Реферат Курсовая Конспект
Получения и преобразования детализированных форм концептуальных моделей - раздел Механика, Основные термины и определения. Концепция структурного моделирования электромеханических систем Нарисованная На Экране Монитора Концептуальная Модель Является Лишь Внешней Ч...
|
Нарисованная на экране монитора концептуальная модель является лишь внешней частью «айсберга» информации, которую в рамках поставленной задачи необходимо ввести пользователю, найти в электронных базах данных и моделей, преобразовать к виду, обеспечивающему эффективное выполнение вычислительного эксперимента.
От того, какое выбрано изначальное «внутримашинное» представление моделей, зависит сложность вычислительных процедур преобразования информации. В целях унификации проектных и исследовательских операций в работе для внутримашинного отображения моделей на всех уровнях от концептуальных до алгоритмических предлагается использовать единое матрично-структурное представление.
Процесс построения и преобразования концептуальных моделей к детализированному виду рассмотрим на примере электромеханического объекта – электропривода постоянного тока, приводящего в движение через механический редуктор тяжелую платформу. Функциональная схема такого объекта, построенная специалистом в области ЭМС, будет иметь вид, приведенный на рис. 5.1. Здесь легко выделить три функциональных элемента:
· преобразователь, осуществляющий управляемое преобразование электрической энергии;
· двигатель, выполняющий преобразование электрической энергии в механическую – электромеханический преобразователь;
· механизм, осуществляющий передачу механической энергии от вала двигателя через редуктор к рабочему органу – платформе.
В рассматриваемом примере возможно применение различных вариантов исполнения подсистемы «преобразователь – двигатель», а именно, на постоянном или на переменном токе.
В дальнейшем будем использовать вариант построения электропривода по системе «тиристорный управляемый выпрямитель – двигатель постоянного тока».
С учетом выбранного варианта исполнения элементов конкретизируются их функциональные взаимосвязи, определяются координаты системы. Так, для нашего примера концептуальная модель трансформируется в схему, приведенную на рис. 5.2, а, а ее матрично-структурное представление – на рис. 5.2, б.
Рис. 5.1. Функциональная схема электромеханического объекта
Выбор типа модели каждого функционального элемента обусловлен, прежде всего, тем, в какой проектной процедуре или операции она будет использована. Продолжая рассмотрение примера, допустим, что требуется получение модели объекта для анализа динамических процессов методом имитационных экспериментов.
В базе моделей первоначально выбираем функциональные блоки, содержащие внутреннее структурное представление узлов электропривода в виде L-моделей.
Причем для формирования следующего (нижнего) уровня концептуальной модели из базы моделей считываются не графические изображения внутренних схем функциональных блоков, а соответствующие им детализированные структурные матрицы. Для нашего примера L-модели двигателя и механизма и их детализированное матрично-структурное представление приведены на рис. 5.3 – 5.4.
Преобразователь идентифицируется безынерционным звеном с коэффициентом передачи Кп .
Рис. 5.2. Концептуальная схема электромеханического объекта после определения типов элементов и идентификации координат: а – схема модели, б – матрично-структурное представление
Рис. 5.3. Внутреннее представление функционального Рис. 5.4. Внутреннее представление функционального
блока «двигатель»: а – схема L-модели, б – матрично- блока «механизм»: а – схема L-модели, б – матрично-
структурное представление структурное представление
Матрично-структурное представление структурной модели функционального уровня формируется путем замены диагональных блоков матриц верхнего уровня детализированными структурными матрицами физических элементов и необходимой корректировки связей. МСМ КП нижнего уровня для нашего примера приведено на рис. 5.5.
2 | I´ | I | М | Ω´ | Ω | F´ | F | Mм | Mм1 | Ωм´ | Ωм | U0 | Mc | |
-C | Кп | |||||||||||||
1/L | -R/L | |||||||||||||
s | ||||||||||||||
C | ||||||||||||||
1/J 0 | ||||||||||||||
s | ||||||||||||||
s | ||||||||||||||
Cм | ||||||||||||||
-1 | ||||||||||||||
1/ Jм | ||||||||||||||
s |
Рис. 5.5. МСП КП нижнего уровня электромеханического объекта
Рассмотренный пример показывает, что процесс построения детализированных форм концептуальных моделей заключается в выполнении определенного набора операций МСП КМ. Сформулируем формальные правила преобразования МСМ КМ для этапа получения детализированных форм концептуальных моделей.
