Авторы

Нечеткое когнитивное моделирование неоднородных электромеханических систем

Статья представляет метод нечеткого когнитивного моделирования неоднородных электромеханических систем (НЭМС) при управлении инновационными проектными решениями. В ходе эксплуатации НЭМС в результате их эксплуатационного старения изменяются свойства параметрических матриц обмоток и свойства векторного пространства НЭМС. Периодическое тестирование векторного пространства НЭМС позволяет получить достоверные сведения о текущем техническом состоянии НЭМС, о его изменениях в ходе эксплуатации и о рисках потери работоспособности. При этом наличие пропорциональных изменений сигналов при последовательном тестировании свидетельствует об однородном эксплуатационном старении НЭМС и о его темпах; непропорциональное изменение одного из сигналов говорит о повреждении или о развитии процесса неоднородного старения; (III) изменение сигналов при изменении углового положения ротора указывает на изношенность подшипников или на повреждения ротора НЭМС. В статье представлена модель НЭМС, описаны метод топологического исследования векторного пространства и способ формирования диагностических матриц. Отклонения их элементов носят нечеткий характер из-за неопределенности нагрузки, воздействующих факторов внешней среды и нестабильных питающих напряжений. Поэтому для прогнозного оценивания состояния НЭМС предложено использовать нечеткие реляционные когнитивные модели, которые позволяют реализовать полностью нечеткий подход к моделированию проблемных ситуаций в этих системах. Представленные данные подтверждают нарастание неоднородности НЭМС в условиях неопределенности внешних воздействий. Предлагаемый метод прогнозного оценивания состояния НЭМС, основанный на нечетких реляционных когнитивных моделях, обеспечивает устойчивость к возрастанию неопределенности результатов оценки для различных моделей системной динамики за счет обоснованного набора нечетких векторно-матричных операций. Читать дальше...

Компьютерная программа для эксплуатационной диагностики электромеханических систем на основе топологического подхода

В статье рассматриваются метод, математическая модель и компьютерная программа эксплуатационной диагностики электромеханической системы (ЭМС). В ходе эксплуатации ЭМС в результате эксплуатационного старения изменяются свойства параметрических матриц обмоток и, как результат, свойства векторного пространства ЭМС. Периодическое тестирование векторного пространства позволяет получить актуальные и достоверные сведения о текущем техническом состоянии ЭМС, о его изменениях в ходе эксплуатации и о рисках потери работоспособности. В качестве объекта исследования в статье рассматривается асинхронный электродвигатель (АЭД). Автоматизация процесса оценки текущего состояния АЭД, а также организация хранения информации о его состояниях на различных этапах жизненного цикла является актуальной задачей. Для ее решения на языке Python было разработано программное обеспечение (ПО), позволяющее осуществлять накопление эксплуатационной информации и производить оценку основных технических показателей АЭД. В основу работы данного ПО заложен топологический подход к диагностике, который основан на анализе токовых реакций обмоток ротора двигателя на импульсные воздействия фазных напряжений. Указанное ПО позволяет определять показатели темпа эксплуатационного старения изделия, вероятности сохранения работоспособности и остаточного ресурса изделия, получать доступ к историческим данным предыдущих диагностик, а также визуализировать динамику изменения указанных технических показателей в ходе эксплуатации. Разработанное ПО может быть использовано для повышения эффективности применения АЭД, планирования технологических и ремонтных работ. Читать дальше...

Нечеткие реляционные когнитивные темпоральные модели для анализа и прогнозирования состояния сложных технических систем

