В. А. Тюков электромеханические системы утверждено Редакционно
 Скачать 5.98 Mb.
|
|
тематические модели. Математическая модель – система математических выражений, описывающих существенные характеристики моделируемой системы. 8 Вид математической модели зависит как от природы реальной систе-мы, так и от задач исследования и требуемой достоверности и точно-сти решения задач. Поскольку математические модели абстрактны, они широко используются в системных исследованиях. Математическая модель объекта является его идеализацией. По-этому приходится применять те или иные допущения, упрощения, зна-чимость которых можно оценить лишь по конечному результату. Воз-никает задача «настройки» математической модели на реальный объ-ект или идентификации модели. Главная задача идентификации моде-ли – параметрическая идентификация – определение именно таких значений параметров, результаты расчета которых совпадают с экспе-риментом. ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА Принципы системного подхода – некоторые утверждения общего характера, обобщающие опыт разработки сложных систем: • принцип конечной цели – абсолютный приоритет конечной (гло-бальной) цели; • принцип единства – совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности частей (элементов); • принцип связности – рассмотрение любой части совместно с ее связями с окружением; • принцип модульного построения – выделение подсистем (блоков, модулей) в системе и рассмотрение ее как совокупности модулей; • принцип иерархии подсистем (элементов) и (или) их ранжирование; • принцип развития – учет изменяемости, способности к развитию, замене частей, накоплению информации; • принцип децентрализации – сочетание принимаемых решений и управление централизацией и децентрализацией; • принцип неопределенности – учет неопределенности и случайно-стей в системе. Отметим, что хотя все перечисленные принципы так или иначе за-трагиваются практически при любом изложении системного подхода, их формулировки пока не являются общепринятыми. 9 Рассмотрим введенные принципы более подробно. Принцип конечной цели означает, что в целенаправленной системе все должно быть подчинено конечной цели. Любая попытка совершен-ствования, изменения и управления в такой системе должна оцени-ваться с учетом того, помогает или мешает она достижению конечной цели. Это накладывает особую ответственность на выбор цели и ее четкую трактовку. Расплывчатые, не полностью определенные конеч-ные цели обусловливают неясности в структуре и управлении систе-мой и, как следствие, неверные действия. В несколько измененной трактовке принцип конечной цели приме-няют и к системам, которые не являются целенаправленными. В этом случае понятие конечной цели заменяют понятиями основной функ-ции, основного назначения, свойства системы. Следующие три принципа тесно взаимосвязаны, их иногда даже объединяют в один принцип – единства связи. Но имеются причины, по которым их полезно рассматривать отдельно. Во-первых, принцип единства – ориентация на «взгляд вовнутрь» системы или ее части, а принцип связности – на «взгляд изнутри». В разные моменты исследо-ваний полезна либо та, либо другая ориентация. Во-вторых, рекомен-дуемое в принципе единства расчленение системы с сохранением це- лостных представлений о ней на практике отличается от процедуры выявления возможных связей, рекомендуемой в принципе связности. Принцип модульного построения указывает на возможность рассмот- рения вместо части системы совокупности ее входных и выходных воздействий. Он утверждает полезность абстрагироваться от излишней детализации при сохранении возможности адекватного описания сис-темы. Принцип иерархии акцентирует внимание на полезности отыска-ния или создания в системе иерархического (доминирующего) харак-тера связей между элементами. Исследователь должен решать, в каком порядке он будет рассматривать части системы, а наладчик начинает поиск неисправностей в системе с тестов, определяющих наиболее ти-пичные отказы. Этот принцип широко используется при проектирова-нии, проведении исследований технических систем. Понятие развития, изменяемости при сохранении качественных особенностей или усовершенствования систем закладывается, как пра- 10 вило, в основу создания системы. При модульном построении такое развитие обычно сводится к замене и добавлению модулей (частей), с этим связаны, в частности, модернизация, усовершенствование обору-дования, технологии. Принцип децентрализации рекомендует, чтобы управляющие воз-действия и принимаемые решения исходили не только из одного цен-тра. Ситуация, когда все управления исходят из одного центра, назы-вается полной централизацией. Такое положение считается оправдан-ным лишь при особой ответственности за все происходящее в системе. Однако система с полной централизацией будет негибкой, приспособ-ляющейся, не обладающей «внутренней активностью». Кроме того, чем выше степень децентрализации решений в системе, тем сложнее они согласуются для достижения глобальной цели. При этом естест-венно возникает вопрос об оптимальной степени централизации сис-темы. Общий принцип такого сочетания прост: степень централизации должна быть минимальной, обеспечивающей выполнение поставлен-ной цели. Принцип неопределенности утверждает, что можно иметь дело и с системами, в которых нам не все известно или понятно. Это может быть система с невыясненной структурой, с непредсказуемым ходом процессов, с неизвестными внешними воздействиями. Существует не-сколько способов учета неопределенности в системе. В частности, можно оценивать «наихудшие» или в каком-то смысле «крайние» воз-можные ситуации. Этот способ обычно называют методом гарантиро-ванного результата (оценки); по информации о вероятностных харак-теристиках случайностей (математическому ожиданию, дисперсии и другим оценкам) можно оценить вероятностные характеристики выхо-да систем. Все эти принципы обладают очень высокой степенью общности, т.