В общем случае можно утверждать, что прямоугольная матрица МСП S включает в себя два блока: квадратную матрицу взаимосвязей и параметров P и прямоугольную матрицу входных воздействий V, то есть
.(5.1)
Предварительно отметим, что матрично-структурное представление как отдельного физического элемента, так и концептуальной модели системы на нижнем уровне имеют единую форму, которая приведена на рис. 5.6.
Строка взаимосвязей Строка производных | |
Столбцы переменных состояния Столбцы производных переменных состояния |
Рис. 5.6. Единая форма НСП КМ нижнего уровня
Учитывая, что МСП КМ нижнего уровня представляет собой матричное отражение детализированного графа, введем следующие обозначения: – суммарное число узлов детализированного графа; – число интеграторов в детализированном графе, которое соответствует числу переменных состояния или порядку модели; – число входных каналов объекта.
Тогда выделенные в (5.1) подматрицы будут иметь следующие размеры
где .
Продолжая рассмотрение содержания МСП КМ, можно отметить, что подматрица связей и параметров P содержит n строк, в состав каждой из которых входят только два ненулевых элемента =1, где – номер строки s оператор Лапласа.
Назовем эти строки строками производных, столбцы матрицы P, в которых диагональный элемент – столбцами переменных состояния, а предыдущие столбцы с (j - 1) номерами – столбцами производных переменных состояния.
Строку идентификации входных, выходных и промежуточных координат модели назовем строкой взаимосвязи h. Эта строка непосредственно не входит в состав структурной матрицы, записывается над ней в виде последовательного соединения строк идентификации подматриц P и V, то есть .
Для обозначения структурных матриц функциональных элементов будем использовать верхний индекс, соответствующий номеру элемента в функциональной схеме. Верхним индексом (m) будем определять МСП КМ в целом.
Как следует из рассмотренных примеров, в состав МСП КМ нижнего уровня подматрицы включаются без изменений, а информация из подматриц распределяется по столбцам на матричном поле .
Поэтому подматрицу будем записывать в виде столбцов, каждый из которых неразрывно связан с элементом строки взаимосвязи .
В соответствии с принятыми обозначениями алгоритм построения МСП КМ нижнего уровня сводится к последовательному выполнению следующих действий.
1. С помощью прямого суммирования квадратных матриц для k =1, 2, ... ,, где w – число функциональных элементов концептуальной модели, выполняется первоначальное заполнение матрицы т.е.
(5.2)
и формирование строки взаимосвязи
. (5.3)
2. Путем анализа полученной строки взаимосвязи и схемы соединения функциональных элементов определяется местоположение j-го столбца подматрицы входов каждого k-го элемента на матричной сетке .
3. Информация из столбцов νj(k) копируется в ячейки матрицы , расположенные на пересечении строк, соответствующих подматрице , и столбцов, номера которых определены в п. 2.
4. МСП КМ нижнего уровня записывается как и включает в себя квадратную подматрицу размером и прямоугольную подматрицу или вектор размером . Здесь .
Таким образом, процесс преобразования концептуальных моделей электромеханических систем сводится к рутинной процедуре обработки информации на матричной сетке, при выполнении которой
– первоначальный облик модели исследуемого или проектируемого объекта (концептуальная модель верхнего уровня) задается и редактируется пользователем в графическом режиме;
– выбор видов моделей функциональных элементов и установка взаимосвязей между ними выполняется в режиме интерактивного взаимодействия с вычислительной системой;
– получение матрично-структурного представления концептуальной модели нижнего уровня осуществляется автоматически.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Функционирование электрооборудования в автономных энергосистемах АЭС имеет ряд особенностей связанных с их ограниченной мощностью а также с... Поэтому данное учебное пособие посвящено изучению современных методов и... В настоящее время изучение электромеханических машинно вентильных систем МВС совместно с полупроводниковыми...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Получения и преобразования детализированных форм концептуальных моделей
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов