автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация схемотехнического проектирования распределенных электротехнических систем и устройств

Р Г Б ОЛ

1 0 ДПР

На правах рукогаси

ЬОРОПЛЕВ Петр Владимирович

автоматизация схемотехнического проектирования

распределенных электрогехничесш1х систем и устройств

Спэциальность 05." 13.12 - Системы автоиатнзягеш

проектирования 05.09.0^ - Теоретическая электротехник».

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Вороне* 1995

Работа выполнена в Воронежском государственной техническом университете■

Официальные' оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сысоев В.В., доктор технических наук, профессор Муратов A.B., доктор технических наук, профессор Бахвалов D.A

Ведущая органиэацня-Центральное диспетчерское управление единой енергегичаской системы России, г.Ыосква.

Защита диссертации состоится * апреля 1995 Рода

чао. на заседании диссертационного Совета Д 063.81.02 при Воронежском государственной технической университете; 394Q26, Воронов, Московский пр.14.

С диссертацией mosho ознакомиться в библиотеке ВГТУ,

Отзывы, аавершные печатью, просим направлять по адресу: 394026, Воронеж, Московский пр.14, Вороневский государственный технический университет, Ученый совет ВГТУ.

Автореферат разослан * " марта I99S г.

Учений секретарь диссертационного совета,

д.т.н., гпофессор Я.^.&ВОВИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность проблемы. Современный уровень развития областей техники, связанных с породячей энергии и ли информации на расстояние, таких как дальние линии электропередачи, радиотехнические цепи, быстродействующие импульсные устройства и др., предъявляет псе более высокие требования к эффективности и качеству схе-мииехличиского проектирования распределенные «лесотехнических систем и устройств в связи с внедрением более елейных или принципиально новых схемкнх решений, использованием чотч.т Функгаюналь-ных элементов, работой в широко» диапазоне частот и амплитуд сигналов. В этих условиях особое значение приобретяет совершенствование и развитие систем их автоматизированного схемотехнического проектирования (АСхП), в структуре данных и процедур которых реализация реяимных требовании к проектируемому классу устройств осуществляется на их аналогах - электрических цепях с распредз-леннн»«и параметрами (ЗЦРП) - сосредоточеннах подсхемах, связанных ппстяяенными линиями передачи.

Решение данной наушо-технической проблемч базируется на методологическом единство методов, алгоритмов и программных средств теорий цепей л САПР, обусловливая- «; научно обоснованную разработку составами логическую структуру математического обеспечения, а такгэ методов интеграции модулей прикладных программ алгоритмов программного обеспечения систем АСхП. Однако большинство- существующих обеспечений систем АСхП данного класса объектов базируются на шоговариантмом анализе режимов функционирования эквивалентных цепей, их корректировке и оптимизации. При та г. с л» подходе ограничивается число н яачэстг-о полученных проектных решений, формулируемых исходя из опыта и интуиции проектировщика.

Необходимость расширения функциональных возмозшостей систем АСхП и реализации целого множества проектных решений, а также более целенаправленного и автоматизированного поиска из полученного множества оптимальных или близким к ним, требует дальнейшего совершенствования и развитая средств математического обеспечения, в частности, содгряательных компонент подсистем структурно-пара-ыэтрического синтеза и распета допусков.

Сложность решения данной проблемы определяется особенностью алгоритма. синтеза данного класса целей. В отличие от сосредото-

ченных электрических ii электронных цепей, имеющих ут достаточно развитую математическую базу, реализованную в узкоспециалиэоро-ванных САПР, синтез ЭЦРП выделяется в самостоятельное научное направление теории цепей в силу слоаности математического аппарата, неоднозначности цели синтеза, вариантов структур и элементов, показателей качества, режимов функционирования, физической и технологической реализуемости цепи. Непосредственное применение классических принципов « методов в САПР практически неосуществимо из-за их' ограниченности и нефорМализуеыости, Существующие подходы, рассматривая в качестве основного признака предметную область применения цепи и используя аналитические методы, ориентированы на узкоспециализированный класс устройств и сигналов и, как правило, базируются на ряде ограничений и допущений. Кроме того, не решена задача синтеза цепей минимальной чувствительности, анализ которой связан с расчетом допусков на проектируемую цепь.

¡Анализ основных научных направлений разработок и существующих промышленных образцов программных средств систем АСхП сосредоточенных и распределенных электротехнических и электронных устройств, в частности, _ПРМ 0,3, СА1ГИС,5ирег-Согфас1 .Touchstone, ПСП-1К,Мс.-Сар.Ш , ВОЛНА и др., показывает, что они в основном ориентированы на анализ и оптимизацию режимов в проектируемых цепях. Отсутствие в большинстве из них шш недостаточная формализация подсистем структурно-параметрического синтеза и расчета функции чувствительности является сдер ивающим фактором разработки новых типов устройств с высокшш. техническими характеристиками и сокращения сроков и.затрат на проектирование. Однако открытость данных комплексов позволяет существенно повысить их эффективность за счот включения соответствующих методов И алгоритмов, удовлетворяющих системным требованиям к oprai чзацта программного обеспечения систем АСхП.

Тают образом, актуальность теш диссертационной работа заключается в совершенствовании и разработке математического и программного обеспечений систем АСхП распределенных олектротехничес-ких устройств, направленных на повышение 0ф$ектиЕИ0ста и качество^ как самого объекта проектирования, процесса их проектирования, так и развитие теорий САПР и электрических цепей.

Исс. лдования по теме диссертации проводились в соответствии с общесоюзно!) НТО 0.26 на 1906-90 гР. (приказ Минвуза СССР M95)j

программой ГШ1Г О.Д.27( э алан и о 04.49}'программой. ПИТ СССР "Энергетика Азиатского Севера" (этап 03.0.2.03, постановление )?6); программой САПР Минвуза Р05СР (заданно 1.4.14, .2.6.1); программой ГКНТ r02.02.tBB (задание О.Ц.003.0.01.06.Ц.02.02;и др.

Цель работн и задячн исследования. Основная цель работы заклинается в разработке, теоретическом обобщении и совор^с.чстЕОва— нии методов анализа, синтеза и сасчета чувствительности. интегрированных в математическом обеспечении, и принципов организации прогршашого обеспечения систем автоматизировшшого схемотехнического проектирования электрических цепей с распределенными параметрами. Эта цель определила следующие задачи исследования:

1. Анализ особенностей данного класса цепей как объектов проектирования и процесса их проектирования как объекта автоматизации с позиций реализуемости алгоритмов и процедур схемотехнического проектирования.

2. Теоретическое обобщение способов организации математического обеспечения систем автоматизировшшого схемотехнического проектирования и обоснованно эффективности их применения для синтеза структуры и параметров проектируемых объектов.

3. Решение проблемы алгоритмов подсистемы анализа л реализации принципов проблемной адаптаци; в соответствующих предметных областях. а

4. Разработка адаптивных формализованных методов структура-параметрического синтеза и способов интеграции их в соответствующей подсистеме математического обеспечения.

5. Формализация метода расчета функции чувствительности и допусков на проекта руг» .--о иепь с позиций обеспечения синтеза цепи »инимавыгой чувствительности.

6. Создание методологии автоматизации схемотехничэского гтросчтаг.овяния исследуемого класса электрических цепей.

7. Разработка метода интеграции прикладных программ проблем-нс-орненгированних алгоритмов в структуре программного обеспечения системы автоматизированного схемотехнического проектирования.

8. Экспериментальное исследование эффективности разработанных обеспечений при реализации ряда задач схемотехнического про-«гткгогзния конкретных электротехнических систем и устройств.

Метопы исслелоспния базировались на теориях САПР, электрических цогеЛ, систем автоматического управления, имцульсных сис-

тем, множеств, матриц, а также функциональном анализе и численных методах.

Научная новизна. В работе предложен и теоретически обоснован ' новый подход к разработке методов н алгоритмов математического обеспечения системы автоматизированного схемотехнического проектирования электрических цепей с распределенными параметрами. Отличительной особенностью его является развитие и обобщение-методов теорий систем и цепей в единый математический аппарат, позволяющий полностью формализовать реализацию основных этапов маршрута проектирования и организовать рациональную структуру программного обеспечения системы проектирования.

На защиту выносятся следующие новые научные положения:

1. Принцип декомпозиции методов и алгоритмов вычислительных процедур на иерархическую совокупность задач маршрута проектирования, отличающийся возможностью выявить необходимый и достаточный состае адаптивных компонентов подсистем математического обеспечения и включить в него- подсистему структурно-параметрического синтеза данного класса цепей.

