Структурне передбачення та інноваційний синтез нових структурних різновидів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсова робота

Структурне передбачення та інноваційний синтез нових структурних різновидів

Вступ

З розвитком нових технологій, обчислювальної техніки виникла проблема вибору машин для виконання той чи іншої задачі. Тому почали розвиватися машини спеціального призначення, які призначенні для виконання певних задач. Отже перед проектувальниками з`явилась задача створити нові електричні машини, які б відповідали цим новим потребам. І по сьогоднішній день спеціалісти проектуючи принципово нову машину діють згідно своїй інтуїції та досвіду, не використовуючи при цьому ні яких методологічних або теоретичних прийомів. Найбільш ефективним методом являється направлений синтез нових структур з використання генетичної класифікації. Цей шлях не дозволяє обрати найбільш оптимальний метод вирішення проблеми, тому що багато варіантів можуть бути неявними і не мають аналогій в даній галузі. Як наслідок, існує реальна потреба в впровадженні як одного з елементів проектування - направленого пошуку по заданій цільовій функції.

На сьогодні на нашій кафедрі розроблено фундаментальні основи теорії, що дозволяє розглянути всю множину можливих варіантів і вибрати найкращий. В основі цієї теорії лежить принцип генетичного моделювання. Цей принцип дозволяє узявши за основу реально існуючу машину та створивши на її основі модель отримати цілий клас нових, до цього невідомих моделей, які за рядом параметрів розбігаються з вихідною моделлю, але побудовані на певних базових засадах, що єднають усі ці нові моделі.

Метою даної роботи є засвоєння практичних навичок постановки та розв'язання інноваційних задач структурного синтезу та системного аналізу об'єктів електромеханіки.

1. Аналіз результатів патентного пошуку

електричний патентний інноваційний синтез

Для знаходження нових видів дискових двигунів потрібно зайти відомі на цей час ЕМ. Джерелами такого пошуку можуть різні технічні журнали, бібліотеки, Інтернет, патентні відомства та ін. По зробленому патентному пошуку було знайдено опис патентів дискових електричних машин. В цій таблиці міститься скорочена інформація яка наведена в описах до патенту. Інформація була перенесена до таблиці 1, де наведена:

Ш номер по порядку;

Ш рік винаходу;

Ш цільова функція;

Ш особливості конструкції;

Ш генетичний код;

Ш задача патенту.

Для кожного з наведених ЕМ було визначено генетичний код. Для його визначення було використано генетичну класифікацію первинних джерел поля. Дані цього аналізу можна використати для побудови моделі мікроеволюції. З усіх знайдених дискових електричних машин визначено домінуючий вид.

2. Визначення структурного прототипу, опис принципу його роботи, особливості його конструкції

У результаті патентного пошуку за прототип було обрано патент №66119 «Дискова електрична машина».

Принцип дії: поверхні магнітних полюсів ротора і статора перпендикулярні до валу двигуна. Система збудження виконана на постійних магнітах. Магнітні полюси ротора виконані з постійних магнітів і розташовані на одному колі відносно осі обертання в площині, перпендикулярній до валу. Поверхні роторних полюсів також перпендикулярні полюсам системи збудження, останні виконані з моно матеріалу з високою магнітною проникністю і малою коерцитивною силою. Полюси системи збудження з'єднані разом і закріплені на валу двигуна за допомогою немагнітних елементів.

Пропускаючи струм по розподіленій обмотці статора який лежить в тороїдальному магнітопроводі створюємо осьовий робочий магнітний потік, який проходить через торцевий робочий проміжок і через постійний магніт диска ротора. Проходячи вздовж нього зі сторони протилежної полярності через другий робочий повітряний проміжок ротора попадає на магнітопровід і замикається по ньому. Це призводить до того, що ротор даного двигуна обертається без таких комутуючих елементів, як щітки і кільця, що дозволяє використовувати такий двигун в вибухонебезпечних зонах (наприклад в шахтах).

Особливості конструкції:

· розподілена обмотка на статорі,

· синхронна обертова електрична машина з явнополюсним ротором.

Область використання: Область використання такого двигуна це в системах автоматики та вибухонебезпечних сферах.

Рисунок 1 - синхронна машина-прототип з розподіленою обмоткою і явновираженими магнітними полюсами на роторі: 1 - статор, 2 - ротор з явно вираженими полюсами, 3 - розподілена обмотка на статорі, 4 - вал.

3. Побудова моделі мікроеволюції тороїдально-плоских електричних машин

Поняття мікроеволюції - це напрям структурної еволюції ЕМ систем, що відбувається в межах конкретного виду електричних машин. Мікроеволюція збирає в собі процеси генетичного формування популяцій та їх вдосконалення. В основі моделей мікроеволюції лежать інформаційні процеси. Роль вихідної інформації для побудови таких моделей виконують результати патентно-інформаційних досліджень.

