Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МОДЕЛЮВАННЯ В ЕНЕРГЕТИЦІ ім. Г.Є. ПУХОВА

спеціальність 05.09.05 - теоретична електротехніка

УДК 621.3.01

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

АВТОРЕФЕРАТ

ІНТЕГРАЛЬНИЙ МЕТОД ПАРАМЕТРИЧНОГО СИНТЕЗУ СОЛЕНОЇДАЛЬНИХ ДЖЕРЕЛ МАГНІТНИХ ПОЛІВ

Павлов Олексій Костянтинович

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Луганському державному медичному університеті Міністерства охорони здоров'я України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор, Гальченко Володимир Якович, Луганський державний медичний університет, завідувач кафедри медичної кібернетики, біофізики і медичної апаратури

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Стадник Іван Петрович, Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, завідувач кафедри прикладної електродинаміки

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Петрушенко Євген Іванович, Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, завідувач відділу математичного моделювання електромагнітних полів.

Провідна установа Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, відділ електротермії

Захист відбудеться 19 квітня 2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.185.02 Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України за адресою: 03164, м. Киев, вул. Генерала Наумова 15

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України за адресою: 03164, м. Киев, вул. Генерала Наумова 15

Автореферат розісланий " 14 " березня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Семагіна Е.П. К 26.185.02 кандидат технічних наук.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В теперішній час соленоїдальні джерела магнітних полів (СДМП) знаходять застосування в достатньо широкому спектрі практичних задач. В промисловості для контроля якості виробів та матеріалів широко застосовуються коерцитиметри для випробувань зразків у розімкненому ланцюзі, до складу яких входять СДМП з однорідним розподілом поля в робочій зоні. Похибка визначення коерцітивної сили залежить від неоднорідності магнітного поля в робочій зоні коерцитиметра. Забезпечення високої однорідності магнітного поля у всьому об'ємі простору, в якому розташовується зразок, дозволяє зменшити похибку вимірювань, а збільшення співвідношення довжини робочої зони до довжини СДМП коерцитиметра приводить до розширення спектру виробів, що контролюються.

СДМП з високооднорідним розподілом поля в робочій зоні також знаходять застосування в якості мір магнітної індукції і використовуються для повірки та градуювання магнітовимірювальних приладів. Для даних СДМП необхідним є забезпечення специфічних конструктивних параметрів, таких як габаритні розміри, форма та розмір робочої зони, забезпечення вільного доступу до нього.

В електромагнітної дефектоскопії СДМП з заданою конфігурацією зондуючого поля в робочій зоні, розташованої у площині, що перпендикулярна осі СДМП, входять до складу вихрострумових перетворювачів дефектоскопів (ВСПД). Забезпечення спеціальної конфігурації зондуючого поля зазначених ВСПД дозволяє збільшити їх чутливість, селективність та завадозахищеність.

Під час проектування ряду вимірювальних приладів для отримання первинної інформації широке застосування знаходять магнітні функціональні давачі лінійних переміщень (ФДЛП), до складу яких входять СДМП, що реалізують задану функцію розподілу поля в робочій зоні. Підвищення точності синтезу таких СДМП дозволяє покращити метрологічні характеристики ФДЛП, а збільшення співвідношення довжини робочої зони до довжини СДМП приводить до розширення діапазону вимірювальної величини.

Відомі методи синтезу СДМП, в тому числі інтегральний метод лінійного синтезу СДМП, не повністю задовольняють перерахованим вище вимогам, але їх виконання можливо при використанні інтегрального методу нелінійного параметричного синтезу СДМП із заданими властивостями, який дозволяє вирішувати поставлену задачу відносно довільної сукупності технічних параметрів СДМП з урахуванням широкого спектру обмежень.

Таким чином, розробка інтегрального методу параметричного синтезу СДМП із заданими властивостями є актуальною задачею, вирішення якої має важливе практичне значення під час проектування ряду різноманітних технічних пристроїв.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалась відповідно НДР “Розробка теоретичних основ проектування систем комп`ютерної діагностики захворювань і магнітотерапевтичної апаратури” Міністерства охорони здоров'я України, номер державної реєстрації НДР 0103U004957.

