CC BY
57
Были построены зависимости 8 ¡ф) при различных напряжениях. По этим
зависимостям были определены коэффициенты нагрузки р, при которых температура в узлах АД АИУМ225М4 не превышает допустимую, при различных входных напряжениях и длительностях цикла. Эти коэффициенты приведены в табл. 3. Двигатель АИУМ225М4 в режиме 84 при напряжениях и=0.8иН и при 1ц<2мин можно эксплуатировать только при пониженных нагрузках.
Т аблица 3
Значения коэффициентов нагрузки р, при которых температура в узлах АД АИ-УМ225М4 не превышает допустимую, при входных напряжениях И=ИН, И=0.9ИН,
и=0.8иН и различных длительностях цикла
и Значения р, при которых температура в узлах АД АИ-УМ225М4 не превышает допустимую
1ц=10 мин 1ц=5 мин 1ц-3 мин 1ц-2 мин 1ц=1 мин 1ц=0.5 мин
И=Ин 1 1 1 1 0,85 0,6
И=0,9ИН 1 1 1 0,77 0,62 0,5
И=0,8ИН 0,65 0,6 0,57 0,53 0,45 0,32
Из всего вышеизложенного следует: наиболее нагретым узлом в повторно кратковременном режиме с частыми пусками является ротор; в режиме 84 при понижении и и уменьшении 1ц температура в статоре и роторе короткозамкнутого двигателя увеличивается; при 1ц>2мин при напряжениях ИН и 0.9ИН температура в статоре и роторе не превышает допустимую, при И=0,8ИН температура в узлах АД выше допустимой и для обеспечения безаварийной работы АД нужно снизить нагрузку даже при номинальном напряжении.
Данная модель позволяет исследовать тепловое состояние АД при различных входных напряжениях и нагрузках в различных режимах работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бурковский А. И., Ковалёв Е. Б., Коробов В. К. Нагрев и охлаждение электродвигателей взрывонепроницаемого исполнения. М.: Энергия, 1970. 184с.
2. Захарченко П. И., Федоров М. М., Денник В. Ф., Алексеев Е. Р., Карась С. В. Система автоматизированных испытаний и прогнозирования характеристик АД. Уголь Украины, 1998. №7. С. 45-48.
3. Федоров М. М., Алексеев Е. Р. Тепловое состояние асинхронных двигателей при изменении напряжения сети. Праці Донецького державного технічного університету. Серія “Електротехніка і енергетика”. Випуск 17, Донецьк. 2000. С. 82-86.
В.Ф. Гузик СТРУКТУРНО-ПРОЦЕДУРНАЯ СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ
Рассматриваются принципы структурного моделирования в приложении к моделированию сложных физических систем, особенности организации системы структурного моделирования, способы описания моделей и варианты представления исследуемых систем. Основное внимание уделяется особенностям реализации структурных принципов для моделирования многозвенных гибридных систем и электрических систем большой размерности.
Введение
Как правило, при моделировании реальные физические системы представляются композицией большого числа компонент. Динамическое поведение таких объектов может быть описано системами нелинейных дифференциальных уравнений, поэтому моделирование физических объектов сводится к решению систем дифференциальных уравнений. С ростом числа компонент растет порядок уравнений и, следовательно, возрастает трудоемкость вычисления данных систем уравнений. Обычный персональный компьютер не в состоянии обеспечить требуемую производительность. Необходимую производительность могут обеспечить только многопроцессорные или многомашинные комплексы [1,2].
В данной статье представляется структурно-процедурная система моделирования, позволяющая повысить производительность и расширить функциональные возможности моделирующих стендов (МС). При этом предлагаются следующие пути достижения цели:
• разработка архитектуры структурно-процедурных МС;
• разработка, создание и исследование мультитранслятора для МС, способного осуществлять трансляцию как структурных, так и процедурных программ, написанных на различных языках высокого уровня;
• разработка, создание и исследование мультипроцессорных акселераторов для МС, построенных на базе сигнальных процессоров TMS- и ADSP-платформ;
• разработка математического и программного обеспечения структурнопроцедурного моделирования.
Архитектура системы моделирования
Архитектура моделирующего стенда базируется на универсальном программном и математическом обеспечении. Структурная схема структурнопроцедурного моделирующего стенда показана на рис. 1.
Рис. 1
В этой архитектуре реализована идея расширения функциональных возможностей и увеличения производительности МС с целью обеспечения возможности моделирования на нем сложных энергетических систем. Суть идеи состоит в использовании процедурно-структурных методов программирования внешних по отношению к моделирующему стенду моделей и разработке реализующих эти методы новых программно-аппаратных средств.
Для унификации процесса трансляции структурных и написанных на различных языках внешних процедурных программ используется многоязыковый мультитранслятор, ядро которого инвариантно относительно входных языков /5,7/. Предполагается, что грамматики этих языков предварительно описаны на разработанном языке внутреннего представления и оформлены в виде соответствующих грамматических модулей (реализованы GM ACSL, GM MODELICA, GM PASCAL). Процедурные и структурные программы преобразуются транслятором в С код. При процедурной реализации этот код при помощи компоновщиков натуральной или сигнальной связи преобразуется в формат языка структурного моделирования и поступает на исполнение. Таким способом могут использоваться внешние программы моделируемых процессов, написанные не только на процедурных языках, но и на языке структурного программирования. В тех случаях, когда структурные программы должны исполняться на многопроцессорном ADSP-акселераторе, они преобразуются к параллельному виду модулем распараллеливания и загружаются в акселератор. В свою очередь, ADSP-акселератор подключается к МС при помощи специального модуля связи. В том случае, когда библиотечные элементы системы структурного моделирования написаны на выходном языке мультитранслятора, структурные программы не транслируются, а через компоновочный модуль структурных программ и модуль распараллеливания поступают на исполнение непосредственно в ADSP-акселератор.
Предлагаемая система позволяет использовать в МС внешние модели таких энергетических объектов, которые предварительно описаны на различных языках программирования. Причем набор используемых языков легко изменяется путем смены или модификации соответствующих грамматических модулей.
Система структурного моделирования позволяет использовать визуальное программирование, что упрощает процесс подготовки описания внешних моделей. Подключение к моделирующей системе ADSP-акселератора, в свою очередь, уменьшает время воспроизведения структурных программ.
Организация мультитранслятора
Написанные на различных языках программы подвергаются анализу на основе создаваемых языковых грамматических модулей [5]. Язык описания грамматик позволяет представлять и описывать грамматики используемых языков программирования (грамматики 1-N) в едином формате, а язык действий позволяет описывать процесс синтеза выходных программ на заданном выходном языке. На данном этапе работ при помощи языка описания грамматик синтезированы грамматические модули языков ACSL, Pascal, Modélica, а при помощи языка действий описан процесс генерации выходных программ на языке Visual C++[3,4,5].
Мультитранслятор содержит следующие блоки:
- язык описания грамматик;
- язык описания действий;
- ядро мультитранслятора, обеспечивающее весь набор действий по преобразованию исходных программ;
- генератор выходных программ, представленных на внутреннем языке МС. Ядро мультитранслятора производит вначале лексический разбор исходной программы, а затем производит синтаксический разбор, используя данные, полученные на предыдущем шаге. Программа, представленная в промежуточной форме, поступает на вход блока генерации программы на внутренний язык МС. Структура мультитранслятора приведена на рис. 2.
Рис. 2
Архитектура акселератора
Архитектура аппаратного обеспечения системы структурного моделирования представлена на рис. 3. Она представляет собой 4-х процессорную систему на микропроцессорах цифровой обработки сигналов ADSP 21160
Lüt±\ ,в .Ц* 1й i-і r.-і
ЕИАМ 5** шТ"
■—1 lUnkFoftSi
\_ьЫ 1 CPU #1
*+ тс' ..........
CPU #4 Fk-Ім
1— Mi
п 1
□ Г~ 1D н FI ЕжеггЛ Porti
Lirt 1 10 LuluI ГЛАМ
MC ■ 1°. Lüttl f »AM
[u 1L Li II ^ І" І U
-Ы; J \Jr-1
felierrj Fori Lj- U feajcirjl PI
¡Etfarai Pai\
EJrifcForK iD
LH. I ,"C ™ Lüttl • СЙАМ
Mü Л" Lüt*\ f СЛШ
Рис. 3
Каждый процессор имеет набор портов связи (для процессора ADSP 21160 их 6 штук) и один внешний порт. Порты связи используются для обмена данными
между процессорами. Внешний порт используется для подключения общей памяти.
Процессоры связаны между собой по полному графу, используя по 3 порта связи на каждом процессоре. К каждому процессору добавлены локальные модули памяти программ и памяти данных. Данные модули используют 2 порта связи. И еще один порт связи на каждом процессоре используется для расширения архитектуры. В архитектуре присутствует общая шина. Все процессоры подключаются к этой общей шине. Так же к общей шине подключается блок внешней памяти. В данной структуре предусмотрено два варианта обмена данными между процессорами: большие блоки данных передаются через общую память, а быстрая параллельная связь осуществляется по каналам связи.
Можно выделить три различных подхода к реализации систем моделирования: процедурный, структурный и структурно-процедурный. Процедурный подход представляет собой реализацию системы на базе однопроцессорной системы, и при этом модели представляют собой программы, написанные, как правило, на языке высокого уровня.
Данный подход обладает следующими достоинствами:
• программы на языке высокого уровня обеспечивают универсальность описания любой математической модели;
• обеспечивается легкость модификации схемы, что требует изменения только программного описания моделируемых систем;
• программное описание не зависит от конкретной платформы, что позволяет реализовать широкую поддержку различных вычислителей.
Структурный подход [6,7] предполагает моделирование на базе специализированной вычислительной структуры. Достоинства данного подхода:
• структурное представление обладает высокой наглядностью;
• программирование системы представляет собой набор необходимых структур, что намного проще, чем разработка процедурных программ;
• структура легко распараллеливается, что повышает эффективность системы.
Мы предлагаем структурно-процедурный подход, который соединяет в себе достоинства структурного и процедурного подходов.
Рассмотрим структурную форму представления задачи на примере решения задачи стабилизации площадки на подвижном основании (рис. 4).
Рис. 4
На данном рисунке схематично показаны следующие элементы системы.
1) подвижное (качающееся) основание - платформа, укрепленная на носителе (например корабле);
2) сервомеханизмы, которые обеспечивают регулирование положения частей системы. Управление механизмами осуществляется системой стабилизации
3) башня, поддерживающая площадку и механизмы стабилизации;
4) стабилизируемая площадка, положение которой должно быть фиксировано в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Отклонения площадки от заданного положения определяется при помощи двух гироскопов. Структура в системе моделирования строится в соответствии со схемой взаимодействия описанных выше элементов. Все объекты системы должны быть предварительно описаны и помещены в библиотеку структурных объектов. Полное описание модели системы формируется на основе структуры объектов, вызываемых из библиотеки, и уравнений связей объектов. Все объекты, хранимые в библиотеке, имеют единую форму описания, что и обеспечивает возможность их связи (рис. 5).
Рис. 5
При задании объекта в системе структурного моделирования необходимо определить все параметры, описывающие характеристики объекта. Каждый объект должен обладать набором входных переменных и соответствующим набором выходных переменных. Программа связывания объектов контролирует соответствие соединяемых переменных. Описание объекта хранится в математической форме - системе дифференциальных уравнения. Третьей составляющей описания объекта являются начальные условия и параметры объекта. Схематично представление объекта в системе моделирования представлено на рис.6.
