автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Логико-алгебраическое моделирование и синтез интеллектуальных систем электропитания электронных и вычислительных средств в элементном базисе универсальных и силовых реляторов

На правах рукописи

КУВШИНОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ЛОГИКО-АЛГЕБРАИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИНТЕЗ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ В ЭЛЕМЕНТНОМ БАЗИСЕ УНИВЕРСАЛЬНЫХ И СИЛОВЫХ РЕЛЯТОРОВ

Специальность 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ульяновск 2004

Работа выполнена в Тольяттинской государственной академии сервиса.

Научный консультант: д-р техн. наук, проф. Абрамов Г.Н. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Волгин Л.И. доктор технических наук, профессор Шахнов В.А. доктор технических наук, профессор Шакурский В.К.

Ведущая организация: ОАО «Трансформатор», г. Тольятти

Защита состоится « в » ОКТЛ^рЛ 2004 г в часов на

заседании диссертационного совета Д 212.277.01 Ульяновского государственного технического университета, ауд.211.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направить по адресу: 432027, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, д. 32, УлГТУ, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного технического университета.

Автореферат разослан «%.£» августа

2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Казаков М.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. Автоматизация технологических процессов и интенсивное развитие информационных технологий сопровождаются массовым распространением электронных и вычислительных средств, отличающихся повышенной чувствительностью к качеству питающего напряжения и предъявляющих в этой связи непрерывно растущие требования к системам электропитания (СЭ).

Наряду с традиционными требованиями улучшения массогабарит-ных и энергетических показателей особое значение в настоящее время придается достижению инвариантности и многофункциональности, позволяющих обеспечить заданные характеристики функционирования в условиях произвольной (искаженной) формы входного напряжения, воздействия внешних возмущений и помех, неполной и нечетко задан -ной информации о параметрах текущего режима.

Широкий диапазон режимов функционирования, практически всегда отличающихся от номинальных, возможность изменения вида текущего преобразования требуют применения сложных алгоритмов управления СЭ, сочетающих принципы аналоговой и цифровой обработки информации. Интенсивно развивается концепция интеллектуальных распределенных систем управления, связанная с переносом вычислительных ресурсов к исполнительным устройствам. Наиболее полно данная концепция реализована в силовых интегральных схемах, получивших название интеллектуальных благодаря объединению силовых полупроводниковых ключей с аналоговыми и цифровыми компонентами, выполняющими операции управления, защиты, диагностики. Возникшие в результате многообразие и сложность элементной базы при отсутствии формализованных методов синтеза приводят к структурной избыточности в силовых и информационных узлах СЭ, не обеспечивающей ожидаемого расширения функциональных возможностей.

Наиболее перспективным направлением минимизации объема аппаратурных затрат, сокращения номенклатуры элементной, базы служит интеллектуализация СЭ за счет перехода к многофункциональным способам осуществления энергетических и информационных преобразований, алгоритмическому управлению функциональными возможностями. Возникает важная научно-техническая проблема создания интеллектуальных СЭ на основе многофункциональных преобразователей, осуществляющих разнообразные, управляемые кодом виды регулируемого преобразования электрической энергии, например, такие типовые преобразования, как AC-DC, DC-AC, DC-DC, AC-AC, и по-

HOC..............

с

зволяющих за счет повышения концентрации воспроизводимых энергетических и информационных преобразований обеспечить надежное функционирование в изменяющихся, нечетко заданных условиях. Инвариантность интеллектуальных СЭ к форме входного «напряжения и соответственно виду энергетического преобразования (функциональная инвариантность) облегчает решение ряда традиционных задач, таких как энергосбережение за счет повышения качества электропотребления и ресурсосбережение за счет высокой концентрации функциональных ресурсов при минимальном объеме аппаратурных затрат.

Однако разработка указанной проблемы в настоящее время сдерживается вследствие:

- ограниченных возможностей аналитического описания традиционным математическим аппаратом информационных и энергетических процессов, одновременно протекающих в СЭ и обладающих нелинейной динамикой;

- отсутствия адекватного концептуального подхода к задачам системного анализа информационных и энергетических процессов и формализации процедур схемотехнического синтеза интеллектуальных СЭ;

- недостаточной концентрации воспроизводимых известными схемными элементами функций и операций, затрудняющей практическую реализацию интеллектуальных СЭ с минимальными аппаратурными затратами.

Таким образом, существующее противоречие между практической потребностью широкого использования интеллектуальных СЭ, обусловленной массовым распространением электронных и вычислительных средств, с одной стороны, и ограниченными возможностями существующих методов аналитического анализа и формализованного синтеза нелинейных систем, с другой стороны, определяют актуальность исследований в данном направлении.

Работа выполнялась с 1996 г. по 2004 г. в Тольяттинской государственной академии сервиса и соответствует направлению фундаментальных и прикладных исследований «Интеллектуальные системы», проводимых в рамках федеральной программы «Университеты России -фундаментальные исследования», а также программы «Исследования в области энергосбережения и эффективных электротехнологий» перечня приоритетных направлений фундаментальных исследований, утвержденного Правительственной комиссией Российской Федерации по научно-технической политике 21.07.96 г.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка методологии логико-алгебраического моделирования и формата-

зованного схемотехнического синтеза интеллектуальных СЭ по критериям функциональной инвариантности, алгоритмического управления функциональными ресурсами, минимизации аппаратурных затрат.

Для достижения поставленной в диссертационной работе цели необходимо решить следующие научные задачи:

1. Обосновать адекватность логико-алгебраического аппарата предикатной алгебры выбора задачам системного анализа и схемотехнического синтеза информационных и силовых структур интеллектуальных СЭ.

2. Разработать методы логико-алгебраического моделирования информационных и энергетических процессов однофазных СЭ в базисе бинарных операций, а многофазных СЭ - в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора.

3. Разработать многофункциональный элементный базис силовых реляторов, осуществляющих аппаратурную реализацию бинарных и многоместных операций предикатной алгебры выбора и обладающих высокой концентрацией воспроизводимых логических и энергетических преобразований.

4. Разработать формализованные на основе законов предикатной алгебры выбора процедуры преобразований логико-алгебраических моделей в информационные и силовые структуры интеллектуальных СЭ посредством элементного базиса универсальных и силовых реляторов.

5. Провести сопоставление традиционных и разработанных на основе логико-алгебраических моделей интеллектуальных СЭ с целью подтверждения более высокой эффективности последних.

6. Разработать методы логико-алгебраического моделирования и схемотехнического синтеза специализированных реляторных контроллеров, обеспечивающих интеллектуализацию СЭ за счет коммутационного перепрограммирования регулировочных и внешних характеристик в зависимости от вариации параметров нагрузки и питающей сети.

Методы исследования. Для решения поставленной научной проблемы использованы предметно-ориентированные математические логики, в частности непрерывнозначная логика, булева алгебра и их обобщение — предикатная алгебра выбора, а также методы теории электрических цепей и систем, теории графов, классической теории автоматического управления.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые результаты.

1. Предложен и развит новый подход к решению задач интеллектуализации СЭ за счет повышения концентрации видов воспроизводи-

мых энергетических преобразований, основанный на логико-алгебраическом аппарате предикатной алгебры выбора, базовые операции которой, в отличие от традиционных математических логик, распространяются на бинарную, дискретную, континуальную области значений переменных и аппаратно воспроизводятся универсальными схемными элементами - одноканальными реляторами.

2. Разработаны методы логико-алгебраического моделирования СЭ в функционально полном базисе унарной, бинарных и многоместных операций предикатной алгебры выбора, основанные на процедурах отождествления предметных и предикатных переменных с параметрами информационного и энергетического процессов и позволяющие формировать на единой методологической основе логико-алгебраические модели, отражающие виды воспроизводимых энергетических преобразований, способы программного задания текущего преобразования, алгоритмы управления и регулирования выходных параметров, структуру электрической схемы.

3. Показано, что логико-алгебраическое моделирование, в отличие от известных подходов, позволяет аналитически решать широкий круг задач системного анализа и формализованного синтеза информационных и силовых структур интеллектуальных СЭ путем проведения поэтапных преобразований: логико-алгебраическая модель-топологическая модель-электрическая схема в элементном базисе реляторов.

4. Разработаны диагностические логико-алгебраические модели силовых полупроводниковых приборов в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора на основе отождествления предметных переменных с контролируемыми параметрами, позволяющие из множества текущих состояний выделять аномальные и аварийные ситуации путем идентификации предметными переменными.

5. Разработаны обобщенные логико-алгебраические модели однофазных и многофазных энергетических преобразований в базисе, соответственно, бинарных и многоместных операций, которые позволяют проводить процедуры формализованного синтеза однофазных интеллектуальных СЭ в элементном базисе одноканальных силовых релято-ров и многофазных интеллектуальных СЭ в элементном базисе многопороговых силовых реляторов, удовлетворяющих критериям функциональной инвариантности при минимальных аппаратурных затратах.

6. Разработана обобщенная логико-алгебраическая модель реля-торного контроллера в базисе многоместных (m-арных) операций предикатной алгебры выбора на основе процедур отождествления предметных переменных с компонентами управляющего кортежа, позво-

ляющего синтезировать т1 алгоритмов управления СЭ путем ситуационной идентификации соответствующей компоненты и осуществлять безинерционный выбор необходимого алгоритма методами коммутационного программирования.

7. Решены задачи логико-алгебраического моделирования в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора и формализованного синтеза специализированных реляторных контроллеров, которые осуществляют коммутационное программирование регулировочных и внешних характеристик широкого круга однофазных и многофазных преобразователей без запаздывания, обусловленного необходимостью выполнения большого объема вычислений в случае использования традиционных микропроцессорных средств.

К практической значимости проведенного исследования следует отнести следующее:

1. Разработаны основы силовой реляторной схемотехники, которая позволяет в едином, унифицированном элементном базисе осуществлять синтез информационной и силовой структур интеллектуальных СЭ. Представлена широкая номенклатура многофункциональных схемных элементов - одноканальных и многопороговых силовых реля-торов, обладающих за счет широких алгоритмических, комбинаторных возможностей высокой концентрацией воспроизводимых логических и энергетических преобразований, что позволяет минимизировать аппаратурные затраты по сравнению с традиционными схемотехническими решениями (а.с. СССР 944004, 1201973, 1267551, 1610553, 1746461, 1769314, патент РФ 2211484).

2. Поставлены и решены задачи логико-алгебраического моделирования типовых энергетических преобразований (выпрямление, автономное инвертирование, непосредственное преобразование частоты, преобразование и регулирование постоянного напряжения), каждое из которых воспроизводится одноканальным силовым релятором, обеспечивающего, в отличие от традиционных преобразователей, принципиальную возможность программного задания текущего преобразования без наращивания объема аппаратурных затрат.

3- Разработаны на основе логико-алгебраического моделирования методики инженерного проектирования информационных и силовых структур диодно-реляторных СЭ по критериям реализации заданных видов энергетических преобразований, формирования необходимой траектории потребляемого тока, глубокого регулирования выходного напряжения с высоким уровнем коэффициента мощности (патент РФ 2228573).

4. Предложены способ преобразования напряжений, позволяющий осуществлять коммутационное программирование вида текущего энергетического преобразования, и способ параметрического регулирования выходного напряжения, обеспечивающий активную коррекцию коэффициента мощности и высокую эффективность энергоотбора от питающей сети во всем диапазоне регулирования. Предложенные способы могут быть реализованы одноканальными силовыми реляторами с минимальными аппаратурными затратами (патент РФ 2215363).

5. Разработаны специализированные реляторные контроллеры, реализующие безинерционные алгоритмы коммутационного перепрограммирования формы внешних характеристик и обладающие однородной, регулярной структурой, ориентированной на интегральную технологию изготовления.

6. Предложены способы широтно-импульсной модуляции, основанные на прямом преобразовании вида «аналог-аналог» без промежуточного формирования цифровых потоков, и аппаратурной реализации с минимальными затратами в виде специализированных реляторных контроллеров, которые позволяют осуществлять процедуры коммутационного перепрограммирования необходимой регулировочной характеристики в течение одного тактового интервала.

На защиту выносятся следующие новые результаты и научные положения:

1. Методология логико-алгебраического моделирования интеллектуальных СЭ в базисе операций предикатной алгебры выбора на основе отождествления предикатных и предметных переменных с параметрами информационного и энергетического процессов.

2. Методы и алгоритмы формализованного схемотехнического синтеза информационных и силовых структур интеллектуальных СЭ на основе отображения логико-алгебраических моделей в структурные электрические схемы посредством элементного базиса реляторов.

3. Многофункциональные схемные элементы - одноканальные и многопороговые силовые реляторы, обладающие высокой концентрацией воспроизводимых логических и энергетических преобразований и служащие адекватным элементным базисом для проектирования интеллектуальных СЭ.

4. Методы логико-алгебраического моделирования однофазных интеллектуальных СЭ в базисе бинарных операций и алгоритмы формализованного синтеза информационных и силовых структур в элементном базисе одноканальных силовых реляторов.

5. Методы логико-алгебраического моделирования многофазных интеллектуальных СЭ в базисе многоместных операций и алгоритмы

формализованного синтеза информационных и силовых структур в элементном базисе многопороговых силовых реляторов.

6. Методы схемотехнического синтеза диодно-реляторных преобразователей на основе логико-алгебраических моделей, вариации условий отождествления предметных и предикатных переменных с параметрами информационного и энергетического процессов по критериям обеспечения заданных функциональных свойств и минимизации аппаратных затрат.

7. Методы логико-алгебраического моделирования и формализованного синтеза специализированных реляторных контроллеров, реализующих алгоритмы коммутационного программирования внешних и регулировочных характеристик интеллектуальных СЭ.