Мета і задачі дослідження - розробка інтегрального метода нелінійного параметричного синтезу СДМП, що забезпечують заданий розподіл магнітного поля в робочій зоні із виконаннями специфічних конструктивних вимог, обумовлених особливостями використання СДМП в приладах коерцитиметрії, мірах магнітних величин, інформаційно-вимірювальних пристроях, приладах електромагнітної дефектоскопії.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- розробити базові алгоритми нелінійного параметричного синтезу СДМП із заданим розподілом поля в робочій зоні;

- вирішити задачу врахування простих лінійних обмежень на шукані параметри СДМП;

- розробити спеціальні алгоритми нелінійного параметричного синтезу СДМП з об'ємною, в загальному випадку, робочою зоною, що передбачують можливість врахування специфічних обмежень на взаємне розташування дискретних джерел поля з кінцевим поперечним перерізом для виконання умови їх неперетину;

- розробити програмний комплекс, що реалізує алгоритми нелінійного параметричного синтезу СДМП та виконує функції лічільного процесора, препроцесора та постпроцесора;

- розробити узагальнену методику синтезу СДМП з об`ємною робочою зоною та максимальним співвідношенням довжини робочої зони до довжини джерела, що проектують.

Об`єкт дослідження - процес нелінійного параметричного синтезу СДМП із заданим розподілом магнітного поля в робочій зоні.

Предмет дослідження - інтегральний метод нелінійного параметричного синтезу СДМП із заданим розподілом магнітного поля в робочій зоні та його реалізація у вигляді програмного комплексу.

Методи досліджень, проведених у даній роботі, засновані на використанні теорії електромагнітного поля, методів умовної оптимізації “яружних” функціоналів, теорії інтегрального і диференціального числення, теорії матриць, а також сучасних об'єктно-орієнтованих інформаційних технологій.

Наукова новизна отриманих результатів міститься у тому, що:

- розроблено інтегральний метод вирішення задачі нелінійного параметричного синтезу СДМП із регламентованою конфігурацією магнітного поля в робочій зоні відносно довільної сукупності параметрів;

- вирішені задачі врахування простих лінійних обмежень на геометричні параметри СДМП для забезпечення вимог до габаритів СДМП, що синтезують, а також специфічних обмежень на взаємне розташування дискретних джерел поля із кінцевим поперечним перерізом для виконання умови їх неперетину;

- розроблена узагальнена методика синтезу СДМП із об'ємною робочою зоною із максимальним співвідношенням довжини робочої зони до довжини джерела, яка в значному ступені спрощує процес проектування та передбачає вирішення основних проблем вибору початкової конфігурації СДМП, що виникають через недостатність або надмір дискретних джерел поля в СДМП, що проектують, а також некоректного вибору їх початкової інтенсивності;

- проведено аналіз чутливості СДМП із об'ємною робочою зоною до зміни її геометричних параметрів та сформульовані основні вимоги до точності виготовлення.

- обумовлена можливість застосування розробленого методу нелінійного параметричного синтезу СДМП для проектування коерцитиметрів для випробувань зразків в розімкненому ланцюзі, малогабаритних функціональних давачів лінійних переміщень із підвищеною чутливістю, мір магнітних величин, вихрострумових перетворювачів дефектоскопів, пристроїв намагнічування та розмагнічування, а також систем електромагнітотерапії, що відрізняються поліпшеними характеристиками.

Практичне значення отриманих результатів міститься у наступному:

- розроблений програмний комплекс “Синтез СДМП”, що реалізує алгоритми нелінійного параметричного синтезу СДМП, що забезпечують задану конфігурацію магнітного поля в робочій зоні із урахуванням необхідних конструктивних особливостей, та призначений для вводу та гнучкої модифікації початкових умов, рішення поставленої задачі синтезу і наступного виводу результатів у графічному вигляді;

- розроблена узагальнена методика синтезу СДМП з об'ємною робочою зоною та максимальним співвідношенням довжини робочої зони до довжини джерела з допомогою програмного комплексу, використання якої дозволяє покращити характеристики коерцитиметрів, мір магнітних величин, ВСПД, ФДЛП, а також зменшити витрати часу на розробку їх СДМП;

- програмний комплекс використовувався при розробці міри магнітної індукції, а також індуктора системи намагнічування та розмагнічування постійних магнітів, що входять до складу давача МВ-25, яка впроваджена та експлуатується на Київському авіаремонтному заводі громадянської авіації № 410;

- пристрій магнітотерапії, що розроблений із застосуванням програмного комплексу, впроваджений та використовується у навчальному процесі кафедри медичної кібернетики, біофізики та медичної апаратури Луганського державного медичного університету.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертаційної роботи отримані автором особисто. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачу належать: в роботі [1] - розробка базових алгоритмів нелінійного синтезу джерел магнітного поля, проведення чисельних експериментів синтезу, формулювання основних висновків; в роботі [2] - розробка програмного комплексу, проведення чисельних експериментів синтезу; в роботі [3] - розробка алгоритмів нелінійного синтезу вихрострумових перетворювачів дефектоскопів, формулювання висновків; в роботі [4] - розробка інформаційних моделей, програмних засобів, формулювання висновків; в роботі [5] - реалізація алгоритмів синтезу джерел магнітного поля з урахуванням простих лінійних обмежень на шукані параметри, проведення чисельних експериментів синтезу, узагальнення результатів та формулювання висновків; в роботі [6] - проектування джерел магнітного поля, що входять до складу системи намагнічування та розмагнічування виробів із постійними магнітами; в роботі [7] - розробка інформаційних моделей, реалізація програмних засобів, виконання комп'ютерного проектування джерел магнітних полів; в роботі [8] - розробка алгоритмів синтезу давачів лінійних переміщень з урахуванням обмежень на параметрі, що підлягають варіюванню, проведення експериментів синтезу, формулювання основних висновків; в роботі [10] - проведення чисельних експериментів; в роботі [11] - розробка базових алгоритмів нелінійного синтезу джерел магнітних полів, проведення чисельних експериментів синтезу, формулювання основних висновків; в роботі [12] - розробка програмного комплексу, проведення чисельних експериментів синтезу.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на:

- другій Міжнародній науково-технічній конференції “Математические модели и информационные технологии в социально-экономических и экологических системах”, Луганськ, Україна, 2001р.;

- п'ятій Міжнародній науково-методичній конференції “Информационные технологии обучения в высших учебных заведениях”, Суми, Україна, 2001р.;

- другій Міжнародній науково-технічній конференції “Информационная техника и электромеханика”, Луганськ, Україна, 2003р.

Публікації. Основні положення та результати дисертаційної роботи опубліковані в 12 друкованих наукових працях, з них 10 статей у наукових виданнях і 2 матеріалів у працях міжнародних науково-технічних конференцій.

Структура та об'єм дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, шести розділів, загальних висновків, переліку використаних літературних джерел (127 найменувань) та двох додатків. Робота містить 48 ілюстрацій та 10 таблиць. Повний обсяг дисертації складає 148 сторінок, з них основного тексту 130 сторінок.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступній частині обґрунтована актуальність теми дисертації, показано зв'язок роботи з науковими держбюджетними темами, включеними в координаційний план Міністерства охорони здоров`я України, сформульовані мета й основні задачі теоретичних і експериментальних досліджень, наукова новизна і практична цінність отриманих результатів. Наведено дані щодо впровадження результатів роботи, особистий внесок автора, апробації і публікацій.

У першому розділі розглядаються особливості застосування СДМП в коерцитиметрії для випробувань зразків в розімкненому ланцюзі, у вихрострумової дефектоскопії у складі ВСПД із заданої конфігурацією зондуючого поля, у магнітних ФДЛП для забезпечення заданого розподілу інформаційного поля, а також у вигляді мір магнітних величини, які використовуються для повірки та градуювання магнітовимірювальних приладів. Значну практичну цікавість уявляє поліпшення технічних характеристик СДМП з урахуванням широкого спектру вимог до їх конструктивних параметрів. Зазначене поліпшення технічних характеристик СДМП досягається шляхом вирішення задачі синтезу СДМП відносно довільної сукупності параметрів з урахуванням необхідних конструктивних вимог.

Проведено аналіз існуючих методів синтезу СДМП із заданим розподілом магнітного поля в робочій зоні, оцінені їх достоїнства та недоліки. Зроблено висновок щодо їх недостатньої придатності для вирішення задачі синтезу СДМП відносно довільної сукупності параметрів з урахуванням різноманітних обмежень.

У другому розділі формулюється задача нелінійного параметричного синтезу СДМП із заданим розподілом магнітного поля в робочій зоні в найбільш загальному випадку.