Моделювання мікроеволюційних процесів складається з двох характерних етапів. На першому визначається безліч породжувальних структур, які визначають генофонд виду. З огляду на генетичну будову виду, розвиток його популяційної структури можна вважати результатом спрямованого відбору в межах можливого хромосомного набору, який визначається комбінаційними варіантами електромагнітних хромосом і генетичними мутаціями.

Моделі мікроеволюції відображають реальні процеси внутрішньовидових генотипних змін та напрямки удосконалення структурної організації ЕМПЕ на рівні окремих підвидів і популяцій. Вони дозволяють здійснювати аналіз ефективності інновацій та підставу побудови алгоритмів генетичного синтезу електромеханічних об'єктів з поліпшеними показниками якості.

Вихідною інформацією для побудови моделі мікроеволюції певного виду являються результати інформаційно - патентного пошуку.

Ю Патентний пошук

Ю Інформаційна база даних

Ю Вибір координат мікромоделі

Ю Формування цільової функції

Ю Побудова мікромоделі.



Рисунок 2 - Модель мікроеволюції електричних машин тороїдально-плоского виду

На рисунку 2 показано генетичне дерево мікроеволюції класу електродвигунів з дисковим ротором. Для побудови діаграми по вісі абсцис зазначимо декілька умов (цілей), які б вказували на мету покращення патенту:

F1ц - спрощення конструкції

F2ц - підвищення енергетичних показників, а саме ККД (4,6)

F3ц - підвищення універсальності двигуна

З моделі мікроеволюції можна побачити, що найбільш прогресивним напрямком удосконалення електродвигунів з тороїдально - плоскою поверхнею первинного джерела поля є підвищення ККД, а потім спрощення конструкції і підвищення універсальності двигуна.

4. Визначення області існування та аналіз структурного передбачення

Короткі відомості про генетичний класифікацію та генетичний код

З точки зору використання базової класифікації для здійснення спрямованого синтезу структур ЕМ - об'єктів, і структуру необхідно подати у вигляді двовимірної області, утвореної ортогональними осями базових класифікаційних ознак, значення яких однозначно визначають координати базових властивостей багатьох об'єктів, які класифікуються. З урахуванням цільового призначення такої класифікації можливості використання апарату безпосереднього геометричного моделювання, основною формою подання та обробки інформації може бути графічна інформація. Це дає можливість безпосередньо використовувати графічні образи базових об'єктів в якості вихідних примітивів для здійснення процедур спрямованої генерації множин потенційно можливих структур об'єктів у межах координатного простору базових ознак. Для кожного виду машин генетична інформація включає в себе перелік базових елементів машин, які характерні тільки для даного виду і є відмінною ознакою цього виду. Область існування знаходиться за допомого генетичної класифікації первинних джерел поля. Ця генетична класифікація структурно визначається двома поняттями.

· Перше - просторова геометрія первинних джерел поля.

Існують такі види просторової геометрії:

ЦЛ - циліндричний; КН - конічний;

ПЛ - плоский; ТП - тороїдальний плоский;

СФ - сферичний; ТЦ - тороїдальний циліндричний

· Друге поняття - електромагнітна симетрія джерела поля. Вона характеризує властивість електромагнітної хвилі поля зберігати свою періодичність за напрямком її розповсюдження, або за ортогональним напрямком.

0.0 - джерело поля симетричне за xта y напрямками;

0.2 - джерело поля симетричне за напрямком розповсюдження хвилі і асиметричне за ортогональним напрямком (х - асиметрія; у - симетрія);

2.0 - клас джерел поля асиметричних за напрямком розповсюдження хвилі і симетричні за ортогональним напрямком (х - симетрія; у - асиметрія);

2.2 - асиметричні за xта y напрямками.



Структура генетичного коду складається з двох основних частин - літерної та цифрової. Літерна частина коду відповідає за просторову геометрію поверхні. Цифрова частина генетичного коду позначає топологічні ознаки та вид електромагнітної симетрії: за напрямком розповсюдження хвилі поля (перша цифра), і за ортогональним напрямком (друга цифра коду).

Генетичний код виконує подвійну функцію. По-перше, це стисла форма запису спадкової генетичної інформації в еволюціонуючи електромагнітних і електромеханічних структурах і по-друге, структура коду однозначно визначає значення координат конкретного джерела поля, тобто його суттєві властивості, в межах генетичної класифікації первинних джерел поля.