Целесообразность применения методов нечеткого когнитивного моделирования для анализа и прогнозирования состояния сложных технических систем (СТС) обосновывается следующими причинами: существенной взаимозависимостью, нелинейным характером и неполнотой сведений о взаимовлиянии анализируемых параметров систем; разнообразием воздействий внутренних и внешних факторов на СТС; сложностью и затратностью проведения экспериментальных исследований в ходе эксплуатации этих систем. Основными ограничениями нечетких когнитивных моделей при моделировании динамики СТС являются: сложность учета взаимовлияния параметров с их различными временными лагами относительно друг друга; необходимость постоянной оперативной настройки и обучения компонентных моделей для всех параметров в процессе эксплуатации СТС. В данной статье разработаны нечеткие реляционные когнитивные темпоральные модели (НРКТМ), сочетающие в себе достоинства различных типов нечетких когнитивных моделей и при этом нивелирующие основные ограничения анализа и прогнозирования состояния СТС, присущие известным нечетким когнитивным моделям. В работе предложены модели системной динамики, которые учитывают специфику НРКТМ. Также развит подход и реализован метод вычисления нечетких зависимостей в векторно-матричном виде, позволяющий решить проблемы увеличения неопределенности результатов и выхода нечетких значений концептов НРКТМ за диапазоны базовых множеств в результате моделирования системной динамики вследствие выполнения массовых итерационных вычислений. Приведен пример моделирования неоднородных электромеханических систем (НЭМС) на основе НРКТМ. Полученные результаты являются основой для решения целого комплекса задач анализа, прогнозной оценки, моделирования разных сценариев функционирования и развития НЭМС для различных системных факторов, режимов эксплуатации и внешних условий. Читать дальше...

Компьютерная программа для моделирования показателей технического состояния электромеханических систем

Статья направлена на решение задачи научного обоснования критериев и способов оценки технического состояния электромеханических систем на базе метода топологической диагностики. Представлены математическая модель и компьютерная программа для моделирования показателей технического состояния асинхронных электродвигателей (АЭД). В качестве данных показателей рассматриваются функции и матрицы Грина, а также матрицы отклонений. Основой программы является математическая модель АЭД с неускоренным ротором и неоднородными обмотками. Питание АЭД осуществляется от источника импульсных напряжений. Воздействие производится по различным направлениям векторного пространства электродвигателя с целью определения его характеристик и степени однородности. По реакциям объекта программа производит вычисление и анализ технических показателей для неповрежденного и поврежденного состояний АЭД. Компьютерная программа для математического моделирования показателей технического состояния АЭД была выполнена с использованием пакета символьных и числовых вычислений Maple, предоставляющего широкие возможности для математических исследований различного уровня. Приведено описание алгоритмического обеспечения программной реализации предложенной математической модели. Приведен пример использования программы для моделирования показателей серийного электродвигателя с заданными техническими характеристиками. В статье представлены результаты моделирования показателей объекта, соответствующих его различным эксплуатационным состояниям. В качестве данных состояний были взяты эталонное состояние, поврежденное состояние, характеризуемое изменением свойств векторного пространства в ходе длительной эксплуатации, а также предельное состояние, которому соответствует обрыв одной из фаз обмотки статора. Даны заключения по каждому из приведенных состояний электродвигателя. Читать дальше...

Компьютерная программа для моделирования показателей технического качества индукторов линейных асинхронных электродвигателей

Определение показателей технического качества электродвигателей, а также их моделирование востребованы при организации выходного контроля технического качества изделий. Большая роль в обосновании критериев технического качества электродвигателей и разработке методик их определения отводится компьютерному моделированию. Наряду с вращающимися электродвигателями в технических системах все шире применяются линейные асинхронные электродвигатели (ЛАЭД). Критерии и способы испытаний, разработанные для вращающихся электрических машин, не адекватны специфике ЛАЭД. Применительно к индукторам ЛАЭД предложен способ оценки показателей технического качества трехфазных неоднородных индукторов с неравномерным распределением магнитных свойств вдоль магнитопровода. Способ основан на импульсных воздействиях источника напряжения на индуктор ЛАЭД. Разработаны и представлены математическая модель, алгоритм и программа моделирования показателей технического качества индукторов ЛАЭД, реализующие предлагаемый способ. Программа написана с использованием собственного интерпретированного языка программирования программного продукта Maple и требует от пользователя ввода параметров электротехнического устройства. На выходе пользователь в автоматическом режиме получает изображение матрицы Грина, осциллограммы токов фаз по результатам проведения трех опытов и численные значения показателей качества. Результаты моделирования свидетельствуют о том, что предлагаемый способ может служить инструментом технического контроля индукторов, а также о том, что разработанные критерии технического качества, математическая модель, алгоритм и программа позволяют моделировать и оценивать технические качества индукторов ЛАЭД как при выходных испытаниях, так и при проведении мониторинга технического состояния устройства в процессе эксплуатации. Читать дальше...

