умов ресурсного забезпечення (S0, S4, S5);
FA6 - до умов відновлення технічного потенціалу машин (S0, S3, S5);
FA7 - до умов забезпечення рентабельності виробництва з використанням адаптованих сільськогосподарських машин (S0, S1, S2, S3, S4, S5)
При реалізації FАi відповідно до АТНВі суттєвою ознакою за просторово-часовими показниками є врахування базових адаптивних властивостей машин (АВМІ, і=1,...,5), які за наявними технічними характеристиками забезпечують процеси пристосування до: в межах поверхонь робочих органів (АВМ-1); швидкості реагування на зміни (АВМ-2); тривалості безвідмовної роботи протягом реалізації АТЕК-завдань (АВМ - 3); універсальності функціонального використання за новим технологічним призначенням (АВМ-4) та у різних природно-кліматичних умовах (АВМ-5).
Системна координація коригування динамічних характеристик адаптованих СГМ (рис.2) передбачає: регулювання характеристик адаптивних властивостей машин; уточнення обмежень зони ефективної дії; визначення на їх основі оптимальних функцій адаптації (FA) та оперативної реалізації технологічних програм засобами адаптації в комплексній системі адаптивного управління (КСАУ). Остання поєднує підсистему оперативного керування технологічними процесами та логістичного управління ресурсами ВПР, а також характеризується одночасною дією двох каналів: перший - забезпечення якості виконання агротехнології та швидкісного реагування на збурення; другий - забезпечення надійності та безвідмовності машин на час реалізації технологічної операції.
За критеріями енерго- та ресурсоощадності технологій розроблено механізми забезпечення реалізації основних принципів адаптації СГМ: контроль та оцінка динамічних процесів; реагування на ситуативні зміни багатокритеріальних умов; оперативне керування робочими органами та запобігання відмовам роботи машин і агрегатів.
Розв'язання задач за критеріями, що адекватно змінюються та відповідають принципам адаптації, забезпечується відповідною побудовою керованих функціональних модулів (КФМІ, і=1,...,7), зокрема: КФМ-1 - інтегрованої обробки сукупності отриманих даних; КФМ-2 - експертних систем; КФМ-3 - диспетчерської координації; КФМ-4 - інформаційно-керуючих засобів; КФМ-5 - мобільних засобів; КФМ-6 - приводів та КФМ-7 - робочих органів СГМ.
Поєднання КФМ дає змогу створювати гнучку структуру, де взаємодіють вимірювально-інформаційна, вирішувально-експертна та виконавча ланки адаптивної машини.
Рис. 2. Схема системної координації динамічних характеристик адаптованих СГМ
Своєчасність та точність вирішення задач адаптації залежить від програмно-алгоритмічного забезпечення, яке запропоновано розробляти на базі системоаналогових моделей СГМ (рис.3) із наперед заданим переліком місцевизначених дій у просторі й часі.
Рис. 3. Системоаналогова модель диференційованого внесення добрив
ІКЗ - інформаційно - керуючі засоби МТА; U(t) - поточне керування режимами роботи машин для внесення технологічних матеріалів; I(t) - інформація зворотнього зв'язку; Z(t) - збурення довкілля та нерівності рельєфу; R(t) - опір грунту під час руху МТА; Va(t), Vт (t) - швидкість руху агрегата та транспортера; ?в - кутова швидкість обертів вала відбору потужності; H(t) - рівень добрив у бункері; ? (т) - фізико-хімічні властивості добрив у бункері та перед дозатором ; W(t) - вологість добрив у бункері; P(t) - коливання рами машини, що вно