Уравнение функционирования и критерии оптимальности

2.5. Уравнение функционирования и критерии оптимальности

ВКА.

2.5.1. Уравнение функционирования.

Важным аспектом системного описания процесса проектирования

ВКА является уравнение ее функционирования (компонент выраже-

ния (2.2)), связывающее входные и выходные параметры действий (фа-

зовые переменные) и внутренние параметры ВКА.

В связи с тем, что ВКА принадлежит классу механических

систем, для вывода уравнения функционирования использовано уравне-

ние Лагранжа 2 рода [122]:

(2.17)

где - кинетическая энергия системы; - число обобщенных ко-

ординат (совпадает с числом степеней свободы); - обобщенные

координаты; - обобщенные силы.

Данное выражение, преобразованное для ВКА с электромехани-

ческим приводом [123, 124] в общем случае имеет вид:

(2.18)

где - угол поворота вала электродвигателя; - функция

положения ВКА; , - коэффициенты полезного действия механизма

перемещения и герметизации уплотнительного диска и редуктора (ме-

ханизма преобразования движения); - масса уплотнительного

- 71 -

диска; - передаточное отношение редуктора; - приведенный к

валу электродвигателя момент инерции ВКА; - движущий момент

электродвигателя; - приведенный к валу двигателя момент соп-

ротивления ВКА.

Уравнение (2.18) является уравнением движения ВКА и представ-

ляет собой компонентное нелинейное дифференциальное уравнение вто-

рого порядка, которое было решено на ЭВМ. Здесь - фазовые перемен-

ные , , ; внутренние параметры , , . При этом ре-

шение данного уравнения позволяет найти зависимость такого функци-

онального параметра ВКА как время срабатывания от параметров ФМ

ВКА ( , , , , ), т.е. уравнение (2.18) связывает между

собой параметры свойств верхнего и нижнего иерархических уровней

ВКА, что позволяет считать его своего рода уравнением проектирова-

ния.

2.5.2. Критерии оптимальности ВКА.

Предлагаются следующие критерии качества ВКА, характеризующие

оптимальность ВКА и ее структурных составляющих (компонент в выра-

жении (2.2)).

С учетом того, что ВКА в целом и ее ФМ характеризуются боль-

шим числом параметрически описанных локальных критериев, в качест-

ве количественной оценки оптимальности ВКА (или ФМ) принята функ-

ция ее евклидова расстояния до гипотетической идеальной модели в

пространстве взвешенных локальных критериев [125].

(2.19)

где - коэффициент весомости -го параметра качества; - нор-

мированное значение критерия рассматриваемого -го варианта

конструкции; - нормированное значение критерия идеальной

- 72 -

конструкции.

Нормирование локальных критериев качества с целью перевода их

в безразмерные величины одного масштаба, проводится с учетом допу-

щения, что характер распределения вариационного ряда значений лю-

бого параметра ВКА близок к равномерному распределению. В связи с

этим:

(2.20)

где - значение -го критерия рассматриваемого варианта

конструкций, - среднее значение -го критерия; - его сред-

неквадратичное отклонение на множестве вариантов.

Формирование коэффициентов весомости параметров проводится с

использованием экспертного метода парных сравнений [126]. В ка-

честве идеальной модели может быть выбрана гипотетическая

конструкция, имеющая либо лучшие значения параметров из числа су-

ществующих, либо теоретически предельно достижимые значения пара-

метров.

Лучшей будет конструкция с меньшим критерием .

Для оценки ВКА с позиций кинематических свойств ее механизмов

предлагается интегральный критерий качества , минимизация кото-

рого при оптимизации механизмов ВКА дает наилучшее приближение к

их теоретической функции положения и ведет к улучшению таких дина-

мических характеристик, как перегрузки и скорость приложения уси-

лия в уплотнительной паре, коэффициент полезного действия, время

срабатывания, мощность привода [127].

Для ВКА с механизмами совмещенной структуры:

(2.21)

где - функция положения механизма ВКА; - угол поворота или

ход ведущего звена ВКА.