Визначення генетичного коду синхронної електричної машини

Обраний прототип має тороїдної форми, тобто повітряний проміжок теж має тороїдну форму це означає що генетичний код літерну частину матиме - ТП. Перша частина цифрового коду вказує на наявність електромагнітної симетрії по напряму розповсюдження хвилі, тобто - 0. Друга частина вказує на відсутність електромагнітної симетрії джерела поля в ортогональному напряму по відношенню до напряму хвилі (наявність країв ортогональному напрямі по відношенню до розповсюдження хвилі поля), тобто - 2. Характер руху - обертовий, значить маємо «у».

В цілому генетичний код матиме вигляд ТП 0.2 у.

Область існування породжувальних структур.

Під областю існування будемо розуміти упорядковану сукупність породжувальних структур, які визначають видовий склад певного класу ЕМ - системи в пошуковому просторі. Визначення області існування породжувальних структур довільного класу ЕМ - системи базового рівня можливе в тому випадку, коли сукупність суттєвих ознак шуканої системи, які визначають її цільову функцію, мають генетичну природу. До переліку таких ознак слід віднести: просторовий вид обмоток; характер руху рухомої частини; просторову форму активної поверхні; вид кінцевих електромагнітних ефектів; динамічну форму повітряного проміжку; фізичний стан та відносні розміри рухомої частини та ін. Наявність такої вихідної інформації дозволяє однозначно ідентифікувати область існування породжувальних ЕМ - структур в предметній області ГК.

Визначення області існування здійснюється на основі періодичної структури генетичної класифікації. Теоретичною основою, яка забезпечує відповідність інформації на рівні джерел поля і реальних функціональних класів є принцип збереження генетичної інформації. Він пояснює, що довільна структура в процесі еволюції зберігає свою інваріантну частину, яка визначається генетичною інформацією відповідної електромагнітної хромосоми.

Суть методу полягає в послідовному перенесенні суттєвих ознак, які визначають цільову функцію структури, на породжувальні джерела поля предметної області генетичної класифікації та наступної перевірки функціональної сумісності генетичної структури з-за даною сукупністю ознак.

Для обраного прототипу виділимо такі цільові функції:

1. В основу першої функції покладемо наявність обертального руху;

2. Активна поверхняна статорі зрозподіленими обмотками;

3. Роторз явновираженими магнітними полюсами.

При пошуку повинні бути прийняті до уваги ще деякі обмеження:

1. Пошук здійснюється лише в межах першого великого періоду;

2. Активна поверхня на статорі з розподіленими обмотками

3. Ротор з явновираженими магнітними полюсами.

Покажемо що маючи тороїдну плоску первинну поверхню машини - прототипу з розподіленою обмоткою, можна отримати різні машини за формою з такими ж генетичними ознаками.

Рисунок 3 - перетворення форм ПДП за допомогою метода перенесення

По заданим обмеженням ми отримали таку область існування яка перенесена до таблиці 1

Таблиця 1

0.0
0.2	ЦЛ0.2 y	КН0.2 y	ТП0.2 y	СФ0.2 y	ТЦ0.2 y
2.0
2.2	ЦЛ 2.2 y	КН 2.2 y	ТП 2.2 y	СФ 2.2 y	ТЦ2.2 y
	ЦЛ	КН	ТП	СФ	ТЦ

Проаналізувавши дані таблиці 1 можна сказати що ми можемо мати тільки дві області існування окремих радів:

Q1 (ЦЛ 0.2у, КН 0.2у, ТП 0.2у, СФ 0.2у, ТЦ 0.2у);

Q2 (ЦЛ 2.2у, КН 2.2у, ТП 2.2у, СФ 2.2у, ТЦ 2.2у).

Інші області не можуть існувати так як буде порушуватись цільові функції. Наприклад для існування груп 0.0 та 2.0 потрібна наявність кільцевої обмотки, також 2.0 машини поступального руху. Також не можуть існувати досліджувані машини у вигляді плоских машин.

5. Спрямований синтез гомологічних рядів ЕМ. Аналіз та візуалізація синтезованих структур

До задач інноваційного синтезу будемо відносити клас задач, який безпосередньо пов'язаний з процедурами спрямованого пошуку і синтезу принципово - нових об'єктів або систем. Науково - методичною оновою для розв'язування таких задач є положення генетичної еволюції ЕМ - систем. До інноваційного синтезу будемо відносити задачі, розв'язання яких ґрунтується на основі закону гемологічних рядів.

Структура генетичних алгоритмів є упорядкованою послідовністю процедур, які забезпечують подання і перетворення генетичної, геометричної та графічної інформації в діалогових режимах розв'язання задач синтезу. Використання геометричних операторів передбачає перехід до технологій безпосереднього геометричного моделювання, основу якого становлять процедури просторових перетворень ЕМ - структур та їх наступна графічна інтерпретація. Тому ефективність генетичних алгоритмів значною мірою визначається його здатністю до перетворення і якості подання відповідних масивів інформації.