2. Структура системного и прикладного программного обеспечения, отличающаяся наличием' подсистем синтеза и расчета чувствительности и способом формирования последовательности проектных процедур, обеспечивающего согласование решений на уровгшх и ета-пах схемотехнического проектирования цепи.

3. Метод моделирования и анализа линей « и нелинейних цепей с распределенными параметрами в стационарных и переходных режимах, отличающийся сквозной автоматизацией формирования и решения разработанный А-устойчивыи численным методом математической модели цепи, адаптируемой к рззкшу функционирования, составу элзыеитов, структуре'и формам представления цепи.

4. Решзнио проблемы алгоритмов структурно-лапааотрического синтеза данного класса цепей, отличающееся принципов формализации этапа аппроксимации, сводящим задачу к синтезу адекватной шого-связной импульсной систему с гюследуюЕПМ расчетом снстеипйс функций сосредоточенной или распределенной частой цеп::, а такгз двух-., или чоглрехполгияшх корректоров, и отава схемного решения цзпо на баз-; кол'инаторн-то и вариантного подходов.

Ь. «''-год сшгеаа распределенной части цепа, огоиивдиИел о!)оо~;-ние;.| математических аппаратов теорий цопай, систеи л шого-

пояюсников и сводлтайсп к дихотомической процедуре определения етруктурл и параметров линий передачи, а также четнрехполвсннх корректоров, подключаемых по их концам.

G. Метод расчета функции чувствительности и допусков, отличающийся модификацией матрично-топологического метода присоединенной пеги и базирующийся на аппарате дискретногс прссбразопания Ляпттям, что погсогги.тто также доказать ^искре^"" яцялог теоремы вариации и связь метода с синтезом цепи минт<аяъной чувствительности.

7. Методология автоматизированного схемотехнического проектирования данного класса цепей, отличающаяся структурном, логическим и математическим комплексированием методов puni! ели тельных процедур, проектируя®« подсистем, пакетов программ алгоритмов и средств автоматизации на основе разработанной математической базы, принципоо интеграции и проблемной адаптации на урорне обеспечений САПР.

8. Логико-функциональная зависимость, отличавшаяся возмо;*-ностьи оценить уровень автоматизации схемотехнического проектирования и составить доминирующие по признаку алгоритмической полно-"ы предпочтительные варианты подкодулей в сочетании с заданными троЗояанияни на проект пега.

Практическая ценность райоты. На базе проведенных исследований е::полнзн ряд" научно-исследовательских работ, имевших научный-я прикладной характер, - по г оторш автор диссертация бкл'ответ-ctd'hh'im исполнителем идя руководителем.

'Использован,"' нового подхода к построения методов анализа и синтеза данного ц^-пей распирает математическую базу теории

цепей и создает ap«sir. гулка для штенсифихации научннх исследований в рассматриваемо;* я смегных предметных областях, 'высокая степень íopvanioaiTiin и адэпгакии позволяет расширить обл.ютъ его пгаменгния в научных исследованиях, так и при проектировании различных типов устройств, создании новых и расширении ^ункцио-ма^ны? гозмогнсстей существующих обеспечений САПР.

Математическое моделирование, аналк ; и синтез высоковольтных распределенных электрических систем позволили уточнить приближен: мзтояики их ярг-эктирогтаия, синтезировать и обосновать новые г.яр::знты устройств загмта JBП от перенапряжений, выработать схе-уотэхническне требования и рекомендации по оптимизации устройств

управления и защиты проектируемых ЛЭП 500-1150 кВ в аварийных режимах. Разработанные методы и принципы реализованы в обеспечениях АСДУ режимами электрических сетей.

Результаты работы внедрены в ВГПИ и НШэнергосетьпроект, Воронежзнерго и их отделениях, в Воронежском НИИэлектромеханики» по оценке которых экономический эффект в 1984-92 гг. составил 3,4 млн.рублей. Разработанные модули прикладных программ алгоритмов внедрены в Государственный фонд алгоритмов и программ. Методология формализованного анализа и синтеза электрических цепей с распределенными параметрами внедрена и используется в учебном процессе студентов электро- и радиотехнических специальностей.

Аппробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсузвдались на Ш Всесоюзном симпозиуме по теории информационных систем и систем управления с распределенными параметрами (Уфа, 1976 г.); 2-м международном симпозиуме ИФАК по управлению систем с распределенными параметрами (Англия, Ковентри,1977 г.)

УП Всесоюзном совещании по теории и методам математического моделирования (Куйбышев, 1978 г.); международном симпозиуме и выставке "Измерение и управление", МЕС0»78 (Греция, Афины, 1978 I; Европейском конгрессе ИФАК по управлению систем с распределенными параметрами (Греция, Патрас, 1979 г.); УП Всесоюзной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (Баку,1982 г^'

конференции по применению вычислительной техники в инженерных расчетах (Воронеж, 1984 г.); IX Всесоюзной научной конференции "Моделирование электроэнергетических .систем" (Рига, 1987 г.); Республиканской научно-технический.конференции "Автоматизация проектирования и управления в электротехнике и энергетике" (Еоро-неж, 1986 г.); Х111 научном семинаре "Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике" (Алма-Ата» 1989 г.' научно-методическом семинаре "Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике" (Иваново, 1989 г'.); Республиканской научно-технической конференции "Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике" (Иваново,-1991 г.); меящународной научно-технической конференции "Состояние и перспективы' развития электротех- , нологии" (Иваново, 1994 г.); ежегодных научных конференциях про-фессорско-препод1вательского состава ТИ-ВГТУ (Воронеж'., 1982-95).

Публикации. По теш диссертации опубликована 71 печатная работа, в том числе 2 монографии. Из них 60 - в центральных и рес-

публиквнских изданиях, а также в изданиях, соответствукшлх перечням изданий и издающих организаций, в которта могут быть опубликованы основные научные результаты докторских диссертаций. Основные результаты диссертации достаточно полно отражены в 41 публикации, перечень которых приводится в автореферате.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Обсий объем 388 с. ., в том числе 221 - основного текста, 83 - рисунков и графиков, 29 - литературы (235 наименований), 55 - приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, Формулируются цели и задачи исследования, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, практическая значимость, изложено краткое содержание глав.

Первая глава посвящена постановке задач исследования и их обоснование. Представлен анализ состояния вопроса проектирования распределенных электротехнических систем и устройств, зкЕивален-тируемых ЭЦРП, как предметной области системы АСхП, и обоснованы методологические аспекты ее развития-

Обобщение особенностей ЭЦРП как объекта проектирования (иерархичность, жесткая определенность в пространстве, яивучесть, разнообразие режимов функционирования, управляемость, пространственно-временное распределение энергии, вариация структуры и параметров' в 'темпе процессов, невозможность отбраковки готовых изделий и др.) обусловливает отличительные признаки процесса их схемотехнического проектирования 'С/Г как объекта автоматизации (иерархичность, слабые обратные связи этапов и уровней детализации проекта , ограниченность и многовариантность маршрутов проектирования, разнообразив на каядом уровне математических моделей цопи и методик их реализации и др.). Это позволяет комплек-сировать его в виде конечного множества логико-функциональных связей подшожеств компонент технического задания, базы знаний, концепций проекта, условий выделения допустимых вариантов, проектных вариантов, ограничений, функций связи, критериев, алгоритмов и методик вычислительных процедур:

на основе которого обосновывается структура этапов АСхл с позиции реализуемости алгоритмов вычислительных процедур, их информационное взаимодействие и согласование.

Исследование задач схемотехнического проектирования этих сложных объектов с позиции интеграции методов и алгоритмов в подсистемах математического обеспечения (МО) показывает, что структуризация его (рисЛ) долина базироваться на множестве вычислительных этапов - анализ, синтез, расчет чувствительности и оптимизации, отвечающих требованиям альтернативности и адаптируемости. С учетом (I) декомпозиция их на иерархическую совокупность инвариантных задач маршрута проектирования позволяет выявить необходимый и достаточный состав компонентов подсистем МО.

Современное состояние математической базы теории цепей обусловливает необходимость совершенствования и разработки приведенных содержательных частей МО. Здесь особо выделяется проблема формализации процедур синтеза, имеющая.самостоятельное научное значение. Обобщение существующих разработок и задач АСхП позволяет составить следующее подлежащее формализации множество методов структурно-параметрического синтеза ЭЦРП: I) непосредственно всей цепи; 2) сосредоточенной части, включающий синтез подсхем, корректирующих подцепей (КПЦ), корректирующих четырехполюсников (КЧП), вариантный и комбинаторный; 3) распределенной части, включающий синтез структуры и параметров линий передачи или предвклю-ченных четырехполгосных корректоров.

Решение этих задач обеспечивает создание методологии АСхП данного класса цепей как структурное, логическое и математическое комплектование методов вычислительных этапов, пакетов программ алгоритмов и средств автоматизации, принципов интеграции и проблемной адаптации на уровне обеспечений САПР.