Апробация результатов работы. Материалы, составляющие основу диссертации, обсуждались на следующих конференциях:

• V Всесоюзная конференция по инженерным проблемам термоядерных реакторов (Ленинград, 10-12 октября 1990). - М.: ЦНИИато-минфом, 1990 г.;

• Всесоюзная научно-техническая конференция «Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники». - М.: ВЭИ, 1990 г.;

• Всероссийская научно-техническая конференция «Методы и средства измерения в системах контроля и управления». - Пенза, 2001 г.;

• Международная конференция «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике» (15-17 мая 2001 года). - Ульяновск, 2001 г.;

• Международная научно-техническая конференция по мягким вычислениям и измерениям SCM'2001. - Санкт-Петербург, 2001 г.;

• VI Международная научно-техническая конференция «Наука-сервису».-Москва, 2001 г.;

• Международная конференция «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике» (14-16 мая 2002 года). - Ульяновск, 2002 г.;

• VII Международная научно-практическая конференция «Наука-индустрии сервиса» (22-23 апреля 2002 года). - Москва, 2002 г.;

• Международная конференция «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике» (13-15 мая 2003 года). - Ульяновск, 2003 г.;

• V Всероссийская научная конференция «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем». - Чебоксары, 2003 г.;

• VI Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям SCM'2003. - Санкт-Петербург, 2003 г.;

• Научно-практические конференции профессорско-преподавательского состава ТГАС 1998-2003 г.г.

Реализация результатов работы. Теоретические результаты и практические разработки, в том числе защищенные патентами Российской Федерации, использованы в промышленных системах, серийно выпускаемых научно-производственной компанией «Энер-гия-Т» (г. Тольятти):

• многофункциональные тиристорные пускатели ТПТ-50/0,4-УХЛ4, ТПТ-150/0,4-УХЛ4, ТПТ-250/0,4-УХЛ4 - для частых пусков нагруженных асинхронных двигателей общепромышленного применения, автоматического ввода резерва в системах гарантированного электроснабжения файл-серверов, рабочих станций, локальных вычислительных сетей, отмеченные положительными отзывами эксплуатирующих организаций, в частности ВоГЭС им. В И. Ленина;

• многофункциональные прогрузочные устройства переменного тока ПН-00Е-10к-УХЛ4 - для настройки параметров электронных защит полупроводниковых и электромагнитных автоматических выключателей, отмеченных большой золотой медалью Кузбасской политехнической выставки;

• многофункциональные полупроводниковые преобразователи ТМП-1000/10/0,4 (500/2000) - У1 совместно разработаны и использованы с ОАО «ЭЛУР» (г. Раменское) и НИЦ «Регулируемые электротехнические комплексы» ГУП «Всероссийский электротехнический институт им. В.И. Ленина».

Результаты диссертационной работы использованы в системах вторичного электропитания автоматизированных контрольно-измерительных комплексов лабораторий ЭМС-центра АВТОВАЗа для снижения уровня кондуктивных помех и повышения качества испытаний автомобильной электроники.

Вопросы, отраженные в диссертации, излагаются в лекционных курсах «Цифровые устройства и микропроцессоры», «Электропитание и основы электромеханики», «Аналоговые электронные устройства», которые автор разработал и читает студентам специальности «Бытовая радиоэлектронная аппаратура» Тольяттинской государственной академии сервиса.

Публикации. Материалы и результаты диссертации нашли отражение в следующих публикациях: одна монография, 30 статей и тези-

сов докладов, включая шесть статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 11 авторских свидетельств и патентов.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 265 с. машинописного текста, содержит введение, пять глав, заключение, список литературы из 133 наименований, 8 приложений и иллюстрируется 61 рис.

Личный вклад автора. Все основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации получены автором впервые и лично. Монография написана автором единолично. В работах, выполненных в соавторстве, автор является инициатором (выдвигал идею, формулировал задачу, определял пути ее решения). Все работы по внедрению и практическому использованию результатов научных исследований проведены под руководством и личном участии автора.

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы основная цель и задачи работы, определены методы исследования, подчеркнута научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены сведения о результатах практического использования выполненных исследований.

В первой главе на основе сравнительного анализа предметно-ориентированных математических логик, нашедших практическое применение, доказана адекватность задачам интеллектуализации СЭ логико-алгебраического аппарата предикатной алгебры выбора (ПАВ), операции которой инвариантны характеру переменных и распространяются на бинарную (двузначную), дискретную (многозначную), аналоговую (непрерывную) области значений переменных, позволяя формализовать описание как непрерывных энергетических, так и дискретных информационных процессов.

Основу теории ПАВ составляют бинарные операции предикатных дизъюнкции (V), конъюнкции (А)

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

КУх,Уг) = УГ~Р+У1-Р

и унарная операция диаметральной инверсии

0)

У, =2-у -у,

где - предметные переменные, в общем случае любые математи-

ческие объекты и физические параметры, удовлетворяющие условиям поглощения и выделения -

центр области определения соответствующей предметной

переменной; - двоичный предикат, прини-

мающий значение из двухэлементного множества -

предикатные переменные (действительные числа);

Бинарным операциям (1), (2) соответствуют предикатные графы, показанные на рис.1, передачи ветвей которых определяются значениями предикатов . ПАВ-функции, записанные через определяющие операции (1), (2), могут отображаться в топологические модели, построенные в формализе графов Мэзона.

Предикатные дизъюнкция (1) и конъюнкция (2) воспроизводят операции альтернативного выбора одной из предметных переменных (либо у1, либо уг), которые широко используются как при решении информационно-логических задач управления и регулирования (широт-но-импульсная модуляция, двухпозиционное релейное регулирование и т.д.), так и в процессе реализации энергетических преобразований (выпрямление, инвертирование и т.д.).

Для решения задач интеллектуализации СЭ в качестве двоичных предикатов целесообразно использование единичных функций (оператор Хависайда)

позволяющих бинарные операции ПАВ-дизъюнкции и ПАВ-конъюнкции определять соотношениями

а)

б)

Рис. 1

УО'рЗ',)^, •/(*, ~Хг) + Уг ~х,)> (3)

ЛО>„У,) = Л '/(*»-*») + Л ' 1 ~ (4)

Переход от бинарных предикатных операций (1), (2) с областью отправления {>*,,..•,.у,} к базовым ПАВ-операциям (3), (4), областью отправления которых являются два множества переменных {у.....,ув} и

{х,,...,.*„}, существенно расширяет функциональные возможности последних, поскольку в задачах силовой электроники предметные переменные {>",,...могут отождествляться с параметрами энергетического процесса (напряжение, ток), а предикатные переменные - с параметрами информационного процесса.

Базовые ПАВ-операции (3), (4) позволяют аппроксимировать ли-нейно-изломные, линейно-разрывные и линейно-изломно-разрывные функции с одной или двумя точками излома и (или) разрыва, к классу которых относятся функции мгновенных значений выходных параметров однофазных силовых преобразователей с одно- или двукратными коммутациями силовых ключей на периоде питающего напряжения.

Базовые ПАВ-операции (3), (4) посредством предметной суперпозиции обобщаются на произвольное множество предметных и предикатных переменных и преобразуются в многомест-

ные, m-арные, операции ПАВ-дизъюнкции и ПАВ-конъюнкции соответственно

.....У.) = >•, -а, +Л - а2 +-+У, (5)

Л(у,.....У„)~У1 •ах+уг-аг+... + уя-ат, (6)

где - весовые коэффициенты, удовлетворяющие условиям ком-

плементарности

а, +а, +...+«„ =1, (7)

а{+аг+...+ат =1, (8)

и определяемые в общем случае соотношениями

"«"А'Пй^0^ =Я-П/,у€(°'1}' (9)

Многоместные ПАВ-операции (5), (6) осуществляют альтернативный выбор одной из «т» предметных переменных и позволяют аппроксимировать с любой наперед заданной точностью линей-но-изломные, линейно-разрывные и линейно-изломно-разрывные

функции с произвольным количеством точек излома и(или) разрыва, к классу которых относятся функции мгновенных значений выходных параметров многофазных (т-фазных) силовых преобразователей, а также однофазных силовых преобразователей с многократной коммутацией силовых ключей на периоде питающего напряжения. Многоместные ПАВ-операции (5), (6) позволяют синтезировать широкий класс ПАВ-функций путем циклического сдвига предметных переменных относительно «неподвижных» весовых коэффициентов, т.е. осуществлять алгоритмы коммутационного программирования необходимой функции.

Во второй главе разработаны основы силовой реляторной схемотехники, позволяющей в едином, унифицированном элементном базисе осуществлять синтез информационной и силовой структур интеллектуальных СЭ.

Базовые ПАВ-операции (3), (4) воспроизводит аналоговый логический элемент - одноканальный релятор, который содержит дифференциальный компаратор БЛ, управляющий ключами замыкающего 5 и

размыкающего 5 типов, образующих переключательный канал (рис. 2).

Одноканальный релятор ЯЬ является универсальным схемным элементом для воспроизведения логических операций в аналоговой (континуальной), дискретной (многозначной), бинарной (двоичной) областях и открывает принципиальную возможность реализации информационной части интеллектуальных СЭ в виде специализированного ре-ляторного процессора, совместимого как с цифровыми, так и с аналоговыми системами. Достаточно синтезировать логико-алгебраическую модель в базисе бинарных (3), (4) или многоместных (5), (6) операций и преобразовать ее в топологическую модель для последующей реализации в элементном базисе реляторов.

Мл)

Рис.2

На базе универсального релятора RL можно построить одноканаль-ный силовой релятор RLF с повышенной нагрузочной способностью

ключей переключательного канала, позволяющий синтезировать и силовую часть интеллектуальных СЭ. Показано, что силовой релятор RLF должен воспроизводить семейство ПАВ-функций

»Ъ= А, (10)

где = {0,1};/), = {0,1};А = 1 ■-й,.

Как видно из (10), цифровой сигнал блокирует или

разрешает выполнение ПАВ-операций, а цифровой сигнал

Ок обеспечивает выбор одной из базовых ПАВ-операций ( V ИЛИ Л ).

Обоснована целесообразность практической реализации силовых реляторов на базе гибридных интеллектуальных модулей, обеспечивающих гальваническую развязку информационной и силовой частей и минимизацию за счет встроенных драйверов динамических потерь в ключах переключательного канала. Показано, что в зависимости от комбинаций задающих информационных сигналов и вида питающего напряжения (переменное или постоянное) одноканальный силовой ре-лятор воспроизводит функции однофазного выпрямителя с кодоуправ-ляемой полярностью выходного напряжения, регулятора переменного напряжения, широтно-импульсного регулятора постоянного напряжения и обладает поэтому широкими коммутационно-логическими возможностями, адекватными задачам синтеза интеллектуальных СЭ.

Для аппаратной реализации многоместных ПАВ-операций (5), (6) предложен одноканальный многопороговый силовой релятор информационная (управляющая) часть которого должна содержать дифференциальных компараторов для формирования

всех бинарных соотношений вида Х,<Х1 • и соответствующих единичных функций 1ц =/(ху—а также обеспечивать возможность блокирования переключательного канала и инверсию весовых коэффициентов цифровыми сигналами соответственно.

Схема одноканального многопорогового силового релятора представлена на рис. 3 и может быть получена путем многократного регулярного наращивания структуры информационной части одноканаль-ного силового релятора. При объединении всех одноименных компара-торных входов многопороговый силовой релятор вырождается по функциональным возможностям в одноканальный силовой релятор.

Процедура распределения предикатных переменных. {х, ...*„} между компараторными входами позволяет осуществлять коммутационное программирование требуемого весового коэффициента и варианта его присваивания одной из предметных переменных . Многопороговый силовой релятор воспроизводит предикатно-логическую функцию

в общем случае при / Ф ] , и позволяет синтезировать реляторные сети, воспроизводящие семейство ПАВ-функций, производное от многоместных ПАВ-операций (5), (6), с минимальным количеством силовых ключей в переключательном канале.

Доказана физическая реализуемость ПАВ-операций при высокой частоте коммутаций переключательного канала силового релятора, поскольку конечное быстродействие ключей сопровождается только взаимозамещением ПАВ-операций (VЛ ) на коммутационном интервале.

В третьей главе разработаны основы теории логико-алгебраического (ЛА) моделирования однофазных и многофазных СЭ в базисе бинарных и многоместных ПАВ-операций, позволяющей, в отличие от традиционных методов, аналитически решать широкий круг задач системного анализа одновременно протекающих информационных и энергетических процессов и формализовать процедуры схемотехнического синтеза СЭ.

Введено понятие ЛА-модели, под которой понимается аналитическая функция выходной координаты СЭ, записанная через базовые операции ПАВ и отражающая вид энергетического преобразования, алгоритм управления и структуру предикатного графа. Последний служит топологической моделью, позволяющей с помощью формальных процедур получать электрические схемы СЭ в элементном базисе силовых реляторов. Достаточно каждую пару ветвей предикатного графа с взаимно инверсными значениями передач заместить переключательным каналом, а предикатные переменные, определяющие передачи замещаемых ветвей, подать на компараторные входа силового релятора.

Доказано, что семейство ПАВ-функций (10) воспроизводит ЛА-модели разнообразных энергетических преобразований при отождествлении предметных переменных с питающими напряжениями

, а предикатных переменных - с информационными

сигналами: сигналом управления , обычно произвольной формы, и с опорным сигналом развертывающего вида

"»(') = ВД-%и[е(01, (12)

где £/,(<) - модуляционная функция развертывающегося вида, определяющая форму опорного сигнала; 57£и[е(/)] = | ^ ^^ ^^ ^ - знаковая функция, синхронизирующая опорный сигнал с питающим напряжением.

При базовые ПАВ-операции принимают вид

VO'1,^'J) = e(0№, -хг)-1(хг-х= -х2),

а ПАВ-функция (10) воспроизводит ЛА-модель двухполупериодного выпрямления (преобразование АС-БС)

1Г(У,.Уг) = оа ■ -КО ]+£>, •[-*(')№*(*■ (13)

которая показывает, что взаимозамещение базовых ПАВ-операций V Л цифровым сигналом Д, сопровождается изменением полярности выпрямленного напряжения.

Регулируемое выпрямление обеспечивается заданием цифровых сигналов в зависимости от требуемой по-

лярности выпрямляемого напряжения, формированием синфазного с питающим напряжением опорного сигнала развертывающей формы в

соответствии с (12) и фиксацией сигнала управления иу рабочей точки на регулировочной характеристике, вид которой определяется законом изменения модуляционной функции С/„(0

Для реализации нерегулируемого выпрямления достаточно обеспечить = {/0 при котором ЛА-модель (13) вырождается в модуль-функцию

ЩУ„У}) = Аз - Р, -1 <0 I"А"I Ф) |], (14)

инвертированную — |е(/)| или не инвертированную |е(0| в зависимости от значения цифрового сигнала и определяющую предельную величину выпрямленного напряжения.

Формирование цифрового сигнала Оя в виде единичной функции = /[е(/ + пТ)] прии =2,3,4... позволяем трансформировать ПАВ-функцию (13) в ЛА-модель преобразования АС-АС

1Г(у„у2) = 1 е(1) | 1[ф + пТ)], (15)

которая показывает возможность функционирования одноканального релятора в режиме преобразования частоты и формирования выходного переменного напряжения, с частотой в «п» раз меньше частоты напряжения источников питания.

При напряжения источников питания постоянны по

величине и противоположны по знаку, базовые ПАВ-операции принимают вид

а ПАВ-функция (10) воспроизводит ЛА-модель автономного инвертирования (преобразование DC-AC)

= A* - tfVK-l)'Dj-E-Signib-*2), (16)

которая показывает, что взаимозамещение ПАВ-операций циф-

ровым сигналом сопровождается инверсий выходного переменного напряжения. Предложены алгоритмы широтно-импульсного регулирования выходного напряжения путем модуляции цифровых сигналов Da и Dr.

При у, = Е,уг = 0, т.е. при наличии одного источника питающего напряжения, базовые ПАВ-операции принимают вид

а ПАВ-функция (10) воспроизводит ЛА-модель широтно-импульсного регулирования постоянного напряжения (преобразование DC-DC)

W(y„yJ) = 0J5.Dcs-£-{l+[£»s + (rl)'DK]Sign(x, -*,)}. (17) Взаимозамещение базовых ПАВ-операций Л в (17) цифровым сигналом Dr обеспечивает выбор вида регулировочной характеристики, прямого или инверсного в зависимости от направления изменения выходного напряжения (увеличение или уменьшение) при изменении сигнала управления

Разработаны процедуры синтеза ЛА-моделей двухполупериодных СЭ на основе системы ПАВ-функций

у (У,, У2)- МУпУг) = 2-e(t)-I [и, (/) - и, (/)] = е(0 • Sign [к0 (/) - и, (/)],(18)

НУпУг)-У(У„Уг) = ~2-е(0■ I [«.(/)-«,(/)] = -*(/)• Sign [и0(/)-и,(/)],(19)

аппаратурная реализация которых возможна с использованием двух одноканальных силовых реляторов. Получены обобщенные ЛА-модели, ориентированные на аппаратурную реализацию в базисе силовых реля-торов с переключательным каналом мультиплексорного типа

и демультиплексорного типа и„ = Da • -[у, • («,-5.) + ^ -e,)]+5..[y1-(ä.-o1) + >'1 Ч«»-«,)]}^21)

Обоснована необходимость включения токоограничивающего дросселя для снятия ограничений на алгоритмы управления силовыми реляторами и, соответственно, функциональные возможности СЭ в первом случае со стороны нагрузки, что приводит к схеме ключевого преобразователя тока, а во втором случае со стороны источника входного напряжения, что приводит к схеме ключевого преобразователя напряжения. Выполнены преобразования обобщенных ЛА-моделей в топологические модели, построенные в формализе сигнальных графов Мэзона и представляющие собой структурные схемы для последующей реализации в элементном базисе одноканальных силовых реляторов.

Доказано, что многоместные ПАВ-дизъюнкция (5) и ПАВ-конъюнкция (6) при отождествлении предметных переменных уу-..уя с питающими напряжениями (е, ...£„)

служат адекватными операциями для синтеза ЛА-моделей многофазных силовых преобразователей.

Форма питающих напряжений е1...ея не налагает ограничений на допустимость процедур отождествления с предметными переменными У\'"Уя> но в значительной степени определяет структуру весовых коэффициентов а,,а/. Если питающие напряжения е^..ея образуют симметричную m-фазную систему, то можно составить ситуационные соотношения, каждое из которых сохраняет справедливость на одном интервале повторяемости

Интервал 1: е'м <... < е'т-л < е'т < е\ > е г > е з >... > е*< Интервал 2: е'м <... < е"« < е\ <е г > е*з > е*« >... > е'м Интервал 3: ем <...<е'\ <е\ <е'з >е* >е\...>е'м . (22)

Интервал т:

е I <...<е т-г<е *-\<е „>е 1>е г>...> е ¡-1

Ситуационные соотношения (22) позволяют определить значения весовых коэффициентов а, И а) многоместных ПАВ-операций (5), (6) соответственно. Для этого каждому бинарному неравенству вида

ставится в соответствие единичная функция произведение которых определяет соответствующий весовой коэффициент и приводится к виду

(23)

Весовые коэффициенты, определенные согласно (23), удовлетворяют условию комплементарности (7). Поэтому в пределах произвольного интервала повторяемости только один весовой коэффициент при-

нимает единичное значение, причем для / -ГО интервала повторяемости а,=1, а все ак =0 при кФ1 . На рис. 4 приведены временные диаграммы, наглядно показывающие процесс формирования одного из весовых коэффициентов, в частности весового коэффициента -а,. Остальные весовые коэффициенты а, формируются аналогичным образом.

Рис.4

Операция многоместной ПАВ-дизъюнкции (5) при указанных условиях отождествления предметных переменных и значениях весовых коэффициентов (23) преобразуется в

ЛА-модель т-фазного однополупериодного выпрямителя с положительным выпрямленным напряжением, осуществляющего питание нагрузки поочередным подключением одного из т -фазных напряжений в последовательности возрастания порядкового номера на время, равное интервалу повторяемости

.,(26)

В аналогичных условиях операция многоместной ПАВ-конъюнкции преобразуется в

ЛА-модель m-фазного однополупериодного выпрямителя с отрицательным выпрямленным напряжением.

Введение цифровых переменных в качестве цифровой

части задающего кода позволяет объединить (24) и (25) в многоместную ПАВ-функцию

W(yv..y.) = Da -^.[д, -о, -a. +(-l)-ÎW. J

которая является ЛА-моделью m-фазного однополупериодного преобразователя с положительными при Д, = 1, отрицательными при D„ = 0 и нулевыми при Da =0 значениями выходного напряжения. Периодическая модуляция значений цифровых переменных позволяет, как видно из (26), формировать практически любую необходимую траекторию выходного напряжения, т.е. задавать различные виды преобразований, в частности AC—DC, AC—AC.

На основе свойства согласованности базовых ПАВ-операций относительно операции арифметического сложения доказана возможность использования ПАВ-функций (24), (25) для формирования ЛА-моделей т -фазных двухполупериодных преобразователей. При указанных выше условиях отождествления предметных переменных свойство согласованности может быть записано в виде

Ще,...ет)+М(е,...ея) = е,+...+ея, приводящему для симметричной m-фазной системы к равенству

FF(e,...eJ = -M(e,...0, (27)

где W есть либо V, либо Л ; М есть либо Л , либо V.

Равенство (27) подтверждает полученное ранее заключение о том, что взаимозамещение многоместных ПАВ-операций сопро-

вождается изменением знака выходного напряжения, и позволяет составить систему ПАВ-функций

У(е, ...eJ-A(e, ...ej = 2-V-(e, ...0 = -2-Л(г, -Ц

A(el...em)-V(el...em) = -2-V-(el...eJ = 2-A(ei...em)j

которую можно рассматривать в качестве ЛА-модели т -фазного двухполупериодного преобразователя, если операция многоместной ПАВ-дизъюнкции определена согласно (24), а операция многоместной ПАВ-конъюнкции определена согласно (25). Как видно из сравнения

(28)

(28) с (24) и (25), выходное напряжение удваивается по величине, а полярность по-прежнему задается выбором системы весовых коэффициентов.

Разработана методика преобразования ЛА-моделей в электрические схемы информационных и силовых структур многофазных СЭ посредством топологических отображений в виде предикатных графов, позволяющая формализовать процедуры схемотехнического синтеза с минимальными аппаратурными затратами в элементном базисе многопороговых силовых реляторов.

В четвертой главе на основе законов и свойств ПАВ разработаны методики формализованных преобразований обобщенных логико-алгебраических моделей в практические схемы преобразователей напряжения, отвечающих критериям обеспечения с минимальными аппаратурными затратами заданных информационных и энергетических преобразований.

Показано, что обобщенная ЛА-модель (21) при дополнительных ограничениях на предметные и предикатные переменные преобразуется в ЛА-модель

и„ = 0.5 •£/„•{ 1 - • - и,)} (29)

диодно-реляторного преобразователя с токоограничивающим дросселем в цепи источника питания , как показано на рис. 5.

Анализ ЛА-модели (29) позволяет отметить совпадение структуры диодно-реляторного преобразователя в пределах полупериода питающего напряжения со структурой импульсного преобразователя DC-DC повышающего типа. Отличие состоит в том, что в диодно-реляторном преобразователе сохраняется свойство инвариантности к форме входного напряжения и способность реализации преобразований AC-DC, DC-DC с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения, а также возможность бестрансформаторного повышения выходного напряжения.

Аналогичным образом обобщенная ЛА-модель (20) может быть преобразована в ЛА-модель

и„ =e(t){I(u,-uf)-I[e(t)] + I(up-u,)-l[em, (30)

диодно-реляторного преобразователя с токоограничивающим дросселем LH в цепи нагрузки, как показано на рис. 6.

Рис.6

ЛА-модель (30) показывает возможность реализации преобразований AC-DC, DC-DC с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения в диапазоне, не превышающем входное напряжение. При постоянном напряжении входного источника диодно-реляторный преобразователь вырождается в типовой импульсный преобразователь DC-DC понижающего типа.

Свойство функциональной инвариантности диодно-реляторных преобразователей повышающего и понижающего типов позволяет существенно, не менее чем в два раза, сократить аппаратурные затраты во многих практических приложениях, в частности, при реализации на их основе бесперебойных источников питания компьютерной и офисной техники.

На основе аппроксимации входного напряжения в базисе многоместных ПАВ-операций разработана ЛА-модель диодно-реляторного преобразователя повышающего типа, позволяющего за счет введения в силовой релятор дополнительного информационного переключательного канала совместить функции преобразования AC-DC и формирования необходимой траектории потребляемого тока с целью повышения коэффициента мощности (рис. 7).

Рис.7

Условие поддержания предельной величины коэффициента мощности в процессе преобразования AC-DC можно представить в предикатно-логической форме

e(t) Ш

I, • а, +«, ■ а, +...+• а_, +1„ ■ а. +.

• = const, (31)

а необходимый режим импульсной модуляции ключей , Б,, силового переключательного канала определить после выполнения процедуры отождествления предметных и предикатных переменных

у, = «л(и); уг = 'я(л); = ^,-{'*/-1»/7(01}; х2 = г,

(32)

где ел, /л - среднее значение питающего напряжения и потребляемого тока на соответствующем интервале преобразования Тп(п)', К^г, - коэффициент передачи и сопротивление датчика DT потребляемого тока (рис. 7); Ъ - предикатно-логическая функция, формируемая информационным переключательным каналом 5, — силового релятора ЯЬБ;

(и) ,11„{.п) - нарастающий и спадающий на интервале преобразования участки потребляемого тока.

Линейно-изломная в пределах каждого интервала преобразования 7» функция потребляемого тока записывается с учетом (32) и бинарных ПАВ-операций (3), (4) в виде

*,(«) = А, ■и1(п)-1(г-х1)+11„(п)-1(х,-г)}+

удобном для определения характера функции управления

которая должна обеспечивать перемещение изображающей точки при увеличении или уменьшении предикатной переменной (потребляемого тока) по петле гистерезиса до «упоров», задаваемых предметными переменными у, и y^ на входах информационного переключательного канала

Фиксированное значение предметной переменной уА = 0 обеспечивает нулевые начальные условия на границах каждого интервала преобразования и минимизацию динамических потерь в силовом переключательном канале а предметная переменная для выполнения в процессе импульсной модуляции условия (31) должна изменяться пропорционально питающему напряжению и формироваться датчиком напряжения DH (рис. 7)

У> = К,-1 е(01,

где Кг - коэффициент передачи датчика напряжения DH.

С учетом принятых ограничений для предметных переменных уг, функция управления принимает значения

-{о''

И01 пРи 'я С) е «¿00 пРи 'я(')е/>)

и обладает адаптивной шириной гистерезиса, повторяющей изменения питающего напряжения е(^). Для формирования требуемой функции управления Ъ достаточно информационный переключательный канал — соединить по схеме реляторного гистерона. Исследованы режимы формирования потребляемого тока, разработана методика выбора параметров диодно-реляторного преобразователя, показана возможность параметрического регулирования выходного напряжения изменением коэффициента передачи Кг датчика напряжения DH. При этом обеспечивается линейность регулировочной характеристики и коррекция коэффициента мощности.

Разработана ЛА-модель и на ее основе методика выбора параметров диодно-реляторного преобразователя с двухканальным датчиком входного напряжения, обеспечивающего глубокое регулирование выходного напряжения при сохранении предельной величины коэффициента мощности и неизменного уровня динамических потерь в ключах силового переключательного канала во всем диапазоне регулирования (рис. 8).

ствляются с сигналами датчика DH входного напряжения , для силового переключательного канала предметные переменные отождествляются с потребляемым током

Коэффициенты передачи Kt > Кн двухканального датчика входного напряжения DH обеспечивают соотношение предметных переменных

Уи>Ум-

Предикатная переменная отождествляется с

выходным сигналом датчика DT потребляемого тока, а предикатная переменная х, — с ПАВ-функцпей Z гпстерезпсного типа, формируемой информационным переключательным каналом St — S I Z = x, =|ф)| [Kl-HZ-x1)+KH-I(x1~Z)].

Показано, что поддержание обеспечивает

квазисинусоидальную форму потребляемого тока и предельную величину коэффициента мощности при за счет неизменности про-должительностей фазы накопления энергии в дросселе, интервалов преобразования и уровня пульсаций потребляемого тока Параметрическое регулирование выходного напряжения осуществляется изменением коэффициента передачи датчика входного напряжения DH. Высокая эффективность отбора энергии от питающей сети сохраняется во всем диапазоне регулирования выходного напряжения при практически неизменном уровне динамических потерь в ключах силового переключательного канала.

В пятой главе разработаны методы логико-алгебраического моделирования и схемотехнического синтеза в элементном базисе универсальных реляторов специализированных контроллеров, обеспечивающих интеллектуализацию СЭ путем коммутационного программирования регулировочных и внешних характеристик.

Разработана обобщенная ЛА-модель реляторного контроллера в базисе многоместных ПАВ-операций на основе процедур отождествления предметных переменных с компонентами управляющего кортежа, позволяющего осуществлять синтез алгоритмов управления СЭ путем ситуационной идентификации соответствующей компоненты. Множество теоретически возможных алгоритмов управления определяется порядком (т) многоместных ПАВ-операций и достигает значения ml. Показано, что аппаратурная реализация ситуационного управления на базе ранжирующего процессора позволяет минимизировать запаздыва-

ние управляющего воздействия и продолжительность процедур коммутационного программирования необходимого алгоритма управления.

Предложен способ представления уравнений естественных внешних характеристик (ЕВХ) силовых преобразователей в обобщенном виде (рис. 9)

где. и = и/и( - относительная величина выходного напряжение - выходное напряжение холостого хода, принятое в качестве базовой величины; функционал управления, определяющий характер влияния регулирующего параметра на вид внешней характеристики, например, угла включения при импульсно-фазовом управлении или относительной продолжительности включения у при широтно-импульсной модуляции; кн - коэффициент нелинейности внешней характеристики, величина которого определяется в общем случае схемой силового преобразователя, значением регулирующего параметра и характером нагрузки; - относительная величина выходного тока;

- ток короткого замыкания на выходе силового преобразователя, принятый в качестве базовой величины.

Рис.9

Для использования многоместных ПАВ-операций (5), (6) в рассматриваемой предметной области необходимо предварительно осущест-

вить процедуру отождествления предметных переменных у^...,уя с напряжениями и'т.....и'т)

Ух = "о,: Уг = и'т ' • • У.= "(.)» (33)

а предикатных переменных х„...,хя -стоками ;*),...)1'"|>)

— '(1) » Хг ~ '(!) > •*■ Хт —'<«)» (34)

которые принадлежат'одноименным ветвям семейства ЕВХ и связаны между собой соотношениями (рис. 9)

"<о=те^и ^"(0=^.

"<W,<2)(-)-V<:>, при = const.

«cWro-VC, "Я* =«>«*.

(35)

Совместное решение (5), (6) и (35) с учетом условий отождествления (33), (34) позволяет получить ПАВ-функции

А = к -^'"Ч-)]1** '"> (36)

/:=1д-со+д -^о+.-.+д. -/г(•)]-*„ (37)

которые доказывают принципиальную возможность коммутационного программирования искусственных внешних характеристик в пределах поля ЕВХ путем формирования и перестановок весовых коэффициентов (А,...,Д.) и(Д,...,Дя).

Весовые коэффициенты ßk,ßk определяются произведением единичных функций вида /(Г - ¿*4)) , в которых текущее значение выходного тока i силового преобразователя сравнивается с одним из опорных значений количество которых выбирается равным числу ветвей семейства ЕВХ и порядку «m» многоместных ПАВ-операций

Весовые коэффициенты ___,/?„) формируются согласно (9) инверсией единичных функций в соотношениях (38).

Анализ ПАВ-функций (36), (37) показывает, что коммутационное программирование ИВХ осуществляется переключением ветвей семейства ЕВХ в опорных точках , например, как показано на рис. 9.

Необходимо отметить, что инверсия единичных функций в (38) происходит при одновременном изменении знака выходного тока силового преобразователя и кортежа опорных значений Поэтому система многоместных ПАВ-операций (5), (6) позволяет аппроксимировать внешние характеристики силовых преобразователей, расположенные как в I квадранте (и* > 0,1* > 0) , так и во II квадранте

(и* > 0,1* < 0) . Для аппроксимации внешних характеристик только в одном квадранте достаточно одной многоместной ПАВ-операции.

Взаимозамещение предметных и предикатных переменных

в (33), (34) позволяет построить ПАВ-функции, аналогичные (36), (37)

для аппроксимации внешних характеристик в III (и* <0,1* <0) и IV

квадрантах. При этом в качестве текущей координаты

необходимо использовать выходное напряжение силового преобразователя.

Обосновано применение ПАВ-аппроксимаций внешних характеристик в качестве ЛА-моделей, отображающих посредством топологических моделей структурную схему специализированного реляторного контроллера, осуществляющего коммутационное программирование формы искусственной внешней характеристики в пределах поля естественных внешних характеристик. Разработаны специализированные контроллеры внешних характеристик на базе позиционных мультиплексоров, позволяющие осуществлять практически мгновенный переход на новую ветвь искусственной внешней характеристики и обладающие однородной, регулярной структурой, адаптированной для применения интегральных технологий изготовления.

Показана возможность использования одноканального универсального релятора при соответствующих условиях отождествления предметных и предикатных переменных в качестве простейшего ШИМ-контроллера. Предложен способ широтно-импульсной модуляции с программируемой формой опорного сигнала, позволяющий с помощью процедур коммутационного программирования формировать необходимый вид регулировочной характеристики СЭ. В базисе многомест-

ных ПАВ-операций разработана ЛА-модель реляторного аппроксима-тора временных функций, осуществляющего за счет прямого преобразования типа «аналоговый сигнал-аналоговый сигнал» перепрограммирование формы опорного сигнала и, соответственно, вида регулировочной характеристики в течение одного тактового интервала.

Методами логико-алгебраического моделирования в базисе многоместных ПАВ-операций разработан предикатно-логический контроллер с непосредственным преобразованием сигнала управления в

соответствуюгций временной интервал Ти , коммутационным программированием характера функциональной зависимости и вида регулировочной характеристики. Предикатно-логический контроллер способен функционировать как в режиме широтно-импульсного регулирования, так и в режиме импульсно-фазового управления, обеспечивая сочетание высокой помехоустойчивости, характерных для аналоговых развертывающих устройств, с программной гибкостью, характерной для цифровых систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения комплекса научно-технических исследований решена научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение: разработана методология логико-алгебраического моделирования и формализованного синтеза интеллектуальных СЭ, отвечающих критериям функциональной инвариантности, алгоритмического управления функциональными ресурсами, минимизации аппаратурных затрат. К числу наиболее важных относятся следующие результаты:

1. Предложен и развит новый подход к решению задач интеллектуализации СЭ за счет повышения концентрации видов воспроизводимых энергетических преобразований, основанный на логико-алгебраическом аппарате предикатной алгебры выбора, базовые операции которой, в отличие от традиционных математических логик, распространяются на бинарную, дискретную, континуальную области значений переменных и аппаратно воспроизводятся универсальными схемными элементами - одноканальными реляторами.

2. Разработаны методы логико-алгебраического моделирования СЭ в функционально полном базисе унарной, бинарных и многоместных операций предикатной алгебры выбора, основанные на процедурах

отождествления предметных и предикатных переменных с параметрами информационного и энергетического процессов и позволяющие формировать на единой методологической основе логико-алгебраические модели, отражающие виды воспроизводимых энергетических преобразований, способы программного задания текущего преобразования, алгоритмы управления и регулирования выходных параметров, структуру электрической схемы.

3. Доказано, что логико-алгебраическое моделирование, в отличие от известных подходов, позволяет аналитически решать широкий круг задач системного анализа и формализованного синтеза информационных и силовых структур интеллектуальных СЭ путем проведения поэтапных преобразований: логико-алгебраическая модель-топологическая модель-электрическая схема в элементном базисе реляторов.

4. Разработаны диагностические логико-алгебраические модели силовых полупроводниковых приборов в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора на основе отождествления предметных переменных с контролируемыми параметрами, позволяющие из множества текущих состояний выделять аномальные и аварийные ситуации путем идентификации предметными переменными.

5. Разработаны основы силовой реляторной схемотехники, которая позволяет в едином, унифицированном элементном базисе осуществлять синтез информационной и силовой структур интеллектуальных СЭ. Представлена широкая номенклатура многофункциональных схемных элементов - одноканальных и многопороговых силовых реля-торов, обладающих за счет широких алгоритмических, комбинаторных возможностей высокой концентрацией воспроизводимых логических и энергетических преобразований, что позволяет минимизировать аппаратурные затраты по сравнению с традиционными схемотехническими решениями.

6. Поставлены и решены задачи логико-алгебраического моделирования типовых энергетических преобразований (выпрямление, автономное инвертирование, непосредственное преобразование частоты, преобразование и регулирование постоянного напряжения), каждое из которых воспроизводится одноканальным силовым релятором, обеспечивающего, в отличие от традиционных преобразователей, возможность программного задания текущего преобразования без наращивания объема аппаратурных затрат.

7. Разработаны обобщенные логико-алгебраические модели однофазных и многофазных энергетических преобразований в базисе, соответственно, бинарных и многоместных операций, которые позволяют

проводить процедуры формализованного синтеза однофазных интеллектуальных СЭ в элементном базисе одноканальных силовых релято-ров и многофазных интеллектуальных СЭ в элементном базисе многопороговых силовых реляторов, удовлетворяющих критериям функциональной инвариантности при минимальных аппаратурных затратах.

8. Разработаны на основе логико-алгебраического моделирования методики инженерного проектирования информационных и силовых структур диодно-реляторных СЭ по критериям реализации заданных видов энергетических преобразований, формирования необходимой траектории потребляемого тока, глубокого регулирования выходного напряжения с высоким уровнем коэффициента мощности.

9. Предложены способ преобразования напряжений, позволяющий осуществлять коммутационное программирование вида текущего энергетического преобразования, и способ параметрического регулирования выходного напряжения, обеспечивающий активную коррекцию коэффициента мощности и высокую эффективность энергоотбора от питающей сети во всем диапазоне регулирования. Предложенные способы реализованы одноканальными силовыми реляторами с минимальными аппаратурными затратами.

10. Разработана обобщенная логико-алгебраическая модель реля-торного контроллера в базисе многоместных (m-арных) операций предикатной алгебры выбора на основе процедур отождествления предметных переменных с компонентами управляющего кортежа, позволяющего синтезировать т! алгоритмов управления СЭ путем ситуационной идентификации соответствующей компоненты и осуществлять безинерционный выбор необходимого алгоритма методами коммутационного перепрограммирования.

11. Решены задачи логико-алгебраического моделирования в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора и формализованного синтеза специализированных реляторных контроллеров, которые осуществляют коммутационное программирование регулировочных и внешних характеристик широкого круга однофазных и многофазных преобразователей без запаздывания, обусловленного необходимостью выполнения большого объема вычислений при использовании традиционных микропроцессорных средств.

12. Разработаны специализированные реляторные контроллеры, реализующие безинерционные алгоритмы коммутационного перепрограммирования формы внешних характеристик и обладающие однородной, регулярной структурой, ориентированной на интегральную технологию изготовления.

13. Предложены способы широтно-импульсной модуляции, основанные на прямом преобразовании вида «аналог - аналог» без промежуточного формирования цифровых потоков, и аппаратурной реализации с минимальными затратами в виде специализированных релятор-ных контроллеров, которые позволяют осуществлять процедуры коммутационного перепрограммирования необходимой регулировочной характеристики в течение одного тактового интервала.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кувшинов А.А. Синтез интеллектуальных систем электропитания в элементном базисе универсальных и силовых реляторов. - М.: Радио и связь, 2003. - 140 с.

2. Абрамов Г.Н., Кувшинов А.А. Силовой релятор на гибридных интеллектуальных модулях // Проблемы и решения современной технологии: Сб. науч. тр. ПТИС. Вып.9. - Тольятти: Изд-во ПТИС, 2001. - С. 3-8.

3. Абрамов Г.Н., Кувшинов А.А. Однофазный конвертор AC-DC с коррекцией коэффициента мощности на базе силового релятора // Им-пликативная (предикатная) алгебра выбора, непрерывная логика и сопутствующие логико-алгебраические исчисления в прикладных задачах науки и техники: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике - КЛИН-2002» (14-16 мая 2002 г.) / Под ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2002. - Том 2. - С. 58-62.

4. Абрамов Г.Н., Кувшинов А.А. Структурный синтез и выбор параметров импульсно-модулированного однофазного конвертора AC-DC на базе силового релятора по критерию коррекции коэффициента мощности // Информационно-измерительная техника: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 27. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2003. - С. 20-32.

5. Антонов Б.М., Кувшинов А.А., Курносов Б.Д., Лабунцов В.А., Лазарев Н.С., |Стукачев А.В.| Характеристики и конструкция вентильных преобразователей для сверхпроводящих накопителей энергии // Электричество. - 1995. - №8. - С. 23-31.

6. А.с. 944004 (СССР) МКИ Н02М 1/08. Устройство для отбора энергии/ Н.Г. Ахметжанов, А.А.Кувшинов. - № 2728653/24-07; Заявлено 23.02.79; Опубл. 15.07.82, Бюл. № 26.

7. А.с. 1201973 (СССР) МКИ Н02 М 1/08. Устройство для управления последовательно соединенными тиристорами / А.А. Кувшинов. -№ 3458034/24-07; Заявлено 21.06.82; Опубл. 30.12.85 , Бюл. № 48.

8. А.с. 1267551 (СССР) МКИ Н 02 М 1/10. Вентильная ячейка для высоковольтного тиристорного ключа / А.А. Кувшинов. - № 3936988/27-07; Заявлено 30.04.85; Опубл. 30.10.86 , Бюл. № 40.

9. А.с. 1610553 (СССР) МКИ Н 02 М 1/08,Н 02 Н 7/10. Способ управления последовательно соединенными силовыми тиристорами / А.А. Кувшинов. - № 4341781/24-07; Заявлено 28.10.87; Опубл. 30.11.90, Бюл. №44.

10. А.с. 1746461 (СССР) МКИ Н 02 М 7/12. Устройство для защиты силового тиристора высоковольтного вентиля от перенапряжений / А.А. Кувшинов. - № 4806334/07; Заявлено 26.03.90; Опубл. 07.07.92, Бюл. №25.

11. А.с. 1769314 (СССР) МКИ Н02 М 1/00,7/10. Высоковольтный тиристорный вентиль / А.А. Кувшинов. - № 4819979/07; Заявлено 28.04.90; Опубл. 15.10.92, Бюл. № 38.

12. А.с. 1818651 (СССР) МКИ Н 01 Т 15/00. Способ управления срабатыванием отпаянного вакуумного разрядника / А.А. Кувшинов. -№ 4878910/07; Заявлено 29.10.90; Опубл. 30.05.93 , Бюл. № 20.

13. Кувшинов А.А. Компенсация токов утечки емкостного накопителя, подключенного к мостовому управляемому выпрямителю // Электричество. - 1993. - № 4. - С. 18-25.

14. Кувшинов А.А. Моделирование, анализ и синтез интеллектуальных систем электропитания на базе логико-алгебраического аппарата предикатной алгебры выбора // Проблемы и решения современной технологии: Сб.науч.тр. ПГИС, вып.7. - Тольятти: Изд-во ПТИС. 2000. -С. 22-31.

15. Кувшинов А.А. Синтез однофазных конверторов в элементном базисе силовых реляторов на основе логико-топологических моделей // Проблемы и решения современной технологии: Сб. науч. тр. ПТИС. Вып.8. - Тольятти: Изд-во ПТИС, 2001. - С. 19-28.

16. Кувшинов А.А. Логико-алгебраическое моделирование и синтез однофазных конверторов в элементном базисе силовых реляторов // Методы и средства измерения в системах контроля и управления: Материалы Всероссийской научн.-техн. конф./ Под ред. |Е.П. Осадчего|. -Пенза, 2001.-С. 208-211.

17. Кувшинов А.А. Синтез однофазных гибридно-реляторных конверторов методами предикатной алгебры выбора // Реляторные, непрерывно-логические и нейронные сети и модели: Труды международной конференции «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике- КЛИН-2001» (15-17

мая 2001 г.) / Под ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2001. - Т 2. -С. 6-9.

18. Кувшинов А.А. Погрешность силовых реляторов, обусловленная конечным быстродействием переключательного канала // Наука-сервису: Тез. докл. и выступ. - Москва, 2001. - Т. 1. - С. 164-166. VI Международной науч.-техн. конф.

19. Кувшинов А.А. Системный подход к синтезу логико-алгебраических моделей и структур в задачах силовой электроники // Научно-технический калейдоскоп. Серия «Приборостроение, радиотехника и информационные технологии». № 2. - Ульяновск, 2001. -С. 15-26.

20. Кувшинов А.А. Логико-алгебраическое моделирование внешних характеристик силовых конверторов в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора // Импликативная (предикатная) алгебра выбора, непрерывная логика и сопутствующие логико-алгебраические исчисления в прикладных задачах науки и техники: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике -КЛИН-2002» (14-16 мая 2002 г.) / Под ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2002. - Том 2. - С. 63-67.

21. Кувшинов А.А. Синтез логико-алгебраических моделей m-фазных конверторов в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора // Импликативная (предикатная) алгебра выбора, непрерывная логика и сопутствующие логико-алгебраические исчисления в прикладных задачах науки и техники: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике - КЛИН-2002» (14-16 мая 2002 г.) / Под ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2002. - Том 2.-С. 75-79.

22. Патент РФ 2211484 МКИ GO6G7/25, Н02М9/00. Силовой реля-тор/ А.А. Кувшинов. - Опубл. 2003, Бюл. № 24.

23. Патент РФ 2215363 МКИ Н02М9/00, G06G7/25. Способ преобразования напряжения / А.А. Кувшинов. - Опубл. 2003, Бюл. № 30.

24. Кувшинов А.А. Коммутационное программирование внешних характеристик силовых преобразователей в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора // Известия вузов. Электромеханика. - 2003. - № 1. - С. 47-54.

25. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Динамическая погрешность силовых реляторов с конечным быстродействием переключательного ка-

нала // Проблемы и решения современной технологии: Сб. науч. тр. ПТИС. Вып.9. - Тольятти: Изд-во ПТИС, 2001. - С. 6-12.

26. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Предикатная алгебра выбора в задачах силовой электроники // Материалы междн. науч.-техн. конф. по мягким вычислениям и измерениям. SCM'2001. - Санкт-Петербург, 2001.-Т. 2.-С. 161-164.

27. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Логико-топологическая модель программируемого контроллера внешних характеристик силовых конверторов // Импликативная (предикатная) алгебра выбора, непрерывная логика и сопутствующие логико-алгебраические исчисления в прикладных задачах науки и техники: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматема-тика в науке, технике и экономике - КЛИН-2002» (14-16 мая 2002 г.) / Под ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2002. - Том 2. - С. 68-74.

28. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Топологические модели т-фазных конверторов и особенности реализации в элементном базисе реляторов // Импликативная (предикатная) алгебра выбора, непрерывная логика и сопутствующие логико-алгебраические исчисления в прикладных задачах науки и техники: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики исчисления и нейроматемати-ка в науке, технике и экономике - КЛИН-2002» (14-16 мая 2002 г.) / Под ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2002. - Том 2. - С. 80-86.

29. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Синтез интеллектуальных конверторов вида и параметров электрической энергии на основе логико-алгебраических и топологических моделей в элементном базисе универсальных и силовых реляторов // Волгин Л.И. Релятор и реляторная схемотехника: Логико-алгебраические основы и применения. Тематический библиографический указатель, комментарии и приложения / Отв. за вып. Г.Н. Абрамов. - ТГИС, 2003. - С. 143 -173.

30. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Логико-алгебраическое моделирование и синтез информационной и силовой структур m-фазных преобразователей в базисе операций предикатной алгебры выбора // Известия вузов. Электромеханика. - 2003. - № 3. - С. 63-71.

31. Ах. 1510051 (СССР) МКИ Н 02 М 1/08. Устройство для управления последовательно соединенными тиристорами / А.А. Кувшинов, В.В. Орлов. - № 4070243/24-07; Заявлено 03.04.86; Опубл. 23.09.86, Бюл. № 35.

32. Кувшинов А.А., Татаринов Ю.Д., Тараканов В.П. Устойчивость мощного модулятора с управляемым вакуумным разрядником и высоковольтным тиристорным ключом // Электричество. -1989. - № 7. - С. 82-85.

33. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Силовые реляторы для синтеза интеллектуальных систем электропитания электронных средств // Проектирование и технология электронных средств. - 2003. - № 2. - С. 47-54. .

34. Кувшинов А.А. Одноканальный многопороговый силовой реля-тор // Алгебраические логики, импликативная и предикатная алгебры выбора в задачах науки и техники: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические лотки, исчисления и нейрома-тематика в науке, технике и экономике - КЛИН-2002» (г. Ульяновск, 13-15 мая 2003 г.) / Под общей ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: Ул-ГТУ, 2003. - Том 2. - С. 51-56.

35. Кувшинов А.А. Предикатно-логический ШИМ-контроллер с временным квантованием сигнала // Алгебраические логики, имплика-тивная и предикатная алгебры выбора в задачах науки и техники: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике -КЛИН-2002» (г. Ульяновск, 13-15 мая 2003 г.) / Под общей ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2003. - Том 2. - С. 57-63.

36. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Диагностические логико-алгебраические модели силовых полупроводниковых ключей // Алгебраические логики, импликативная и предикатная алгебры выбора в задачах науки и техники: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике - КЛИН-2002» (г. Ульяновск, 13-15 мая 2003 г.) / Под общей ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2003. - Том 2. -С. 64-71.

37. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Реляторный ШИМ-контроллер с программируемой формой опорного сигнала // Алгебраические логики, импликативная и предикатная алгебры выбора в задачах науки и техники: Труды международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике - КЛИН-2002» (г. Ульяновск, 13-15 мая 2003 г.) / Под общей ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2003. - Том 2. - С. 72-79.

38. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Синтез программируемого ШИМ-контроллера в элементном базисе реляторов на основе логико-алгебраических моделей // Информационно-измерительная техника: Межвуз. сб. науч. тр. Вып.28. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2003. -С. 5-8.

39. Кувшинов А.А. Активный выпрямитель с параметрическим регулированием выходного напряжения // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы V

Всерос. науч.-техн. конф. - Чебоксары: Изд-во Чуваш, гос. Ун-та, 2003.-С.57-62.

40. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Синтез логико-алгебраических моделей интеллектуальных преобразователей в базисе операций предикатной алгебры выбора // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы V Всерос. науч.-техн. конф. - Чебоксары: Изд-во Чуваш, гос. ун-та, 2003. - С. 148-154.

41. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Математическая модель реля-торного контроллера на основе континуальных операций предикатной алгебры выбора // VI Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям 8СМ'2003. Санкт-Петербург: Изд-во СП6ТЭТУ «ЛЭТИ», 2003. - Том 2. - С. 82-86.

42. Патент РФ 2228573 МКИ Н02М7/21 Преобразователь переменного напряжения в постоянное / А.А. Кувшинов. - Опубл. 2004, Бюл. №13.

КУВШИНОВ АЛЕКСЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

ЛОГИКО-АЛГЕБРАИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИНТЕЗ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ В ЭЛЕМЕНТНОМ БАЗИСЕ УНИВЕРСАЛЬНЫХ И СИЛОВЫХ РЕЛЯТОРОВ

Специальность 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Подписано в печать с электронного оригинала-макета 12.07.2004. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 2,75. Тираж 100 экз. Заказ 119/02.

Тольяттинская государственная академия сервиса. 445677, г. Тольятти, ул. Гагарина, 4.

1154 4 "î

ВВЕДЕНИЕ.

1.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРЕДИКАТНОЙ АЛГЕБРЫ ВЫБОРА.

1.1. Выбор адекватного аппарата логико-алгебраического моделирования систем электропитания.

1.2. Унарная и бинарные базовые операции предикатной алгебры выбора

1.3. Многоместные ПАВ- операции. Предметная и предикатная суперпозиции.

1.4. Топологические модели бинарных и многоместных ПАВ-операций.

1.5. Представление периодических функций в базисе ПАВ- операций.

1.6. Логико-алгебраические модели силовых полупроводниковых ключей

1.7. Выводы.

2. ЭЛЕМЕНТНЫЙ БАЗИС СИЛОВОЙ РЕЛЯТОРНОЙ СХЕМОТЕХНИКИ.

2.1. Одноканальный релятор: универсальный и силовой.

2.2. Типовая схема включения силового релятора.

2.3. Одноканальный m-пороговый силовой релятор.

2.4. Силовой релятор на гибридных интеллектуальных модулях.

2.5. Динамическая погрешность силовых реляторов с конечным быстродействием переключательного канала.

2.6. Выводы.

3. ЛОГИКО-АЛГЕБРАИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИНТЕЗ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ.

3.1 .Логико-алгебраические модели однофазных интеллектуальных преобразователей в базисе бинарных операций.

3.2.Логико-алгебраические модели многофазных интеллектуальных преобразователей в базисе многоместных операций.

3.3.Синтез однофазных преобразователей в элементном базисе одноканальных силовых реляторов.

3.4.Синтез многофазных преобразователей в элементном базисе ф многопороговых силовых реляторов.

3.5. Выводы.

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ ФОРМАЛИЗОВАННОГО СИНТЕЗА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В ЭЛЕМЕНТНОМ БАЗИСЕ СИЛОВЫХ РЕЛЯТОРОВ

4.1. Диодно-реляторный преобразователь повышающего типа. ф 4.2. Диодно-реляторный преобразователь понижающего типа.

4.3.Диодно-реляторный преобразователь с коррекцией коэффициента мощности.

4.4.Диодно-реляторный преобразователь с расширенным диапазоном регулирования.

4.5. Выводы.

5. СИНТЕЗ ПРОГРАММИРУЕМЫХ РЕЛЯТОРНЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ.

5.1. Общие принципы логико-алгебраического моделирования реляторных контроллеров.

5.2 Логико-алгебраические модели внешних характеристик преобразователей в базисе многоместных операций.

5.3. Синтез реляторного контроллера внешних характеристик.

5.4.Реляторный ШИМ-контроллер с программируемой формой опорного ф сигнала.

5.5.Предикатно-логический ШИМ-контроллер с временным квантованием сигнала.

5.6. Выводы.

Актуальность темы. Автоматизация технологических процессов и интенсивное развитие информационных технологий сопровождаются массовым распространением электронных и вычислительных средств, отличающихся повышенной чувствительностью к качеству питающего напряжения и предъявляющих в этой связи непрерывно растущие требования к системам электропитания (СЭ).

Наряду с традиционными требованиями улучшения массогабаритных и энергетических показателей особое значение придается в настоящее время достижению инвариантности и многофункциональности, позволяющих обеспечить заданные характеристики функционирования в условиях произвольной (искаженной) формы входного напряжения, воздействия внешних возмущений и помех, неполной и нечетко заданной информации о параметрах текущего режима.

Широкий диапазон режимов функционирования, практически всегда отличающихся от номинальных, возможность изменения вида текущего преобразования требуют применения сложных алгоритмов управления СЭ, сочетающих принципы аналоговой и цифровой обработки информации. Интенсивно развивается концепция интеллектуальных распределенных систем управления, связанная с переносом вычислительных ресурсов к исполнительным устройствам. Наиболее полно данная концепция реализована в силовых интегральных схемах, получивших название интеллектуальных благодаря объединению силовых полупроводниковых ключей с аналоговыми и цифровыми компонентами, выполняющими операции управления, защиты, диагностики. Возникшее в результате многообразие и сложность элементной базы при отсутствии формализованных методов синтеза приводит к структурной избыточности в силовых и информационных узлах СЭ, не обеспечивающей ожидаемого расширения функциональных возможностей.

Наиболее перспективным направлением минимизации объема аппаратурных затрат, сокращения номенклатуры элементной базы служит интеллектуализация СЭ за счет перехода к многофункциональным способам осуществления энергетических и информационных преобразований, алгоритмическому управлению функциональными возможностями. Возникает важная научно-техническая проблема создания интеллектуальных СЭ на основе многофункциональных преобразователей, осуществляющих разнообразные, управляемые кодом, виды регулируемого преобразования электрической энергии, например, такие типовые преобразования, как AC-DC, DC-AC, DC-DC, АС-АС, и позволяющих за счет повышения концентрации воспроизводимых энергетических и информационных преобразований обеспечить надежное функционирование в изменяющихся, нечетко заданных условиях. Инвариантность интеллектуальных СЭ к форме входного напряжения и соответственно виду энергетического преобразования (функциональная инвариантность) облегчает решение ряда традиционных задач, таких как энергосбережение за счет повышения качества электропотребления и ресурсосбережение за счет высокой концентрации функциональных ресурсов при минимальном объеме аппаратурных затрат.

Однако разработка указанной проблемы в настоящее время сдерживается вследствии:

- ограниченных возможностей аналитического описания традиционным математическим аппаратом информационных и энергетических процессов, одновременно протекающих в СЭ и обладающих нелинейной динамикой;

- отсутствия адекватного концептуального подхода к задачам системного анализа информационных и энергетических процессов и формализации процедур схемотехнического синтеза интеллектуальных СЭ;

- недостаточной концентрации воспроизводимых известными схемными элементами функций и операций, затрудняющей практическую реализацию интеллектуальных СЭ с минимальными аппаратурными затратами.

Таким образом, существующее противоречие между практической потребностью широкого использования интеллектуальных СЭ, обусловленной массовым распространением электронных и вычислительных средств с одной стороны, и ограниченными возможностями существующих методов аналитического анализа и формализованного синтеза нелинейных систем с другой стороны, определяют актуальность исследований в данном направлении.

Работа выполнялась с 1996 г. по 2004 г. в Тольяттинской государственной академии сервиса и соответствует направлению фундаментальных и прикладных исследований «Интеллектуальные системы», проводимых в рамках федеральной программы «Университеты России - фундаментальные исследования», а Чакже программы «Исследования в области энергосбережения и эффективных электротехнологий» перечня приоритетных направлений фундаментальных исследований, утвержденного Правительственной комиссией Российской Федерации по научно-технической политике 21.07.96 г.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка методологии логико-алгебраического моделирования и формализованного схемотехнического синтеза интеллектуальных СЭ по критериям функциональной инвариантности, алгоритмического управления функциональными ресурсами, минимизации аппаратурных затрат.

Для достижения поставленной в диссертационной работе цели необходимо решить следующие научные задачи:

1. Обосновать адекватность логико-алгебраического аппарата предикатной алгебры выбора задачам системного анализа и схемотехнического синтеза информационных и силовых структур интеллектуальных СЭ.

2. Разработать методы логико-алгебраического моделирования информационных и энергетических процессов однофазных СЭ в базисе бинарных операций, а многофазных СЭ в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора.

3. Разработать многофункциональный элементный базис силовых реляторов, осуществляющих аппаратурную реализацию бинарных и многоместных операций предикатной алгебры выбора и обладающих высокой концентрацией воспроизводимых логических и энергетических преобразований.

4. Разработать формализованные на основе законов предикатной алгебры выбора процедуры преобразований логико-алгебраических моделей в информационные и силовые структуры интеллектуальных СЭ посредством элементного базиса универсальных и силовых реляторов.

5. Провести сопоставление традиционных и разработанных на основе логико-алгебраических моделей интеллектуальных СЭ с целью подтверждения более высокой эффективности последних.

6. Разработать методы логико-алгебраического моделирования и схемотехнического синтеза специализированных реляторных контроллеров, обеспечивающих интеллектуализацию СЭ за счет коммутационного перепрограммирования регулировочных и внешних характеристик в зависимости от вариации параметров нагрузки и питающей сети.

Методы исследования. Для решения поставленной научной проблемы использованы предметно-ориентированные математические логики, в частности непрерывнозначная логика, булева алгебра и их обобщение - предикатная алгебра выбора, а также методы теории электрических цепей и систем, теории графов, классической теории автоматического управления.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые результаты.

1. Предложен и развит новый подход к решению задач интеллектуализации СЭ за счет повышения концентрации видов воспроизводимых энергетических преобразований, основанный на логико-алгебраическом аппарате предикатной алгебры выбора, базовые операции которой, в отличие от традиционных математических логик, распространяются на бинарную, дискретную, континуальную области значений переменных и аппаратно воспроизводятся универсальными схемными элементами - одноканальными реляторами.

2. Разработаны методы логико-алгебраического моделирования СЭ в функционально полном базисе унарной, бинарных и многоместных операций предикатной алгебры выбора, основанные на процедурах отождествления предметных и предикатных переменных с параметрами информационного и энергетического процессов и позволяющие формировать на единой методологической основе логико-алгебраические модели, отражающие виды воспроизводимых энергетических преобразований, способы программного задания текущего преобразования, алгоритмы управления и регулирования выходных параметров, структуру электрической схемы.

3. Показано, что логико-алгебраическое моделирование, в отличие от известных подходов, позволяет аналитически решать широкий круг задач системного анализа и формализованного синтеза информационных и силовых структур интеллектуальных СЭ путем проведения поэтапных преобразований: логико-алгебраическая модель - топологическая модель - электрическая схема в элементном базисе реляторов.

4. Разработаны диагностические логико-алгебраические модели силовых полупроводниковых приборов в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора на основе отождествления предметных переменных с контролируемыми параметрами, позволяющие из множества текущих состояний выделять аномальные и аварийные ситуации путем идентификации предметными переменными.

5. Разработаны обобщенные логико-алгебраические модели однофазных и многофазных энергетических преобразований в базисе соответственно бинарных и многоместных операций, которые позволяют проводить процедуры формализованного синтеза однофазных интеллектуальных СЭ в элементном базисе одноканальных силовых реляторов и многофазных интеллектуальных СЭ в элементном базисе многопороговых силовых реляторов, удовлетворяющих критериям функциональной инвариантности при минимальных аппаратурных затратах.

6. Разработана обобщенная логико-алгебраическая модель реляторного контроллера в базисе многоместных (m-арных) операций предикатной алгебры выбора на основе процедур отождествления предметных переменных с компонентами управляющего кортежа, позволяющего синтезировать ml алгоритмов управления СЭ путем ситуационной идентификации соответствующей компоненты и осуществлять безинерционный выбор необходимого алгоритма методами коммутационного программирования.

7. Решены задачи логико-алгебраического моделирования в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора и формализованного синтеза специализированных реляторных контроллеров, которые осуществляют коммутационное программирование регулировочных и внешних характеристик широкого круга однофазных и многофазных преобразователей без запаздывания, обусловленного необходимостью выполнения большого объема вычислений в случае использования традиционных микропроцессорных средств.

К практической значимости проведенного исследования следует отнести следующее:

1. Разработаны основы силовой реляторной схемотехники, которая позволяет в едином, унифицированном элементном базисе осуществлять синтез информационной и силовой структур интеллектуальных СЭ. Представлена широкая номенклатура многофункциональных схемных элементов - одноканальных и многопороговых силовых реляторов, обладающих за счет широких алгоритмических, комбинаторных возможностей высокой концентрацией воспроизводимых логических и энергетических преобразований , что позволяет минимизировать аппаратурные затраты по сравнению с традиционными схемотехническими решениями а.с. СССР 944004, 1201973, 1267551, 1610553, 1746461, 1769314, патент

РФ 2211484).

2. Поставлены и решены задачи логико-алгебраического моделирования типовых энергетических преобразований (выпрямление, автономное инвертирование, непосредственное преобразование частоты, преобразование и регулирование постоянного напряжения), каждое из которых воспроизводится одноканальным силовым релятором, обеспечивающего, в отличие от традиционных преобразователей, принципиальную возможность программного задания текущего преобразования без наращивания объема аппаратурных затрат.

3. Разработаны на основе логико-алгебраического моделирования методики инженерного проектирования информационных и силовых структур диодно-реляторных СЭ по критериям реализации заданных видов энергетических преобразований, формирования необходимой траектории потребляемого тока, глубокого регулирования выходного напряжения с высоким уровнем коэффициента мощности (патент РФ 2228573).

4. Предложены способ преобразования напряжений, позволяющий осуществлять коммутационное программирование вида текущего энергетического преобразования, и способ параметрического регулирования выходного напряжения, обеспечивающий активную коррекцию коэффициента мощности и высокую эффективность энергоотбора от питающей сети во всем диапазоне регулирования. Предложенные способы могут быть реализованы одноканальными силовыми реляторами с минимальными аппаратурными затратами (патент РФ 2215363).

5. Разработаны специализированные реляторные контроллеры, реализующие безинерционные алгоритмы коммутационного перепрограммирования формы внешних характеристик и обладающие однородной, регулярной структурой, ориентированной на интегральную технологию изготовления.

6. Предложены способы широтно-импульсной модуляции, основанные на прямом преобразовании вида «аналог - аналог» без промежуточного формирования цифровых потоков, и аппаратурной реализации с минимальными затратами в виде специализированных реляторных контроллеров, которые позволяют осуществлять процедуры коммутационного перепрограммирования необходимой регулировочной характеристики в течение одного тактового интервала.

На защиту выносятся следующие новые результаты и научные положения.

1. Методология логико-алгебраического моделирования интеллектуальных СЭ в базисе операций предикатной алгебры выбора на основе отождествления предикатных и предметных переменных с параметрами информационного и энергетического процессов.

2. Методы и алгоритмы формализованного схемотехнического синтеза информационных и силовых структур интеллектуальных СЭ на основе отображения логико-алгебраических моделей в структурные электрические схемы посредством элементного базиса реляторов.

3. Многофункциональные схемные элементы - одноканальные и многопороговые силовые реляторы, обладающие высокой концентрацией воспроизводимых логических и энергетических преобразований и служащие адекватным элементным базисом для проектирования интеллектуальных СЭ.

4. Методы логико-алгебраического моделирования однофазных интеллектуальных СЭ в базисе бинарных операций и алгоритмы формализованного синтеза информационных и силовых структур в элементном базисе одноканальных силовых реляторов.

5. Методы логико-алгебраического моделирования многофазных интеллектуальных СЭ в базисе многоместных операций и алгоритмы формализованного синтеза информационных и силовых структур в элементном базисе многопороговых силовых реляторов.

6. Методы схемотехнического синтеза диодно-реляторных преобразователей на основе логико-алгебраических моделей, вариаций условий отождествления предметных и предикатных переменных с параметрами информационного и энергетического процессов по критериям обеспечения заданных функциональных свойств и минимизации аппаратных затрат.

7. Методы логико-алгебраического моделирования и формализованного синтеза специализированных реляторных контроллеров, реализующих алгоритмы коммутационного программирования внешних и регулировочных характеристик интеллектуальных СЭ.

Апробация результатов работы. Материалы, составляющие основу диссертации, обсуждались на следующих конференциях:

• 5-я Всесоюзная конференция по инженерным проблемам термоядерных реакторов (Ленинград, 10-12 октября 1990). - М.: ЦНИИатоминфом, 1990 г.;

• Всесоюзная научно-техническая конференция «Создание комплексов электротехнического оборудования высоковольтной преобразовательной, сильноточной и полупроводниковой техники». - М.: ВЭИ, 1990 г.;

• Всероссийская научно-техническая конференция «Методы и средства измерения в системах контроля и управления». - Пенза, 2001 г.;

• Международная конференция «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике» (15-17 мая 2001 года). -Ульяновск, 2001 г.;

• Международная научно-техническая конференция по мягким вычислениям и измерениям SCM'2001. - Санкт-Петербург, 2001 г.;

• VI-я Международная научно-техническая конференция «Наука-сервису». - Москва, 2001 г.;

• Международная конференция «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике» (14-16 мая 2002 года). -Ульяновск, 2002 г.;

• VII-я Международная научно-практическая конференция «Наука-индустрии сервиса» (22-23 апреля 2002 года). - Москва, 2002 г.;

• Международная конференция «Континуальные логико-алгебраические исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике» (13-15 мая 2003 года). -Ульяновск, 2003 г.;

• V-я Всероссийская научная конференция «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем». - Чебоксары, 2003 г.;

• VI-я Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям SCM'2003. - Санкт-Петербург, 2003 г.;

• Научно-практические конференции профессорско-преподавательского состава ТГАС в 1998-2003 г.г.

Реализация результатов работы. Теоретические результаты и практические разработки, в том числе защищенные патентами Российской

Федерации, использованы в промышленных системах, серийно выпускаемых научно-производственной компанией «Энергия-Т» (г. Тольятти):

• многофункциональные тиристорные пускатели ТПТ-50/0,4-УХЛ4, ТПТ-150/0,4-УХЛ4, ТПТ-250/0,4-УХЛ4 для частых пусков нагруженных асинхронных двигателей общепромышленного применения, автоматического ввода резерва в системах гарантированного электроснабжения файл-серверов, рабочих станций, локальных вычислительных сетей, отмеченные положительными отзывами эксплуатирующих организаций, в частности, ВОГЭС им. В. И. Ленина;

• многофункциональные прогрузочные устройства переменного тока ПН-00Е-10к-УХЛ4 для настройки параметров электронных защит полупроводниковых и электромагнитных автоматических выключателей, отмеченных большой золотой медалью Кузбасской политехнической выставки;

• многофункциональные полупроводниковые преобразователи ТМП-1000/10/0,4 (500/2000) - У1, разработанные совместно с ОАО «ЭЛУР» (г. Раменское) и НИЦ «Регулируемые электротехнические комплексы» ГУП «Всероссийский электротехнический институт им. В. И. Ленина».

Результаты диссертационной работы использованы в системах вторичного электропитания автоматизированных контрольно-измерительных комплексов лабораторий ЭМС-центра АВТОВАЗа для снижения уровня кондуктивных помех и повышения качества испытаний автомобильной электроники.

Вопросы, отраженные в диссертации, излагаются в лекционных курсах «Цифровые устройства и микропроцессоры», «Электропитание и основы электромеханики», «Аналоговые электронные устройства», которые автор разработал и читает студентам специальности «Бытовая радиоэлектронная аппаратура» Тольяттинской государственной академии сервиса.

Публикации. Материалы и результаты диссертации нашли отражение в следующих публикациях: 1 монографии, 30 статьях и тезисах докладов, включая 6 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 11 авторских свидетельствах и патентах.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 265 с. машинописного текста, содержит введение, пять глав, заключение, список литературы из 133 наименований, 8 приложений и иллюстрируется 61 рис.

5.6. Выводы

Разработана обобщенная JTA-модель реляторного контроллера в базисе многоместных ПАВ-операций на основе процедур отождествления предметных переменных с компонентами управляющего кортежа, позволяющего осуществлять синтез алгоритмов управления СЭ путем ситуационной идентификации соответствующей компоненты. Множество возможных алгоритмов управления составляет ml (m-порядок многоместных ПАВ-операций), а необходимый алгоритм задается методами коммутационного программирования. Показано, что аппаратная реализация алгоритмов ситуационного управления на базе ранжирующего процессора позволят минимизировать время формирования управляющего воздействия и процедур коммутационного программирования необходимого алгоритма, продолжительность которого определяется только собственным быстродействием переключательных каналов универсальных реляторов.

Доказана возможность аппроксимации семейства естественных внешних характеристик широкого круга полупроводниковых преобразователей в базисе многоместных ПАВ-операций при отождествлении предметных и предикатных переменных с выходным напряжением и током соответственно и формировании весовых коэффициентов с помощью ситуационных соотношений, определяющих положение выходного тока на шкале опорных значений. Порядок многоместных ПАВ-операций определяет точность аппроксимации, формат шкалы опорных значений и количество аппроксимируемых ветвей естественных внешних характеристик. Показано, что взаимозамещение ПАВ-операций (V<-> Л ) и взаимозамещение предметных переменных с предикатными переменными в процедурах отождествления позволяют распространять ПАВ-аппроксимации на любой квадрант семейства естественных внешних характеристик.