Генетичний синтез орієнтований на постановку і розв'язання задач, безпосередньо пов'язаних з спрямованим пошуком різновидів ЕМ - структур у межах заданого генотипу, які задовольняють заданій цільовій функції.

Використаємо закон гомологічних рядів. Поняття гомології пов'язане з генетичною спорідненістю. В процесі еволюції ЕМ з'являються структури, які можна віднести до певного гомологічного ряду. Кількість цих рядів - нескінчена. Закон гомологічних рядів встановлює закономірність, яка дозволяє за наявності одного структурного представника отримати шляхом топологічних перетворень всіх інших представників цього ряду. Цей закон є одним з методів спрямованого синтезу нових різновидів ЕМПЕ.

Для того, щоб здійснити синтез генетично споріднених структур, застосуємо методи просторової деформації та вивертання фігури.

За допомогою цього методу можна отримати електричні машини типу ЦЛ, КН, ТП. Суть методу: ми наче обертаємо активну поверхню електричної машини навколо умовної вісі обертання, але переносимо генетичні особливості прототипу на отримані моделі. При куті 0 градусів - маємо циліндричну машину, при кутах від 0 до 90 градусів - конічні поверхні, при куті 90 градусів - плоску тороїдну. Після оберту на 180 градусів поверхні будуть аналогічні попереднім.

Користуючись методом просторової деформації, ми отримаємо машини, які належать до виду ПЛ, СФ, ТЦ. (Плоска машина, сферична, тороїдна циліндрична). Суть методу: деформація поверхні машини зі збереженням генетичних ознак моделі, яку деформуємо.

Генерація структурних варіантів електромеханічних систем в задачах генетичного синтезу здійснюється за допомогою генетичних операторів, які відтворюють відповідні механізми розмноження та генетичної мінливості, властиві біологічним системам. Аналіз хромосомних наборів відомих класів ЕМПЕ, електричних апаратів та електротехнічних пристроїв свідчить, що в задачах генетичного синтезу структур найбільша частота використання належить операторам реплікації, схрещування, кросинговеру, та інверсії.

Оператор реплікації моделює процедуру розмноження вихідної структури із збереженням відповідної сукупності її генетичних ознак. На хромосомному рівні при здійсненні процедури реплікації роль вихідної структури виконують хромосоми реплікатори.

Оператор схрещування - один з найпоширеніших генетичних операторів в задачах генетичного синтезу, що моделює механізми структуроутворення ЕМ - систем із змішаною генетичною інформацією. Процедуру схрещування застосовують як на рівні синтезу батьківських хромосом, так і хромосом - нащадків.

Інваріантні властивості структури генетичної класифікації дозволяють встановити певні правила, що їх слід враховувати при застосуванні оператора схрещування:

· Правило просторової сумісності.

· Правило домінування.

Оператор інверсії відтворює один з найпоширеніших механізмів генетичної мутації в ЕМ - системах. Поняття інверсії безпосередньо пов'язане з структурною будовою складного об'єкта і заданим просторовим розміщенням його складових частин. Під інверсією будемо розуміти пару елементів, розміщених у просторі в зворотному порядку.

Кросинговер - генетичний оператор, що моделює обмін окремих ділянок електромагнітних генів на хромосомному та об'єктному рівнях розвитку ЕМ - структури. Структури які є результатом кросинговеру, широко використовуються в різноманітних схемах обмоток ЕМ і електричних апаратів, в керованому багато індукторному тяговому електроприводі рухомого складу на магнітному підвісі, в структурних схемах керування та живлення електромеханічних пристроїв.

Мутація - це генетичний оператор, що моделює зміни в структурі електромагнітних хромосом, які не враховуються генетичним оператором реплікації, схрещування та кросинговеру. Процес виникнення та та розширення структурної різноманітності довільного виду ЕМ - систем можна розглядати як наслідок генетичної мінливості, яка на хромосомному рівні моделюється за допомогою відповідних генетичних операторів.

Таким чином за допомогою всіх вище названих операторів можна отримати всі необхідні структури.

За допомогою просторових деформацій синхронної машини - прототипу тороїдального - плоского типу отримаємо синхроннуциліндричну. Вона може застосовуватися для різноманітних цілей, так як має вид стандартної циліндричної машини постійного струму з постійними магнітами. Дуже проста і виготовленні так як обмотку потрібно вкладати тільки на статорі.