Сформулированные концепции и принципы построения и взаимодействия подсистем МО определяют структуру программного обеспечения' (ПО), базирующуюся на рациональной интеграции модулей прикладных программ алгоритмов и системного обеспечения.

Вторая глава посвящена разработке формализованных методов моделирования и анализа режимов функционирования ЭЦРП.

Существующее множество методов у 1елировшп!я и анализа, ориентирован. ,их на спецнализировашша классы устройств и режимы функционирования при низкой алгоритмической надешости, но позволяют

Постановка задачи пиоектисования

Предла васиант гаеыый проекта Выбор проектного вапипнта'ия аттгива Выбор _______ТОПИ проекта пп та

Моделирование

Ч»»:лснное Численно-символическое СиМРиЛПЧСОКОИ

Установившийся оежим Динамический петким

Непрерывн. модель

Анализ (статический, динамический)

Разностная модель Нетод перем. сост. Однородный координатный базис Метод модульных структур

нет

Синтез сосредоточенной части ЭЦРП

Структурный Параметрический КПЦ КЧП Вариантный Оптимальный

1-,-1- 1...... 1-, -.....1

Понижение порядка системной функции цепи ! корректора !КЧП

Синтез линии передачи

Реализация схемы

нет

Оптимальный Структурный Параметрический корректора

Реализация линии передачи

Лнадиз функции чувствительности

Ст|^т. Парам. 54 Расчет отклонений Расчет во врем.обл. Расчет з част.обл. Минимиз. чуветвит.

_Оптимизация_

Структуры |Параметров | Режимов

нет

Технический проект

Рис.1. Структура математического обеспечения

непосредственно применить принципы многовариантной интеграции для ограничения этого разнообразия в обеспечениях системы АСхИ. ¿¡оли-дя из этого^разрабатываемый метод анализа должен удовлетворять требованиям: формализуемость} унифицированная структура данных; адаптируемость к формам представления цепи, типу элементов и режимам ее работы; скорость и точность расчета; учет изменения параметров элементов или структуры цепи и др.

Формирование прикладных задач уровней схемотехнического Проектирования ЭЦРД = { »сводится к процедурам: математической постановки задачи ; определению множества методик ее решения ( £.{)') ; выбор из р ^ конкретной методики £ * Формирование математических моделей (Ж) , требуемых для реализации ^ (у ; оценка результатов А^у • На этой основе в работе проведена классификация характеристик существующих методов расчета цепей, которая позволила обосновать целесообразность применения математического аппарата пространства переменных состояния наряду с элементами других иатрично-топологических подходов в качестве базового для разработки комплексного формализованного метода анализа данного класса цепей.

Ревизия множества форм !".' основного элемента цепи - распределенной линии передачи, показывает, что наиболее рациональной является система уравнений с залаздываювдм аргументом, отвечающая сдвоенной топологической активной ветви. Матричная форма ее отображается системой конечной памяти длины Т (аремя пробега волны по линии):

4 [«„м. и»>£- В"1Ш 1М ^ <4 Ю,®

где у = Шл> 1Л1 - вектор напряжений и токов. Доказательство применимости понятий состояния основывается на ток., что сосредоточенные элементы цепи .1С ^ допуркавт представление в виде подсистем "У*({) = К*[ЗС1, и1? конечномерном и бесконечномерном для линий передачи) пространствах состояния и < 1еспвчива»т выполнение условий связности и определенности. В терминах метода выведена новая каюническал форма матричных уравнений состояния с запаздывала ч аргументом:

и\хр/и{,4х/(1{)у,1]0,уч]г-'Зг[х,уг)и,г,с1]т; (3)

связывающая векторы регашых параметров тшеГйшх (X , 1|0), не-

линейных ( PCp, y„ , Г , Q. ) элементов и воздействий (И ).

Алгоритм формирования уравнений цепи (3) сводится к прообразовали» исходных топологических 1Д (F^)

и компонентных = / ( ) » = I" ( ) соотношений

для линейных и нелинейных элементов. Здесь субматрица £ R/p] сос-тглятсл из подматриц ссязей,ранжируемых согласно предложенному приоритету элементов дерева («^ ) и хорд (jb ). Алгоритм адаптируем при представлении цепи структурой подсхем.

Доказанная принадлеяность*(3) к уравнениям нейтрального типа dx/di = X(t-r), dx({-t)/dl} позволяет

определить класс численных методов его решения - одношагоеые к-го порядка. Для них выведена зависимость погрешности 8 от шага расчета h и максимального собственного значения Л переходной матрицы уравнений цепи & = а и установлены значения погрешности [ Q - б^р ], [ б'гр - 6 J.p ] , ( (5 'Гр и выше], в пределах которых методы 4, 2 и 1-го порядков имеют преимущество в смысло быстродействия. Разработан А-устойчивый численный метод, имеющий преимущество в смысле точности, устойчивости и быстродействия и сводящий решение (3) к реализации разностной формулы

a[n^]-TlM,h,3cfn],ijb:-r|b rfn],gfn],u[n]})(4)

где выбор матрицы М обеспечивает необходимую точность расчета.

Предложен метод формирования непосредственно разностной динамической модели цепи при отображении ее резистивной гибридной схемой с дискретными задавшими источниками. Это упрощает расчет схем с особенностями (вырождениями).

В третьей главе приводится новое решение проблемы формализации процедур структурно-параметрического синтеза ЭЦРП.

Отличительные признаки данного класса цепей обусловливают нецелесообразность их схемотехнического проектирования по множеству требований только на основе традиционных методов поискового анализа, корректировок и оптимизации проектных вариантов, формулируемых исходя из опыта и интуиции пг;ектироЕшика. Перспективным путем расширения функциональных возможностей систем АСхП и реализации целого множества проектных решений, а также более целенаправленного и автоматизированного поиска из полученного множества оптимальных или близким к ним, является включение в нее

подсистемы структурно-параметрического синтеза цепи. Сдерживающим фактором при этом служит не&ормализуемость существующих методов.

Предложенное в работе решение данной проблемы базируется на обобщении математических аппаратов теорий электрических цепей и импульсных систем в комплексный метод, включающий ряд проблемно-ориентированных методик и алгоритмов и обеспечивающий формализацию основных его этапов: моделирование, аппроксимация функции цепи и ее реализация.

В аспекте постановки задачи и проблемы алгоритмов выделены шесть основных этапов: математическая формулировка задачи; аппроксимация и оптимизация оператора 0Э (функции цепи), отображающего вектор входа и(г,,£)£ ^ ^ в реакцию у(г2,£) € 2

реализация цепи при условии физической и технологической осуществимости; оптимизация ее с учетом неформализувмых требований; расчет функции чувствительности для определения отклонений и допусков; анализ погрешности воспроизведения желаемой реакции цепи. Доказаны теоремы о необходимых и достаточных условиях отображения состояния цепи состоянием адекватной многосвязной системой автоматического управления с разделенными сосредоточенной О эс и распределенной 0?р частями, т.е. Оэ-ГОэс,Одр]:

Это позволяет синтезировать цепь как в целом, так и по частям. В силу требований физической реализуемости и технологической осуществимости ЭЦРП установлена целесообразность сведения задачи к синтезу КПД (корректора в прототипе). При этом заг^ча формализации решается при сведен:«! со к сштозу адекватной шогссвязной замкнутой импульсной системы (ЗИС), матричная МИ которой:

У^ММТМ'и^-Г^и'м, (7)

формируется с помощью ьатрично-то по ло ги из ских методов теории цо- о пей и -преобразования Лапласа. Предлога! принцип формализованного разделения • юдоли ЗЙС на 0эс и 0?р блоки, ч*о позволяет отнести корректор к вибришой части, функция цзпи с кедаемшл с во ¡(ста а?,ш косвенно определяется чорез поредатоодую функции кор-

ректирующего звена Кк((}) в адекватной ЗИС К ((},) (рис.2Таким образом,по заданной желаемой выходной реакции системы и матричной передаточной функции прототипа К для систем с последовательной коррекцией определяется

и*«»

С(<»

Рис.2. Структурная схема адекватной замкнутой импульсной системы

Формализация процедур этапа аппроксимации базируется на разработанных: I) методе формирования дискретной ММ прототипа (7) на основе преобразования исходных топологических соотношений для изображений напряжений и токов в ветвях дерева и хорд: 1 д «

«-[£,} , их =. Ид и компонентных соотношений эле-

* ' V/ * 1 I * * "7*Т* ~7 * \/ *

ментов 4Д = У(0 ид , их « 1х , где , У -

матричные дискретные операторные сопротивления и проводимости /1, С , Й , {_. элементов; 2) методе идентификации ММ адекват-

