автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Оптимальная идентификация судовых автоматизированных систем на основе планирования вычислительного эксперимента

Санкт-Петербургский государственный университет водных коммуникаций

р; ,. од

■■"• " На правах рукописи

Зубарев Врий Яковлевич

ОПТИМАЛЬНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ СУДОВЫХ

автокАтизированнях систем кп основе планирования вйчйслительйого эксперимента

Специальность: 05.13.0? - Автоматизация технологических

процессов-и производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербдрг - 1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,профессор Сахаров Б.В.

доктор технических наук,профессор Колесников Д.Н.

доктор технических наук,профессор Николаев В.И,

Ведущая организация:

Российский научно-исследовательский институт "Злектронстандарт" г.Санкт-Петербург.

на заседании специализированного совета Д 116.01.03 в Санкт-Петербургском государственном университете водных коммуникаций { 198035,г.Санкт-Петербург,ул.Леинская,5/7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПГУВК.

Защита состоится

в

Автореферат разослан '<

Нченый секретарь специализированного совете

Кулибанов Ю.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Одной из важнейших проблем.возникающих при исс-довании и проектировании судовых автоматизированных систем (АС), яв-ется проблема повышения качества процессов в АС и формирования опти-льных проектных решений. Решение указанной проблемы сталкивается с дом трудностей, связанных прежде всего со сложностью математического исания большинства судовых АС и большим числом противоречивых требо-ний, предъявляемых к АС.

Классические методы теории оптимального управления во многих слу-ях не применимы для сложных судовых АС, а упрощение математической рмулировки задачи, в частности, линеаризация исходных дифференциаль-¡х уравнений, описывающих поведение судовых АС, понижение их порядка, учет ограничений на значения отдельных показателей или отказ от учета огокритериальности АС может привести к качественно неверным результа-м.

Одними из наиболее сложных судовых АС являются автоматизированные ектроэнергетические системы (АЭЭС), при проектирование которых возни-,ет проблема повышения и обеспечения заданного качества электромагнитах процессов (ЭМП), характеризующих поведение АЭЭС в стационарных, азистационарных и переходных режимах.

При решении проблемы повышения качества процессов в АС необходимо уществлять большой объем расчетов. Применение для этой цели традици-ных методов моделирования процессов АС, основанных.на несвязанных жду собой специализированных вычислительных моделях (ВМ), не предс-ивляется целесообразным по следующим причинам:

- процессы в судовых АС обычно описываются системами нелинейных ¡фференциальных, трансцендентных и алгебраических уравнений высокого 1рядка, что существенно затрудняет исследование на ЭВМ указанных пропсов, в особенности на персональных компьютерах.

- специализированные модели процессов в АС, как правило, записывали в различных математических терминах, что в подавляющем большинстве [учаев делает невозможным их одновременное использование при исследо-шии влияния отдельных параметров судовых АС на показатели качества йличных процессов;

- применение указанных традиционных моделей для решения оптимиза-

расчета на ЭВМ.

Указанные свойства ВМ ДС существенно усложняет'разработку совр< менных методов,автоматизированного проектирования АС в диалоговом реж ме на основе персональных кошьютероВ'

При создании комплекса моделей АС целесообразно использовать ко; цепцию активной идентификации сложных систем, основанную на планиров; нии вычислительного ./эксперимента. Планирование вычислительного экспер: мента, осуществляемого с помощью ЭВМ на основе ВМ, и обработка лолуче: ных результатов в соответствии с принятым критерием оптимальности по; воляет осуществить активную идентификацию процессов г. АС, то есть пол; чить комплекс согласованных полиномиальных моделей процессов (ПШ) судовых АС,, представляющих собой полиномиальные зависимости различна показателей качества процессов от исследуемых параметров АС и приложи ных к ним внешних воздействий.

Вопросам планирования эксперимента посвящено большое.число раб< отечественных и зарубежных авторов. • Однако большинство указанных рабе 'посвящено планированию регрессионного эксперимента, ориентированного. I экспериментальные исследования реальных объектов, а не вычислительш моделей. Применение планов.регрессионного эксперимента, разработка га торых осуществлялась на основе статистических критериев оптимальное^ без учета ошибки аппроксимации, не позволяет получить ТШП АС, обеспеч! вающие необходимую точность расчетов для широкого диапазона изменен? исследуемых параметров. Встречающиеся в отдельных работах планы.: миш мизирующие ошибки аппроксимации (смещение), предназначены для получен! достаточно простых зависимостей первого или, в отдельных частных случ? ях, второго порядка и не могут бьггь использованы для определения 1й сложных судовых АС.

Идентификация в классе полиномиальных моделей таких сложных еж тем, какими являются судовые АС, требует развития общей теории планирС| вания вычислительного эксперимента с учетом, специфических . особенносте судовых АС и процесса их проектирования.

■ Указанная проблематика определила актуальность основного направле ния настоящей работы. \ , ■ Л.

Дель диссертационного исследования, состоит в:совершенствовании аг томатизированного проектирования судовых АС путем решения.;проблемы ог тимальной идентификации АС в классе аппроксимирующих полиномиальных мс делей, положенных в основу оперативных методов расчета процессов,коте

ю используются для повышения качества АС и формирования оптимальных шюний.

В соответствии с указанной целью в диссертации' сформулированы, ¡основаны и решены следующие задачи:

1. Анализ существующих методов идентификации сложных систем в ¡ассе полиномиальных моделей и разработка нового научного подхода к нимальной идентификации судовых АС.

2. Развитие теории и методов планирования вычислительного экспери-шта для создания теории аппроксимирующих полиномиальных моделей, >едставляющей собой научную основу оптимальной идентификации процессов судовых АС.

3. Идентификация АЭЭС переменного тока со статическими преобразо-стелями для определения комплекса согласованных ПМ ЭМП.

4. Создание и практическая реализация в отраслевых нормативных до-ментах и компьютерных диалоговых системах оперативных методов расчета жазателей качества ЭМП в автоматизированных ЭХ, основанных на ПМП и зедназначенных для решения задач повышения качества ЭМП и формирования иимальных решений.

Методы исследования- Решение поставленных задач базировалось на ^пользовании методов теории планирования эксперимента, оптимального фавления, оптимальной идентификации и математического программирова-

1Я.

Объектом исследования в диссертации являются судовые автоматизиро-анные системы, характеризуемые сложным математическим описанием, мно-эрежимностью и многокритериальностью. При этом благодаря универсаль-эсти полиномиальных моделей допускается широкое разнообразие принципов эстроения судовых АС, их назначения, физической природы элементов и арактера управляющих и возмущающих воздействий. Это позволяет исполь-эвать разработанную методологию при автоматизированном проектировании

Елылинства судовых АС.

Предметом диссертационной работы являются аппроксимирующие полино-альные модели процессов в судовых АС, а также оперативные методы рас-ста этих процессов, основанные на полиномиальных моделях. [ Научная новизна Диссертации состоит в создании теории аппроксими-ующих полиномиальных моделей процессов, представляющей собой научную снову оптимальной идентификации судовых АС в классе полиномиальных мо-елей. Наиболее значительными научными результатами, впервые получении-

ми автором, являются следующие:

1. Сформулирован и математически обоснован новый научный подход оптимальной идентификации судовых АС в классе аппроксимирующих пол номиальных моделей.

г. Определены в явном виде необходимые и достаточные условия опт мальной идентификации судовых АС, включающие1 -

общие условия оптимальной идентификации, справедливые для любы областей изменения нормированных значений исследуемых параметров АС;

- условия оптимальной идентификации, справедливые для случаев, к гда область изменения нормированных значений параметров исследуем-АС представляет собой гиперкуб;

- частные условия оптимальной идентификации для типовых 1М1 в АС

В отличие от известных достаточных (но не необходимых ) услов:

оптимальной идентификации разработанные автором необходимые и достато1 ные условия накладывают менее жесткие ограничения на оптимальные ши вычислительного эксперимента, что позволяет существенно упростить синт< оптимальных планов и уменьшить затраты на вычислительный эксперимен'

3. Произведен синтез симметричных непрерывных планов вычислител] ного эксперимента (%Э)5 минимизирующих интегральную оценку ошибки а! проксимации для оптимальной идентификации судовых АС в классе полином! альных моделей второго и третьего порядков.

4. Предложены новые типы полиномиальных моделей процессов в судс вых АС, в частности:

- многофакторные полиномиальные модели второго и третьего поря; ков, представляющие собой композиции полиномов первого, второго третьего порядков;

- кусочно-полиномиальные модели, обеспечивающие достаточно высок} точность идентификации в любых подобластях области изменения параметре судовых АС.

- мультипликативно-полиномиальные модели, положенные в основу гр< фо-аналитических методов оценки качества АС.

Разработаны условия оптимальной идентификации и произведен сшш несимметричных оптимальных планов для определения вышеуказанных 1ШП с\ довых АС.

5. Разработаны научные основы активно-пассивной идентификации учитывающей взаимосвязь между параметрами АС. Получены условия опт! мальной идентификации и осуществлен синтез полноблочных и неполнобло^

-1ых планов активно-пассивного эксперимента.

6. Произведена идентификация электромагнитных процессов в АЭЭС, в результате которой разработан комплекс согласованных полиномиальных моделей несинусоидальных, несимметричных и переходных процессов, включаю-дий:

- модели несинусоидальных процессов, определяющие коэффициент искажения кривой напряжения АЭЭС, амплитуды гармонических составляющих напряжения в АЭЭС, гармонических составляющих,токов и электромагнитных' моментов синхронных генераторов и асинхронных двигателей.

- модели переходных электромагнитных процессов в АЭЭС при внезапном изменении статической симметричной нагрузки и запуске асинхронных |двигателей.

- модели несимметричных процессов в АЭЭС, учитывающие наличие однофазных потребителей и несимметрию тока трехфазных потребителей, в ¡частности асинхронных двигателей и статических преобразователей.

Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:

1. Предложеный новый научный подход к АС, основанный на разработанной автором теории аппроксимирующих полиномиальных моделей, позволя-!ет осуществлять оптимальную идентификацию судовых АС, практически любой ¡степени сложности в классе полиномиальных моделей.

2. Полученные автором в явном виде соотношения между моментами ПВЭ и законами распределения параметров, характеристиками отдельных конфигураций и частотеши проведения эксперимента в этих конфигурациях даот возможность достаточно просто осуществлять синтез непрерывных симметричных и несимметричных планов второго и третьего порядков, обеспечивающих оптимальную идентификацию АС.

3. Разработанные автором модели и методы расчета позволяют на различных этапах автоматизированного проектирования осуществлять решение проблемы повышения качества ЗМП в судовых АЭЭС и Формирования оптимальных решений при ограниченных затратах времени расчета на ЭВМ.

Реализация работы. Разработанные автором модели положены в основу автоматизированных систем расчета показателей качества ЗМП "РЭМП", "Диск", "Диалог", реализованных на персональных компьютерах и ЕС ЭВМ.

Разработанные автором методы расчета показателей качества эш были включены в следующие ОСТ, РД и методики:

■"■.■■;■■.■■ • -е-''.

- OCT 5.6130-78 и РД 5.6130-85 "Судовые электроэнергетические системы. Методы расчета коэффициента искажения синусоидальности криво] напряжения".

- "Методика определения качества электрической энергии в судовы электроэнергетических системах по таблицам, графикам и номограммам."

- методические указания по расчету коэффициента искажения АЭЭС бу ровых установок (для ЦКБ "Коралл").

- "Методика оценки влияния статических выпрямителей на дискретны составляющие виброакустических характеристик (ВАХ) синхронных генерато ров и асинхронных двигателей! "

Указанные нормативные документы и автоматизированные системы ис пользовались для оценки и повышения качества ЭМП в АЭЭС перспективны судов, кораблей и буровых установок на следующих предприятиях: ЦНИИ СЗ ЦНИИ им. А, И. Крылова, ЦКБ МГ "Рубин", ЦКБ "Малахит", "Коралл", "Ал маз", НИИ ЖВО "Электросила".

• Теоретические исследованияь и практические разработки, обобщен ные в диссертации, проводились при реализации трех комплексных целевых программ и более двадцати важнейших научно-исследователь ских работ, выполняемых в соответствии с Решениями Высших Праву тельственных Органов, Решением, Приказами и Планами МСП и друг& министерств.

Результаты диссертационой работы использовались в учебном прс necee:

- в ЛЭТИ им. В. И. Ульянова (Ленина) (кафедра электрофикации и автоматизации судов) в курсе "Теория управления и АСУ". '

- в Институте повышения квалификации руководящих работников v специалистов судостроительной промышленности (кафедра проектирован® энергетических комплексов и систем жизнеобеспечения судов.) в курс« "Электроэнергетические системы судов".

- В Мордовском Государственном Университете (кафедра САПР) в курсе "Основы САПР и технического творчества".

Материалы диссертации использовались при написании учебного пособия с грифом MB и ССО СССР "Автоматизация процессов управления в судостроении" (Л ,Судостроение) и методических разработок "Комплексна оценка качества судовых ЗЭС" и "Определение показателей качества ЭЭ на основе численного эксперимента".

Апробация работы. Основные научные положения и результаты до;

¡задавались и обсуждались на 20 всесоюзных, городских и отраслевых конференциях, симпозиумах и семинарах, в частности*.на Всесоюзной научно-гехнической конференций "Автоматизация и пути развития судовых электроэнергетических систем" (Севастополь.Л976 г.), Третьей Всесоюзной конференции "Совершенствование проектирования судовых ЭЭС и технологии электромонтажных работ" (Ленинград, 1979 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания мощных электроэнергетических систем цля судов ледового плавания и плавучих буровых/установок" (Ленинград, ¡.983 г.), Второй и Пятой Всесоюзных конференциях "Технические средства «учения и освоения океана" (Ленинград 1978 и 1985 гг.), Межотраслевой гаучно-технической конференции "Применение: ЭВМ:в проведении научных исследований при создании сложных технических объектов в судостроении" ;Ленинград,1985 г.), Четвертом и Шестом координационных совещаниях "Автоматизация процессов управления техническими средствами исследования и освоения мирового океана" (Севастополь, 1983 г. и Геленджик, 1987.г.), Дервой и Второй Всесоюзных конференциях "Системные исследования проблем управления качеством и автоматизация процессов управления качеством" (Львов, 1977 и 1980 гг.), Всесоюзной научно-исследовательской конференции "Теория и практика имитационного моделирования и создания гренажеров" (Пенза, 1982г.), Пятом Всесоюзном симпозиуме "Проблемы системотехники" (Ленинград, 1984г.), Научно-технической конференции 'Вопросы совершенствования организации и технологии ремонта судового электрооборудования (Владивосток, 1981 г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Электромагнитная совместимость судовых технических средств (Ленинград, 1990 г.), Всесоюзной научно-практической конферен-даи с международным участием "Акустическая эколория-90" (Ленинград, 1990 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 печатных работ, в гом числе две монографии, учебное пособие с грифом МВ и ССО ССР и справочник.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованных источников и четырех приложений. Общий объем работы - 371 страниц сквозной нумерации, в гом числе основного текста - 311 машинописных страниц, 20 рисунков и 17 таблиц. Список использованных источников содержит 119 наименования отечественных и иностранных публикаций. Приложения объемом 34 страниц включают в себя 27 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Во введении показана актуальность темы, сформулированы цель, и а дачи исследования., основные научные результаты и положения, выносив на защиту.

. В первой главе предлагается методология оптимальной идентификаи судовых АС, рассматриваются основные задачи идентификации, формирует новый научный подход к оптимальной Идентификации судовых АС в клас полиномиальных моделей.

ПМП в общем случае при идентификации процессов в судовых могут быть представлены следующим образом:

где - вектор нормированных значений параметров АС; ~ ве>

тор Оазисных функций ПМП; Ш''[$о }ё1,...ёл.]7 - вектор коэффициентов П№ Будем считать, что в каждом конкретном случае может быть выбраь так называемая аппроксимируемая ПМП вида (1), которая с необходимой тс ностью описывает зависимость показателя процесса от исследуемых паре метров. Однако определение этой модели во многих случаях не представля ется возможным или целесообразным. Определяется аппроксимирующая модел процесса, которой соответствует подвектор базисных функций ^ /(£) не содержащий отдельные компоненты вектора ■ Указанны

компоненты вектора объединяются в подвектор /¿{^Г^

Для повышения точности аппроксимирующих ПМП необходимо выби рать ПВЭ таким образом, чтобы обеспечить оптимальную идентификацию су довой АС, то есть минимизировать интегральную оценку ошибки аппроксима ции, усредненную по заданной области изменения параметров АЗЭС с учето! закона распределения этих параметров. Матрица моментов плана эксперимента представляется в виде:

М я ¡Ми М,1 (г)".

[Мщ Ма?)

где Мл и Иг'? - подматрицы, соответствующие векторам и.

А 'Р-

Необходимые и достаточные условия оптимальной идентификации записываются в виде матричного уравнения:

-9-

Mji Ил

■ ?Ял 7Qii

(3)

де 712 тт и 772;/ - подматрицы матрицы моментов ?72 закона распределе-1ия параметров судовых АС. Структура матрицы 772 аналогична структуре матрицы И .

Ввиду сложности решения уравнения (3), .в работах по планированию эксперимента рекомендуется использовать достаточные условия оптималь-юсти, что существенно ужесточает требования к оптимальным планам. Автором формулируется задача определения в явном виде необходимых и достаточных условий оптимальной идентификации, упрощающих построение оптимальных планов. Определение ПМП, адекватных исследуемым процессам, позволило разработать оперативные аналитические и графоаналитические методы расчета показателей процессов в судовых АС как с учетом, так и без /чета разброса параметров судовых АС.

Вторая, третья и четвертая главы посвящены развитию теории планирования вычислительного эксперимента и созданию теории аппроксимирующих ДМП в судовых АС.

Во второй главе рассматриваются вопросы определения необходимых и достаточных условий оптимальной идентификации ПМП в судовых АС.

Решение уравнения (3) для различных видов ПМП в судовых АС требует в каждом конкретном случае сложных и громоздких преобразований.

Поэтому в работе предлагается общее решение задачи, справедливое для любых видов ПМП в АС. Представим аппроксимируемую модель в виде полинома четвертого порядка. Вектор базисных функций этой модели имеет вид:

|где

9< f • /Т « \í Ф 9 ' n - * 9* f ^

♦ > tyr в 'f. ) q*r » r p»

; (¡.м-

p

-ю-

Анаяогичным образом записываются остальные подвекторы, соответствую» членам третьего и четвертого порядков.

Будем считать, что в общем случае необходимо рассматривать не колько групп параметров АС, причем номер группы определяется макс мальным порядком отдельных многочленов аппроксимирующей ПМП, соответ твукщих параметрам данной группы.

Представим вектор базисных функций аппроксимирующей ПМП следутощ образом:

где

{ фф; ?Г; %•} $Г; & ],

У а ~ [$¡-¡0 ') ^йзу

= / ; р" ■/ %}.

нижний цифровой индекс в скобках означает номер групп

ш,

Здесь и далее параметров.

В частных случаях векторы и ^ (^У могут не содержать от

дельных подвекторов, а их лодвектора - отдельных компонентов

Пусть всё" нечетные моменты плана эксперимента и закона распределе

ния параметров АС тождественно равны нулю. Тогда матрицы Мтт имеют вид:

и

Ни

Ми* Сп --

Соо

о

Сго О О О

9

о.

а

о о о о

И)

V»)

го

■>е)

9* 9'/ Ь Ь*

Сог О О О Сяг О О

о

0. о

о о

о о о

Ся о о

о с* О о й

У

г ¥ к

¡4}

if

-.К) -tfi) ~X(S)

f t ?¿j 9м 9a fe fíU¿

O Mv O O 0 0 Но,tí Mqs o o d\ i

O o o №<9 Mf/O O O O o o o

о Нщ o ó o o Mw M&a ooo

oo o o o o O o H*a O

0 0 o Mi, 9 Mw o o o o o o

0~ O O O O o o o o o o_

w

?r<'J w

(5)

толбцы A/it соответствуют вектору ^'^f^) > дополняющему вектор f^Y^/ До вектора ■ Ненулевым элементам ненулевых подмат-

иц матриц Мн и А/ц соответствуют четные моменты плана второго^ , етвертого и у/гг , а также шестого ¿/е , и^яа? порядков для раз-ичных групп параметров. Аналогичные структуры имеют матрицы ТПц и оторым соответствуют четные моменты закона распределения o¿z , </-4 ■¿-гг. ■ <¿6 , с>С«г и аСггг .

После проведения необходимых матричных преобразований согласно 3)-(5) была получена система двенадцати матричных уравнений, в левые и правые части которых входят ненулевые подматрицы матриц Mu » Mil , 12ii и 771ц. Решение этой системы уравнений позволило получить необходи-ые и достаточные условия оптимальной идентификации для наиболее общего лучая и для различных сочетаний отдельных типов аппроксимируемой и .ппроксимирующей ПМП в виде соотношений между моментами плана экспери-[ента и закона распределения параметров АС.

Если области изменения параметров АС представляют собой гиперкуб ли гиперпараллелепипед,.то необходимыми и достаточными условиями опти-вльной идентификации будут тождественные равенства нулю подматриц цен-рированной матрицы . Такой подход позволяет существенно упрос-

ить условия оптимальной идентификации для тех случаев, когда аппрокси-шрующие ПМП являются неполными полиномами третьего порядка или компо-¡ициями полиномов различных порядков.

В табл. 1 приведены необходимые и достаточные условия оптимальной щентификации для случаев, когда аппроксимируемая ПМП представляет со-юй полный полином третьего порядка.

Таблица 1

Вид аппроксимирующей модели '

Условия на гиперкубе

Дополнительные условия "для произвольной симметричной области

Композиция полиномов первого и второго порядков

//¡¡м / /&/</ -<¿4 у/гги) '/¿¿/¿г/ -<¿22

//е/е) "¿в ¿иг/г} _ еСгг Л г (г)

/Яг/й> '¿¿г

Полином второго порядка

<¿4 , АлОУ <¿£2 /¡гш оС2 9

Неполный полином третьего порядка, не содержащий членов вида

/га) <>¿2. ' Л/3)

т

//ггеш о^-ггг

1 Лгщ •¿г

//ггт _ | Лггф

//га) /гщ сСз -1 //¿ш <¿2

^. /мал ¿¿*г\ у/гглв)

Жи>} ¿г } Лш и* | у/ггз)

/¡/ггг/з^) _ еСггг 1 у/мв) __

е>Сгг | у/гШ ¿-г

Композиция полиномов второго и третьего порядков

1

2

Третья глава посвящена разработке научных основ синтеза непрерыв-згх симметричных планов вычислительного эксперимента второго и третьего эрядков для оптимальной идентификации процессов в судовых АС. В основу аких планов положены трехуровневые. симметричные конфигурации, точки тектров которых соответствуют вершинам или центрам граней гиперкуба, 5ру плана Бокса-Бенкин, звездным или нулевым точкам.

Для получения условий оптимальности ПВЭ в наиболее общем виде, редлагается ввести специальные характеристики типовых конфигураций, з условий оптимальной идентификации могут быть получены следующие ус-овия оптимальности ПВЭ:

Е ,* 2 л& аШг^А : % Л/его}8>г с 6)

; к с$ё>1 ; 1 ;7)

де » А/ц , Л/бг и Мз - характеристики типовых конфигураций, соот-етствующие общему числу точек спектра £ - й конфигурации, числу то-ек, в которых каждый параметр, произведения любой пары и любой тройки араметров принимают ненулевые значения; - размер / - й конфи-

урации; /§£ - частота проведения эксперимента в точках £ - й

онфигурации; Ь - коэффициент пропорциональности, принимающий про-звольное значение, если вектора базисных функций аппроксимируемой ПМ е содержат подвекторов фни и .

Левые части уравнений (6) и (7) представляют собой выражения для юответетвукадих четных моментов ПВЭ. При этом в большинстве случаев ус-ювиям оптимальности ПВЭ соответствуют лишь отдельные уравнения (6) и 7). Пусть ПВЭ включает две ненулевые конфигурации, аппроксимируемая ШП представляет собой полином - третьего, а аппроксимирующая ПМП -дорого порядка. Тогда соотношения между размерами конфигурации, частотами проведения экспериментов и моментами закона распределения парамет-)ое могут быть получены из уравнений (б) и представлены в виде:

Л? , .&£. . . „гч ^

й/ Зу (А/ги&ШМ/а* оСг оСг

где об* и - приведенные моменты четвертого порядка закона распределения, определяемые выражениями:

*" -У* Мг ' ■ .

В работе из (8) получены выражения для основных характеристик пла нов второго порядка, представляющих собой все возможные сочетания выше указанных симметричных конфигураций.

Приведены значения" размеров конфигураций для равномерного закон распределения параметров АС, что при детерминированном подходе соот ветствует одинаковым■ требованиям к точности ПМП во всех точках облает изменения параметров. Показано, что использование традиционных доста точных, а не необходимых и достаточных условий оптимальной идентифика ции накладывает жесткие, ограничения на размеры:отдельных конфигураций что не позволяет получить ПВЭ, у которых точки спектра основной конфи гурации расположены на границе области. Это ухудшает точность ПМП в по •добластях, близких .к границе и требует дополнительной проверки ее. дос товерности.

Сравнительная оценка характеристик планов второго, порядка показал; целесообразность использования центрального композиционного плана (ЦКП состоящего из вершин гиперкуба и звездных точек. Характеристики ЦКП, м нимизирующие ошибку аппроксимации ПМП, существенно отличаются от характеристик традиционных 1Ш1, в частности, квази-Д-оптимаяьных и ротота бельных планов.

Был произведен синтез планов второго порядка, состоящих из одно: конфигурации, а также различных двухфакторных и многофакторных плано] третьего порядка. Показано, что для наиболее общего случая, когда аппроксимируемая многофакторная ПМП есть полный полином четвертого порядка, а аппроксимирующая ПМП - третьего порядка, ■ план третьего порядк; должвн включать четыре ненулевые конфигурации; два гиперкуба, комплекс звездных точек, а также ядро плана Бокса-Бенкина или середины ребер. Соотношения для моментов распределения и размеров конфигураций принимают достаточно сложный вид и аналитическое решение задачи не представляется возможным. Было получено численное решение для равномерного закон? распределения параметров. Проведенные расчеты показали, что целесообразно в качестве аппроксимируемой ПМП брать неполный полином четвертогс порядка, не содержащий членов вида р/ и . Это практически не

уменьшает точность аппроксимирующих моделей, но существенно упрощаем

¡нтеэ плана третьего порядка. Такой план содержит только три конфигу-щии: гиперкуб, ядро Бокса-Бенкина и комплект звездных точек. Уравне-и моментов и частоты проведения экспериментов имеют вид:

Величины звездных плеч и частоты проведения экспериментов в звезд-ых точках выбираются произвольным образом.

Аналогичным образом получены выражения, позволяющие строить сим-©тричные планы третьего порядка для оптимальной идентификации процес-;ов в судовых АС на основе любых видов аппроксимируемых и аппроксимирующих 1М1

Четвертая глава посвящена синтезу оптимальных несимметричных ПВЗ 1.яя оптимальной идентификации процессов в судовых АС. Применение таких 1ВЭ во многих случаях обеспечивает достаточно высокую точность ПМП при значительно меньших (по сравнению с симметричными ПВЭ) затратах машинного времени на их реализацию.

Автором предложен новый тип моделей - многофакторных композиционных полиномиальных моделей процессов (МКПМП), представляющих собой композицию полиномов второго и третьего порядков или первого и второго порядков. Для определения МКПМП разработаны несимметричные ПВЭ, спектры которых содержат сравнительно небольшое число точек.

Записаны уравнения четных моментов к определены выражения для размеров конфигураций плана и частот проведения эксперимента.

При идентификации процессов в судовых АС бывает необходимо учитывать широкий диапазон изменения параметров АС. В этих случаях для обеспечения заданной точности расчетов необходимо пользоваться кусочно-полиномиальными моделями процессов (КПМШ в АС, включающими в себя совокупность локальных полиномиальных моделей. Каждая иг- указанных моделей справедлива в определенной подобласти теле дуемой области изменения параметров. В работе предлагается общий подход к синтезу ПВЭ для определения КШП в судовых АС на основе аппарата нечетких множеств с уче-

МзМг -МгМгз * 6 ' МзА>ы-/ЛгУы

том условий оптимальной идентификации. При этом рассматриваются планы,} которых одна конфигурация (гиперкуб) является общей для всех локальны? подобластей, а остальные конфигурации, строятся в каждой локальной поди области. Это позволяет существенно уменьшить число точек спектра плана.

Вводится понятие нечеткого множества точек ПВЭ в г - й локально! подобласти, которое определяется как пересечение нечетких подмножеств соответствующих п! параметров. Выражения для функций принадлежност! нечеткого множества и его подмножеств"имеют следующий вид: "

. (10>

где ^¿и - значение - го параметра в и - й точке спектра план; эксперимента, нормированное относительно 2" - й подобласти; £гг - постоянная величина, соответствующая £ - й конфигурации, выбираемая та: .что ^Уич ^ 1; - число параметров, разбиваемых на поддиапазон:

при определении подобластей.

Частоты проведения экспериментов в точках спектра плана задайте таким образом, чтобы соотношения между ними соответствовали соотношё ниям между функциями принадлежности. В этом случае все нечетные момент первого порядка и некоторые нечетные смешанные моменты более высоког порядка будут тождественно равны нулю. Четные моменты плана выражен через функции принадлежности и путем несложных преобразований приводят ся к стандартным выражениям (6) и (7). Это позволяет использовать дл определения условий идентификации выражения, приведенные в третьей гла ве.

Совокупность локальных ПМП объединяются в КПМП следующим образом:

у- И

/* №

где - гектор значений параметров в $ - й расчетной точке

у^е - функция принадлежности е - й подобласти

Л г - локальная ПМ, соответствующая Ъ - й подобласти. Для идентификации процессов в судовых АС в работе предлагаете новый тип моделей - мультипликативно-полиномиальные модели процес

:ов (МПМП). На основе МПМП разработаны графо-аналитические методы >асчета показателей процессов. Кроме того, применение МШШ обеспечивает ?остаточно точные результаты, а их разработка в ряде случаев требует <еньших затрат на вычислительный эксперимент, чем разработка МКПМП.

Будем считать, что вектор параметров АС может быть разбит на отдельные подвекторы. Если принять допущение о слабой связи между влияни-!м компонентов различных подвекторов на значения показателей процессов, 'о можно выражение для МПМП представить в виде.:

^ - ^ Л & гщ) ^ (12)

*де 1У - число подвекторов; - значение показателя ЭМП, соответствующие значениям параметров, принятых за номинальные.

Наиболее важным является. частный случай, когда число параметров в саждом подвекторе не превышает двух. Тогда все сомножители (12.) могут зыть определены с помощью специально полученных графических зависимостей, то есть задача оценки качества процессов может быть решена гра-(ю-аналитическим методом. Для повышения точности МПМП необходимо разбивать область изменения параметров АС на подобласти и определять ло-сальные МПМП. Определение первого сомножителя МПМП может быть осуществлено на основе любого из рассмотренных выше симетричных или несимметричных ПВЭ. Для определения остальных сомножителей были разработаны специальные планы, минимизирующие интегральную оценку ошибки аппроксимации и соответствующие различным сочетаниям аппроксимируемых и аппроксимирующих ПМП этих сомножителей.

В пятой главе рассматриваются вопросы оптимальной идентификации яесинусоидальных процессов (НСП) в судовых АЭЭС с трехфазными двухполу-периодными выпрямителями, эквивалентными двенадцатифазными выпрямителями и многопульсными многофазными непосредственными преобразователями частоты (НПЧ). Разработанные ПМП позволяют рассчитать показатели НСП в ЮЗС, содержащих один или несколько синхронных генераторов (СП, асинхронных двигателей (АД), статических выпрямителей (СВ), НПЧ и фильтро-адмпенсируюших устройств (ФКУ). Разработка ПМП НСП осуществляется в два этапа. На первом этапе определяется ПМП с одиночными преобразователями, а на втором - с несколькими преобразователями с учетом взаимной компенсации гармоник преобразователей и их взаимного влияния.

В качестве расчетных параметров схем замещения АЭЭС со статическими

преобразователями были приняты следующие: расчетное индуктивное сопротивление коммутации генератора ( ), расчетная относительная полная мощность преобразователя ( $*/> или &ê ), глубина регулирования выход ного напряжения преобразователя ( ) и падение напряжения во входной цепи преобразователя (напряжение короткого замыкания трансформатора). Кроме того, при исследовании АЭЭС с выпрямителями рассматривается расчетная постояная времени нагрузки ( Ç ), а в АЭЭС с НПЧ - коэффициент мощности ( ' cos У* ') и соотношение частот напряжения на входе и выходе НПЧ ( Jjj, ).

При идентификации показателей искажения формы кривой напряжен® АЭЭС с выпрямителями и НПЧ использоваяись вычислительные модели СГ-СВ, приведенные в РД5. 6130-85. При этом СГ представляется в виде источнике трехфазного напряжения с последовательно включенным сопротивлением эквивалентное значение которого зависит от сверхпереходных сопротивлений СГ и от характеристик эквивалентного АД.

ПМП коэффициента искажения АЭЭС представляется в виде:

Ми (Sê^r, iïj, ^гДSs ZrûfS^A&ltij^Sj (fo T) (13)

M»(&/Jr, ïïj, * gé Zr8($i,Zr, f«,/!{>)& f/^ïj . (14)

MTOvffl вида (13) используется для графо-аналитического метода расчета коэффициента искажения, а ЖМТ вида (14) - для аналитического, осуществляемого с помощью ЭВМ. Аналогичные выражения имеют ШМП гармони! напряжения АЭЭС. Сомножители ПМП представляют собой полиномы третьго п< рядка. Коэффициенты сомножителя & получены на основе оптимального дву факторного плана третьего порядка, рассмотренного в главе 3. Для повыш ния точности расчета второй сомножитель представлен в виде KIMI, приче область изменения параметров Si и Хг разбивается на шесть подоблаете для АЭЭС с трехфазными выпрямителями и на три подобласти для АЭЭС с дв надцатифазными выпрямителями. Коэффициенты 8g и Sj получены на основ планов, предложенных в главе 4. Для определения сомножителя S ШМ1 '(■i4 использовались планы, полученные на основе аппарата нечетких множеств Полученные МПМП позволяют производить расчет показателей НСП АЭЭС с уп равляемыми и неуправляемыми выпрямителями практически всех классов су дов с любыми СГ, так как при их определении рассматривались достаточк широкие диапазоны изменения значений расчетных параметров схемы замеще

ия АЭЭС. Кроме того, в работе получена ПМП, учитывающая влияние филь-ро-компенсируюших устройств, собственная резонансная'частота которых аходится в пределах 150-225 Гц.

При идентификации АЭЭС с НПЧ рассматривались четыре различных схемы реобразования частоты,отличающихся числом пульсаций ( i = 6,12) и чис-ж фаз нагрузки ( /77/ = 3,6), а также различными законами формирования эивой выходного напряжения. Были получены МПМТ интегрального и парци-иьных коэффициентов искажения, причем каждый парциальный коэффициент арактеризует искажение формы кривой напряжения в определенном диапазо-; частот. Выражения для МПМП имеют вид (13). Однако последний сомножи-гль зависит от параметров JJp и COS %р . Указанные модели легли в основу )афо-аналитического метода расчета. Для аналитического метода расчета жазателей искажения были получены КМПМ, причем в качестве локальных аделей были выбраны МКПМП, представляющие собой композиции полиномов орого и третьего порядков. При этом для интегрального коэффициента кажения члены третьего порядка соответствуют параметрам Snp и 2/к , для парциальных коэффициентов - параметрам ///> и COS Упр.

При определении ПМП в судовых АЭЭС с несколькими преобразователями обходимо учитывать взаимную компенсацию гармоник напряжения отдельных ¡еобразователей и их взаимное влияние. Автором предложено следующее сражение для оценки результирующего коэффициента искажения АЭЭС с нес-лькими выпрямителями без учета их взаимного влияния •.

Ни s

£ Mug * г Е Мае Миг Лег № 1 .

! 15)

е Mue и Миг - значения коэффициентов искажения АЭЭС,полученные при тономной работе / - го и Ъ - го выпрямителей; fy* - коэффициент, ха-ютеризуюший взаимную компенсацию гармоник напряжения £ - го и г - го щрямителей и определяемый выражением:

^тзг

г& cosftye- <A»J

Ifae , 1кг

¿•твететвующих им фазных углов.

imact

hi We . ^е

значения Ù

16)

x гармоник напряжения и

-20. Выло получено также приближенное выражение .коэффициента положенное в основу графо-аналитического метода расчета.

Учет взаимного влияния совместно работающих выпрямителей осуществляется путем введения эквивалентных приведенных напряжений входных.цепей совместно работающих'выпрямителей, определяемых выражением: :

где 3-й (/'//ре/) - коэффициент взаимного влияния выпрямителей, определяемый путем обработки результатов вычислительного эксперимента.

При исследовании совместной работы двух НПЧ или НПЧ и выпрямителя в АЭЭС рекомендуется, также воспользоваться выражением (15). Однако в указанных случаях не удается получить аналитические выражения для/?/* и 1Гцеэ . Поэтому коэффициент /рп , определяемый путем обработки результатов вычислительного эксперимента, учитывает как взаимное влияние, так взаимную компенсацию гармоник отдельных преобразователей.

При разработке перспективных судовых АЭЭС, в первую очередь АЭЭС научно-исследовательских судов (НИС), необходимо производить оценку влияния мошных статических выпрямителей на значения амплитуд гармонических составляющих пульсирующих электромагнитных моментов (ЭММ), а следовательно и значения соответствующих канонических дискретных составляющих ВАХ в СГ и АД.

При определении ПМ канонических гармоник ЭЭМ СГ рассматривала« вычислительная модель СГ-СВ, которая обеспечивает достаточно высокук точность расчетов. Если не учитывать влияние эквивалентного АД, то ПМ амплитуд гармоник представляется следующим■образом:

Мнг =МлОг&г(Я*, Яг) ИЗ)

Мт М*о & (//г, Я Хг) ,

р*

где Мпог'- постоянная составляющая ЭММ СГ при Рйо = О, выраженная относительных единицах; Мт - относительное значение амплитуды ]) - о гармоники ЭММ СГ.

ПМП вида (18) используется для графо-аналитичеекого метода расчет а ПМП вида (19) для аналитического. Получены также выражения для опре деления значений гармоник ЭММ в СГ с учетом влияния эквивалентного АI

:>'казанные ПМП получены для ограниченных диапазонов изменения отдельных расчетных параметров, соответствующих диапазонам изменения этих параметров в судовых АЭЭС. Для повышения точности автоматизированных расчетов модели вида (13) были определены раздельно для управляемых'и неуправляемых выпрямителей. МПМП вида (18) были получены на основе несси-летричных, а ПМП вида (19) - симметричных оптимальных ПВЭ. Результаты расчета по симметричным ПВЭ были использованы и для определения ПМП третьего порядка коэффициентов искажения и гармоник напряжения АЭЭС с управляемыми и неуправляемыми выпрямителями. Это позволило существенно повысить точность расчетов всех показателей НСП судовых АЭЭС.

При определении ПМП гармоник ЭМП АД используются вычислительные вдели СГ-АД-СВ, в которых предусмотрено полное описание ЭМП в АД. Кроме того, при определении ПМ для аналитического метода расчета гармоник ЭММ при JCr ^ 0,2 o.e. предусматривается полное описание ЭМП в СГ, а в остальных случаях - упрощенное описание. Указанные ПМП имеют следующий вид:

Мшэ -Si & 8//}Z> (//?,&)■ ¿Ш) fSt,

J (20)

Мрель = Мпао & Of,, Яг) ,

Mi/m - ~ постоянная составляющая ЭММ исследуемого АД.

Для уточнения расчетов определялась полиномиальная модель третьего поправочного коэффициента ПМП (20), учитывающая параметры реального АД, в том числе и его пусковые параметры. При этом, так как для высших гармоник величина скольжения близка к единице, эквивалентные АД, соответствующие высшим гармоникам, рассматривались как двигатели с заторможенным ротором, что соответствует режиму короткого замыкания АД.

При расчете гармоник ЭММ в СГ и АД для АЭЭС с несколькими выпрямителями взаимное влияние выпрямителей, как и ранее, учитывается с помощью выражения (17), а результирующая гармоника определяется на основе выражения, аналогичного (15).

Разработанные ПМП НСП были включены в ОСТ 5.6130-78, РД 5.6130-05 и методику оценки влияния статистических выпрямителей на дискретные составляющие ВАХ СГ и АД судовых АЭЭС.

Аналогичный подход был использован для определения ПМП гармоник тока в силовых кабелях СГ и АД, которые были использованы для графе- аналитического и аналитического методов расчета исходных данных к

РД 5.760034-76 и методике расчета характеристик.., электромагнитных полей в местах расположения электронных средств.

Вычислительные ПМП были использованы для разработки аналитического и графо-аналитического методов расчета вероятностных характеристик показателей НСП в АЭЭС, состоящей из одного СГ с одиночно работающим выпрямителем. С этой целью, путем непосредственного . дифференцирования выражений ПМ по расчетным параметрам были определены выражения функций чувствительности коэффициента искажения и отдельных гармоник напряжения АЭЭС с трехфазными и двенадцатифазными выпрямителями. На основе функций чувствительности первого порядка были получены выражения и графические зависимости для графо-аналитического метода расчета, а функции чувствительности первого и второго порядков - для аналитического.

При проектировании АЭЭС перспективных.судов с мощными статическими преобразователями в большинстве случаев необходимо принимать специальные меры с целью обеспечения допустимых значений показателей качества несинусоидальных процессов и ВАХ судового электрооборудования. В работе рассмотрены различные способы решения этой задачи, в частности путем увеличения мощностей электростанций, выбора генераторов со сравнительно небольшими значениями сверхпереходных индуктивных сопротивлений, использования фильтро-компенсирующих устройств, изменения режимовработь отдельных потребителей постоянного тока путем их подключения к различным ГРШ,

Произведен анализ применения специальных мер по подавлению высшю гармоник напряжения, к которым относится использование в АЭЭС эквивалентных двенадцатифазных и двадцатичетырехфазных схем выпрямления, г также многопульсных и многофазных непосредственных преобразователе частоты (НПЧ).

В работе подробно исследована АЭЭС со вспомогательными системам! электродвижения (ВСЭД), в которых вспомогательная система обеспечивав' экономический и малый ход с повышенной маневренностью, а на исследовательских судах - малошумные режимы работы судна, связанные со спецификой научно-исследовательских работ.

В процессе выполнения научных исследований рассматривалось четыр надцать вариантов единой автоматизированной ЭЭС, отличающихся мощность ВСЭД, числом синхронных генераторов (1-4) и выпрямителей (2-4) в кадцо электростанции, единичной мощностью СГ (1500 кВт, 2500 кВт и 3200 кВт способами подключения выпрямителей к электростанциям и схемами вьшрям

ления отдельных выпрямителей. Для каждого варианта АЭЭС рассматривалось от 8 до 30 расчетных режимов, соответствующих различным скоростям гребных электродвигателей и режимам выпрямительного агрегата. На основе разработанных полиномиальных моделей производились расчеты канонических гармоник напряжения ( ^ = 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23, 25), гармоник электромагнитных моментов ( = 6, 12, 18, 24) и соответствующих значений уровня вибрации. Анализ полученных результатов для АЭЭС ; двенадцатифазными выпрямителями ВСЭД'показал, что значения всех рассмотренных показателей качества несинусоидальных процессов существенно зависят от глубины регулирования выпрямителя ВСЭД, обеспечивающего работу гребного электродвигателя (ГЭД), а следовательно и его скорости зращения. Указанные зависимости носят многоэкстремальный характер, придам режим номинальной скорости ГЭД в подавляющем большинстве случаев не соответствует экстремальным значениям показателей качества, ввиду силь-гой взаимной компенсации гармоник тока, потребляемых отдельными выпрямителями. Автором предложены рекомендации по обеспечению заданного ка-?ества НСП и уровня дискретных составляющих ВАХ СГ и АД в малошумных >ежимах работы судна.

При исследовании НСП в АЭСС буровых установок (БУ) для ЦКБ "Ко->алл" была произведена оценка коэффициента искажения АЭЭС БУ проектов 0170, 15401 и 16710, для которых выработаны рекомендации по обеспече-¡ию допустимого значения коэффициента искажения. Было произведено срав-ение расчетных и экспериментальных данных, которые получены в резуль-ате испытаний АЭЭС БУ проекта 10170 при двух работающих генераторах [СК-1250-750. Расхождения между расчетными и экспериментальными значе-иями -коэффициента искажения не превышает 10%.

Шестая глава посвящена разработке ПМ переходных процессов (ПП) и есимметричных стационарных процессов (НСС-П) в судовых АЭЭС на основе ктивно-пассивного эксперимента (АПЭ). При разработке планов АПЭ учиты-алось, что параметры СГ и АД коррелированы мевду собой. Значения этих араметров (они называются контролируемыми или пассивными) в отдельных очках спектра плана берутся равными значениями расчетных параметров ко-кретных типов СГ и АД, например, СГ серий ТМ, ТМВ и МСК. Параметры наг-узки, значения которых могут выбираться произвольным образом, называют-а управляемыми параметрами. Автором были разработаны сбалансированные элноблочные и неполноблочные планы АПЭ и определены условия оптимальной ¡шроксимации различных видов ПМ ЭМП, полученных на основе А1В.

При определении ПМ переходных процессов в качестве вычислительных моделей были использованы модели СГ- статическая нагрузка (СН) и СГ-АД. При этом рассматривалось три типовых расчетных режима, соответствующих СН с коэффициентами мощности 0,8 и 0,4 , а также пуску обобщенного АД.

Подробный анализ различных видов ПМ максимального провала напряжения показал, что в наибольшей степени требованиям точности, физической наглядности и универсальности удовлетворяет МПМ вида:

•d -- d U'«*:г fa, Ж </)t <21 >

где ¿Z/'/nax - ПМ максимальных провалов напряжения, соответствующие типовым расчетным режимай; Snxtx - ПМ поправочного коэффициента, определяемого параметрами нагрузки.

Для повышения точности расчетов было разработано девять МПМП, соответствующие трем расчетным режимам и трем группам СГ, в частност:-явнополюсным СГ, у которых Р 300 кВт, мощным явнополюсным СГ v неявнополюсным СГ. Разработка МПМП осуществлялась на основе оптимальны! непрерьшных планов АШ.

Выла проведена сравнительная оценка расчетных и экспериментальны) данных. При этом были использованы результаты стендовых испытаний, проводимых ЦНИИ СЭТ, и натурных испытаний, проводимых на АЭЭС одного и; судов и АЭЭС буровой установки проекта 10170. Анализ показал, что расхождения между расчетными данными, полученными на полиномиальной и вычислительной моделях, в несколько раз меньше расхождений между экспериментальными данными и расчетными данными, полученными на вычислительны моделях. ' '

На основе разработанных МПМП была произведена оценка значений про вала напряжения перспективных судовых АЭЭС при прямом пуске наиболе' мошных АД. Проведенный анализ показал, что для указанных АЭЭС всегд обеспечиваются допустимые значения максимальных провалов напряжения.

Аналогичным образом были получены ПМП других показателей качеств электромагнитных ПП: величины мгновенного провала и перерегулировани напряжения,:времен установления и восстановления напряжения, а такж величины ударного тока короткого замыкания.

Несимметрия напряжения трехфазной сети оказывает весьма существен ное влияние На работу автоматизированных систем и электрооборудования в частности на вибрацию СГ и АД на частотах 100 Гц и 200 Гц. Для иссле

доЕания несимметричных процессов, определяемых наличием однофазных потребителей, была получена.МПМП коэффициента небаланса напряжения вида:

PlnS'-LfXs 6г (l#t &S У?) , (22)

где ¿¿р и Jatp - приведенные токи эквивалентных однофазной и трехфазной нагрузок; и ¿Су - индуктивные сопротивления СГ обратной последовательности и по поперечной оси; £0$ - коэффициент мощности однофазной нагрузки.

I Первый сомножитель <5/ представляет собой ПМП второго порядка, а второй (§2 ~ ft®® второго порядка.

ПМП (.23) была использована и для ориентировочной опенки влияния несимметрии токов трехфазных, потребителей на значения коэффициента небаланса напряжения в судовых АЭЭС.

Оценка адекватности полученных ПМ несинусоидальных, переходных-и аесимметричных•процессов исходным вычислительным моделям проводилась путем сравнения результатов расчетов по обоим видам моделей на основе метода статистических испытаний. Определены вероятностные характеристики абсолютной и относительной ошибок ПМ, которые приведены в приложении 3.

1 седьмой главе рассматриваются вопросы решения задач оценки, трогнозирования и повышения качества ЭПМ в судовых АЭЭС. Использование разработанного комплекса согласованных и информационно совместимых ПМП ¡ущественно упрощает решение широкого класса задач автоматизированного [роектирования и экспериментальных исследований судовых АЭЭС.

Для решения задач оценки и повышения качества ЭМГ1 в судовых АЭЭС 1ВТором были разработаны автоматизированные системы "Диалог","РЭМП" и 'Диск".

Указанные системы предусматривают расчет показателей качества не-гинусоидальных, переходных и несимметричных процессов, а также дискрет-пи составляющих ВАХ СГ и АД, определяемых мощными статическими гыпря-мтелими. однофавньш потребителями и несимметрией трехфазных потреби-влей.

Диалоговые системы "Диалог" и "РЭМП" ориентированы на персональные Ш PC/AT и предусматривают вывод на экран дисплея типовой функциональ-ой судовой АЭЭС со вспомогательной системой электродвижения., а также втоматическое изменение режимов ее работы путем подключения раз-яичных ыпрямителей к электростанциям и изменение скоростей гребных электро-

двигателей. Разработаны версии систем "РЭШГ и "Диалог", ориентирован ные на универсальные' ЕС ЭВМ, позволяющие осуществлять не только детерм нированную, но и вероятностную оценку качества ЭПМ на основе метода ст| тистических испытаний.

Для решения оптимизационных задач была разработана автоматизиро ванная система параметрической оптимизации (ACO), а для определен* аппроксимирующих НМЛ и КПМП - диалоговая система "ДИСАМ". Использован* вышеуказанных4 систем позволяет автоматизировать процессы оценит и повь шения качества ЭПМ в судовых АЭЭС.

Разработанный комплекс ЛМП был использован и для решения задач ai томатизации процессов функционального прогнозирования показателей кг чества АЭЭС. ' Функциональное прогнозирование заключается в определен! ЭПМ конкретной АЭЭС в прогнозируемом (расчетном) режиме на основе зн; чений показателей этой же АЭЭС в некотором экспериментальном режиме. 3 основе разработанного метода сотрудниками ЦНИИ СЭТ был создан алгори' функционального прогнозирования, реализованный на ПЭВМ . РеаЛизащ этого алгоритма на бортовой ЭВМ позволит непосредственно в процес( эксплуатации решать задачи прогнозирования показателей качества ЭПМ. с; довых АЭЭС. -

Указанный подход был также использован для решения задач сокращ ния объема швартовых испытаний судовых автоматизированных ЭЭС.

