Разработка моделей и методов анализа и синтеза решений в автоматизированном проектировании электромеханических устройств

• Автор: Тихонов, Андрей Ильич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 280 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРО МЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ В СОВРЕМЕННЫХ САПР

1.1. Обоснование необходимости разработки нового подхода к созданию инструментальной базы систем автоматизированного проектирования электромеханических устройств

1.2. Роль и место разрабатываемых моделей и методов анали

за и синтеза электромеханических устройств в структуре САПР

1.3. Виды математических моделей в САПР электромеханичс

скнх устройств

1.4. Анализ проблемы моделирования на основе теории поля

и теории цепей

1.5. Процедурное и декларативное профаммнрование мате

матических моделей

1.6. Анализ современных систем моделирования электромс
ханических устройств
ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ
2. РАЗРАБОТКА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПОЛОЖЕНИЙ МЕ
ТО ДА ОРГАНИЗАЦИИ ПОИСКА И ИССЛЕДОВАНИЯ НОВЫХ РЕШЕНИЙ
2.1. Обоснование способа построения системы автоматизиро
ванного проектирования электромеханических устройств
2.1.1. Обоснование способа формализации моделей
2.1.2. Обоснование принципа работы системного процессора
2.1.3. Жизненный цикл модели в системе автоматизированного
2.2.1.
2.2.3.
3.1.
3.1.1.1.
3.1.1.2.
3.1.1.3.
3.1.3. 3.2.
проектирования электромеханических устройств Разработка метода организации поиска и исследования новых решений в форме численного эксперимента на основе компонентной интшрации .моделей Обоснование модельной базы и схемы функционирования компонентов САПР ЭМУ
Обоснование компонентной формы организации среды математического моделирования электромеханических устройств
Основные положения метода организации поиска и ис следования электромеханических устройств в форме численного эксперимента на основе компонентной интеграции моделей
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ
РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ПОЛЯ Разработка библиотеки конечноэлементного моделиро вания магнитного поля
Математический аппарат процессора системы конечно элементного моделирования магнитного поля Математический аппарат подсистем формирования и ре шения системы нелинейных уравнений Математический аппарат подсистемы решения системы линейных уравнений
Адаптация математического аппарата метода конечных элементов к задачам с осевой симметрией и постоянными магнитами
Разработка методов формализации конечноэлементной модели электромехаического устройства Программная реализация конечноэлементной модели Разработка приложений библиотеки конечноэлементного
3.2.2.
3.3.
3.3.2.
4.
4.1.1.
4.1.3.
4.1.4. 4.2.
моделирования маг нитного поля
Разработка интерфейсных конструкций автономной сис 0 темы конечноэлементного моделирования поля Разработка системы конечноэлементного моделирования 7 магнитного поля в среде АиЮСа
Разработка метода параметрической генерации конечно НО элементных моделей различных классов устройств Численное исследование моделей с помощью библиотеки 6 конечноэлементного моделирования электромеханических устройств
Разработка метода проведения численного эксперимента 6 с использованием полевых моделей
Разработка и анализ динамической модели торцевого вет 1 рогенератора
Поиск вариантов конструкции статора неявнополюсной 5 машины постоянного тока
ВЫВОДЫ ПО ВТОРОЙ ГЛАВЕ
РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ ЦЕ 5 ИЕЙ
Разработка системы имитации испытаний электромеха 5 нических устройств
Постановка задачи
Разработка математического аппарата системы имитации 6 электромеханических устройств
Разработка методов формализации модели в системе ими 8 тации испытаний электромеханических устройств Разработки интерфейсных конструкций системы ими га 3 ции испытаний электромеханических устройств Разработка универсальной комбинированной динамиче 7 ской модели электромеханического устройства
4.2.1. Разработка метода формирования и расчета универсаль 7 ной комбинированной модели электромеханических устройств
4.2.2. Разработка комбинированной динамической модели
асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с прямым обращением к конечноэлементной модели
4.2.3. Разработка комбинированной динамической модели на 7 основе многомерной сплайновой аппроксимации .матриц потокосцеплений
4.2.3.1. Разработка комбинированной динамической модели ма 7 шины постоянного тока
4.2.3.2. Разработка комбинированной динамической модели
трансформатора
4.2.3.3. Разработка комбинирован ной динамической модели
асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с учетом вытеснения тока в паз
4.2.3. Исследование комбинированных моделей электромеха 3 нических устройств
4.2.3.1. Исследование комбинированной динамической модели 3 силового трансформатора
4.2.3.2. Исследование комбинированной динамической модели 7 нсявнополюсиого двигателя постоянного тока
ВЫВОДЫ ПО ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ
5. РАЗРАБОТКА ПОИСКОВЫХ МОДЕЛЕЙ
5.1. Разработка теоретических положений и алгоритмов поис 6 кового моделирования электромеханических устройств
5.1.1. Разработка математического аппарата поискового моде 6 лирования
5.1.2. Разработка алгоритмов реализации поискового процессе 0 ра
5.2.
5.3.2.
Разработка системы декларативного программирования 8 Поиск технических решений электромеханических уст 5 ройств в технологии декларативного программирования Разработка метода декларативного проектирования элек 5 тромеханических устройств
Разработка комбинированной поисковой модели оптими 0 зация способа распределения обмоток статора неявнополюсного двигателя постоянного тока
Разработка метода поискового моделирования с исполь 4 зованием параметрических генераторов конечноэлементных моделей
ВЫВОДЫ ПО ПЯТОЙ ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЯ


ГОСТ 7 проектирование это процесс составления описания для создания еще не существующего объекта, на основе первичного описания этого объекта. По характеру отображаемых свойств объекта в проектировании принято выделять ряд аспектов 8, 0, 6. Наиболее характерными являются функциональный, конструкторский и технологический аспекты. Решение задач, относящихся к данным аспектам, называют соответственно функциональным, конструкторским и технологическим проектированием. Этап проектирования это условно выделенная часть процесса проектирования, включающая в себя задачи, относящиеся к одному или нескольким стадиям или аспектам 8. Названия этапов проектирования электромеханических устройств часто совпадают с названиями соответствующих стадий 2. РП, объединяющий стадии рабочего проекта, изготовления, отладки, испытания и ввода в действие. На первых двух этапах решаются задачи функционального проектирования, связанные с отображением основных принципов функционирования отдельных узлов и деталей объекта, характера физических процессов, протекающих в объекте 8. Решение этих задач предполагает использование математических моделей, в основе которых лежит одновариантныи анализ объекта проектирования, когда значения выходных параметров однозначно определяются значениями внутренних и внешних параметров 6. Решение таких задач в большинстве случаев сводится к решению систем алгебраических или обыкновенных дифференциальных уравнений. На основе этих моделей могут быть построены модели, решающие задачи многовариантного анализа, для которых характерно исследование поведения проектируемого объекта при изменении его внутренних и внешних параметров, а также задачи поиска оптимальной структуры объекта или оптимальных значений внутренних параметров при заданном техническом задании задача синтеза 8, 6. В соответствии с темой данная диссертация посвящена разработке моделей, алгоритмов и методов организации численного эксперимента, предназначенных для решения задач функционального проектирования. Результаты диссертационной работы могут быть использованы на этапах НИР и ОКР. В данной рабоге практически не затрагиваются вопросы конструкторского и технологического проектирования. Это связано, в первую очередь, с уменьшением материальных затрат и времени на создание и исследование опытного образца, или даже с полным отказом от реализации этой стадии проектирования. Объясняется это наличием в диссертации особого акцента на использование моделей физических полей, которые принято относить к классу точных численных моделей, позволяющих достаточно уверенно судить о характеристиках спроектированного устройства уже на стадии поверочного расчета. По этой же причине существенно изменяются этапы II и ОКР, на которых уменьшается или полностью исключается доля исследований, осуществляемых с использованием методов физического моделирования. Исследование это целенаправленная системнометодическая работа для получения знаний, необходимых для выработки качественно новых решений. Разработка это рациональное использование результатов исследований в целях получения новых изделий или модернизации существующих 6. Таким образом, успех разработки технического устройства во многом определяются результатами предварительных исследований. Результаты многих исследований изложены в пособиях, монографиях, публикациях и т. Тем не менее, при наличии современных тенденций к мелкосерийному и штучному производству электромеханических устройств с большим разнообразием требований к их характеристикам существует необходимость в дополнительных исследованиях. Использование точных полевых моделей позволяет перевести исследование проектируемого устройства в виртуальную плоскость. Так, процессы электромеханического преобразования энергии определяются главным образом конструкцией магнитной системы устройства и картиной магнитного поля. Поэтому модели электромеханических устройств, построенные на основе результатов точного расчета магнитного поля с учетом всех особенностей конструкции магнитной системы, нелинейности свойств материалов и т.