Рисунок 3 - синтезована структура синхронної машини з циліндричним ротором з явновновираженими магнітними полюсами

1. Статор

2. Явновновиражені магнітні полюси

3. Розподілена обмотка

4. Вал

На малюнку 4 зображено синхронний електродвигун, який є представником виду КН 0.2 у. Отже, ми отримали двигун, у якого фронтальна частина помітно вужча за тильну. Активні частини та повітряний зазор мають конічну форму (літерна частина генетичного коду КН). Структурні представники цього виду відрізняються явно вираженими індивідуальними властивостями - наявністю як радіальних, так і аксіальних складових зусиль електромагнітного тяжіння між статором та ротором.

Таким чином, ми виконали цільову функцію, електромагнітна орієнтація поля збереглася. Отриманий двигун має дещо складнішу, ніж у прототипу конструкцію.



Рисунок 4 - синтезована структура синхронної машини з циліндричним ротором з явновновираженими магнітними полюсами

1. Статор

2. Явновновиражені магнітні полюси

3. Розподілена обмотка

4. Вал

Скориставшись методом просторової деформації ми отримали сферичний синхронний електродвигун який зображений на малюнку 7. За напрямком розповсюдження хвилі поля відноситься до симетричних джерел. За ортогональним напрямком відносно напрямку розповсюдження хвилі поля до асиметричних, оскільки обмотка має лобові частини. Має конструкцію мало розповсюдженої форми.

Генетичний код цієї машини: СФ 0.2 у.

Рисунок 5 - синтезована структура синхронної машини з сферичним ротором з явновновираженими магнітними полюсами.

На рисунку 8 маємо перетворення синхронної машини-прототипутороїдального плоского типу в тороїдальну циліндричну. За напрямком розповсюдження хвилі поля відноситься до симетричних джерел. За ортогональним напрямком відносно напрямку розповсюдження хвилі поля до асиметричних, оскільки обмотка має лобові частини. Ця машина матиме такий генетичний код: ТЦ0.2 у. Переваги такого двигуна в тому, що він не має вала та підшипників. Рухома частина тримається на магнітному підвісі.

На рисунку 6 зображено лише переріз цієї машини. Загальний її вид статор та ротор мають бути замкнуті по колу.

Рисунок 6 - синтезована структура синхронної машини з тороїдально-циліндричним ротором з явновновираженими магнітними полюсами

1. Статор

2. Явновновиражені магнітні полюси

3. Розподілена обмотка

Перетворення синхронної машини-прототипутороїдального плоского типу в циліндричну з іншою геометричною симетрією відносно рисунка 5 маємо на рисунку7. Статор отриманої машини є дуговий, що говорить про асиметрію за напрямком розповсюдження хвилі поля.



Рисунок 7 - синтезована структура синхронної машини з циліндричним ротором з явновновираженими магнітними полюсами

1. Статор

2. Явновновиражені магнітні полюси

3. Розподілена обмотка

4. Вал

Синтезуючи машину - прототип тороїдну плоску в конічну відрізняється від попереднього варіанту тим, що статор є не замкнутим конусом. Це значить, що за напрямком розповсюдження поля відноситься до асиметричних джерел.

Рисунок 8 - синтезована структура синхронної машини з конічним ротором з явновновираженими магнітними полюсами

1. Статор

2. Явновновиражені магнітні полюси

3. Розподілена обмотка

4. Вал

Для синтезу тороїдної плоскої машини - прототипу в сферичну з асиметрією за напрямом розповсюдження поля потрібно, щоб статор був наприклад півсферою. Ротор сферичний з явеовираженими магнітними полюсами. Оскільки на роторі не має обмоток, а використовуються магніти тобто потужність двигуна залежатиме тільки від обмотки статора.

Рисунок 9 - синтезована структура синхронної машини з сферичним ротором з явновновираженими магнітними полюсами

1. Статор

2. Явновновиражені магнітні полюси

3. Розподілена обмотка

4. Вал

Результатом синтезу тороїдної плоскої машини - прототипу в тороїдну циліндричну з асимерією за напрямом розповсюдження хвилі поля буде ЕМ яка показана на рисунку 10.



Рисунок 10 - синтезована структура синхронної машини з тороїдально - циліндричним ротором з явновновираженими магнітними полюсами

Відмінністю цієї машини від тороїдної циліндричної з генетичним кодом ТЦ 0.2 у в тому, що в цеї машини статор не замкнутий по колу, тобто має асиметрію за напрямом розповсюдження хвилі поля. Використання машини на магнітному підвісі забезпечує нам малу деформацію ротора.

На рисунку 10 показані такі елементи:

1. Статор.

2. Явновновиражені магнітні полюси.

3. Розподілена обмотка.

4. Вал.