ной ЗИС с использованием прямых оценок показателей качества желаемой гыходной динамической реакции цепи

= ( М У N * ] ялл заданного входа I/*(<],). Здесь М ,М*(а)-

л

полиномы по степеням оператора в 1 ; 3) алгоритме вычисления функции входного сопротивления или проводимости (системной функции) корректора Т*к (ф) , воздействующего на сосредоточенную часть цепи. В результате матричных преобразований ММ ЗИС, оператора сосредоточенной части прототипа # О эс = К,, (<}) и передаточной функции корректирующего звена Кк((}) в конечном итоге имеем

(9)

4) алгоритме расчета передаточной функции корректора в виде четы-

рехполюсника, подключаемого по концам линий передачи. Сущность его заключается в адаптации алгоритма формирования ММ ЗИС к вводимым в цепь 2-П полюсных подсхем и преобразовании этой модели относительно ($}, II и параметров элементов прототипа к функциональной зависимости параметров четырехполюсника в виде

5) методе параметрического синтеза КПЦ с заданным местом_установки на основе принципа связанных с режимными

Данные соотношения вводятся в матричные уравнения прототипа:

{^ ,<;}--{ у (с. I ; ь к х] - (к. <1 -

откуда после ряда преобразований дискретной матричной передаточной функции р. (у) = ]}*((})И (ц) находим системную функцию:

г *

где - желаемые выходные реакции адекватной ЗИС (рис.3).

и Ь)

ского синтеза Ш1Ц с заданным местом установ-интеграции физически реализуемых Тк (ф) , характеристиками 1 •= I и У » I 1т .

• к •и«

Р»ю.З. Структурная схема адекватной ЗИС с Т^ ((0

6) параметрическом подходе при неизвестном месте установки КПЦ в прототипе, когда Т определяется по аналогии с предыдущим алгоритмом с вводом коммутируемой матрицы Г"к = [0,... ,1,...0], . упрощающей перебор мест включения КПЦ. После ряда преобразований в конечном виде получг

Т * - /[др^ Ь «2)'

гдо с! (. -) ~ полиномиальные функции матричной 7) вари-

антном подходе, основанном на понятиях состояния и ыотоде присоединенной цепи, согласно которому КПЦ моделируется вводимым» в

цепь источниками Е ((],) или и с помощью заданной т

формируемой с присоединенными источниками I) ((]<), определяются

где ~ частные передаточные функции, отвечающие данной

I) (с}-) - С помощью вариантного просмотра их интегрируется удовлетворяющие условиям физической реализуемости функции и определяете« место КПЦ в прототипе.

Формализация процедур этапа реализации базируется на разработанных: I) алгоритме определения параметров корректирующего четырехполюсника согласно (10); 2) комбинаторном подходе определения структуры и параметров КПЦ, сводящегося к итерационной процедуре сопоставления^полученной на этапе аппроксимации Тк (<}-) с системными функциями Z всех возможных двухполюсников П -го порядка, хранящихся в библиотеке базы данных программного обеспечения системы АСхП; 3) методе понижения порядка Т*к (ф)» обеспечивающего минимум числа элементов и простоту топологии КПЦ и основанного на исследовании доминирующих собственных значений матрицы состояния в дискретных уравнениях переходной функции КПЦ:-

В рамках, решения проблемы формализации структурно-параметрического синтеза основного элемента цепи - линии передачи:-I) сформулированы задачи структурного синтеза как задачи вычисления специализированных операторов 0Л , 0П ,0сосрпо заданным свойствам (*) •пля линии и нахоядения решения в

классе систем с операторами 02 , Оу , Z0>í , отображающих продольные и поперечные погонные параметры линии, а также полное сопротивление ее нагрузки; 2) предложен подход к структурному синтезу двухполюсников лестничной структуры линии передачи по заданным и эк (-) .и или к дихотомической процедуре формирования каскадно-включенных четырехголосных корректоров; 3) предложен параметрический синтез, сводящийся к реализации системной Функции корректора Кггк(<^)как оператга распределенной части цепи (подматрица Передаточной матрицы (7)) и вычислению вторичных параметров линий передачи - коэффициентов затухания и фазы; 4) для случая жестко заданных параметров линии и невозможности их коррекции предложен вариант формализованной процедуры включе-

ния е прототип линии корректоров, передаточные Функции которых находятся из /^22к (*&) * изложены принципы физической и технологической реализуемости линии передачи, синтезируемой на базе ' вычисленной Кг2(С(9')'

Исследована задача формализации этапов оптимального синтеза ЭЦРП и численные способы нахождения множества точек ее решения. Предложены два подхода: I) фрагментный, когда оптимизируемая цепь представлена подсхемами ( 0ЭС , 0Э„ ), что позволяет осуществить декомпозицию целевых функций:

3(Р)-Е <"»

где , Рр^ - векторы параметров оптимизации ^ -го фрагмен-

та» £ ЫясО ) > (*) » иерархический, сводящийся к

поступенчатой, по мере свертывания схемы, оптимизации параметров ее элементов.

В четвертой главе предлагается способ формализации расчета функции чувствительности и допусков проектируемой цепи.

Решение задачи синтеза определяет необходимость анализа влияния отклонения режимных параметров цепи от их номинальных значений (допусков). Связи мевду пространством ьарьируемых параметров, анализом и оптимизацией допусков осуществляются с помощь» исследования функции чувствительности (ФЧ) цепи.

Существующее многообразие методов расч га структурной и параметрической ФЧ могло свести в грулш, использующие принципы непосредственного анализа ММ, построения дополнительных суммирование переменных величин тандем-моделей, автономного анализа двух моделей. При этом используются аналитические, структурные, топологические и морфологические унифицированные исхо ша КМ цепи. Ревизия их с точки зрения обеспечения целей работы обусловливает целесообразность применения метода присоединенной (сопряженной) цепи,построенного на принципе автономного анализа двух моделей, топологического отображения структуры цепи и обладает высокой степенью формализации » адаптации к реяммам работы цепи.

Модификация данного метода для ЭЦРП определяет необходимость решения проблем • моделирования элементов цели и ь^бора координатного базиса. В этой связи предложена топологическая и Ш линии передачи: 4^) - II, (?) * И Е^) + С^), Б, в*

где дополнительные источники ЕЛ1 ) и обеспечивают учет

—;; Гч £ {£, С*, С } и вторичных Г £

параметров. 1

На базе исходных топологических и компонентных соотношений, аналогично алгоритму определения матричной передаточной функции цепи 3 главы, составляется расширенное уравнение цепи с учетом вводимых источников. Учитывая необходимость обращения полиномиальных матриц с иррациональными функциями типа вхр(-зкт), матричная передаточная функция цепи Т^ (ф) формируется непосредственно в дискретной форме:

содержащее частные передаточные функции (с\) , необходимые

с4 & Т**

для вычисления дискретной формы ФЧ О как произведеняе-

су?«а этих частных функций.

Расчет отклонений характеристик и допусков в 1 - и СЗ - областях сводится к реализации рекуррентного соотношения преобразования оО -изображений функций. На основании частных отклонений определяется абсолютный допуск параметров: ДГ^т = £/А/1| .

При необходимости расчета 54 к конечным вариациям параметров допуск выходной величины Ау нояе? зависеть от АГ^ нелинейно. Уточнение) еозыошо, если разлояить выходные величины в ряд Тейлора, что приводит к сачне ленив ФЧ высоких порядков, а,следовательно, вносит дополнительную погрешность расчета. Практически болео прнталем расчет с помоев теоремы вэркация. В работе согласно методу формирования ММ пони посго группировки т составляюЕИг отнг-сительно - и V ~ находим отклонении дкнрчичзскнх ха-

рактеристик кок изобрлкнкя:

гдКр;гхгъз-йед 1; ■

гшпмдамнея деехдонш •••л.глогоа «еора..^ ^ари^ц:«« теории цомй.

Помимо этег'о, полуголый результат позволяет з:?нт?энроре.ть д-гпь га.чгкчой структура я типов елвментов. Сус5!ое-;> яслхода зак-

18 * отчается в приравнивании в (16) Д1 =0 или ДII -0, тогда величины 1 или 11 можно считать заданными, а необходимые отклонения Д Т. или Д V находятся из системы уравнений

При схемотехническом проектировании часто, помимо рассмотренных, решается аналогичная задала для цепи с варьируемой структурой. В рамках этой задачи предложен алгоритм расчета структурной ФЧ, позволяющий для цепи с неизменной структурой - оценить изменения узловых проводимостей и контурных сопротивлений, а для цепи с перестраиваемой структурой - оценить допуски в переходном режиме. Особенностью последнего подхода является формирование Ш цепи алгоритмом, аналогичны.. с изложенными в главах 2 и 3, где вводятся дополнительные элементы - идеальные ключи (коммутаторы). При изменении структуры цепи предлагается процедура переформирования уравнений состояния ее в переходном режима.