На основе описанных выше полиномиальных моделей была разработа имитационная система переходных процессов генераторных агрегатов. Пр веденные исследования позволили выдать рекомендации по сокращению об ема швартовых.испытаний и исключению или уменьшению мощности нагрузо ных устройств. Указанные рекомендации использовались при разработке о раслевого стандарта на типовые программы и методику швартовых испыт ний судовых электростанций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Возникновение проблемы оптимальной идентификации судовых автомат зированных систем обусловило необходимость разработки нового научнс подхода к идентификации АС в классе полиномиальных моделей. В оснс научного подхода положена разработанная автором теория аппроксимирую! полиномиальных моделей.

В работе получены следующие основные результаты:

-271. Полученные автором необходимые и достаточные условия оптималь->й идентификации позволили в явном виде определить соотношения между ментами плана эксперимента и законами распределения параметров АС как га традиционных полиномиальных моделей, так и для предложенных автором гогофакторных полиномиальных, кусочно-полиномиальных и мультипликатив-з-полиномиальных моделей процессов в судовых АС.

2. Полученные условия оптимальной идентификации дали возможность 1ределйть зависимости между размерами типовых .конфигураций и частотами доведения эксперимента в точках спектров этих конфигураций. На основе ■сазанных зависимостей осуществляется синтез непрерывных симметричных и асимметричных планов оптимального, активного и активно-пассивного экс-ериментов, обеспечивающих достаточно высокую точность идентификации роцессов в судовых АС.

3. Разработанный на основе оптимальной идентификации комплекс сог-асованных и информационно совместимых полиномиальных моделей открыл ринципиальную возможность создания диалоговых систем РЭМП, ДИСК, ДИСО, ИСАМ и "Диалог" для оценки и повышения качества электромагнитных про-ессов в автоматизированных ЭЭС на основе персональных ЭВМ. Применение казанных диалоговых систем, положенных в основу автоматизированных ра-очих мест исследователей и проектантов , позволит автоматизировать отельные задачи проектирования судовых автоматизированных ЭЭС. Указанный омплеке моделей,кроме того, позволяет также решать задачи оценки, по-.ышения и функционального прогнозирования качества электромагнитных процессов, а также оптимальной настройки параметров систем автоматического регулирования напряжения и частоты.

4. Разработанные вероятностные аналитические и графо-аналитические гетоды расчета процессов позволяют определять вероятностные характерис-■ики показателей качества процессов в АЭЭС с учетом разброса параметров :удовых АЭЭС. Необходимость применения вероятностных методов для оценки I повышения качества электромагнитных процессов в судовых АЭЭС связано : переводом судовых АЭЭС и электронных средств на питание непосредс-'венно от общесудовой сети, когда даже кратковременный выход отдельных гоказателей качества электромагнитных процессов за заданные пределы мо-кет привести либо к нарушению работы судовых АЭЭС и электронных средств, либо к их отключению от сети.

5. Внедрение разработанных нормативных документов и диалоговых систем позволило решить проблему оперативной оценки качества электри-

ческой энергии и канонических дискретных составляющих ВАХ в судовых г томатизированных ЭЭС со- статическими преобразователями.

6. Произведены многовариантные расчеты и рассмотрены вопросы noi шения качества электромагнитных процессов и формирования оптималы решений в автоматизированных ЭЭС перспективных судов, кораблей и бух вых установок на следующих предприятиях и в организациях: ЦНИИ СЕ ЦНИИ им. А. И. Крылова , ЦКБ МГ "Рубин" , ЦКБ "Малахит" , "Коралл' "Алмаз" , НИИ ЛЕЭО "Электросила". '

Полученные результаты подтвердили эффективность и практическую ï ализуемость нового научного подхода к оптимальной идентификации судо! АЭЭС, выдвинутого в диссертационной работе,и целесообразность его щ менения в практике автоматизированного проектирования судовых АЭЭС.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Зубарев К1 Я. Автоматизация процессов управления в судостроеш .Учебное пособие. - Л.- Судостроение, 1978. - 264 с.

2. Зубарев Ю. Я. , Норневский Б. И. Эффективность судовых автомати; рованных систем. - Л. : Судостроение, 1975. - 307 с.

3. Зубарев Ю. Я. , Собашников А. Д. , Юхнович В. А. Расчет судовых г томатизированных систем методами активного эксперимента. - Л.: Судос роение, 1976. - 95 с.

4. Качество электрической энергии на судах / Шейнихович В. В. ,. К. манов О. М. , Пайкин Ю. И. ..Зубарев Ю. Я. - Л..: Судостроение, 1983. - 159

5. Зубарев Ю. Я. Автоматизация расчета показателей качества зле1 ромагнитных процессов в судовой ЭЭС // Изв. ЛЭТИ. Научн. тр. / Ленин] электротехн. ин-т им. В. И. Ульянова ( Ленина). - Л. , 1990.. - Вып. il - С. 86.

6. Зубарев Ю. Я. Вопросы разработки функциональных моделей ЭЭС основе имитационного эксперимента // Изв. .ЮТИ. Научн. тр. / Ленин) электротехн. ин-т им..« В. И. Ульянова (Ленина). - Л. ,1986. - Вып. 372. рабельная электроэнергетика и автоматика. - С. 17-20. ,

7. Зубарев Ю. Я. Оценка искажения напряжения ЭЭС с несколькими bî рямителями // Изв. ЛЭТИ. Науч. тр. /Ленингр. электротехн. ин-т им. В. И. янова,( Ленина), 1985. - Вып. 363. Корабельная электроэнергетика и авг матика. - С. 20-24.

8. Зубарев Ю. Я. , Кобрин Г. А. Расчет кривой напряжения в автоном! электроэнергетической системе с непосредственным преобразователем ч^ тоты на основе полиномиальных зависимостей // Известия ВУЗов СС<

нектромеханика, 1985. - N 9, - С. 92-97.

9. Зубарев Ю. Я. Оптимизация качества судовых ЭЭС на основе много-жторных моделей единичных показателей // Изв. ЛЭТИ. 'Науч. тр. / Ле-гагр. электротехн. ин-т им. В. И.Ульянова (Ленина), 1980. - Вып. 269. грабельная автоматика. - С.65-69.

10. Зубарев Ю. Я. , Зуев В. А. Идентификация сложных судовых автомати-•фованных систем при разработке имитационных моделей // Изв. ЛЭТИ. На-4. тр. / Ленингр. электротехн. ин-т им. В. И. Ульянова (Ленина), 1981. Вып. 295. Судовые автоматизированные системы. Методы проектирования, С. 41-50.

11. Зубарев Ю. Я. , Зуев В. А. Оценка показателей качества электро-1ергии судовых ЭЭС на основе планов с минимальным систематическим сме-гнием // Изв. ЛЭТИ. Научн. тр. / Ленингр. электротехн. ин-т им. В. И. Уль-яова (Ленина), 1984. - Вып. 348. Системы электроэнергетики и управления зижением судов. - С. 7-13.

12. Зубарев Ю. Я. , Зуев В. А. , Павлова В. А. Построение функциональных моделей ЭЭС на основе несимметричных планов имитационного экспери-энта // Изв. ЛЭТИ. Научн. тр. / Ленингр. электротехн. ин-т им. В. И. Уль-нова (Ленина), 1987. - Вып. 386. Системы электроэнергетики и управле-йя движением судов. - С. 46-50.

13. Зубарев Ю. Я. Автоматизация расчета показателей качества судо-ых ЭЭС. Сб. НТО им. акад. А. а Крылова, 1980. - Вып. 325. - С. 71-75.

14. Графический метод определения коэффициента искажения напряже-^я в судовых ЭЭС со статическими выпрямителями, используемыми на буро-ых судах и установках / Зубарев Ю. Я. , Зуев В. А. , Пайкин Ю. И. и др. Сб. ТО им. акад. А. Н. Крылова, 1983. - Вып. 373. - С. 60-66.

15. Зубарев Ю. Я. , Зуев В. А. , Шейнихович В. В. Унифицированный метод ртоматизации расчетов показателей качества электроэнергии судовых ЭЭС.

Сб. НТО им. акад. А. Н. Крылова, 1984. - Вып. 389. - С. 56-63.

16. Зубарев Ю. Я. , Пайкин Ю. И. , Шейнихович В. В. Применение методов ланирования эксперимента для расчета кривой напряжения в судовых ЭЭС о статическими преобразователями. - Вопросы судостроения. Сер. Судовая [лектротехника и связь, 1982. - Вып. 35. - С. 27-32.