Робоча зона СДМП задається у вигляді деякого об`єму простору V (див. рис. 1), який визначається набором контрольних точок із відомими значеннями напруженості магнітного поля в них. Апріорі обирається структура СДМП із секціонованою обмоткою, яка уявляє набір співвісно розташованих дискретних джерел поля, в якості яких, як правило, застосовуються тонкі контури кругової та прямокутної форми, а також кругові і прямокутні котушки із прямокутним поперечним перерізом. На рис. 1 схематично наведено структуру з 5-ти соленоїдальних секцій кругової форми з прямокутним поперечним перерізом. Дискретні джерела поля можуть включатися послідовно, зустрічно та/або згідно. Бажаним є саме послідовне включення дискретних джерел поля через те, що в такому випадку можливе живлення СДМП від одного джерела струму.

Вирішенням задачі параметричного синтезу СДМП є така сукупність геометричних розмірів секцій, координат, визначаючих взаємне розташування секцій, величин струму та кількості звоїв у секціях, при яких забезпечується потрібний розподіл напруженості магнітного поля в робочій зоні джерела в межах заданої похибки. Крім того, у разі застосування в складі СДМП дискретних джерел поля із кінцевим поперечним перерізом, при вирішенні задачі синтезу відносно геометричних параметрів СДМП необхідним є врахування обмеження на взаємне розташування дискретних джерел поля з метою виконання умови їх неперетину.

В дисертаційній роботі задачу синтезу СДМП пропонується вирішувати за допомогою інтегрального методу, основна ідея якого міститься у мінімізації середньоступеневої апроксимації мінімаксного функціонала інтегрального відхилення дійсної напруженості магнітного поля в контрольних точках від потрібної шляхом варіювання параметрами СДМП:

(1)

де - дійсне значення напруженості магнітного поля в -й контрольній точці, - потрібне значення напруженості магнітного поля в -й контрольній точці, - кількість контрольних точок, в яких потрібно забезпечення заданої напруженості поля,

Вибір саме такого вигляду функціоналу (1), обумовлено його властивостями, а саме, він не допускає значних відхилень в окремих контрольних точках і одночасно є “гладким”, що значно полегшує вирішення задачі його мінімізації.

Задача оптимізації функціонала (1) міститься в відшукуванні локального оптимуму, що забезпечує раціональне, розумне вирішення задачі пошуку параметрів СДМП. Некоректність задачі синтезу СДМП проявляється у багатовимірному “яружному” характері функціонала (1), що приводить до багаторазового збільшення витрат машинного часу під час пошуку оптимуму стандартними методами, та неможливості отримання прийнятних результатів через “заклинювання” алгоритмів далеко від оптимального вирішення.

Наведено математичні моделі дискретних джерел поля, з яких складається СДМП. нелінійний соленоїдальний магнітний поле

У третьому розділі розглянуто відомі алгоритми оптимізації “яружних” функціоналів та можливість їх застосування до вирішення задачі нелінійного синтезу СДМП. Зроблено висновок про їх недостатньо повну придатність для вирішення задачі нелінійного синтезу СДМП з урахуванням обмежень.

Для вирішення задачі нелінійного параметричного синтезу СДМП розроблені алгоритми оптимізації “яружних” функціоналів, ефективність роботи яких не залежить від характеру випуклості, ступеню “яружності”, та вимірності “ярів” функціонала, що оптимізується.

Головною особливістю зазначених алгоритмів є вибір ортогональних осей, які є власними векторами, що отримані в результаті сингулярного розкладення матриці Гессе функціонала, що оптимізується. Після вибору осей в них відбувається покоординатний спуск. Якщо по кожному напрямку вслід за успішним просуненням (зменшення функціоналу) послідкує невдача (збільшення функціоналу) спуск завершується, отримана точка фіксується, відносно неї обирається новий напрямок та продовжується пошук оптимуму. Процес пошуку оптимуму завершується по вичерпанню заданої кількості обчислювань функціоналу, що оптимізується.

Проведено верифікацію розроблених алгоритмів на тестових функціоналах, що ілюструють випадки одновимірних та багатовимірних “ярів” та мають аналітичне вирішення. Результати свідчать про ефективність розроблених алгоритмів.