Чувствительность ЭЦРП имеет важное значение не только для расчета допусков, но и при их структурно-параметрическом синтезе. Связано это с тем, что на практике параметры цепи могут изменяться с течением времени либо целенаправлено, либо в результате воздействия дестабилизирующих факторов. Для цепи с неперестраиваемой структурой, где практически важно минимизировать отклонение системной функции или желаемого процесса"уж($), задача решается с использованием алгоритма формирования (15) и сводится к минимизации когда целевая функция имеет вид зависимости:

Л" {X Г Б ¿* (Рс<р)]|, где Рсч,= {РЛ- вект°Р

циентов Тк ($). При синтезе ЭЦРП с регулируемыми параметрами свойства цепи определяют элементы вектора Рс<р , входящего в минимизируемую Функцию, и, если регулируемый параметр р^ £ Р , то после аппроксимации Т^ ) определяется ФЧ для Т^ ) по

УОГ рГЛ1.- € Ргт согласно свойству ФЧ. Б *Б1" в

Угар\- г» ^ /- П : Р4 рсср* Р<1

Рс«р1 ^ " ^ , р^ с г . Для обеспечения требований реализуемости принципа независимости регулировок в работе предложен пофраг-ментанй многовариантный расчет функции цепи (15),.позволяющий установить рсср<1 - {¿(Р).

Пятая глава посвящена организации программного обеспечения системы АСхП ЭЦРП и основных ее подсистем.

Отличительной особенностью организации ПО САПР ЭЦН1,по сравнению с системами схемотехнического проектирования общего применения, является слогность методов вычислительных этапов, трудность реализации их в универсальных САПР, наличие альтернативных ' алгоритмов в изложенных методах, выбор которых определяется спецификой цепей, режимами их функционирования и маршрутом проектирования для каддого конкретного случая.

Повышение эффективности и расширение возможностей системы АСхП ЭЦРП осуществляется путем соответствующей интеграции реализующих его программных модулей *: ПО, принцип организации которого предложен в первой главе, и проблемной адаптации составляющих его алгоритмов. Проблемная адаптация затрагивает таккэ входные языки и информационное обеспечение и отвечает тенденции расширения, универсальности, интеграции' и адаптируемости САПР за счет ее настройки на специфические особенности задьзд проектирования на основе априорной и апостериорной информации.

Согласно предложенной концепция при организация в иО пакета прикладных программ алгоритмов (ППА) реализованы д"" принципа проблемной адаптации: пьщеленио из семейства модулей расчетных режимов необходимого для данного этапа и настроена альтернативных подмодулей алгоритмов с различными ограничениями и возможностями и нарпрутов расчета внутри иагщого модуля на параметра характеристик, структур я свойств проектируемых цепей.

Для информационной интеграции и управления подключением прикладных программ к -х модулей и их ^ -х альтернативных составлявших (подмодулей оГ ) предложена структура мсниторлой системы. Модули ППА или их упорядоченная поаяедователс.чость Еьгбяраотся га ряду критериев б управляющем мониторе соглат ■> каряруту АСз?П:

1) при численном ьчализв критериями кдапта^я является рег~!?' функционирования (стад!сна;«мй, дж-"-'! легкий) и тип цеп;- (лжаЕиая, нэ&яюЕнст, с особеул'с^.'::?--' . .(ошугируемая);

2) при синтезе глобальны-«? крят'зрляш "лелтацчь" =/С}- , ] * = [1,22], яв&гт гг< рэж: •■) и теп г-игш, лопальчну; - варианты :ин'.".,0л; только ссс редо-.-.-однко* I, ль ко распределен-по',", ня1: корректоре г- кия. В состб^т^^гиу с ?г»м,«лглотяч'п'вные

-П;ПО^ЛЛЙ':' опора!?1,:: нд-л „-¡чикл-п?;: -«.вдт'.^И цс-

-"'истфо^пи'-!:: Г.Г-1 Г>И0 с ртн? .-»¡тч.м по.т.:

реализации втапа аппроксимации структурно-параметрического синтеза КПЦ г известным и неизвестным местом установки в прототипе, синтез параметров КЧП, вариантный синтез КПЦ, вычисление и понижение порядка системной функции корректоров, определение на этапе реализации структуры и параметров цепи или корректоров на основе схемной, комбинаторной и оптимальной реализации;

3) при расчете функции чувствительности н допусков критериями адаптации а(, $ = [1.5], являются задание на расчет, варианты ФЧ и областей расчета (временная, частотная), а также виды вариаций параметров (Эг или ДР" ). Альтернативные подмодули выполняют операции расчета параметрической ФЧ - формирование Ш, вычисление матричной и частных передаточных функций, формирование ММ с - вариациями и вы'-сление допусков, расчет структурной ФЧ цепи с неизменной и изменяемой структурой и вычисление приращений выходных величин, формирование Ш и расчет динамического режима и структурной ФЧ в цепи с изменяемой структурой;

4) при оптимизации критериями адаптации с/0/ , у * (1,41, являются режим цепи (стационарный, динамический), тип ее элементов (линейная, нелинейная), варьируемые и оптимизируемые величины.

Программные модули имеют структуру универсальных алгоритмов, маршрут проектирования внутри которых выбирается по заданным критериям. Во всех модулях имеются обобщенные блоки: определение пригодности альтернативного метода (алгоритма) для решения данной задачи; выбор модификации метода; настройка моделей компонент и схемы на условия задачи; выдачи результатов к другие.

Назначение блока оценки входных параметров является выбор ю априорной информации заданного маршрута проектирования ,

Ж } из семейства модулей расчетных режимов необходимого и определение области пригодности оС ^ для донного уровня или этапа. На основе апостериорной информации в блоке оценки промежуточных результатов итеративно конкретизируется ход дальнейших расчетов, определяется правильность предварительных решений , предположений и допущений и осуществляется выбор очередной или альтернативной «¿^ при доводке решения на основе данных УВ5г при заданных ограничениях и условии \Л/{

согласно функции связи (подмножество (I)).

Предложенная двухуровневая архитектура управления этапами АСхП ЭЦРП позволяет на высшем уровне главным монитором осущест-

влять связь с системой; на ниянем - организовать вычислительный процесс в альтернативных подмодулях. В работе сформулированы функг ' дай мсниторюй системы: задание статуса проектной операции; обеспечение взаимодействия пользователя с системой; формирование расчетных ММ и решение их согласно принятому маршруту проектирования; определение рационального проектного решения при нескольких критериях; обеспечение информационных связей ыеяду автономно выполняемыми операциям!; организация согласования результатов.

Выведенные функции мониторной системы и разработанное МО, оформленное в виде ША прикладного ПО, обеспечивает автоматизацию схемотехнического проектирования ЗЦРП при заданных в (I) £VTM*,

t^C-j. >W,¿} > имеющихся в наличии oT|<j и обобщения'операций этапов и уровней маршрута проектирования в единую формализованную процедуру. Разработка этой процедуры базируется на использовании 'иерархического и сетевого характеров как структуры цепи, связываюяих состояния вход-выход скалярных моделей Y ==0 . (V.-)

V/ПС Ппс Л/ПС . 1 "11

и моделей распределенных подсхем Y. = и . I V ■ ) , так и ее

41 " j 5

маглрутом проектирования, что позволяет представить ету структуру в виде сети неориентированного графа с ссответетвутодими веса-

Г,- (JTÍ)-VW*^ - ОТЬУ, í H..N;], г« - p»-s и.^г» )■

вектор определенных или зедг-яных на. предыдущих этапах и искомых величин (параметры, структура, переменные). Исклочая иэ состава модели $ H¡f , долутаа остоянно кс-нявиийся граф tj ( ) . от-ргигахютЯ состояние проекта на данном .ттале. Анализ содержащейся в Д (| шформшз«, которая мояэт títi-гъ непротиворечивой, корректной, полной, неполной или частачио полной, с. одной стороны, и ал-горит;д!чос:а:х пегкотьостай разработекнах код^гсч ППА, состава {Vr5 , Увл . JÍ } »í К^тарутом П;:0■;.-"Г:г,-Ог1РЧ;!Я, С ДРУГОЙ

сторечи, пооволло:- представать njeurec. сленоте^я«- схого проектирования ЕЩ'П либо в -ш'дс ¿кгогиэ« йзтоудг-гоироважзгл последова-• мяы1ос:;5 г^по-шя-г-ж эперм^й, дабо 1к'.слядоватв.ег!оа,''и, прздус-ылтрпггл^-'Ь е гг'оцеса гт" :-:•:-■ •t¡;oscsit?.i r.c-t управляюще-

го, ííOHThfЯфу^/гго п «о^ктнрук soro з

'/ость ч от оО'топ-г/ -¡рсцсгяур рлгги!"г!а;.: наго r.utío-

vn .-r^ien'wí ППА pa.ip.dc?««»» зост"Sis лпмниру-

по np''.*:;3:¡y 4 vpes'l'j ;<..'•;'iir->in04?!ft0.ir.hh0 вягипнтм

подмодулей в сочетании с заданными требованиями на проект.