Рис. 6
Далее необходимо провести распределение моделируемой структуры на вычислительной базе системы моделирования. В процедурной форме решается объект с медленно изменяющими переменными состояния. Таковой является платформа, на которой установлена система. Данный объект моделируется средствами МС. Через драйвер связи обеспечивается обмен данными между этим объектом и структурной моделью стабилизируемой системы. Данная структурная модель реализована на акселераторе, содержащем 4 процессора ADSP. Распределение объектов по процессорам представлено на рис.7.
Рис. 7
В заключение отметим, что задача моделирования сложных многозвенных систем требует разработки эффективных частных методов моделирования, ориентированных на природу и структуру конкретных физических объектов. Также требуется реализация нескольких методов численного интегрирования. Комбинируя значение временного шага, различные методы интегрирования, можно манипулировать длительностью процесса моделирования и точностью решения. Такой способ полезен для быстрой качественной оценки моделируемого процесса.
ЛИТЕРАТУРА
1. Каляев А.В., Гузик В.Ф. и др. Параллельная обработка данных: том 4 Высокопроизводительные системы параллельной обработки// Киев: Наукова Думка , 1988.
2. Гузик В.Ф., Золотовский В.Е. Проблемно-ориентированные высокопроизводительные системы //Таганрог: Из-во ТРТУ, 1998.287с.
3. Linger R., Mills H., Witt B. Structured programming: Theory and practice (IBM Corporation, Addison-Wesley Publishing Company, Inc. 1979).
4. Cokkinides G., Beker B., Dougal R.A., Solodovnik E. VTB Model Developer's Guide Version 2.0 (Virtual Test Bed Project Department of Electrical Engineering University of South Carolina Columbia, SC 29208, 2001).
5. Гузик В.Ф., Чернухин Ю.В. и др. Принципы построения универсального транслятора продукционного типа// Методы кибернетики и информационные технологии. Сара-тов,1999. В.3. С.20-28
6. Гузик В.Ф., Золотовский В.Е., Третьяков С.В. Разработка методов математического обеспечения систем структурного моделирования// Методы кибернетики и информационные технологии. Саратов,1999. В.3. С.12-20
7. Guzik V.P., Zolotovsky V.E., Chernukhin Y.V., Tretyakov S.V., Muntyan O.A. Sructural modeling for simulation of power electronic systems // COMPEL 2000-The 7th workshop on computers in power electronics, IEEE Inc, 2000.
А.К.Павлов, А.В. Велигура, В.Я. Г альченко НЕЛИНЕЙНЫЙ СИНТЕЗ МНОГОКОНТУРНЫХ СИСТЕМ
ИСТОЧНИКОВ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ
УСТРОЙСТВ
В настоящее время магнитные устройства являются важной составной частью различных приборов, использующихся в промышленности, медицине и т.д.. Устройства, генерирующие магнитное поле требуемой конфигурации в заданном объеме, широко используются в практике магнитных измерений в качестве мер магнитной индукции, магнитного потока, магнитного момента, градиента магнитной индукции, измерительных преобразователей и различных намагничивающих устройств. При проектировании приборов неразрушающего контроля качества изделий, ряда средств медицинской диагностики (ЯМР - томографы, ЯМР - спектрометры) часто приходится решать задачу синтеза магнитных устройств. Причем эти устройства должны удовлетворять самым разнообразным конструктивным требованиям, таким как достижение высокой степени однородности либо других конфигураций магнитного поля в максимальном объеме, соблюдение особой формы рабочего пространства, обеспечение свободного доступа в него, ограничение габаритов проектируемого магнитного устройства.
Данная задача относится к классу обратных задач. Для ее решения предлагается использовать интегральный подход, при котором производится выбор конфигурации источника магнитного поля таким образом, чтобы отклонение полученного магнитного поля от требуемого было минимальным во всей рабочей области. При решении практических задач синтеза источников магнитного поля требуемую конфигурацию поля целесообразно задавать в виде набора т контрольных точек с известным значением напряженности в них. Тогда минимизируемый функционал будет иметь вид