6. Генетичний синтез і аналіз синтезованих структурних різновидів дискових електричних машин виду ТП 0.2у

Об'єктом дослідження вибрано базовий вид ТП 0.2у ЕМ - систем, структурні представники якого функціонально і структурно об'єднують тороїдну плоску обертову машину.

Генетичні моделі відносяться до моделей інформаційного типу з багаторівневою упорядкованою структурою. Кожен наступний рівень задовольняє принципу спадковості. Структура вищого рівня відрізняється від вихідної структури більш високим рівнем організації і складності, які є результатом відповідних генетичних перетворень.

Функцією породжувальної електромагнітної структури (батьківської хромосоми) в генетичній моделі виконує первинне джерело поля, генетична інформація якого визначається універсальним генетичним кодом. Для досліджуваного класу ЕМ функцію породжувальної структури виконує джерело поля ТП 0.2у.

Процеси структуроутворення з використанням комбінаторних послідовностей генетичних операторів синтезу відображаються гілками дерева. Породжувальні хромосоми виконують роль своєрідних генетичних центрів структуроутворення, які в процесі функціональної адаптації і технічних інновацій утворюють відповідні популяції. Наявність зазначеної закономірності вказує на генетичну природу структурних інновацій і забезпечує прогностичну функцію генетичних моделей, що узгоджуються з реальними процесами структуроутворення, підтвердженими результатами патентних досліджень.

Принцип збереження генетичної інформації електромагнітної структури дозволяє встановити безпосередній зв'язок між структурою геному і структурними популяціями ідеального виду.

Необхідно зауважити, що синтезована модель відноситься до класу прогностичних і відтворює структуру «ідеального виду», тобто виду, геном якого містить генетичну інформацію як по відношенню до відомих, так і до потенційно нових, ще не задіяних в структурній еволюції виду, популяцій.

Здійснимо нашу задачу за допомогою моделі видоутворення, яка відображає процес формування у часі структури популяцій тобто процес удосконалення ЕМ, які мають спільну генетичну природу.

Наведемо приклад синтезу генетичної структури типу ТП 0.2у, деS0-базова структура з генетичним кодом ТП 0.2у. До цієї структури увійшли такі номери машин 3, 4, 7. Структура S1 утворена оператором реплікації по статору. В отриману структуру увійшли машини під номерами 9, 10, 11. Структура S2 також утворена оператором реплікації, але вже від структури S1. Цій структурі відповідає машина з патенту під номером 5, 6, 8.

Проведемо візуалізацію по одному прикладу з кожної структури

Рисунок 12 - синхронна електрична машина з явнополюсним ротором і розподіленою обмоткою на статорі з генетичним кодом

ТП 0.2у. Відповідає базовій структурі S0

На рисунку 13 структура S1 (2ТП 0.2у)

Рисунок 13 - дискова електрична машина з генетичним кодом

2ТП 0.2у. Відповідає структурі S1

На рисунку 14 структуру S2 (4ТП 0.2у) отримали за допомогою генетичних операторів реплікації і схрещування.



Рисунок 14 - синхронна машина з генетичним кодом 4ТП 0.2у. Відповідає структурі S2

7. Рангова структура основних систематичних одиниць класу синхронних машин з розподіленою обмоткою

Наявність системної інформації про кількість і генетичну структуру Видів дозволяє визначити рангову структуру основних систематичних одиниць класу, в якому Вид виконує функцію основної систематичної категорії для таксонів над видових рівнів: «Вид» -> «Рід» -> «Підродини» -> «Родина». Рангова послідовність основних систематичних одиниць являється універсальною для довільних функціональних класів електромеханічних систем, що забезпечує методичну єдність і інваріантність структури систематики.

Генетичний підхід до побудови систематики дозволив визначити кількісний склад Видів, Родів та Родин електричних машин та розподіл систематичних одиниць нижчого рангу по систематичним одиницям вищого рангу. Структурна різноманітність електричних машин представлена 66 Видами, в т.ч. 25 базовими і 39 Видами - близнюками.

Вид - це основна таксономічна одиниця еволюційної систематики електромеханічних систем; складна система, яка характеризується власним хромосомним набором.

Рід-це міжвидова систематична одиниця, яка об'єднує групу видів за ознакою геометричного спорідненості.

Як видно з рисунка 18 структурний потенціал даного класу визначають по 2 видиз роду ЦЛ, КН, СФ, і ТЦ (0.2у і 2.2у), а також один вид з роду ТП (2.2у).