Вирішена задача врахування простих лінійних обмежень на параметри, що підлягають варіюванню. Найбільш поширеним простим лінійним обмеженням при вирішенні задачі нелінійного синтезу СДМП є обмеження виду . В такому випадку відбувається перехід до задачі оптимізації відносно нової змінної з виконанням одного з перетворень:

, (2)

В алгоритмах нелінійного синтезу СДМП передбачена можливість врахування специфічних обмежень на взаємне розташування дискретних джерел поля з кінцевим поперечним перерізом для недопущення їх перетину.

У четвертому розділі наводиться опис можливостей програмного комплексу, в склад якого входить лічильний процесор, що реалізує алгоритми нелінійного параметричного синтезу СДМП та графічний інтерфейс, що виконує функції препроцесора та постпроцесора.

У лічильному процесорі програмного комплексу передбачені можливості: синтез СДМП, що складаються з тонких кругових та прямокутних контурів та забезпечують заданий розподіл поля на осі джерела; синтез СДМП, що складаються з кругових котушок з прямокутним поперечним перерізом, та забезпечують заданий розподіл поля в об`ємній робочій зоні; синтез СДМП, що складаються з тонких кругових контурів та забезпечують заданий розподіл поля в площині, що перпендикулярна осі джерела; синтез СДМП, що складаються з тонких кругових контурів, які розташовуються у феромагнітному екрані та забезпечують заданий розподіл поля на осі джерела; врахування як простих лінійних обмежень на параметри, що підлягають варіюванню, так і специфічних обмежень на взаємне розташування дискретних джерел поля для виконання умови їх неперетину.

Розглянуто застосування комплексу на чисельних експериментах вирішення задач синтезу СДМП, що складаються з набору тонких контурів кругової та прямокутної форми, що включені послідовно та забезпечують заданий розподіл магнітного поля на осі джерела. Зазначені задачі використовуються при проектуванні мір магнітних величин та інших пристроїв. Задачі вирішувалися в просторі змінних, що визначають геометрію СДМП при врахуванні обмежень на параметри, що підлягають варіюванню, з автоматизованим вибором початкової інтенсивності дискретних джерел поля. У ряді прикладів максимальна похибка синтезу не перевищувала 0.2% при співвідношенні довжини робочої зони до довжини СДМП більше 88%.

У п`ятому розділі розглянуті особливості програмного комплексу у застосуванні до вирішення задач проектування СДМП, що складаються з набору кругових соленоїдальних котушок з прямокутним поперечним перерізом та забезпечують високооднорідний розподіл напруженості магнітного поля в робочій зоні, які знаходять практичне застосування при проектуванні коерцитиметрів для магнітних випробувань зразків в розімкненому ланцюзі.

Розроблено узагальнену методику проектування СДМП із заданим розподілом поля в робочій зоні з максимальним співвідношенням довжини робочої зони до довжини джерела, що проектується.

Методами імітаційного моделювання проведений аналіз чутливості СДМП із об'ємною робочою зоною до зміни її геометричних параметрів та сформульовані основні вимоги до точності виготовлення джерела. В якості показника чутливості приймалось максимальне відносне відхилення дійсної напруженості магнітного поля в робочій зоні від потрібної при випадковій зміні радіусів та координат , що визначають взаємне розташування дискретних джерел поля в рамках припустимих абсолютних відхилень и . Імітаційна модель передбачала=300 чисельних експериментів для кожного з випадків:

а) м, при ;

б) м, при ;

в) м.

Початкова похибка синтезу СДМП, що аналізується, склала 0.272%. Припустимі відхилення радіусів та - координат секцій СДМП наведені в табл. 1. Ці дані свідчать про те, що відносна похибка розподілу поля СДМП в більшому ступені залежить від - координат секцій.

Таблиця 1 - Припустимі абсолютні відхилення радіусів та -координат секций СДМП

	<0.5%	<0.8%	<1%
(при =0),м	0.0003	0.0006	0.0009
(при =0),м	0.0002	0.0004	0.0006
=,м	0.0001	0.0003	0.0005

У шостому розділі наводяться результати застосування розробленого інтегрального методу для синтезу інформаційної котушки ФДЛП із заданим розподілом магнітного поля.

a) , А/м, б) , А/м,

Результати синтезу СДМП, що входять до складу магнітних ФДЛП із лінійним та параболічним розподілом магнітного поля, наведені на рис. 4. Співвідношення довжини робочої зони до довжини котушки ФДЛП для наведених прикладів склало 100% при похибці синтезу, що не перебільшує 1%.