Обосновано применение ПАВ-аппроксимаций внешних характеристик в качестве JIA-моделей, отображающих посредством топологических моделей структурную схему специализированного реляторного контроллера, осуществляющего коммутационное программирование формы искусственной внешней характеристики путем переключения ветвей семейства естественных внешних характеристик в точках опорных значений. Разработаны структурные схемы специализированных контроллеров внешних характеристик на базе позиционных мультиплексоров, позволяющие осуществлять практически мгновенный переход на новую ветвь искусственной внешней характеристики и обладающие однородной, регулярной структурой удобной для применения интегральных технологий изготовления.

Рассмотрена возможность использования одноканального универсального релятора при соответствующих условиях отождествления предметных и предикатных переменных в качестве простейшего ШИМ-контроллера. Предложен способ широтно-импульсной модуляции с программируемой формой опорного сигнала, позволяющий с помощью процедур коммутационного программирования формировать необходимый вид регулировочной характеристики СЭ. Разработана JIA-модель в базисе многоместных ПАВ-операций с использованием ситуационного принципа формирования весовых коэффициентов и на ее основе структурная схема реляторного аппроксиматора временных функций, осуществляющего прямое преобразование типа «аналоговый сигнал-аналоговый сигнал» без промежуточного формирования потока цифровых выборов. При этом возможно перепрограммирование формы опорного сигнала и соответственно регулировочной характеристики в течение одного тактового интервала.

Разработан на основе логико-алгебраического моделирования в базисе многоместных ПАВ-операций предикатно-логический контроллер с непосредственным преобразованием сигнала регулирования U в соответствующий временной интервал Ти и коммутационным программированием характера функциональной зависимости TH=f(Up).

Предикатно-логический контроллер способен функционировать как в режиме широтно-импульсного регулирования, так и в режиме импульсно-фазового управления, обеспечивая сочетание высокой помехоустойчивости, характерных для аналоговых развертывающих устройств, с программной гибкостью, характерной для цифровых систем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения комплекса научно-технических исследований решена научная проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение - разработана методология логико-алгебраического моделирования и формализованного синтеза интеллектуальных СЭ, отвечающих критериям функциональной инвариантности, алгоритмического управления функциональными ресурсами, минимизации аппаратурных затрат. К числу наиболее важных относятся следующие результаты:

1. Предложен и развит новый подход к решению задач интеллектуализации СЭ за счет повышения концентрации видов воспроизводимых энергетических преобразований, основанный на логико-алгебраическом аппарате предикатной алгебры выбора, базовые операции которой в отличие от традиционных математических логик, распространяются на бинарную, дискретную, континуальную области значений переменных и аппаратно воспроизводятся универсальными схемными элементами -одноканальными реляторами.

2. Разработаны методы логико-алгебраического моделирования СЭ в функционально полном базисе унарной, бинарных и многоместных операций предикатной алгебры выбора, основанные на процедурах отождествления предметных и предикатных переменных с параметрами информационного и энергетического процессов и позволяющие формировать на единой методологической основе логико-алгебраические модели, отражающие виды воспроизводимых энергетических преобразований, способы программного задания текущего преобразования, алгоритмы управления и регулирования выходных параметров, структуру электрической схемы .

3. Доказано, что логико-алгебраические моделирование, в отличие от известных подходов, позволяет аналитически решать широкий круг задач системного анализа и формализованного синтеза информационных и силовых структур интеллектуальных СЭ путем проведения поэтапных преобразований: логико-алгебраическая модель - топологическая модель - электрическая схема в элементном базисе реляторов.

4. Разработаны диагностические логико-алгебраические модели силовых полупроводниковых приборов в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора на основе отождествления предметных переменных с контролируемыми параметрами, позволяющие из множества текущих состояний выделять аномальные и аварийные ситуации путем идентификации предметными переменными.

5. Разработаны основы силовой реляторной схемотехники, которая позволяет в едином, унифицированном элементном базисе осуществлять синтез информационной и силовой структур интеллектуальных СЭ. Представлена широкая номенклатура многофункциональных схемных элементов - одноканальных и многопороговых силовых реляторов, обладающих за счет широких алгоритмических, комбинаторных возможностей высокой концентрацией воспроизводимых логических и энергетических преобразований, что позволяет минимизировать аппаратурные затраты по сравнению с традиционными схемотехническими решениями.

6. Поставлены и решены задачи логико-алгебраического моделирования типовых энергетических преобразований (выпрямление, автономное инвертирование, непосредственное преобразование частоты, преобразование и регулирование постоянного напряжения), каждое из которых воспроизводится одноканальным силовым релятором, обеспечивающего, в отличие от традиционных преобразователей, возможность программного задания текущего преобразования без наращивания объема аппаратурных затрат.

7. Разработаны обобщенные логико-алгебраические модели однофазных и многофазных энергетических преобразований в базисе соответственно бинарных и многоместных операций, которые позволяют проводить процедуры формализованного синтеза однофазных интеллектуальных СЭ в элементном базисе одноканальных силовых реляторов и многофазных интеллектуальных СЭ в элементном базисе многопороговых силовых реляторов, удовлетворяющих критериям функциональной инвариантности при минимальных аппаратурных затратах.

8. Разработаны на основе логико-алгебраического моделирования методики инженерного проектирования информационных и силовых структур диодно-реляторных СЭ по критериям реализации заданных видов энергетических преобразований, формирования необходимой траектории потребляемого тока, глубокого регулирования выходного напряжения с высоким уровнем коэффициента мощности.

9. Предложены способ преобразования напряжений, позволяющий осуществлять коммутационное программирование вида текущего энергетического преобразования, и способ параметрического регулирования выходного напряжения, обеспечивающий активную коррекцию коэффициента мощности и высокую эффективность энергоотбора от питающей сети во всем диапазоне регулирования. Предложенные способы реализованы одноканальными силовыми реляторами с минимальными аппаратурными затратами.

10.Разработана обобщенная логико-алгебраическая модель реляторного контроллера в базисе многоместных (га-арных) операций предикатной алгебры выбора на основе процедур отождествления предметных переменных с компонентами управляющего кортежа, позволяющего синтезировать т! алгоритмов управления СЭ путем ситуационной идентификации соответствующей компоненты и осуществлять безинерционный выбор необходимого алгоритма методами коммутационного перепрограммирования.

11 .Решены задачи логико-алгебраического моделирования в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора и формализованного синтеза специализированных реляторных контроллеров, которые осуществляют коммутационное программирование регулировочных и внешних характеристик широкого круга однофазных и многофазных преобразователей без запаздывания, обусловленного необходимостью выполнения большого объема вычислений при использовании традиционных микропроцессорных средств.

12. Разработаны специализированные реляторные контроллеры, реализующие безинерционные алгоритмы коммутационного перепрограммирования формы внешних характеристик и обладающие однородной, регулярной структурой, ориентированной на интегральную технологию изготовления.

13.Предложены способы широтно-импульсной модуляции, основанные на прямом преобразовании вида «аналог - аналог» без промежуточного формирования цифровых потоков, и аппаратурной реализации с минимальными затратами в виде специализированных реляторных контроллеров, которые позволяют осуществлять процедуры коммутационного перепрограммирования необходимой регулировочной характеристики в течение одного тактового интервала.

1. Абрамов Г.Н., Кувшинов А.А. Силовой релятор на гибридных интеллектуальных модулях // Проблемы и решения современной технологии: Сб. науч. тр. ПТИС, вып.9. - Тольятти: Изд-во ПТИС, 2001. -С.3-8.

2. Алексеев С.Г., Гельман М.М. Процессоры аналоговых сигналов -перспективные возможности автоматизации управления различными процессами // Приборы и системы управления. 1992. - №5. - С. 29-30.

3. Андриенко П.Д., Переверзев А.В., Остренко B.C., Ивашуткин К.Е. Интегральный силовой модуль // Электротехника. 1998. - №7. - С.53-56.

4. Антонов Б.М., Кувшинов А.А., Курносов Б.Д., Лабунцов В.А.,

5. Лазарев Н.С., |Стукачев А.В.| Характеристики и конструкция вентильных преобразователей для сверхпроводящих накопителей энергии // Электричество. 1995. - №8. - С.23-31.

6. А.с. 944004 (СССР) МКИ Н02М 1/08. Устройство для отбора энергии/ Н.Г. Ахметжанов, А.А.Кувшинов. № 2728653/24-07;Эаявлено 23.02.79; Опубл. 15.07.82, Бюл. № 26.

7. Беляев А.Н., Смоловик С.В. Проектирование адаптивных автоматических регуляторов возбуждения с помощью нейронечетного моделирования // Электричество. — 2002. №3. - С.2-9.

8. Березин O.K., Шахнов В.А., Костиков В.Г. ИсточникиIэлектропитания радиоэлектронной аппаратуры. М.: Горячая линия -Телеком, 2000. - 400 с.

9. Ю.Беркович Е.И. Анализ вентильных моделей при решении задач дискретной оптимизации // Электричество. 1987. - №2. - С.43-48.

10. Беркович Е.И. Непрерывнозначная логика в задачах макроэлектроники. В кн.: Повышение конкурентоспособности радиоэлектронной аппаратуры: Опыт, результаты, проблемы. Сб. статей. Вып.5. - Таллин: Валгус,1988. - С.165- 201.

11. Булатов О.Г., Лабунцов В.А., Шитов В.А. Особенности применения принудительной коммутации в ведомых сетью преобразователях // Электричество. 1985. -№12. - С.30-34.

12. Булатов О.Г., Шитов В.А. Предельные энергетические показатели управляемых выпрямителей // Техническая электродинамика.- 1984. №6. - С. 59-65.

13. Булгаков А.А. Исследование квазинепрерывных функций. — М.: Наука, 1973.-96 с.

14. Булгаков А.А. Обобщенная модель вентильных преобразоватлей // Электричество. 1993. -№3. - С.25-31.

15. Волгин Л.И. Принципы построения и структуры аналоговых фазосдвигающих устройств // Известия ВУЗов. Электромеханика. 1979. -№12.-С.1055-1059.

16. Волгин Л.И. Предикатная алгебра выбора и ее модификации (основы теории и элементный базис)//Опыт, результаты, проблемы: Повышение конкурентоспособности радиоэлектронной аппаратуры. Сб. статей. Таллин, 1986. Вып. 4. - С. 64-104.

17. Волгин Л.И. Реляторные предикаторы для систем управления и регулирования. В кн.: Методы и средства аналоговой и цифровой обработки информации. Сб. научн. трудов. - Таллин: АН ЭССР,1988. -С. 11-29.

18. Волгин Л.И. Синтез устройств для обработки и преобразования информации в элементном базисе реляторов. Таллин: Валгус, 1989. -180 с.

19. Волгин Л.И. Реляторные процессоры для ранговой и порядковой обработки аналоговых сигналов // Электронное моделирование. -1991 -№ 4. С.28-32.

20. Волгин Л.И. Реляторный генератор типовых нелинейных функций // Изв.вузов.Электромеханика. -1991.-№11.- С.68-74.

21. Волгин Л.И. Реляторные генераторы предикатных и непрерывнологических функций // Электронное моделирование. -1992. -№ 6. С.24-29.

22. Волгин Л.И. Реляторные модули для идентификации и селекции аналоговых сигналов заданного ранга // Автоматика и вычислительная техника. 1993. - №4. - С.68-76.

23. Волгин Л.И. О представимости многоместных функций комплементарной алгебры через суперпозиции ее бинарных композитов //

24. Нейронные сети и модели: Труды международной конф. "Непрерывнологические и нейронные сети и модели".-Ульяновск: УлГТУ, 1995. Т.1. - С.27-29.

25. Волгин Л.И. Реляторные гистероны // Приборы и системы управления. -1995. -№ 5. -С.20-23.

26. Волгин Л.И Единичные функции и сети на бинарных нейронах. -Ульяновск:УлГТУ, 1996. 60с.

27. Волгин Л.И. Непрерывная логика и ее схемотехнические применения. Ульяновск: УлГТУ, 1996. - 108 с.

28. Волгин Л.И. Комплементарная алгебра и предикатная алгебра выбора. -Ульяновск: УлГТУ, 1996. 68 с.

29. Волгин Л.И. Элементный базис реляторной схемотехники. -Тольятти: Изд-во ПТИС, 1999. 71с.

30. Волгин Л.И. Потенциальные и параметрические двухключевые реляторы // Проблемы и решения современной технологии: Сб.трудов ПТИС, вып.7. Тольятти: Изд-во ПТИС,2000. - С. 18-22.

31. Волгин Л.И. Континуальные логико-алгебраические исчисления, совместимые с двухзначной булевой логикой // Информационные технологии. 2000. - № 8. - С.27-33.

32. Волгин Л.И. Реляторные процессоры на основе графа Паскаля для адресно-ранговой идентификации, селекции и ранжирования аналоговых сигналов. -Тольятти: Изд-во ПТИС,2000. -81 с.

33. Волгин Л.И. ЛА -метасистема алгебраических логик, порождаемых функцией-аксиомой взвешенных степенных средних // Научно-технический калейдоскоп. Серия «Приборостроение, радиотехника и информационные технологии».- Ульяновск, 2001. № 2. - С. 5-14.

34. Волгин Л.И. Метасистема взаимоотношений алгебраических логик и сопутствующих исчислений, порождаемых функцией-аксиомой взвешенных степенных средних // Информационные технологии. 2002. -№ 7. - С.20-28.

35. Волгин Л.И. Релятор и реляторная схемотехника: Логико-алгебраические основы и применения. Тематический библиографический указатель, комментарии и применения Тольятти: Изд-во ТГИС, 2003. -213 с.

36. Волгин Л.И. , Андреев Д.В. Релятор схемный логический элемент для промышленных электромеханических систем// Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития:

37. Тез.докл.науч.-техн. конф. с международным участием (11-14 октября 1996 г.). -Ульяновск: УлГТУД996. 4.1. - С.68 -71.

38. Волгин Л.И. , Ефимов А. В., Зарукин А.И. Аналоговые логические элементы // Радиотехника. -1987. №10. - С.23-26.

