Автоматизированное проектирование

1. Общие положения Автоматизированное проектирование появилось как результат стремления заменить дорогостоящее и длительное физическое моделирование, математическим, т.е. получением информации об объекте с помощью его математической модели. Под моделью понимается объект, который способен замещать реальный объект проектирования таким образом, чтобы оперирование этой моделью позволяло получать полезную информацию о замещаемом объекте. Чтобы математическую модель можно было использовать для указанной цели, она должна удовлетворять ряду требований: точность, универсальность, адекватность, экономичность. Точность математической модели – степень соответствия результатов моделирования свойствам реального объекта. Универсальность математической модели характеризуется степенью полноты отображения свойств реального объекта, которая считается достаточной, если она отображает все существенные, с точки зрения проектировщика, свойства реального объекта. При этом число свойств самого объекта практически бесконечно, а математическая модель всегда отражает конечное число свойств объекта. Адекватность математической модели – способность отражать заданные свойства с требуемой точностью. Экономичность математической модели характеризуется затратами труда проектировщика на разработку, модификацию и реализацию. Математическое моделирование является альтернативой натурному моделированию, обладая рядом преимуществ. Вопервых, возможностью практически неограниченного развития модели за счет наращивания глубины и полноты свойств моделируемого объекта. Во-вторых, оперативностью подготовки и проведения эксперимента, а также существенно меньшими затратами. В-третьих, возможностью исследования поведения объектов в критических режимах, приводящих к разрушению натурных моделей и самих объектов. Определение процессов, протекающих в объекте проектирования, является решением задачи анализа, имеющего динамическое содержание. Такие задачи могут быть решены с использованием универсальных программных комплексов 1 моделирования технических систем. Идеи, лежащие в их основе таковы. Технические объекты могут быть представлены в виде структур, состоящих из конечного числа сравнительно простых и считаемым изученными и удовлетворительно математически описанных элементов: двигателей постоянного и переменного тока, различных передач, подшипников, шарниров и т.д. В этом случае целью программного комплекса может быть сформулирована следующим образом: на основе предъявленной пользователем топологии, под которой понимается составленная по определенным правилам структурно-функциональная схема, отражающая входящие элементы и связи между ними выдать адекватную математическую модель, избавляя его от трудоемкой процедуры математического описания. Это позволяет рассчитывать процессы в проектируемых и потому реально еще не существующих объектах, оценивать проектируемые объекты на соответствие требованиям технического задания, улучшать показатели качества и осуществлять оптимизацию их параметров. 2. Решение задач проектирования КШО в программном комплексе ПА9 2.1 Общая характеристика программного комплекса Программный комплекс ПА9 разработан в МГТУ им. Баумана. Он ориентирован на системы с сосредоточенными параметрами (не означает невозможность применения для анализа сплошных сред) любой физической природы и инвариантен к предметным областям. Адаптация к конкретным областям осуществляется путем разработки математических моделей элементов и включением их в библиотеку программного комплекса. Математические модели элементов с точки зрения разработчика представляют собой систему уравнений, описывающую существенные свойства элемента. Данные уравнения выражают фундаментальные физические законы или представляют собой инженерные формулы, прошедшие многолетнюю проверку практикой. Это обеспечивает высокую надежность получаемых результатов. С точки зрения пользователя, математические модели элементов представляют собой определенность, характеризующуюся именем (именами) модели, числом и порядком следования ее полюсов, числом и порядком следования параметров 2 модели, совокупностью свойств элемента, воспроизводимых его моделью, а также сервисными возможностями [1]. Программный комплекс ПА9 выполняют две функции: синтез математической модели объекта в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений по исходному описанию объекта и решение ее одним из выбранных методов интегрирования с представлением результатов в виде графиков изменения переменных во времени и таблиц. Качественная определенность объекта задается его структурой, количественная – значениями параметров элементов. Структура объекта отражается в топологии модели назначением состава элементов и указанием связей между ними. Соединения полюсов модели образуют узлы топологии. Программный комплекс использует метод узловых потенциалов, или узловой метод синтеза математических моделей, т.