е. отражают отношения, сильно абстрагированные от конкретного содержания прикладных проблем. Интерпретация принципов для дан- ного частного случая может приводить и к обоснованному выводу о не значимости какого-либо из принципов или об отсутствии условий для его применения. Так, в системе может не быть иерархии, она может считаться полностью определенной. Связи могут быть настолько оче-видны, что не требуется специального их рассмотрения. Многократное 11 применение исследователями принципов системного подхода в разных ситуациях приводит к тому, что у них вырабатывается особый тип мышления, который принято называть системным. Такое мышление характеризуется умением более правильно ставить и решать задачи, связанные с разработкой систем. Использование этих принципов будет показано позднее при решении задач моделирования систем. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ 1.1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ, НАЗНАЧЕНИЕ И СОСТАВ ЭМС Под электромеханической системой следует понимать совокуп-ность электромагнитных, электрических и механических устройств, элементов, в которых электромагнитные и механические процессы взаимосвязаны и не могут протекать независимо друг от друга. Понятие ЭМС весьма широко и включает в себя как различные электромеханические преобразователи энергии, электромеханические механизмы и приборы, так и совокупность электропривода и рабочей машины. Всякое движение в электромеханических системах определяется взаимодействием электромагнитных и механических элементов и со-провождается преобразованием механической энергии в электромаг-нитную либо электромагнитной энергии в механическую. Области применения ЭМС разнообразны – от миниатюрных с мощ- ностью в несколько милливатт до крупных энергосистем мощностью до 1200 МВт. Широкое многообразие ЭМС приводит к необходимости изучать и общие принципы, а также особенности отдельных устройств и конструкций. Наиболее общий подход к решению задач в ЭМС (ЭМП) состоит в определении взаимодействия тел, несущих ток или заряд, в электро-магнитном поле. Этот подход опирается на решение уравнений элек-тродинамики, в классическом варианте – уравнений Максвелла. Одна- ко необходимость определения граничных условий делает этот подход весьма трудоемким. 12 Практический метод решения задач в ЭМС заключается в том, что электромеханическое устройство рассматривается как совокупность электрических и магнитных цепей с сосредоточенными параметрами. Это возможно, если скорости протекания физических процессов и час-тоты изменения величин относительно невелики, что позволяет фор-мулировать динамические уравнения движения на основе параметров, определенных с помощью измерений или расчетов статистического поля. На этой основе строятся различные обобщенные модели элек-тромеханической системы. И, наконец, определив процесс создания магнитного поля за счет энергии электрического поля, установив понятие силы, момента и ЭДС на основе законов электромеханики, изучают взаимодействие между электрической и механической частями системы. И тогда в уравнения электрической цепи войдут ЭДС, зависящие от механических скоростей (ЭДС движения), наряду с ЭДС, зависящими от электрических токов и их производных от времени, а уравнения ме-ханического движения содержат составляющие, являющиеся функ-циями электрических величин. Составы электромеханических систем: различные электромехани-ческие преобразователи энергии, электроприводы, взаимосвязанные процессы в них, специально построенные системы для технологиче-ских процессов. 1.2. ПРОЦЕСС ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Любой процесс преобразования энергии подчинен закону сохране-ния энергии. С позиций преобразования энергии ЭМС выглядит сле-дующим образом:
Преобразование электрической и механической энергий происхо-дит посредством энергии, запасенной в преобразователе (системе). 13 любом ЭМП имеются взаимодействующие электромагнитные контуры, часть которых может быть неподвижна, а некоторые имеют возможность перемещаться. В основе принципов работы ЭМП нахо-дятся физические законы электромагнетизма: полного тока, электро-магнитной индукции и электромагнитных сил. Закон полного тока определяет создание магнитного поля в ЭМП при наличии тока в контурах. Закон электромагнитной индукции обес- печивает восприятие действия магнитного поля путем создания при изменении потокосцепления какого-либо контура ЭДС. При этом, по-скольку потокосцепление ψ может изменяться как из-за изменения ве-личины во времени t, так и вследствие перемещения контура, т.е. из-менения по пространственной координате х, то для единичного конту-ра следует:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||