Для ВКА с механизмами переменной структуры:

- 73 -

(2.22)

где , , , - соответственно: функции положения ме-

ханизма ВКА и углы поворота или ход при открывании (перекрывании)

и герметизации проходного отверстия.

Критерий дает количественную оценку качества воспроизведе-

ния закона движения, характерного для механизмов ВКА, и пригоден

как для оптимизации конкретного механизма на этапе его конструк-

тивной проработки, так и для оценки различных кинематических схем

на этапе структурного синтеза.

Исследование уравнения функционирования и вывод критериев оп-

тимальности ВКА подробно рассмотрены в главе 3.

Выводы.

1. На основе системного подхода к анализу ВКА с позиций реша-

емых задач разработаны инвариантные относительно введенных уровней

членения системная модель ВКА как объекта конструирования и

системная модель процесса проектирования ВКА, являющиеся основой

создания методики функционально-схемотехнического проектирования

ВКА. Сформулированы основные понятия, предложены правила раскрытия

системных характеристик ВКА и произведена их конкретизация.

2. Сформировано множество базовых функций ВКА и отмечена не-

обходимость функционального анализа для эволюции ВКА. Рассмотрена

взаимосвязь функции и структуры ВКА, определено множество структур

ВКА, необходимое и достаточное для отображения процесса функцио-

нального и схемотехнического проектирования.

3. Исследованы взаимосвязи ВКА и ее структурных составляющих

с окружением и произведена структуризация выявленных свойств. На

- 74 -

основе исследования взаимосвязей параметров свойств ВКА и ее

структурных составляющих сформированы соответствующие таблицы свя-

зей.

4. Введено понятие цели проектирования ВКА и показана связь

целей проектирования с генерацией вспомогательных функций и струк-

турой ВКА. На основе анализа разработанных таблиц связей парамет-

ров свойств ВКА построено дерево целей проектирования ВКА.

5. Представлено необходимое с позиций системного подхода к

описанию процесса проектирования ВКА уравнение ее функционирова-

ния, связывающее входные и выходные параметры ВКА с внутренними

параметрами ее ФМ, и введены критерии, оценивающие качество синте-

зируемых конструкций ВКА.

Проведенный системный анализ ВКА позволяет перейти к разра-

ботке методик и формализации основных этапов схемотехнического и

функционального проектирования ВКА в соответствии с ранее описан-

ным алгоритмом.

.

- 75 -

Похожие работы

Вакуумная коммутационная аппаратура

Скачать

42765

0

0

... модели функционирования ВКА и критерии оптимальности конструкций ВКА. 6. Новый класс ВКА переменной структуры и конструкции ВКА. I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ I.I. Анализ связей ВКА с оборудованием электронной техники. Основные требования, предъявляемые к ВКА. Вакуум как рабочая среда технологических процессов и научных исследований находит ...

Блок обмена сообщениями коммутационной станции

Скачать

148336

19

1

... сборки и маршрутные карты приведены в приложении. 9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ   9.1 Краткая экономическая характеристика проектируемого устройства Разрабатываемое в дипломном проекте устройство представляет собой блок обмена сообщениями аналоговой ЭАТС. В развитых зарубежных странах широкое применение нашли аналоговые ЭАТС типа IBM 1750 (США), DST1 (Италия), ЕК-50 (Япония), АТС 501 ...

Разработка конструкции и технологии изготовления модуля управления временными параметрами

Скачать

138399

23

10

... УЛПМ-901. 11 Визуальный контроль качества сборки при увеличении 2,5. ГГ6366У/012. Маршрутная карта на техпроцесс изготовления печатной платы приведена в приложении. 8 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА 8.1 Характеристика изделия «Модуль управления временными параметрами». Обоснование объема производства и расчетного периода Модуль управления временными параметрами – ...

Блок интерфейсных адаптеров

Скачать

183285

12

5

... : ¾   температура, °С +25±10; ¾   относительная влажность воздуха, % 45...80; ¾   атмосферное давление, мм рт. ст. 630...800. Так как блок интерфейсных адаптеров предназначен для работы в нормальных условиях, в качестве номинальных значений климатических факторов указанные выше принимают нормальные значения ...