е. на каждом шаге интегрирования программным комплексом определяются узловые потенциалы. В каждый момент процесса интегрирования состояние каждого узла топологии определяется фазовой переменной типа потенциала, а состояние каждого полюса модели – фазовой переменной типа потока. Фазовой переменной типа потенциала называется переменная, для которой справедлив второй закон Кирхгофа или его аналог в системе иной физической природы (таблица 1). Фазовой переменной типа потока называется переменная, для которой справедлив первый закон Кирхгофа или его аналог в системе иной физической природы (таблица 1). Таблица 1 – Фазовые переменные систем различной физической природы [1] Физическая система электрическая механическая гидравлическая, пневматическая тепловая Фазовые переменные типа потока типа потенциала ток напряжение скорость, угловая сила, момент силы скорость объемный расход, давление производительность тепловой поток температура Согласно узловому методу, вычислительное ядро программного комплекса назначает для каждого узла топологии значение фазовой переменной типа потенциала из условия равенства 3 нулю невязки в каждом узле. Невязка равна сумме фазовых переменных типа потока во всех полюсах моделей, соединение которых образовало узел топологии. Результатом синтеза математической модели является система обыкновенных дифференциальных уравнений, которая решается по выбору пользователя одним из методов интегрирования (метод Эйлера, метод трапеций). ПА9 имеет встроенную библиотеку методов одномерной и многомерной оптимизации [1]. 2.2 Создание и редактирование топологических схем в программном комплексе ПА9 Структура любого реального объекта определяется совокупностью составляющих его элементов и характером связей между ними. Например, кривошипно-ползунный механизм состоит из четырех звеньев (стойка, кривошип, шатун и ползун), одной поступательной и трех вращательных кинематических пар – всего восемь структурных элементов. В качестве связей выступают координаты двухмерного (для плоского механизма) или трехмерного (для пространственного механизма) пространства. Совокупность условных изображений математических моделей структурных элементов объекта, соединенных друг с другом с помощью связей, называется топологической схемой объекта моделирования и отображается в окне графического редактора программы (рис. 1). Качественная определенность задачи моделирования того или иного реального объекта обеспечивается соответствием топологической схемы этого объекта его структуре, а количественная определенность задачи моделирования обеспечивается правильным указанием значений параметров моделей структурных элементов. Топологическую схему создают в схемном графическом редакторе, размещая на поле схемы графические образы математических моделей элементов, назначением связей между ними, задавая задание на расчет и объем вывода результатов. Основную часть окна графического редактора ПА9 (рис. 1) занимает поле схемы, разбитое сеткой на квадратные ячейки. Все компоненты топологической схемы, привязываются к этой сетке. Размер поля и сетки может быть изменен. Элементы – наиболее значимые составные части схемы моделируемого объекта. Графические изображения элементов 4 всегда занимают прямоугольную область, кратную размеру ячейки сетки, по периметру области располагаются внешние выводы элементов. Каждому элементу, включенному в библиотеку ПА9, соответствует математическая модель (или несколько моделей), для которой необходимо задать определенный набор параметров. Для моделирования не важно, в каком месте поля схемы расположен элемент, важна лишь взаимосвязь элементов между собой, а также численные значения их параметров. Источники сигналов – используются для задания внешних входных воздействий на моделируемый объект. Связи – используются для указания того, как элементы топологической схемы связаны между собой. Конфигурация связи не оказывает влияния на моделирование схемы, более того, связь можно вообще не использовать, если поля элементов расположить вплотную друг к другу. Базовые узлы – используются для указания того, что элемент соединен с системой отсчета (шина «земля» в электронике, неподвижная система координат в механике, атмосфера в пневматике и гидравлике и т.