Наведено приклади синтезу СДМП із заданим розподілом поля в площині, яка перпендикулярна осі джерела, що використовуються у складі ВСПД.

Розглянуто застосування розробленого метода нелінійного параметричного синтезу СДМП, для проектування джерел магнітного поля системи намагнічування та розмагнічування постійних магнітів, що входять до складу давача МВ-25. Зазначена система впроваджена та використовується на Київському авіаремонтному заводі громадянської авіації №410.

Описано застосування розроблених програмних засобів для проектування пристрою електромагнітотерапії, що впроваджено та використовується в навчальному процесі кафедри медичної кібернетики, біофізики та медичної апаратури Луганського медичного університету.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі розроблено інтегральний метод нелінійного параметричного синтезу СДМП, що забезпечує заданий розподіл магнітного поля в робочій зоні із виконанням специфічних конструктивних вимог, обумовлених особливостями застосування СДМП в коерцитиметрах для випробувань зразків у розімкненому ланцюзі, мірах магнітних величин, інформаційно-вимірювальних пристроях, приладах електромагнітної дефектоскопії.

Основні результати досліджень містяться у наступному:

1. Сформульовані вимоги до методу синтезу СДМП, який дозволяє покращити їх технічні та конструктивні характеристики за рахунок зменшення похибки синтезу, забезпечення необхідних вимог до конструктивних параметрів, а також автоматизувати процес проектування у результаті використання сучасних інформаційних технологій.

2. Задача нелінійного параметричного синтезу СДМП для окремих випадків сформульована із використанням нелінійного інтегрального рівняння 1-го роду із оператором Урисона. Для розширення на загальний випадок запропоновано вирішувати зазначену задачу в межах інтегрального методу нелінійного параметричного синтезу СДМП шляхом мінімізації середньоступеневої апроксимації функціонала відхилення дійсної напруженості магнітного поля в контрольних точках від потрібної варіюванням параметрами СДМП, що синтезується.

3. Враховуючи некоректність задачі синтезу СДМП, яка обумовлюється багатовимірною “яружністю” функціоналу, що оптимізується, розроблені достатньо універсальні алгоритми нелінійного параметричного синтезу СДМП, ефективність яких не залежить від характеру випуклості, розмірності “ярів” та ступеню “яружності” функціоналів. Ефективність роботи запропонованих алгоритмів підтверджена результатами їх верифікації на ряді тестових “яружних” функціоналів, що мають аналітичне вирішення.

4. Вирішена задача врахування обмежень на параметри СДМП, що підлягають варіюванню, викликана необхідністю врахування як простих лінійних обмежень для забезпечення вимог до габаритів СДМП, так і специфічних обмежень на взаємне розташування дискретних джерел поля для виконання умови їх неперетину.

5. Розроблено програмний комплекс, який складається із лічильного процесора, що включає процедури, які реалізують інтегральний метод нелінійного параметричного синтезу СДМП, а також способи врахування обмежень на параметри, що підлягають варіюванню, та графічного модуля, який виконує функції препроцесора та постпроцесора.

6. Наведені численні чисельні приклади синтезу СДМП, що складаються з набору тонких, співвісно розташованих контурів кругової та прямокутної форми, що включені послідовно та забезпечують заданий розподіл магнітного поля на осі джерела, які проводилися з використанням розроблених програмних засобів.

7. Розглянуті основні проблеми вибору початкової конфігурації СДМП, що виникають через недостатність або надмір дискретних джерел поля у СДМП, що проектується, а також некоректного вибору їх початкової інтенсивності. Запропоновані способи їх ідентифікації та усунення.

8. Розроблена узагальнена методика нелінійного параметричного синтезу СДМП із заданим розподілом поля в робочій зоні. Результати застосування узагальненої методики для вирішення задач нелінійного параметричного синтезу СДМП із об`ємною робочою зоною з урахуванням як простих лінійних обмежень на геометричні параметри СДМП, так і специфічних обмежень на взаємне розташування дискретних джерел поля для виконання умови їх неперетину свідчать про ефективність запропонованої методики. Розроблена узагальнена методика синтезу СДМП дозволяє спростити процес створення СДМП, а також підвищити якість приладів, що проектуються, за рахунок збільшення співвідношення довжини робочої зони до довжини СДМП та зменшення похибки синтезу.

