Математичне моделювання та оптимізація в САПР систем «паливний електрогенератор – електродвигун»

Abstract

Дисертація присвячена удосконаленню призначених для САПР методів проектування складних електротехнічних систем, зокрема, оптимізації «глоба- льного зв'язку» між параметрами їх підсистем в останніх, а також створення нових моделей з метою адаптації їх до роботи з конструкціями, що містять зв’язки між елементами глобального типу. Проаналізовані існуючі проблеми та методи в САПР складних електротех- нічних систем. Розроблено математичне забезпечення для САПР асинхронних електродвигунів: математичні моделі та методи оптимізації глобальної зв'язно- сті параметрів складних електротехнічних систем. Розроблено експерименталь- не забезпечення САПР асинхронних електродвигунів: визначення властивостей матеріалів; оцінка точності і адекватності прийнятих методів і моделей. Розро- блено програмне забезпечення САПР асинхронних електродвигунів: підсистема САПР «OPTIGLOC», що базується на методі рухомого вікна. Здійснено ком- п'ютерне та виробниче випробування результатів дослідження з позитивним те- хнічним ефектом.

The dissertation is devoted to improvement of intended for CAD methods to design complex electrical systems, in particular, the optimization of «globalconnection» between the parameters of the subsystems in the past, and create new models to adapt them to work with structures containing relations between elements of the global type. Existing problems and methods in CAD of complex electrical systems are analyzed. Developed software for CAD asynchronous motors according to the constraints: mathematical models and optimization techniques global coherence of the parameters of complex electrical systems. Experimental support for CAD asynchronous motors: definitions of material properties; assessment of the accuracy and adequacy of the adopted methods and models. Developed CAD software asynchronous motors for restrictions: subsystem CAD "OPTIGLOC" based on the sliding window. Computer implemented production and test research results with positive technical effect.

Диссертация посвящена усовершенствованию предназначенных для САПР методов проектирования сложных электротехнических систем, в частности, оп- тимизации «глобальной связи» между параметрами подсистем в последних, а также создание новых моделей с целью адаптации их к работе с конструкци я- ми, содержащие связи между элементами глобального типа. Проанализированы существующие проблемы и методы в САПР сложных электротехнических систем. Разработано математическое обеспечение для САПР асинхронных электродвигателей: математические модели и методы оп- тимизации глобальной связности параметров сложных электротехнических си- стем. Разработано экспериментальное обеспечение САПР асинхронных эле к- тродвигателей: определения свойств материалов; оценка точности и адекватн о- сти принятых методов и моделей. Разработано программное обеспечение САПР асинхронных электродвигателей: подсистема САПР «OPTIGLOC», основанный на методе скользящего окна. Осуществлено компьютерное и производственное испытание результатов исследования с положительным техническим эффектом. Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в совер- шенствовании методов и моделей, предназначенных для повышения эффекти в- ности САПР системы «топливный электрогенератор – асинхронный электро- двигатель», энергетические показатели которых не могут быть рассмо трены не зависимо. Впервые предложена расчетная модель системы «топливный электрогене- ратор – асинхронный электродвигатель» с сопоставимыми энергетическими па- раметрами источника и потребителя, учитывающая процессы, происходящие не только в электродвигателе, но и в генераторе, что позволило выделить реша ю- щие связи между этими подсистемами при решении задач в САПР асинхрон- ных двигателей. Впервые предложено понятие «глобальная связь» между аргументами про- ектируемого объекта как соотношение между параметрами подсистем, когда такая связь доминирует над остальными в том смысле, что она присутствует в наибольшем количестве моделей, в связи с чем ее вычисление оказывает реш а- ющее влияние на объект проектирования в целом, что позволило предложить метод расчета в САПР систем «топливный электрогенератор – асинхронный электродвигатель» по глобальной связи. Впервые предложен метод расчета в САПР систем «топливный электроге- нератор – асинхронный электродвигатель», в котором целевой функцией явля- ются не потребительские качества объекта, а глобальная связь между элеме н- тами системы, что позволило построить алгоритм проектирования по схеме: оптимизация скольжения – расчет параметров асинхронного электродвигателя; Получил дальнейшее развитие метод подвижного окна при проектирова- нии сложных систем по глобальной связи между элементами, в котором на каждой текущей позиции ширина окна соответствует текущей величине гло- бальной связи, при которой выполняется поиск приемлемых решений на каж- дой позиции окна, что позволило свести многокритериальную задачу к одн о- критериальной и повысить качество автоматизированного проектирования Получил дальнейшее развитие метод экспериментальной оценки скольже- ния асинхронного электродвигателя, работающего под нагрузкой, отличаю- щийся тем, что вместо стробоскопического диска использовано изображ ение геометрического фрактала с последующим фотографированием его в двух временных моментах и применения к получаемым отображениям параболич е- ского преобразования, что позволило оперативно использовать получаемые р е- зультаты в процессе автоматизированного проектирования Теоретически доказаны и практически, с помощью компьютерного эксп е- римента и производственных испытаний подтверждены возможности повыше- ния эффективности проектирования и качества продукции электротехнич еского производства за счет использования САПР, обеспечивающей эффективную оп- тимизацию параметров сложного электротехнического оборудования по гло- бальной связности. В Одесском ЧП «Специализированное энергетическое предприятие «Энер- го-КОМ» было проведено испытание разработанной в ОНПУ САПР электро- технического оборудования «OPTIGLOC» (Optimization by the global connectivity), которая базируется на предложенных моделях и методе оптимиза- ции параметров сложных систем по глобальной связности параметров их по д- систем. В качестве объекта автоматизированного проектирования использовали систему «Дизельный генератор – асинхронный двигатель переменного тока». В результате испытаний установлено, что использование САПР «OPTIGLOC» позволило уменьшить удельный расход топлива в генераторе на 5,3 %, сохр а- нив при этом неизменным срок службы системы и стабильность выполнения ею технических задач, и снизить сроки проектирования в среднем на 13,7 %. Предложенные методы и модели, а также алгоритмы и программы, разра- ботанные для их реализации, внедрены в учебный процесс в Одесском нацио- нальном политехническом университете и используются в дисциплинах, изу- чающих методы автоматизированного проектирования, а также в курсовом и дипломном проектировании.