Рисунок15 - Рангова структура основних систематичних одиниць СМ

8. Побудова генетичного банку даних систематизованих структур

Генетичні банки використовуються в багатьох сферах науки. В біології вони являють собою генетичні банки рослин, в які поміщають генетичну інформацію про зникаючі види. Так само створюються банки даних нових ЕМ. Інформацію про нові види машин ми поміщаємо в базу даних. Це, як правило, коротка інформація про якийсь синтезований об'єкт. Генетичні банки інновацій мають величезне практичне значення. Генетика не розрахована на один день, неможливо одразу реалізувати всі об'єкти на практиці, на це потрібен певний час. Тому ми можемо синтезувати новий вид ЕМ та помістити його до генетичного банку даних, де він буде «чекати кращих часів».

Вся інформація, яка була отримана в процесі роботи з відомих а також з синтезованих структур дозволяє побудувати повну інформаційну базу даних (ІБД), інформація в якій зберігається у вигляді генетичних кодів. За допомогоюІБД, використовуючи геометричні і електромагнітні ознаки електромеханічної структури, можна здійснити перехід від кодової форми поданої інформації до графічної, коли це буде потрібно, тобто здійснити візуалізацію просторових структур.

У Таблиці2 позначено:

0.2, 2.2 відповідні геометричні класи структур з однаковою електромагнітною симетрією;

ЦЛ, КН, ТП, СФ, ТЦ - геометричні класи джерел поля з активними частинам циліндричної, конічної, тороїдної, сферичними формами.

Виходячи з цього видно, що ІБД являє собою систематизовану структуру, яка впорядковує структури (в рамках геометричних класів), а в рамках відповідних груп - за спільністю їх електромагнітних процесів і явищ.

Таблиця 2. Генетичний банк даних синхронних машин

	ЦЛ	КН	ТП	СФ	ТЦ
0.2	ЦЛ 0.2 у(1) 4ЦЛ 0.2 у(2) ЦЛ 0.2 у(3) ЦЛ 0.2 у(4) 2 ЦЛ 0.2 у(5) 4 ЦЛ 0.2 у(6) ЦЛ 0.2 у(7) 4 ЦЛ 0.2 у(8) 2ЦЛ 0.2 у(9) 2ЦЛ 0.2 у(10) 2ЦЛ 0.2 у(11)	КН 0.2 у(1) 4КН 0.2 у(2) КН 0.2 у(3) КН 0.2 у(4) 2КН 0.2 у(5) 4КН 0.2 у(6) КН 0.2 у(7) 4КН 0.2 у(8) 2КН 0.2 у(9) 2КН 0.2 у(10) 2КН 0.2 у(11)	ТП 0.2 у(1) 4ТП 0.2 у(2) ТП 0.2 у(3) ТП 0.2 у(4) 2ТП 0.2 у(5) 4ТП 0.2 у(6) ТП 0.2 у(7) 4ТП 0.2 у(8) 2ТП 0.2 у(9) 2ТП 0.2 у(10) 2ТП 0.2 у(11)	СФ 0.2 у(1) 4СФ 0.2 у(2) СФ 0.2 у(3) СФ 0.2 у(4) 2СФ 0.2 у(5) 4СФ 0.2 у(6) СФ 0.2 у(7) 4СФ 0.2 у(8) 2СФ 0.2 у(9) 2СФ 0.2 у(10) 2СФ 0.2 у(11)	ТЦ 0.2 у(1) 4ТЦ 0.2 у(2) ТЦ 0.2 у(3) ТЦ 0.2 у(4) 2ТЦ 0.2 у(5) 4ТЦ 0.2 у(6) ТЦ 0.2 у(7) 4ТЦ 0.2 у(8) 2ТЦ 0.2 у(9) 2ТЦ 0.2 у(10) 2ТЦ 0.2 у(11)
2.2	ЦЛ 2.2 у(1) 4ЦЛ 2.2 у(2) ЦЛ 2.2 у(3) ЦЛ 2.2 у(4) 2ЦЛ 2.2 у(5) 4ЦЛ 2.2 у(6) ЦЛ 2.2 у(7) 4ЦЛ 2.2 у(8) 2ЦЛ 2.2 у(9) 2ЦЛ 2.2 у(10) 2ЦЛ 2.2 у(11)	КН 2.2 у(1) 4КН 2.2 у(2) КН 2.2 у(3) КН 2.2 у(4) 2КН 2.2 у(5) 4КН 2.2 у(6) КН 2.2 у(7) 4КН 2.2 у(8) 2КН 2.2 у(9) 2КН 2.2 у(10) 2КН 2.2 у(11)	ТП 2.2 у(1) 4ТП 2.2 у(2) ТП 2.2 у(3) ТП 2.2 у(4) 2ТП 2.2 у(5) 4ТП 2.2 у(6) ТП 2.2 у(7) 4ТП 2.2 у(8) 2ТП 2.2 у(9) 2ТП 2.2 у(10) 2ТП 2.2 у(11)	СФ 2.2 у(1) 4СФ 2.2 у(2) СФ 2.2 у(3) СФ 2.2 у(4) 2СФ 2.2 у(5) 4СФ 2.2 у(6) СФ 2.2 у(7) 4СФ 2.2 у(8) 2СФ 2.2 у(9) 2СФ 2.2 у(10) 2СФ 2.2 у(11)	ТЦ 2.2 у(1) 4ТЦ 2.2 у(2) ТЦ 2.2 у(3) ТЦ 2.2 у(4) 2ТЦ 2.2 у(5) 4ТЦ 2.2 у(6) ТЦ 2.2 у(7) 4ТЦ 2.2 у(8) 2ТЦ 2.2 у(9) 2ТЦ 2.2 у(10) 2ТЦ 2.2 у(11)