9. На підставі аналізу чутливості СДМП із об`ємною робочою зоною до зміни її геометричних параметрів методами імітаційного моделювання розроблена методика визначення основних припустимих абсолютних похибок виготовлення для СДМП, що проектуються.

10. Наведені приклади використання розробленого методу нелінійного параметричного синтезу СДМП для проектування параметричних функціональних магнітних давачів лінійних переміщень із підвищеною чутливістю, мір магнітних величин із подовженою робочою зоною, вихрострумових перетворювачів дефектоскопів із підвищеною чутливістю, пристроїв намагнічування та розмагнічування, приладів магнітотерапії.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Павлов А.К., Гальченко В.Я., Велигура А.В. Нелинейный синтез магнитных устройств подавления промышленных выбросов.// Вісник Східноукраїнського національного університету. - 2001. - № 9(43). - С. 270-277.

Павлов А.К., Гальченко В.Я. Программный комплекс нелинейного синтеза магнитных устройств // Вісник Сумського державного університету. - 2002. - № 1 (34). - С.50-56.

Гальченко В.Я., Павлов О.К., Воробйов М.О. Нелінійний синтез магнітних полів збудження вихорострумових перетворювачів дефектоскопів. // Методи і прилади контролю якості. - 2002. - №8. - С.3-5.

Павлов А. К., Гальченко В. Я. Система компьютерного проектирования источников магнитного поля с заданными свойствами.// Електричний журнал. - 2001. - № 1. - С. 19 - 23.

Гальченко В.Я., Павлов А.К. Параметрический нелинейный синтез круговых и прямоугольных многоконтурных систем источников магнитных полей. // Український метрологічний журнал. - 2002. - №1. - С.25-30.

Гальченко В.Я., Павлов А.К. Система контроля качества намагничивания и размагничивания изделий с постоянными магнитами. // Український метрологічний журнал. - 2002. - №2. - С.65-66.

Павлов А. К., Гальченко В. Я. Информационные модели для проектирования источников магнитных полей.// Информационные технологии. - 2002.- № 7.- С.47-53.

Павлов О.К., Гальченко В.Я. Нелінійний синтез давачів лінійних переміщень // Вимірювальна техніка та метрологія. -2002-№61.- С.96-100.

Павлов А.К. Совершенствование соленоидальных магнитных систем коэрцитиметров для измерения магнитных свойств разомкнутых образцов // Український метрологічний журнал. - 2004. - №1. - С.27-32.

Велигура А.В., Гальченко В.Я., Павлов А.К. Определение геометрических параметров дефектов конечных размеров в задачах электромагнитного контроля.// Вісник Східноукраїнського національного університету. - 1999. - № 6(22). - С. 88-96.

Павлов А. К., Велигура А. В., Гальченко В. Я. Нелинейный синтез магнитных устройств подавления промышленных выбросов //Матеріали другої міжнародної конференції “Математичні моделі та інформаційні технології в соціально-економічних та екологічних системах” - Луганськ, 2001.- С. 149-151.

Павлов А.К., Гальченко В.Я., Велигура А.В. Программный комплекс нелинейного синтеза магнитных устройств // Збірник матеріалів 5-ої Міжнародної науково-методичної конференції. Частина 2.-Суми: Вид-во СумДу, 2001.-С.10-15.

АНОТАЦІЯ

Павлов Олексій Костянтинович. Інтегральний метод параметричного синтезу соленоїдальних джерел магнітних полів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.05 - теоретична електротехніка. - Інститут проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова НАН України, Київ, 2005.

Дисертація присвячена створенню інтегрального методу нелінійного параметричного синтезу соленоїдальних джерел магнітного поля із заданим розподілом магнітного поля в робочій зоні. Розроблено алгоритми, що вирішують задачу нелінійного параметричного синтезу соленоїдальних джерел магнітного поля відносно довільної сукупності їх технічних параметрів із урахуванням різноманітних конструктивних вимог у вигляді обмежень. Реалізовано систему комп`ютерного проектування соленоїдальних джерел магнітного поля із заданими властивостями. Результати досліджень впроваджено в промисловості.

