Оптимизация электромеханотронных преобразователей Задачи оптимизации ЭМП 1. 2. 3. 4. 5. 6. Структурная оптимизация Параметрическая оптимизация Оптимизация производства Оптимизация продаж Оптимизация обслуживания Глобальная оптимизация Основные компоненты математической модели объекта • • • P – параметры W(P)- числовые характеристики–критерии, определяющие зависимость количественных показателей свойств объекта от значений его параметров. • Соотношение неформальной цели и задач оптимального выбора • Разделение исходных параметров объекта на переменные и константы • Перераспределение критериев по группам • Множества Jf, Jg, Jh содержат номера критериев функционирования, • соответствующих компонентам векторфункций f, g, h. • ограничения примут вид g(y) ≤ 0, h(у) =0. • Таким образом, выбор <Jc, J y, C, a, b, J f, Jg, Jh, g+, h > породит экстремальную задачу оптимального выбора. • • • • • • • • • • • Задачи такого вида могут быть решены с использованием теории и вычислительных методов конечномерной оптимизации. Решение отдельной экстремальной задачи не является решением общей неформальной задачи рационального выбора, а лишь этапом ее решения. Рациональный выбор параметров объекта приводит к решению последовательности экстремальных задач, вид и количество которых определяется поставщиком общей задачи совместно с математикомвычислителем. Процесс формулировки экстремальных задач является нетривиальным и не формализуемым элементов всего процесса решения и не является математической При постановке экстремальных задач всегда следует обращать самое пристальное внимание на свойства полученных задач, поскольку они определят в дальнейшем возможность их решения вычислительными методами или же аналитического решения. В дальнейшем всегда будем предполагать, что задача оптимального выбора уже поставлена. • Структурная оптимизация базируется на создании нескольких моделей, соответствующих различным структурам ЭМТС, или на создании универсальной модели, позволяющей анализировать различные структуры ЭМТС с целью выбора наилучшей по задаваемым критериям. Под структурой ЭМТС в данном случае подразумевается не только структура силовой части установки, но и структура системы управления (алгоритмы управления), систем защиты, диагностики, системы охлаждения и др. • Параметрическая оптимизация базируется на использовании одной или различных моделей, соответствующих определенной структуре ЭМТС, и заключается в выборе параметров ЭМТС, при которых обеспечиваются наилучшие характеристики. • Оптимизация производства играет существенную роль при создании изделий новой техники. При разработке изделий учитывается опыт создания аналогичных систем, наличие квалифицированных разработчиков, наличие производственной базы, испытательных стендов, соответствующего энергоснабжения, измерительных приборов, технологий и т. д. • Оптимизация продаж является необходимым звеном в процессе создания новой техники. Создаваемая техника должна быть абсолютно новой, или обладать какими-либо преимуществами перед существующими аналогами. Продажа ее должна приносить прибыль. • Оптимизация обслуживания включает в себя организацию гарантийного и сервисного обслуживания. Зачастую выпуск нового оборудования связан с его поставками в различные регионы страны и мира. При этом может потребоваться создание новых предприятий по обслуживанию и ремонту оборудования, создание ремонтных баз, создание ЗИПа, подготовка квалифицированного персонала. Пример оптимизации • имеется модель ЭМТС, которую следует оптимизировать по КПД. В модель ЭМТС должен быть внесен расчет КПД. Его можно представить в виде целевой функции: ЭМТС f P, n, M c ,U s , f ШИМ ,Vохл , tвозд ,... • • где P – мощность нагрузки ЭМТС, n – частота вращения двигателя, Mc – момент сопротивления на валу двигателя, Us – напряжение питания, fШИМ – частота широтно-импульсной модуляции полупроводникового преобразователя, Vохл – скорость движения охлаждающего воздуха, tвозд – температура охлаждающего воздуха В случае данной целевой функции КПД является функцией структуры системы и всех параметров, используемых при выполнении расчетов электромеханических процессов в ЭМТС. В процессе оптимизации ЭМТС фиксируются все параметры, кроме одного, задаются ограничения переменных и по нескольким расчетам ищется зависимость КПД от одного переменного параметра. Таким же образом ищутся зависимости КПД от других параметров. В конце параметрической оптимизации находится такое сочетание параметров, при котором КПД ЭМТС максимален при заданной ее структуре. Аналогично выполняется оптимизация ЭМТС при других ее структурах. В результате определяется структура и параметры ЭМТС, при которых КПД максимален. Эти результаты корректируются с учетом условий, которые не были использованы при моделировании ЭМТС.