По- 'шо приведенных условий уровень автоматизации проектирования ЭЦРП определяется также и способом организации программных модулей и подмодулей вычислительных процедур, уровнем интерфейса диалогового режима ввода-вывода исходных данных и директив расчета, формой выдачи результатов, возмоаностыо включаться б процесс расчета на любой его стадии и пр. Все эти вопросы решены при программной реализации разработанного математического обеспечения.

В соответствии с последним проблемный ППА включает четыре основных программных модулей(анализ, синтез, расчет ФЧ и оптимизация, составленных из альтернативных подмодулей) • Пользователь общается с системой в диалоговом режиме с помощью меню по иерархическому признаку. При вы^ре конкретной проектной процедуры монитор управления передает управление мониторам алгоритмов, реализующих режим общения в форме ответов на вопросы. Общение с системой в такой форме делает пользовательский интерфейс на уровне реализации проблемных операций независимым от внутренней организации системы, от конкретного СУБД и алгоритмов прикладных программ, а использование локальных мониторов имеет те же преимущества на уровне реализаций альтернативных методик.

В шестой главе изложено применение разработанного МО и прог-рамшых средств на этапах схемотехнического проектирования конкретных распределенных электротехнических систем и устройств.

Реализация предложенной концепции организации АСхП ЭЦРП проведена на уровне проектирования защитных, управляющих и компенсирующих устройств в протяженных высоковольтных электропередачах и быстродействующих импульсных электронных устройствах.

Схемотехническое проектирование защитных устройств от коммутационных перенапряжений в высоковольтных ЛЭП в настоящее время проводится на основе многовариантного анализа процессов в эквивалентных цепях. При этом нет полной уверенности в том, что найдены оптимальные проектные решения. В работе изложеная задача проектирования сведена к задаче синтеза КПД в прототипе при заданных структуре последнего, мест подключения КПЦ и критериях функционирования. Согласно предложенному подходу разработана структурная схема основных этапов маршрута АСхП устройств защиты и регулирования, приведенная на рис.4 и реализующая последовательность обобщенных операций (1° - 10°), включающих все изложенные в работе

^нк типовых устройств

Йыбор схем типовых устройств зашиты и упр.

Формирование параметров элементов устройств

Банк ■ данных

по режиму

Блок ввода информации по алгоритму анализа

Блок управления ЦЦ устройств запиты и управл.

Анализ установившихся или переходных рсг»имов

Библио-така рогиы-ных параметров

Определение показателен качества режимов.и ввод в библиотеку

Преобразование схемы и управление коммутациями согласно анализируемому ретиму

ППА

Г Сравнение параметре

!в рок'.'.ЯЫХ //

эв с 'ГУ и 13 J / гр?

ТУ

та

Сгр'лг.у,-'чення

ШШШШ

бЕИЗШУЕ

€Ь

Оптимизация параметров устройств в установив' шихся или в гереходцых

Идентификация ММ 7° адекватной ЗИС .

Сравнение режимных

лара^отсоя с ТУ и 13 -—-ц—

{ Форма синтеза 8°

КПЦ 1ГЧП Комб. Вар.

Парсх'" на анализ схе~ |мы с синте*ированныч )устройством регулиоов.

;—--- — »—-----

I Спподелгтеэ критериев ! н пс-казатолей качества | длр синтеза

• >-1 Расчс? <54 и допусковЮ г" *"—-1—•;

ГЙыеод схе'.та и паракет- 1 ! ров устройств рогул^у.

'кс.4. Схг>чл геногмчх станов маршрута АОхП устройств

•гг!"!'-"; рк'улмроячпш Л?П

вычислительные процедуры. Последовательность операций маршрута проектирпания иллюстрируется распечатками входной и выходной информации, графика»^ и промежуточными математическими выкладками. Показано, что предложенный подход позволяет целенаправлено, ускоренно и качественно спроектировать оконечные устройства протяженных ЛЭП (минимум порядка при оптимальных электрических и конструктивных параметрах), обеспечивающие заданные харшаерлы.неи и различных режимах функционирования ЛЭП.

Исследован вопрос проектирования систем регулирования напряжения высоковольтных ЛЭП, в частности устройств регулирования питающего автотрансформатора. В соответствии с выбранным рациональным маршрутом проектирования и процедур многовариантной интеграции была использована сдельная стратегия совместного использования разработанных математических и программных средств: 1° - разработка эквивалентной схемы; 2° - анализ ее в нормальных и аварийных режимах; 3° - оптимизация параметров, структуры и элементной базы схемы регулирования; 4° - анализ вероятных аварийных режимов; 5° - синтез аварийных альтернативных вариантов элементов и схем системы регулирования. Приведена распечатки входной и выходной информации и графиков нормальных и аварийных режимов.

Показана применимость разработанных методов и программных средств при схемотехническом проектировании устройств компенсации высоковольтных ЛЭП. На базе структурно-параметрического анализа режимов и расчета допусков установлены рациональные сочетания компенсирующих устройств в системе четырвхлучэвых реакторов (компенсационных и шунтирующих), подключаемых по концам ЛЭП н обеспечивающих надежность и устойчивость энергосистемы при возникновении коротких замыканий и ликвидации его во время бестоковой паузы повторного однофазного автоматического включения. Главными критериями здесь служили надежность гашения тока подпитки дуги в месте короткого замыкания до минимума, величина и форма восстанавливающегося напряжения в месте короткого замыкания.и на контактах выключателя, а также ограниченность номенклатуры типовых устройств.

Показана применимость разработанных средств АСхП для синтеза регулирующих устройств, обеспечивающих желаемые характеристики импульсных сигналов в быстродействующих электронных системах передачи информации на расстояние. .

Приведен принцип организации НО автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) электрическими сетями. Раэрабо-

•1юнноо олацишиюироьанкое ПО представлено в виде объектно-ориентированной подсистемы ПО АСДУ и включает четыре проблемных модуля: задание исходной информации о сети, изменение структуры и параметров; управление коммутациями в сети; формирование ММ сети на основе вычисленных уточненных параметров схекы замещения электропередачи; графический редактор ввода-вывода информации.

В приложениях приведены: промежуточные математические выкладки доказательства применимости понятий состояния для данного класса цепей; результаты расчета импульсных электронных устройств; принцип формирования дискретной Ш цепи; синтез КПЦ в схеме импульсных устройств; вариантный синтез КПЦ; таблицы системных функций двухполюсных КПЦ комбинаторного синтеза; исследование структурной и параметрической ФЧ проектируемой электроперь.-дачи; язык описания маршрута основных вычислительных этапов АСхП ЭЦРП; описание функциональных структур програг.мп« модулей анализа, синтеза, расчета ФЧ и оптимизации; акты внедрения результатов работы в учебный процесс и в производство.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результата диссертационной работы коото сформулировать следующим образом - впервые с единых методологических позиций рассмотрены проблемы создания математического обеспечения автоматизированного схемотехнического проектирования распределенных электротохнических систем и устройств, заложены научные основы ее решения на базе разрабо-. лных формализованных методов анализа, синтеза и расчета допусков данного класса объектов и предложены принципы организации интегрированного програвного обеспечения. Разработанные теоретические положения, совокупность которых могло классифицировать как новое крушое дос?ижекиг в развитии пэрспея-таипк налрозлтшИ СЯ1Р и теории электрических цепей, позволили решить науч!$о-*в»1ическуа проблему ссзяйийл мютса йвтсиатазиро-вгнного схекотехкйчэского проектирования распределенных электро-«сезяичесэтс: еяотем и устройств, имоовес вааное народно-хозяйственное значена.

В диссертации получена олэдуюяэе основою рззультатн.

1. НеелодоЕсла осэбешостя распределенных электротехнических систол я устройств, отобряч:дпшас ЭЦРП, как объекта просгстнровчния и ягросэойа ж ехсхэгглючъопого проеятирогаякя об*«кта авто-

матизации в САПР, отличающиеся организацией множеств вариантов структу- и параметров цепей, проектных процедур и обеспечений АСхП и реализуемостью алгоритмов вычислительных процедур проектирования.

2. Сформулирована Функциональная зависимость, обеспечивающая рациональную организацию информационного взаимодействия уровней и этапов АСхП и отличающаяся способом обобщения взаимосвязей компонент структуры цепи, маршрута ее проектирования, состава базы данных и множеством альтерттивных методик и алгоритмов вычислительных процедур.

3. Сформулирован и обоснован принцип декомпозиции методов и алгоритмов вычислительных процедур на иерархическую совокупность задач маршрута проектировэ-чя, отличающийся возможностью выявить необходимый и достаточный состав адаптивных компонентов подсистем математического обеспечения и включить в него подсистемы структурно-параметрического синтеза и расчета чувствительности.

4. Предложена структура системного и прикладного ПО, отличающаяся способом формирования подсистем анализа, синтеза, расчета чувствительности и оптимизации и последовательности проектных процедур при условии информационного баланса мевду показателями качества и количественными характеристиками проекта и согласования решений на кавдом уровне и этапе проектирования.

5. Обоснован и сформулирован новый методологический подход к моделированию данного класса цепей, отличающийся концепцией использования и обобщения математических аппаратов теорий цепей и систем и допускающий формализацию формирования моделей цепи, адаптируемых к режимам функционирования и вариантам вычислительных процедур. Доказан ряд теорем существования, реализуемости и достаточности подхода. Выведена и классифицирована новая каноническая форма уравнений состояния ЭЦРП. "

. б. Разработан Формализованный метод анализа режимов цепи, отличающийся сквозной автоматизацией этап^ формирования уравнений состояния линейных и нелинейных ЭЦРП в стационар«« и переходных режимах и включающий 8 адаптивных методик и алгоритмов. Для решения задачи реализации уравнений цепи: доказана принадлежность их к уравнениям нейтрального типа; для численных методов 4, 2 и 1-го порядков выведены зависимости погрешности от шага расчета и параметров цепи; разработан А-устойчивый численный метод, отличающийся большей точностью и быстродействием. Предложен метод

формирования непосредственно разностной модели цепи, обеспечивающий анализ схем с вырождениями.

V. Найдено новое решение проблемы формализации структурно-параметрического синтеза ЭЦРП, отличающееся обобщением математических аппаратов теорий цепей и импульсных систем в комплексный метод, включающий 22 проблемно-ориентированных и адаптивных методик и алгоритмов. Сформулированы сесть этапов синтеза и доказаны тоорены о необходимых и достаточных условиях реализуемости цепи и корректности отображения ее состояния состоянием адекватной многосвязной системой автоматического управления с разделенными сосредоточенной и распределенной частями, что обеспечивает автоматизацию синтеза цепи в целом, по ее частям или синтеза корректора (КПЦ) в прототипе. Автоматизация этапа аппроксимации обесги, • чивается разработаннь"ш методами: идентификации модели адекватной импульсной системы; расчета передаточные и системных функций двух- или четырехголосных корректоров; яарнонтного синтеза КПЦ. Автоматизация этапа реализации осномна на предпогсшых алгоритмах: понижения порядка систеших функций; непосредственного или комбинаторного определения структуры и параметров корректоров. Сформу/лровача задача и предложена дихотомическая процедура синтеза распределенной части цепи. Показана применимость Драгментно-го и иерархического подходов к оптимальному синтезу ЭЦРП.

8. Разработан мет.од расчета функции чувствительности ЭЦРП, включающей 5 адаптивных методик н «люритмов и отличающийся автоматизацией решения задачи при бескоиочномалых и конечных вариациях параметров и структуры цепи. В рамках метода разработаны: топе "огичоская и математическая годелч линии передачи, учитывающие вар. ацию ее параметров; алгоритм расчета чувствительности и допуск ш в частотной к временной областях; дискретный аналог теоремы вариации; методика расчета структурной чу "ггительности цепи

в дзшкиячосклм рэ'етдэ1, фупкцлоиаяьнея связь ъярлоти чувствитель-пости с сжт-.зем 5Ц?П тгсмаяьчой чувствительности.

9. Создана кетодохогил ЛСхП 2ЦРП, отдичеюггряся структурны«, логнчзсю:ч » катеуатачеекки кемплвкеяроваикеы методов вичксяк-телгнше прои-'луа, проекглрукяпих подсистем, пакетов програх-н алгоритмов и су'стя астсматиэшяга на основе разработанной аатеиати-чэской базы, пганцялор интеграции м проблемной адаптации на уровне обеспечен:*! С/ПР.

10. Предложен подход к построению мониторной подсистемы, отличающееся двухуровневой архитектурой и организованной на базе сформулированных и обоснованных ее основных функций:, что позволяет подключать и использовать на высшем уровне соответствующие прикладные программные модули, а на низшем - организовать вычислительный процесс в альтернативных подмодулях.

11. Доказана логико-функциональная зависимость межпу сформулированными Функциями мониторной системы, алгоритмической возможностью модулей МО, полнотой, корректностью и непротиворечивостью исходных данных, отличающаяся возможностью оценить уровень автоматизации схемотехнического проектирования ЭЦРП и обеспечивающая рациональный выбор альтернативных подмодулей ППА, доминирующих п? признаку реализации проектных задач и уровню автоматизации.

12. На базе предложенного МО и сформулированного системного принципа построения ПО разработан и реализован состав проблемного ППА, отличающийся структурой основных при информационной и программной совместимости инвариантных и специальных программных модулей и альтернативных подмодулей расчетных процедур. Приведена программна^ реализация указанных модулей.

13. Разработано ориентированное на специфику обь-.кт* проектирования специальное лингвистическое обеспечение, отлич.-и>г,;еад двухуровневой структурой и обеспечивающее реализацию пр-лытого маршрута проектирования в виде кортежа основных модулей ППА и диалоговое взаимодействие с выбранными модулями и подмодулями.

14. Практическая реализация предложенной концепции организации обеспечений АСхП ЭЦРП на уровне проектирования устройств высоковольтных ЛЭП обеспечивает оптимальное схемотехническое рвение за счет рационального выбора маршрута проектирования и использования разработанных алгоритмов анализа и синтеза Э1£?П.

15. Полученные в работе науодые результаты внедрены в учебный процесс, а также в практику научю-исслвдовательских и конструкторских работ ряда проектных и эксплуатационных организаций.

•

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО 1ЕМЕ ДИССБРТАЦЩ

I. Кулиев З.Я., Воропаев П.В. Использование топологических методов для анализа переходных процессов в линиях электропередач //Изв.АН СССР, Энергетика и транспорт.- 1974.- №4.- С.28-35.

is. Кулиев З.Я., Воропаев П.В. Математическое моделирование электрических цепей с распределенными параметрами в пространстве переменных состояния /Азв. АН СССР. Энергетика и транспорт.-1975.- »1— С.67-^.

3."Кулиев З.Я., Воропаев П.В. Применение методов численного интегрирования уравнений электрических цепей с распределенными йараметрами //Электричество.- 1975.- №10.- С.8-12.

4. Кадымов Я.Б., Кулиев З.Я., Алиев В.В., Воропаев П.В. Машинные методы параметрического синтеза электрических систем с распределенными параметрами //Теория информационных систем и систем управления с распределенными параметрами: Тез.докл.Ш Всесоюз. симпозиума,- Уфа, 1976.- С.3-4.

5. Кулиев З.Я., Воропаев П.В. Математическая интерпретация состояния электрических цэпей с распрзделеннымя параметрам'! при автоматизации проектирования //Теоретическая электротехника.-Львов.— 1976.- Вш.2,1.- C.II6-I2I.

6. Воропаев П.В. Програзша автоматизированного формирования уравнений пзремешшзс состояния электрических схем с распределен-ньчм параметрам /Алгоритмы и грограшЯ^.- 1976,- №2.- С.В4-85,-Дзп, з Гос.фондо АН, НТО01765.

7. Борошоз П.В. Програзл.-а численной реализации уравнений пэре .таикк состояния здзятсичсских схем с распределенными пара-нотрами /Алгоритмы и щ:огг<и!ми.- 1977,- »1.- С.Деч. в Гоо. фонде Ш, IK002025.

8. KodumovYa.BvlujftjivZ.Ya.,ш.гтр.с-и Momedov /j.IvVaropQjevP.V.Th? mc'Sod o| соп1га£Ы system nmrbinc opUmi-zahen with district led pern meters systems /Prep, о} paper ¡or IFrtC 2-nd stjmpwuv '¡i control of didn Ruled parameters stjs-iem.- Coventry, En-.^bmf, 13П-.