Таким чином з таблиці 2 видно, що з використанням операторів синтезу можна отримати дуже велику кількість потенційно нових можливих ЕМ. В цій роботі було синтезовано 9 нових видів, які були отримані лише з однієї машини - прототипу з генетичним кодом ТП 0.2у.

Висновок

електричний патентний інноваційний синтез

Дана робота базується на основі теорії генетичного моделювання ЕМС, яка дозволяє беручи за основу реально існуючу машину за допомогою топологічного перетворення отримати нові класи машин. Основою пошуку цих класів ЕМС є генетична класифікація первинних джерел електромагнітного поля, тобто за генетичним кодом реальної машини можливо знайти всіх генетично споріднених представників даного класу. Дана теорія дозволяє проводити напрямлений пошук нових ЕМС.

В даній роботі спочатку було проведено патентний пошук вихідної електричної машини, проведено її аналіз, виділено цільову функцію машини. Вперше для цього прототипу за допомогою генетичної класифікації визначено генетичний код первинної машини, а також область існування та структуру класу нових машин (9 нових машин та 1 існуюча), які мають таку саму цільову функцію, що і машина-прототип. Також було візуалізовано моделі цих нових машин, визначено галузі їх використання.

В якості машини - прототипу було обрано синхронна електрична машина з явнополюсним ротором і розподіленою обмоткою на статорі з генетичним кодом ТП 0.2у. Область існування якої складає 10 Видів: ЦЛ 0.2у, КН 0.2у, ТП 0.2у, СФ 0.2у, ТЦ 0.2у, ЦЛ 2.2у, КН 2.2у, ТП 2.2у, СФ 2.2у,

ТЦ 2.2у. Було побудовано рангову структуру основних систематичних одиниць та створено генетичний банк даних для синхронних машин з явно полюсним ротором і розподіленою обмоткою на статорі.

Виконуючи дану роботу одержала навики і уміння у вирішенні завдань інноваційного спрямування на основі застосування генетичного і системного моделювання ЕМС. Використовуючи даний метод можливо в стислі строки аналізувати потрібну ЕМС без зайвих затрат часу.

Література

1. Шинкаренко В.Ф. Основи теорії еволюції електромеханічних систем. -

К.: Наукова думка, 2002.-288 с., іл.

2. Шинкаренко В.Ф., Августинович А.А. Генетична класифікація первинних джерел електромагнітного поля. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів.-К.: НТУУ «КПІ», 2006.

3. Шинкаренко В.Ф., Красніков В.М. Вступ до електромеханіки. Навчальний посібник. - К.: Політехніка, 2002. - 94 с.

4. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 24913 «ДИСКОВА ЕЛЕКТРОМАШИНА».

5. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 31319 «ЕЛЕКТРОДВИГУН ДИСКОВИЙ».

6. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 61727 «ДИСКОВИЙ ДВИГУН ПОСТІЙНОГО СТРУМУ».

7. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 7432 «ДИСКОВИЙ ДВИГУН ПОСТІЙНОГО СТРУМУ».

8. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 5034 «ОСЬОВИЙ ДИСКОВИЙ ДВИГУН ПОСТІЙНОГО СТРУМУ».

9. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 77732 «БЕЗКОНТАКТНА ЕЛЕКТРИЧНА СИНХРОННА МАШИНА З ДИСКОВИМ РОТОРОМ».

10. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 81004 «ДИСКОВА ЕЛЕКТРОМАШИНА».

11. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 41040 «ТОРЦЕВИЙ БАГАТОДИСКОВИЙ ДВИГУН-ГЕНЕРАТОР ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ».

12. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 89405 «ДИСКОВИЙ ДВИГУН ПОСТІЙНОГО СТРУМУ».

13. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 95054 «ДИСКОВИЙ АСИНХРОННИЙ ДВИГУН».

14. Опис до деклараційного патенту на винахід №UA 66119 «ДИСКОВА ЕЛЕКТРИЧНА МАШИНА».

Размещено на Allbest.ru