17. Интерполяционные методы расчета искажений кривой напряжения удовой ЭЭС, вносимых непосредственными преобразователями частоты / Зу-арев Ю. Я. , Зуев В. А. , Кобрин Г. А. , Шейнихович В. В. - Вопросы судостро-ния. Сер. Судовая электротехника и связь, 1983. - .Вып. 39. - С. 51-64.

■ •■ ■ -soie. Зубарев Ю. Я. , Шейнихович В. В. Оценка качества электроэнергии на судах с учетом разброса параметров судового электрооборудования. Сб. НТО им. акад. А. Н. Крылова, 1985. - Вып. 420. - С. 33-46.

19. Васильев Д. В., Зубарев: Ю. Я. , Мельцер М. И. Исследование нелинейных систем автоматического управления с нестабильными параметрами. -Электричество, 1972. - N 2. - С. 36-40.

20. Зубарев Ю. Я. Анализ качества функционирования систем автоматического управления с учетом постепенных отказов // Изв. 'ЛЭТИ. Науч. тр. , 1970, - Вып. 86. - С. 75-78. ,

21. Болдырев Ю. Ю. , Зубарев Ю. Я. , Хосидов 3. К. Прогнозирование качества электроэнергии в судовых электроэнергетических системах на основе мультипликативно-полиномиальных моделей. Сб. НТО им. А.H Крылова, 1985. - Зьш. 408. - С. 45-48. -

. 22, Зубарев Ю. Я. , Хосидов 3. К. , Шейнихович ЕВ. Прогнозирование правильности функционирования судовых электроэнергетических систем. Сб. НТО им. акад. А. а Крылова, 1988. - Вып. 453. - С. 8-12.

23. Зубарев Ю. Я. , Строгецкий R М. , Унывалова Л. Ф. Косвенные методы идентификации показателей качества электроэнергии судовых генераторных агрегатов при швартовых испытаниях // Изв. ЛЭТИ. Науч. тр. / Ленингр. злек-тротехн. ин-т им. В. И. Ульянова (Ленина), 1983. - Вып. 334. Системы электроэнергетики и управления движением судов. - С. 67-71.

24. Зубарев Ю. Я. Унывалова Л Ф. Автоматизация настройки судовых электроэнергетических систем. Сб. НТО им. акад. А. Е Крылова, 1981.

- ВЫП. 352. - С. 43-51.

25. Зубарев Ю, Я. , Унывалова Л Ф. Вопросы оптимальной настройки СЭС с помощью ЭВМ. - Вопросы судостроения. Сер. Судовая электротехника у, связь, 1982. - Вып. 35. - С. 27-32.

26. Диалоговая система оценки и обеспечения качества электрической энергии судовых электроэнергетических систем / Зубарев Ю. Я. ,Пайкин Ю. И. Шейнихович В. В. - Судостроительная промышленность. Сер. Проектирование судов, 1986., - Вып. 3. - С. 37-39.

27. Зубарев Ю. Я. Исследование и оптимизация АСУ: Учебное пособие / ЛЭТИ - Л. , 1987. - 79 с.

28. Зубарев Ю. Я. Кусочно-полиномиальные модели показателей качества судовых автоматизированных систем // Изв. ЛЭТИ. Научн. тр. / 1978.

- Вып. 242. - С, 120-124.

29. Зубарев Е Я. , Сендюрев В. Е , Юхнович В. А. Алгоритмизация за-

я анализа и синтеза автономных электроэнергетических систем на основе !ТОдов активного эксперимента. Сб. НТО им. акад. А. И. Крылова, 1975. Вып. 232. - С. 57-64.

30. Зубарев Ю. Я. , Собашников А. Д. , Юхнович В. А. Применение методов стивного эксперимента для исследования судовых электроэнергетических гстем на ранних стадиях проектирования. Сб. НТО им. акад. А. И. Крылова, )75. - Вып. 224. - С. 63г69.

31. Норневский Б. И., Зубарев Ю. Я., Собашников А. Д. Исследование /довых автоматизированных систем методами отсеивающего эксперимента. 5. НТО им. акад. А. И. Крылова, 1975. - Вып. 224. - С. 70-75.

32. Разработка аналитических моделей показателей качества СЭС ме-эдами активного эксперимента / Михайлов В. А. , Зубарев ¡0. Я. , Собашни-эв А. Д., Юхнович В. А. Сб. НТО им. акад. А. И. Крылова, 1975. - Вып. 224.

С. 76-86.

33. Зубарев Ю. Я. , Собашников А. Д. , Юхнович В. А. Формализация задач ногокритериального синтеза судовых ЭХ1 на основе метода активного экс-зримента. Сб. НТО им. акад. А. Е Крылова, 1976. - Вып. 235. - С. 14-23.

34. Зубарев Ю. Я , Собашников А. Д. , Юхнович Е А. Расчет динамичес-ой устойчивости судовой ЭЭС методом активного эксперимента. Сб. НТО м. акад. А. И. Крылова, 1976. -Вып. 235. - С. 24-36.

35. Исследование переходных процессов судовых электрознергетичес-их систем на основе многофакторного анализа / Михайлов В. А. , Зуба-ев Ю. Я. .Собашников А. Д. , Юхнович В. А. /' Труды ЦННМ СЭТ, 1973. - Вып. 8.

С. 75-83.

36. Зубарев Ю. Я. ,. Собашников А. Д. Многофакторный анализ качества ункционирования корабельных систем // Язв. ЛЭТЙ. Науч. тр. , 1973.

Вып. 124. - С. 121-123.

37. Зубарев Ю. Я. Основные задачи исследования и оптимизации судо-ых автоматических систем методами активного эксперимента. Сб. НТО им. 1кад. А. И. Крылова, - Вып. 247. - С. 5-9.

38. Зубарев Ю. Я. Векторная оптимизация судовых автоматических еие-■ем. Сб. НТО им. акад. А. И. Крылова, - Вып. 247. - С. 10-17.

39. Зубарев Ю. Я. , Эйбшиц А. Г. Регрессионная зависимость мевду диа-ктральными размерами машин постоянного тока и их коммутационными пара-1етрами. - Электротехническая промышленность. Сер. Электрические машины, .983. - Вып. 9 (151). - С. 3-4.

40. Методы планирования эксперимента в расчетах качества электро-

энергии судовой ЭЭС со статическими преобразователями // Тез. докладов

3-й Всесоюзной научно-техк конф. " Совершенствование проектирования судовых ЭЭС и технологии электромонтажных работ." - Л: Судостроение, 1979. - С. 103-104.;

41. Зубарев Ю. Я. Об автоматизации процесса оптимизации качества судовых ЭЭС при проектировании //Тез. докладов 3-й Всесоюзной научно- техн. конф. "Совершенствование проектирования судовых ЭЭС и технологии электромонтажных работ." - Л.:. Судостроение, 1979. - С. 61-62.

42. Зубарев Ю. Я. , Зуев К А. , Кобрин Г. А. Современные методы расчета искажений напряжения в ЭЭС буровых судов и сооружений // Тез. докладов

4-й Всесоюзной научно-техн. конф. "Проблемы создания мощных ЭЭС и систем электродвижения для судов ^ледового плавания и технических средств освоения шельфа." - Л; Судостроение, 1983. - С. 67-69.

43. Зубарев Ю. Я. , Унывалова Л. Ф. Оптимизация настроечных параметров судовых генераторных агрегатов с помощью ЭВМ // Тез. докладов научно-техн. конф. "Вопросы совершенствования, организации и технологии ремонта судового электрооборудования." - Владивосток: 1981. - С. 32-34.

44. Зубарев Ю. Я. , Зуев В. А. , Павлова В. А. Методология разработки полиномиальных моделей технических средств исследования океана // Тез. 4-й Всесоюзного совещания "Автоматизация процессов управления техническими средствами исследования мирового океана. " - М.: 1987. - С, 121.

45. 'Зубарев Ю. Я. Векторная оптимизация судовых автоматизированных электроэнергетических систем // Тез. докладов Всесоюзной конф. "Автоматизация и пути развития СЭС." - Л.: Судостроение, 1976. - С. 209-211.

46. Зубарев Ю. Я. Оптимизация сложных судовых систем управления не различных стадиях проектирования //Тез. докладов на Всесоюзной науч-но-техн. конф. "Проблемы развития современной элементной базы систем судовой радиоэлектроники и вычислительной техники." - А: Судостроение, 1977. - С. 42-43.

47. Зубарев Ю. Я. , Павлова В. А. Оценка качества судовых ЭЭС // Изв. ЛЭТИ. Науч. тр. / Ленингр. электротехн. ин-т им. В. И. Ульянова (Ленина), 1982. - Вып. 309. . Системы электроэнергетики и управления .движением судов. - С. 81 -88. :