39. Волгин Л.И., Зарукин А.И. Развитие элементного базиса реляторной схемотехники // Датчики и системы. -2002. -№3. С.2-8.

40. Волгин Л.И., Матчак А.Т. Информационно-измерительные задачи силовой преобразовательной техники // Изв. Вузов. Электромеханика. — 1980. № 7. - С.760-761.

41. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М. : Издательский дом "Додэка-XXI", 2001. -384 с.

42. Гаврилов М.А. Теория релейно-контактных схем. М.: Изд-во АН СССР, 1950.-236 с.

43. Гинзбург С.А. Математическая непрерывная логика и изображение функций. -М: Энергия, 1968. 136 с.

44. Дертоузос М. Пороговая логика. М.: Мир, 1967. - 343 с.

45. Дмитриев Б.Ф. Анализ статических характеристик ступенчатого преобразователя напряжения // Электротехника. 2000. -№ 12. - С.26-30.

46. Заде Л. Понятие лингвистической переменной и ее применение к принятию приближенных решений. М.: Мир, 1976. - 165 с.

47. Изварин Ю.И., Ковалев Ф.И., Смоляков С.В., Флоренцев С.Н. "Интеллектуальные" компактные системы гарантированного электроснабжения // Электротехника. 1994. - № 3. - С.15-19.

48. Ковалев Ф.И. Тенденции развития силовой электроники // Электротехника. 1991. - № 6. - С.2-5.

49. Ковалев Ф.И., Флоренцев С.Н. Силовая электроника: вчера, сегодня, завтра // Электротехника. 1997. - № 11.- С.2-6.

50. Колдуэлл С. Логический синтез релейных устройств. М.: Издательство иностранной литературы, 1962. - 737 с.

51. Конев Ю.И. , Машуков Е.В. Силовые ключи на МДП-транзисторах // Электронная техника в автоматике: Сб.статей. Вып. 14 / Под ред. Ю.И. Конева. М.: Радио и связь, 1983. - С.5-13.

52. Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование // Системы электроснабжения электронных средств: Учебник для вузов. 2-е изд. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - Гл.1. - С.7-40.

53. Котельников В.А. О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи. Всесоюзный энергетический комитет, 1933.

54. А.с. 1201973 (СССР) МКИ Н02 М 1/08. Устройство для управления последовательно соединенными тиристорами / А.А. Кувшинов. № 3458034/24-07; Заявлено 21.06.82; Опубл. 30.12.85 , Бюл. № 48.

55. А.с. 1267551 (СССР) МКИ Н 02 М 1/10. Вентильная ячейка для высоковольтного тиристорного ключа / А.А. Кувшинов. № 3936988/2707; Заявлено 30.04.85; Опубл. 30.10.86 , Бюл. № 40.

56. А.с. 1610553 (СССР) МКИ Н 02 М 1/08,Н 02 Н 7/10. Способ управления последовательно соединенными силовыми тиристорами / А.А. Кувшинов. № 4341781/24-07; Заявлено 28.10.87; Опубл. 30.11.90 , Бюл. №44.

57. А.с. 1746461 (СССР) МКИ Н 02 М 7/12. Устройство для защиты силового тиристора высоковольтного вентиля от перенапряжений / А.А. Кувшинов. № 4806334/07; Заявлено 26.03.90; Опубл. 07.07.92, Бюл. № 25.

58. А.с. 1769314 (СССР) МКИ Н02 М 1/00,7/10. Высоковольтный тиристорный вентиль / А.А. Кувшинов. № 4819979/07; Заявлено 28.04.90; Опубл. 15.10.92 , Бюл. № 38.

59. А.с. 1818651 (СССР) МКИ Н 01 Т 15/00. Способ управления срабатыванием отпаянного вакуумного разрядника / А.А. Кувшинов. № 4878910/07; Заявлено 29.10.90; Опубл. 30.05.93 , Бюл. № 20.

60. Кувшинов А.А. Компенсация токов утечки емкостного накопителя, подключенного к мостовому управляемому выпрямителю // Электричество. 1993. - № 4, - С. 18-25.

61. Кувшинов А.А. Синтез однофазных конверторов в элементном базисе силовых реляторов на основе логико-топологических моделей // Проблемы и решения современной технологии: Сб. науч. тр. ПТИС, вып.8. Тольятти: Изд-во ПТИС, 2001. - С. 19-28.

62. Кувшинов А.А. Логико-алгебраическое моделирование и синтез однофазных конверторов в элементном базисе силовых реляторов. // Методы и средства измерения в системах контроля и управления: Материалы Всероссийской научн.-техн.конференции./ Под ред.

63. Е.П. Осадчего| Пенза, 2001.- С. 208-211.

64. Кувшинов А.А. Погрешность силовых реляторов, обусловленная конечным быстродействием переключательного канала // Наука-сервису.У1-я Международная научн.-техн. конф. Тезисы докладов и выступлений. Москва, 2001. - Т. 1. - С. 164-166.

65. Кувшинов А.А. Системный подход к синтезу логико-алгебраических моделей и структур в задачах силовой электроники // Научно-технический калейдоскоп. Серия "Приборостроение, радиотехника и информационные технологии", № 2. Ульяновск, 2001. - С. 15-26.

66. Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроматематика в науке, технике и экономике КЛИН - 2002" (14-16 мая 2002 г.)/ Под ред. Л.И. Волгина. - Ульяновск: УлГТУ, 2002. - Том 2. - С.75-79.

67. Патент РФ 2211484 МКИ G06G7/25, Н02М9/00. Силовой релятор / А.А.Кувшинов. Опубл.2003, Бюл. № 24.

68. Патент РФ 2215363 МКИ Н02М9/00, G06G7/25. Способ преобразования напряжения / А.А. Кувшинов. Опубл.2003, Бюл. № 30.

69. Кувшинов А.А. Коммутационное программирование внешних характеристик силовых преобразователей в базисе многоместных операций предикатной алгебры выбора // Известия вузов. Электромеханика. 2003. - № 1. - С.47-54.

70. Кувшинов А.А. Активный выпрямитель с параметрическим регулированием выходного напряжения // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем: Материалы V Всерос. науч. техн. конф. /Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2003. -С.57-62.

71. Патент РФ 2228573 МКИ Н02М7/21 Преобразователь переменного напряжения в постоянное / А.А. Кувшинов Опубл. 2004, Бюл. № 13.

72. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Динамическая погрешность силовых реляторов с конечным быстродействием переключательного канала // Проблемы и решения современной технологии: Сб. науч. тр. ПТИС, вып.9. Тольятти: Изд-во ПТИС, 2001. - С.6-12.

73. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Предикатная алгебра выбора в задачах силовой электроники // Материалы междн. Научн.-техн. конф. по мягким вычислениям и измерениям.SCM'2001. С. - Петербург, 2001. -Т.2.-С.161-164.

74. Тематический библиографический указатель, комментарии и приложения / Отв. за вып. Т.Н. Абрамов. ТГИС, 2003. - С. 143 -173.

75. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Логико-алгебраическое моделирование и синтез информационной и силовой структур т-фазных преобразователей в базисе операций предикатной алгебры выбора // Известия вузов. Электромеханика. -2003. -№ 3. С.63-71.

76. Кувшинов А.А., Абрамов Г.Н. Силовые реляторы для синтеза интеллектуальных систем электропитания электронных средств // Проектирование и технология электронных средств. 2003. - №2. -С.47-54.

77. А.с. 1510051 (СССР) МКИ Н 02 М 1/08. Устройство для управления последовательно соединенными тиристорами / А.А. Кувшинов, В.В.Орлов. № 4070243/24-07; Заявлено 03.04.86; Опубл. 23.09.86 , Бюл. №35.

78. Кувшинов А.А., Татаринов Ю.Д., Тараканов В.П. Устойчивость мощного модулятора с управляемым вакуумным разрядником и высоковольтным тиристорным ключом // Электричество. 1989. - № 7. — С.82-85.

79. Курманов А.Т. Теоретическое и экспериментальное исследование методов совершенствования преобразователей мощности переменного тока: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Л.: ЛПИ, 1989. - 18 с.

80. Курносов В.Е. Теория и методы оптимального проектирования устройств радиотехники и связи на основе эволюционных дискретных моделей: Автореф. дис. . д-ра техн. наук / Пенз. гос. ун-т. Пенза, 1999. -50 с.

81. Лабунцов В.А., Чжан Дайхун. Трехфазный выпрямитель с емкостным фильтром и улучшенной кривой потребляемого из сети тока // Электричество. -1993. -№ 6. -С.45-48.

82. Лизец М., Поташников М.Ю. Современная активная и пассивная электронная элементная база для силовой электроники // Электротехника.-1996. № 4. - С.8-15.

83. Магазинник А.Г., Магазинник Л.Г., Магазинник Г.Г. Коррекция коэффициента мощности вторичных источников питания // Электротехника. -2001. № 5. - С.40-42.

84. Магазинник Г.Г., Мельников В.П. Максимальный коэффициент мощности управляемого выпрямителя // Техническая электродинамика.-1984. — № 3. С.38-43.

85. Маркин В.В., Миронов В.Н., Обухов С.Г. Техническая диагностика вентильных преобразователей. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -152 с.

86. Мелешин В.Н., Нечагин М.А. Проектирование однофазных выпрямителей с активной коррекцией коэффициента мощности // Электротехника. -1998. -№ 3. -С.42-48.

87. Михальченко Г.Я. Двойная модуляция потока энергии при воспроизведении низкочастотных сигналов в многофазных преобразователях // Техническая электродинамика. -1988. -№ 5. -С.34-42.

88. Мустафа Г.М., Иванова Е.В. Простой однофазный выпрямитель с синусоидальным входным током // Электротехника. — 1989. № 7. — С.24-29.

89. Мэзон С., Циммерман Г. Электронные цепи, сигналы и системы / Пер. с англ. Под ред. П.А. Ионкина. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1963. -620 с.

90. Носов Ю.Р., Сидоров А.С. Оптроны и их применение. М.: Радио и связь, 1981. - 280 с.

91. Обухов С.Г., Росинская Т.В. Алгоритмы реализации регулируемых внешних характеристик преобразователей // Электричество. -1993. № 2. - С.38-42.

92. Переверзев А.В. Совмещенные цепи демпфирования и питания в интегральных силовых модулях // Электротехника. — 1998. № 7 . — С.53- 56.

93. Писарев А. Л., Деткин Л.П. Управление тиристорными преобразователями. М.: Энергия, 1975. - 264 с.

94. Поспелов Д.А. Логические методы анализа и синтеза схем. -М.: Энергия, 1974. 368 с.

95. Поссе А.В. Общие зависимости, характеризующие работу многофазных преобразователей // Электричество. 1963. -№5. - С.34-40.

96. Пупков К.А., Коньков В.Г. Интеллектуальные системы. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003 - 348 с.

97. Розанов Ю.К., Завгородний П.Н. Применение нечетной логики в силовой электронике (аналитический обзор) // Электротехника. 1997. -№ 11.- С.24-30.

98. Руденко B.C., Жуйков В.Я., Коротеев И.Е. Расчет устройств преобразовательной техники. Киев: Техника, 1980. - 135 с.

99. Сидоров С.Н. Алгоритмы управления двухоперационными вентилями в преобразователях с непосредственной связью // Электротехника. 2001. - № 5. - С.6-11.

100. Теленик С.Ф. Интеллектуальные системы и логики высших порядков // Радюэлектрошка, 1нформатжа, Управлшня. Изд-во Запорожского тех. университета. - 1999. — №1. -С.96-105.

101. Терехов В.М. Алгоритмы фаззи регуляторов в электротехнических системах // Электричество. - 2001. — № 12. - С.55-63.

102. Флоренцев С.Н. Силовые гибридные интеллектуальные модули // Электротехника. 1994. - №3. - С.5-11.

103. Флоренцев С.Н. Состояние и перспективы развития приборов силовой электроники на рубеже столетий (анализ рынка) // Электротехника. 1999. - № 4. - С.2-10.

104. Цытович Л.И. Развертывающие преобразователи для систем управления вентильными электроприводами и технологической автоматики : Автореф. дис. . д-ра техн. наук / Уфимский гос. Авиационный техн. ун-т. Уфа, 1996. - 40 с.

105. Шестаков В.И. Некоторые математические методы конструирования и упрощения двухполюсных электрических схем класса А: Дис. . канд. техн. наук. -М.: Изд-во МГУ,1938.

106. Шестаков В.И. Алгебра двухполюсных схем, построенных исключительно из двухполюсников. Автоматика и телемеханика. - 1941. - № 2. - С.15 - 24.

107. Шимбирев П.Н. Гибридные непрерывно-логические устройства. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 174 с.

108. Шрейнер Р.Т., Ефимов А.А., Зиновьев Г.С. Прогнозирующее релейно-векторное управление активным выпрямителем напряжения // Электротехника. 2001. - №12. - С.47-52.

109. Энергетическая электроника: Справочное пособие: Пер. с нем./ Под ред. Лабунцова В.А. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 464 с.

110. General-Purpose Fuzzy Controller for DC-DC Converters/ Paolo Mattavelli, Leopoldo Rossetto a.o. // IEEE Trans, on Power Electronics. 1997. Vol. 12, № 1. P.79-8.

111. Huffman D.A. The synthesis of sequential switching circuirs. J FranKlin Inst., 1954, 257, 161-190 (March), 275-303 (April).

112. Industrial applications of fuzzy logic and intelligent systems / Edited by John Yen, Reza Langary, Lotfi A. Zadeh // IEEE Press. 1994.

113. Jayant Baliga B. Power ICs in the saddle // IEEE Spectrum. July. 1995. P.34 40, 45-49.

114. Lorenz Leo. System Integration a new milestone for future power electronic system // EPE ' 97. P. 1.010-119.

115. Schaefer D.H. A rectifir algebra // Trans. Of the American Inst, of Electrical Eng. 1955, Vol.73, № 1, P.679 682.

116. Shannon C.E. A symbolic analysis of relay and swithching circuits. Trans. Am. Inst. Elect. Engrs, 1938, 57, 713-723.

117. Wing-Chi So, Chi K. Tse and Yim- Shu Lee. Development of a Fuzzy Logic Controller for DC/DC Converters: Design, Computer Simulation,

118. Experimental Evaluation // IEEE Trans, on Power Electronics. 1996. Vol. 11, № 1.