Математическая модель для проектирования линейных асинхронных электродвигателей и ее программная реализация

Математические модели служат основным инструментальным средством компоновочного проектирования линейных асинхронных электродвигателей. Существующие проектировочные модели линейных асинхронных электродвигателей предполагают питание устройства от источника многофазного симметричного тока прямой последовательности, что исключает из рассмотрения асимметрию токов фаз индуктора и связанное с ней снижение тяговой силы. Такой подход является недостаточно гибким, так как эксплуатация линейных асинхронных электродвигателей в широком диапазоне скоростей движения предполагает функциональную зависимость между коэффициентом несимметрии токов и скоростью движения. В исследовании разработана математическая модель для решения задач проектирования, реализующая функциональную зависимость между коэффициентом несимметрии токов и скоростью движения. Математическая модель представляет собой 13 линейных уравнений, увязывающих геометрические размеры, токовые нагрузки, характеристики электромагнитного поля и механические силы со скоростью вторичного элемента электродвигателя. Токовая нагрузка электродвигателя имеет переменную степень эллиптичности в зависимости от скорости движения. Выполнена алгоритмическая проработка математической модели и разработаны соответствующие программные средства моделирования. Предлагаемый алгоритм программы, содержащий две подпрограммы, реализован с использованием программного пакета символьных вычислений Maple. С целью расширения круга пользователей программная модель дополнительно реализована на С++. При этом функциональная зависимость коэффициента асимметрии волны возбуждающего тока от скорости движения реализована в форме итерационной процедуры для случая подключения обмотки индуктора линейных асинхронных электродвигателей к источнику симметричного трехфазного напряжения по схеме «треугольник». На примере трехфазного линейного асинхронного электродвигателя произведено моделирование электромагнитных и механических характеристик электродвигателя. Констатировано, что влияние асимметрии токов на механические характеристики линейных асинхронных электродвигателей невелико и выражено в области высоких скоростей движения. Это дает возможность в задачах проектирования для компоновки электродвигателя использовать модели, предполагающие питание линейных асинхронных электродвигателей от источника симметричного тока или вводить в них фиксированный коэффициент несимметрии. Читать дальше...

Применение аппарата математического моделирования к задаче диагностики состояния механической цепи асинхронного электродвигателя

Исследование направлено на повышение надежности сложных технических систем, включающих такой компонент, как асинхронный электродвигатель, посредством отслеживания их текущего состояния. Общая задача исследования заключается в обосновании возможности использовать для диагностики неисправности механической цепи электродвигателя такой фактор, как вектор тока статора, колебания которого берутся в качестве наблюдаемого параметра. Для обоснования правомерности такого решения привлечен аппарат математического моделирования с проведением вычислительного эксперимента. Для этого были предварительно сформулированы цель и условия его проведения, позволившие получить достаточную доказательную базу. Математическая модель асинхронного электродвигателя дополнена функциями импульсной нагрузки в форме рядов Фурье, представленной прямоугольными знакопеременными и знакопостоянными импульсами, частота следования которых равна частоте вращения вала электродвигателя. Для проведения вычислительного эксперимента были разработаны проблемно-­ориентированные алгоритм и Maple-программа. Оригинальной чертой математической модели, алгоритма и программы является увязка момента нагрузки с углом поворота ротора, что характерно для поврежденных механических цепей асинхронных электродвигателей. На математической модели выявлены эффекты воздействия на серийный асинхронный электродвигатель импульсов момента нагрузки от поврежденного подшипника, а также эффекты воздействия на него импульсов момента от периодических ударов, возникающих в поврежденной механической цепи. В обоих случаях зафиксированы колебания модуля вектора тока статора, совпадающие с частотой вращения ротора. Результаты вычислительного эксперимента свидетельствуют о том, что колебания тока статора позволяют достоверно судить о состоянии механической цепи электродвигателя. Материалы исследования могут быть использованы эксплуатирующими организациями для создания систем инструментального контроля текущего технического состояния парка асинхронных электродвигателей. Читать дальше...