Лекция No 14.

Тема: «Технологическая схема автоматизации функционального проектирования электромеханических систем»

Согласно определению И.П. Норенкова [11], проектирование - процесс преобразования исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера.

Функциональное проектирование электромеханических систем представляет собой процесс формирования и рекуррентного преобразования моделей электромеханических объектов и систем управления ими. В качестве моделей здесь предполагается использование концептуальных моделей, отражающих принцип действия, основные части системы и взаимные связи между ними, структурных и векторно-матричных моделей, представляющих собой различия по форме и степени детализации средства математического описания динамических процессов в системе.

Несомненно, что отмеченные преобразования должны выполняться для достижения определенной цели и быть, по возможности, максимально автоматизированы, но не исключать принятия проектировщиком ключевых решений.

Указанные требования могут быть достигнуты при использовании двух концепций автоматизации проектирования. Первой из них является концепция оптимального автоматизированного проектирования. Эта концепция предусматривает, что проектировщик перед началом проектирования может строго сформулировать критерий оптимальности, определить ограничения на различного рода ресурсы и выбрать рациональный алгоритм оптимизации. Однако разговоры об оптимальном проектировании сложных электромеханических систем лишены всякого смысла в отсутствии объективно существующего критерия оптимальности. Практически невозможно найти такие агрегированные показатели, которые позволили бы сделать однозначный выбор из множества альтернативных вариантов системы. Кроме того, проектирование, как правило, начинается в условиях отсутствия достаточной информации для формирования единого критерия.

Вторая концепция основана на том, что формирование целей и условий проектирования происходит в течении всего цикла проектирования на основе интерактивных методов построения моделей принятия решений с использованием формальных и эвристических приемов, на основе имитационных экспериментов.

Адаптация указанной концепции к решению проблемы автоматизации функционального проектирования электромеханических систем и определенная ее модификация позволили сформировать технологическую схему, которая представлена на рис. 14.1 в виде таблицы из 3-х колонок.

Центральная колонка таблицы содержит схему получения основных промежуточных описаний (моделей) ЭМС в процессе преобразования требований технического задания (исходное описание) в прототип ЭМС, содержащий всю необходимую информацию для выполнения этапа схемотехнического проектирования. В левой колонке приведены основные характеристики каждой модели. Правая колонка указывает на проектные процедуры и операции, необходимые для получения соответствующей модели.

Предлагаемая технология автоматизации функционального проектирования ЭМС предполагает использование строгих математических методов и алгоритмов в сочетании с инженерным искусством. Это искусство базируется на знаниях и опыте проектировщиков и мощной экспертной поддержке, осуществляемой средствами специализированной экспертной системы и базы знаний, и представляется в виде создания концептуальных моделей, функциональных схем, структурных моделей ЭМС и принятия ключевых проектных решений.

Общее представление большинства проектных процедур и операций технологической схемы дано в предыдущих параграфах настоящей главы. Здесь лишь рассмотрим процедуры структурно-параметрического синтеза прототипа системы управления. Общая технологическая схема указанной процедуры приведена на рис. 14.2.

Первая проектная операция данной процедуры предусматривает логико-эвристический выбор вида векторно-матричной модели объекта управления j- го уровня и множества V (см. (13.2) в предыдущей лекции). Решение здесь, как правило, принимает проектировщик на основании информации о наличии необходимых моделей в базе моделей, о характерных особенностях объекта, о предполагаемых способах и средствах реализации управляющего устройства. При наличии всех элементов множества V целесообразен первоначальный выбор VML- модели.

Далее для выбранного вида ВММ определяются варианты критерия оптимальности и метод оптимизации с целью применения формальных математических методов синтеза системы управления (СУ). Как правило, критерий оптимальности I_К - представляется в виде характеристического уравнения или матрицы состояния эталонной модели. В виде классического квадратичного функционала (Летова-Калмана) представляется I_К для автоматизированного решения задачи аналитического конструирования оптимальных регуляторов (АКОР).

Предварительный структурно-параметрический синтез выполняется для всех возможных вариантов постановки такой задачи, т. е. для всех троек (,{I_K}, {Opt_K}).

Каждое полученное решение “доводится” методом имитационных экспериментов со структурными моделями прототипа системы уравнений, являющимися элементами множества S (см. (13.1) в предыдущей лекции). По результатам имитационных экспериментов проектировщик должен принять решения: произвести коррекцию ВММ объекта или перейти к процедуре преобразования полученной модели ЭМС для решения проектных задач системы более высокого уровня иерархии.

Рис. 14.1. Общая технологическая схема функционального проектирования ЭМС

Рис. 14.2. Технологическая схема синтеза прототипа СУ j-го уровня

Контрольные вопросы к лекции No 14

1. Кратко сформулируйте содержание основных концепций автоматизации проектирования технических систем.

2. Назовите основные этапы технологической схемы синтеза прототипа системы управления.

ОТВЕТЫ