Введение к работе
Актуальность работы. Многообразие имеющихся стабилизаторов напряжения позволяет выбирать оптимальные варианты применения их в различных режимах и условиях эксплуатации. Вместе с тем существуют и нерешенные проблемы, в которых применение имеющихся стабилизаторов недостаточно эффективно, к ним относятся:
- значительная протяженность линий электропередач в горных и отдаленных районах, которая сказывается на качестве поставляемой энергии;
- перегрузки линии электропередач, связанные с развитием частного предпринимательства, строительством и т.д.;
- возникновение аномальных режимов работы.
Создание стабилизаторов напряжения, способных эффективно работать при тяжелых и аномальных режимах работы является актуальной задачей.
Однако создание нового высококачественного и конкурентоспособного стабилизатора в условиях рыночной экономики невозможно достичь без применения автоматизированного проектирования. Актуальность создания САПР возрастает в связи с многовариантностью задач проектирования силовых стабилизаторов, связанной с повышением предъявляемых к ним требований и стремлением обеспечить оптимальность проектируемого устройства по многим показателям и характеристикам одновременно. Но специфика задач, решаемых при проектировании нового технического объекта, обуславливает разработку специализированной системы автоматизированного проектирования, которая позволит достичь поставленной цели с максимальной эффективностью.
Разработка и внедрение специализированной САПР силовых стабилизаторов напряжения позволит повысить эффективность проведения проектных работ и сократить время разработки и цикл «идея – реализации – прототип – внедрение».
Целью диссертационной работы является разработка и исследование моделей и алгоритмов автоматизированного проектирования ферродиодных стабилизаторов напряжения (ФДСН).
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
-
Разработка способа стабилизации напряжения в аномальных условиях эксплуатации.
-
Разработка методики анализа электромагнитных процессов ФДСН, позволяющего проводить исследование характеристик в различных режимах работы.
-
Реализация многокритериального выбора альтернатив для поиска оптимального решения.
-
Исследование оптимального решения с целью выявления неустойчивых режимов работы.
Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, основанные на общих положениях методологии автоматизированного проектирования. Для проверки результатов многокритериальной оптимизации применялись лабораторные и производственные экспериментальные исследования.
Научная новизна работы:
-
Предложен способ стабилизации напряжения, позволивший решить проблему стабилизации сетевого напряжения в тяжелых и аномальных условиях эксплуатации.
-
Предложена методика автоматизированного анализа процессов, протекающих в ФДСН, позволяющая проводить исследование параметров и характеристик в различных режимах работы стабилизатора напряжения. При разработке методики были предложены и сформулированы:
-
математическая модель ФДСН;
-
процедура синтеза моделей элементов схемы;
-
математическая и схемотехническая модели дросселя управления;
-
-
Разработан и исследован способ улучшения технико-экономических показателей ФДСН на основе метода многокритериальной оптимизации с последующим анализом устойчивости. В результате получены и сформулированы:
-
критериальные модели выделенных технико-экономических показателей ФДСН;
-
математическая постановка задачи оптимизации проектных параметров ФДСН;
-
алгоритм многокритериальной оптимизации ФДСН;
-
алгоритм автоматизированного анализа устойчивости.
-
-
На основании полученных моделей и алгоритмов разработана структура подсистемы автоматизированного проектирования ФДСН для использования в составе комплексной САПР силовых стабилизаторов.
Практическая значимость работы:
-
Разработанные в диссертационной работе модели и алгоритмы позволяют уменьшить время и стоимость проектных работ, позволяют повысить эффективность научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ и существенно сократить затраты на проведение экспериментальных работ с физическими образцами вновь проектируемых изделий.
-
Разработанные методики и алгоритмы составляют эффективный инструментарий автоматизированного проектирования электротехнических устройств.
Достоверность научных положений подтверждается результатами экспериментальных исследований в лабораторных и реальных условиях эксплуатации. Статистический анализ параметров проектируемых и уже работающих в промышленных условиях образцов ФДСН, подтверждает с инженерной точностью совпадение результатов расчетных и экспериментальных данных.
Апробация и реализация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на первой межрегиональной научной конференции «Современные проблемы радиоэлектроники», - г. Ростов-на-Дону в 2006 г.; на 5 международной конференции «Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий», проведенной в г. Владикавказ в 2007 г.; на 6 международной научно-практической конференции «Наука на рубеже тысячелетий» - г. Тамбов в 2008 г.; в сборнике «Труды молодых ученых – выпуск 4, 2008 г.», СКГМИ (ГТУ) г. Владикавказ»; в рецензируемом научном журнале, рекомендованном ВАК для публикации статей, «Известия ОрелГТУ – выпуск 4, 2008 г.», г. Орёл.
Разработанный программный модуль САПР ферродиодных стабилизаторов напряжения был внедрен в Горском государственном аграрном университете (г. Владикавказ).
Личный вклад автора. Основные научные положения, теоретические выводы и рекомендации, содержащиеся в главах 2, 3 и 4 получены автором самостоятельно.
Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано 5 печатных работ. Получен 1 патент РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 101 наименования и 3 приложений. Общий объем диссертации 140 страниц машинописного текста, включая 46 рисунков и 3 таблицы.