Ключові слова: соленоїдальне джерело магнітного поля, нелінійний параметричний синтез, нелінійна оптимізація, “яружний” функціонал, комп'ютерне проектування.

Павлов Алексей Константинович. Интегральный метод параметрического синтеза соленоидальных источников магнитных полей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.05 - теоретическая электротехника. -Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова НАН Украины, Киев, 2005.

Диссертация посвящена созданию интегрального метода нелинейного параметрического синтеза соленоидальных источников магнитных полей (СИМП) с заданными свойствами.

В работе выполнена обобщенная постановка задачи нелинейного параметрического синтеза источников магнитных полей с заданными свойствами и предложен интегральный метод для ее решения относительно произвольной совокупности параметров источника.

Решены задачи учета простых линейных ограничений на геометрические параметры СИМП для обеспечения требований к габаритам синтезируемой СИМП, а также специфических ограничений на взаимное расположение дискретных источников поля с конечным поперечным сечением для выполнения условия их непересечения.

Разработана обобщенная методика синтеза СИМП с объемной рабочей зоной с максимальным отношением длины рабочей зоны к длине источника, которая в значительной степени упрощает процесс проектирования и предусматривает решение основных проблем выбора начальной конфигурации СИМП, возникающих из-за недостаточности или избыточности дискретных источников поля в проектируемой СИМП, а также некорректного выбора их начальной интенсивности.

Разработан программный комплекс, реализующий алгоритмы нелинейного параметрического синтеза СИМП, обеспечивающих заданную конфигурацию магнитного поля в рабочей зоне, с учетом необходимых конструктивных особенностей, и предназначенный для ввода и гибкой модификации начальных условий, решения поставленной задачи синтеза и последующего вывода результатов в графическом и численном виде. Предусмотрена возможность применения разработанного метода нелинейного параметрического синтеза СИМП при проектировании коэрцитиметров для испытания образцов в разомкнутой цепи, малогабаритных функциональных датчиков линейных перемещений с повышенной чувствительностью, мер магнитных величин, вихретоковых преобразователей дефектоскопов, устройств намагничивания и размагничивания, а также систем электромагнитотерапии, отличающихся улучшенными характеристиками.

Проведен анализ чувствительности СИМП с объемной рабочей зоной к изменению ее геометрических параметров и сформулированы основные требования к точности изготовления источника.

С помощью разработанного интегрального метода и реализующих его программных средств разработаны мера магнитной индукции, а также индуктор системы намагничивания и размагничивания постоянных магнитов, входящих в состав датчика МВ-25, которая внедрена и эксплуатируется на Киевском авиаремонтном заводе гражданской авиации № 410. Также с использованием результатов исследования, проведенного в данной работе спроектировано устройство магнитотерапии, которое внедрено и используется в учебном процессе кафедры медицинской кибернетики, биофизики и медицинской аппаратуры Луганского государственного медицинского университета.

Ключевые слова: соленоидальный источник магнитного поля, нелинейный параметрический синтез, нелинейная оптимизация, “овражный” функционал, компьютерное проектирование.

Pavlov O. K. Integral method of parametrical synthesis of solenoidal sources of magnetic fields.- Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.09.05 - “theoretical electrical engineering”.- G.E. Pukhov's Institute of modelling problems in power engineering of the NAS of Ukraine, Kiev, 2005.

The thesis is devoted to development of integral method of non-linear parametrical synthesis of solenoidal sources of magnetic fields with prescribed magnetic field distribution in work area. Algorithms, which decide the problem of non-linear parametrical synthesis of solenoidal sources of magnetic fields relative to any aggregate of technical parameters with taking into account different constructional requirements, are developed. The system of computer-based development of solenoidal sources of magnetic fields with required properties is realized. Results of research are applied in industry and educational process.

Key words: solenoidal source of magnetic field, non-linear parametrical synthesis, non-linear optimisation, “revine” functional, computer-based development.

Підписано до друку 03.03.2005р. Формат 60х90 1/16.

Гарнітура Times New Roman. Друк офсет. Друк. арк. 0,8.

Тираж 120 прим. Замов. 19857.

Надруковано з готового оригінал-макета у друкарні ПП “Башкірова Л.А.”

91011, м. Луганськ, вул. Оборонна, 1а

Размещено на Allbest.ru