9. Ну.ттюз З.Я., Порзгчез П.?,. 'Ло'жаа-Гч'-пчоз Г.Л. Ргсччт

И кссл'гдсгг-Тл'? ycij^nrn nrTi'J чл.?и?ропсрз-

с; Kov??y?aii:Citiri!^ гзг—' //Ifc-iJ':! СССР, Энергетика u ipricrrD^'»- 1973.- ;'Й." Л,'-; </,'.

ю. udijvj V. Tfc: ггь'осЬ i.j

циЫ п^ягяек. 5 ssr'Je'm «:••?!■» ;::-'!tau sf Ins ьЬзк .'U:'- Vpi-C* Jj Р,*»уГ ri dr . п ¿ЬГГ-П О 'i i О l (О Г , "

гх M fu it а п'" i mV и'.tdni\ M'CC'IS.-

11. Кулиев З.Я., Воропаев U.E. Устройство дли электроснабжения.- Авторское свидетельство.- №665363.- 1979.

12. Кулиев З.Я., Воропаев П.В. Принципы построения програн-iffloro обеспечения автоматизации исследования и проектирования дальних ЛЭП //Вопросы повышения надежности и экономичности электрических систем.- М.: ЭНИН.- 1979.- С.95-99.

13. 1Ъеллъ Р.В., Кулиев З.Й., Воропаев П.В. Машинный расчет электрических систем с распределенными параметрами //Иэь.АП' СССР, Энергетика и транспорт.- 1980.- ,V2.- С.30-37.

14. Воропаев П.В. Программа выбора элементов дерева графа схемы с сосредоточенными и распределенными параметрами /Алгоритмы и программы.- 1980.- №3.- С.57,- Деп. -в Гос. фонде АП, ПКХ)4273.

15. KufrjrvZ.YovVoronjev P.V. Synihesib ojíbe disírifiuM paronietírs systems //Prep, o] papers jor IFA С European Meeting SimuEolion of DPS and LSS. - Potros,GÑece, 1919.

16. ИЬелль P.B., Воропаев П.В. Метод формирования разностных уравнений состояния схем с распределенными параметрами //Изв. вузов СССР, Радиоэлектроника.- 1982— JM2.- С.71-73.

17. Воропаев П.В. Формирование цифровой математической подели состояния электрических систем с распределенными парамэтрами //Моделирование электроэнергетических систем: Тез.докл. УШ всесоюзной конференции, 20-22 сент. 1982 г.- Баку.- С.252.

.18. №елль Р.В., Воропаев П.В., Картавцев В.В. Выбор основных параметров высоковольтных влектропередач. Воронеж: Изд-со Во-ронежск. ун-та.- 1984.- 107 с.

19. 1Шелль Р.В., Воропаев П.В., Картавцев В.В. Оптимизация потерь энергий в дальних электропередачах //Экономичность режимов влектрических систем.- Новосибирск: Изд. -воЯЭТИ.ИО. - С. 41-46.

20. Воропаев П.В. Формирование уравнений состояния цепей с распределенными параметрами методом подсхем и переменных состояния //Теоретическая электротехника.- I9Ö3.- Вып. 35.- С.22-25.

21. Шелль Р.В./Воропаев П.В. Модифидарованный метод деленного интегрирования уравнений состояния цепей с распределенными параметрами //Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника.- 1964.- £10.-C.4I-46.

22. Воропаев П.В. Алгоритм расчета коммутируемых схем дальних линий электропередач.- М.: Депонир.иау®.работы.- 1905.- Ь'2. - С.175.- Деп.в Информэнерго.- 1984.- >1б19эн-Д84.

о

23. Воропаев П.В. Математическая модель ЛЭП сверхвысокого напряжения для определения условий ОАПВ,- М.: Депонир.н'аучн.работы.- 1986.- Л6.- C.I24.- Деп.в Информэнерго, 1937.- №210бэн.

24. Воропаев П.В., Спахов В.В. Нелинейный режим работы нейтрали силового автотрансформатора //Изв.вузов СССР, Электромеханика.- 1987,- №2.- С.66-70.

25. Воропаев П.В. Моделирование дальних электропередач //Моделирование электроэнергетических систем: Тез.докл.IX всес. н.-техн.конф.- Рйга,- 1987.- C.I45-147.

. 26. Воропаев П.В. Математическая модель динамических петель гистерезиса.- И.: Депонир.научн.работы.- IGS5.- Jf6.- Деп.ВИНИТИ, №2251-1386.

27. 15; ел ль Р.В., Воропаев П.В. Автоматиэкровишое проектиро ванне электрических систем с распределенными гараыетргаги.- Вороне»: Иэд-во ВГУ , 1987 .207 с.

28. Шкопль Р.В., Воропаев П.В. Расчет функции чувствительности схем дальних линий электропередач1.! //Электричество.- 1988.-»7.- С.18-23.

29. Воропаев П.В. s Попона Т.Е. Расчз? функции чувствительное?» схем дальних лшп:П мезгеропэрерачи з динамическом режше.-И.: Депонир.научн.робота.- IS83.- }"9,- C.I73.- Депонир.в Информбюро, "2797-83йП.

3G, Воропаев П.В..Анализ функции чувствительности электрических пспзй с распределенная! параметрами //Лзв.вузов СССР, Радиоэлс-ктронитса.- IvTS.- ;?TI.- C.2I-C5.

31. Воропаев П.В. /. ализ функции чувствительности электрических цзпей //Ясся0ДовййГ9 олектромчглнгн»« процессов в энергетических установка;.-.- Ikaiono.- I5S3.- C.IS5-I28.

32. Еогок&св П.В., Псязва Г.З., Mapycwi А. А., Соэдаян С. А. KovoHHai'orHiit! с»!Т50 корвчктйруюсос тюхипы' - кзктрюеских систзм с расппэдб/ггта;-?< j Л^потцыгаучи»¿»«ботк.- I9S3. -."3.- Hw^wse-po, ПЭТЗ-епез.

РЗ. С-;-п}.п5вг Л.В. а;ятгла чо^псклруг.ЕЯх .чву,- -

ло?-лсли:;^г ;« э-техтручсс,: }:сл.тк //Аъгъ-.с-г.ки&п прсоктированкя s г: Тга.дсял» X'i зсес.я.-иэз-од.«'«.-:,,

ГО-Зл

31. Псгзвг-^ 0.3. v раглглихя cwwaaa доивйя» алектриччо-

П9П03 //ii Pf С i :.TI1 "-iС "О " $( rp.rp«4SJ5C."» 0$вСВЗЧ«"Г9 ПИ*?8ГрнрО-

ванных САПР электронных и электромеханических устройств. Сб.науч. трудов.- Тверь: Изд.Тверск.политехн.ин-та.- 1990.

35. Воропаев П.В. формализация синтеза электрических цепей

с распределенными параметрами //Изв.вузов СССР. Радиоэлектроника, - 1991.- Кб.- С.70-74.

36. Воропаев П.В., Попова Т.В. Вариантный синтез корректирующих подцепей в электрических цепях с сосредоточенны;« параметрами.- М.: Депонир.научн.работы.- М.- 1991.- C.II1.- Деп. в Мн-формэнерго, Ж3255-эн90.

37. Воропаев П.В. Вариантный синтез электрических цепей с распределенными параметрами.- М.: Депонир.научн.работы.- 1991,-»4.- С. 117.- Деп. в Информэнерго, Ш25б-эн90.

38. Воропаев П.В., Кар~авцев В.В., Цеджинов Е.С., Яншин П.В. Исследование режима замыкания на землю поврежденной фазы сети с компенсацией емкостных токов.- Ы.: Депонир.научн.работы.- 1991,-»10.- С.106.- Деп. в Информэнерго, Ж3299-ан91.

39. Воропаев П.В. Алгоритмическое обеспечение подсистемы синтеза в САПР электротехнических устройств с распределенными параметрами //Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике: Тез.докл.респ.н.-техн.конф. Иваново, 17-20 сент.1991.

40. Воропаев П.В. Формализация синтеза корректирутегдх подцепей в системах с распределенными параметрами //Йатематичэское и программное обеспечения САПР с элементами искусственного интеллекта: Сб.научн.трудов.Тверь : Изд-во ТвеПИ.1992.- C.10I-I06.

41. Воропаев П.В. Подсистема синтеза АСхП электрических цепей с распределенными параметрами //Состояото и перспективы развития влектротехнологий: Тез.докл.мездун.н.-техн.конф., УП Верна"-досовские чтения, Иваново, 25-27 мая. 1994.

Подписано к печати 13.03.95. _ __

Усл.печ.л. 2,0. Тираж ГСЮ экз. Заказ » ЦО ' Воронежский государственный технический университет Э94026 Воронеж, Московский пр., 14 Участок оперативной полиграфии ВГТУ

ЛР # 020419 от 12.02.92.