д.). Метки – используются для идентификации каждого элемента в схеме. Для моделирования не имеет значения ни местоположение метки, ни ее текст. Индикаторы – используются для задания расчетных переменных, которые следует выводить на экран в процессе моделирования. Индикаторы потенциала и интеграла потенциала подключаются своим внешним выводом к той точке схемы, потенциал или интеграл потенциала которой предполагается выводить на график. Индикатор потока включается в разрыв связи. Универсальные индикаторы свободно располагаются на поле схемы. Они позволяют определять переменные, не являющиеся по своей природе фазовыми, но представляют интерес для проектировщика (расчетные переменные). Для универсальных индикаторов указывают расчетную переменную, которую необходимо определять. Программный комплекс имеет встроенные средства вычисления других величин, получаемых путем математических преобразований фазовых и расчетных переменных. Математические операции производятся параллельно процессу интегрирования. 5 Рисунок 1 – Окно графического редактора программного комплекса ПА9 Операторы – используются для задания последовательности действий по моделированию схемы. Чтобы несколько операторов выполнялись последовательно, их надо расположить на поле схемы вертикально один под другим. Переключатели – устанавливаются в схему, если нужно моделировать несколько различных конфигураций объекта. Комментарии – используются для включения в схему поясняющей информации и не оказывают какого-либо влияния на расчет. Для элементов, источников сигнала, индикаторов, операторов, переключателей, комментариев предусмотрен унифицированный набор операций: создание, удаление, перемещение, отсоединение/присоединение, связанное и несвязанное копирование, трансформирование, задание атрибутов (операторы дополнительно имеют операцию выполнения). Для связей и базовых узлов имеются только операции создания и удаления, причем процедуры формирования и удаления связей отличаются от 6 аналогичных процедур для компонентов схемы. Для меток в пользовательском интерфейсе вообще не предусмотрено никаких операций, все операции с ними система выполняет автоматически. Все команды главного меню, а также все другие команды в окне графического редактора выполняются левой кнопкой мыши. Правая кнопка мыши во всех случаях служит только для вызова контекстного меню. Установка нового компонента осуществляется путем выбора его в библиотеке, и размещения на поле схемы. По окончании процедуры установки рекомендуется убрать с экрана компонентобразец, чтобы случайным нажатием кнопки мыши не установить лишний компонент. Для этого необходимо установить курсор в такую позицию, чтобы образец был виден на экране, и нажать клавишу Delete. Для удаления компонента из схемы необходимо установить курсор на удаляемый компонент (при этом курсор примет форму рамки, обрамляющей этот компонент) и нажать клавишу Delete. Иногда при отладке схем возникает необходимость временно исключить из схемы некоторые компоненты, однако не удалять их совсем, чтобы затем вновь не задавать их атрибуты. Кроме того, отсоединение компонентов используется для их перемещения и трансформирования. Отсоединенные компоненты продолжают оставаться на поле схемы, однако они никак не влияют на процесс моделирования. Для отсоединения компонента необходимо установить курсор на компонент, который необходимо отсоединить (при этом курсор примет форму рамки, обрамляющей этот компонент) и нажать клавишу Space. Компонент примет вид карточки, поднятой над изображением схемы. Обратное присоединение такого компонента возможно, только если он не перекроет другие компоненты, имеющиеся в схеме. Если присоединяемый компонент перекрывает связи, его присоединение возможно, однако перекрываемые связи будут уничтожены. Для присоединения компонента необходимо установить курсор на отсоединенный компонент, который необходимо вновь включить в схему (при этом обрамляющая компонент рамка изменит цвет) и нажать клавишу Space (или иконку 10 контекстного меню). Отсоединенный компонент можно переместить в другое место схемы. Для этого необходимо установить курсор на перемещаемый компонент (при этом обрамляющая компонент рамка изменит цвет) 7 и, нажимая ЛКМ, переместить курсор в нужное место. После перемещения компонент продолжает оставаться отсоединенным. Для копирования компонентов в ПА9 можно использовать два различных способа – несвязанное и связанное копирование. При несвязанном копировании копия наследует от источника все его атрибуты, однако затем любые изменения атрибутов копии никак не влияют на компонент-источник. В случае связанного копирования атрибуты копии жестко связаны с атрибутами источника: при изменении атрибутов любого из них изменяются и атрибуты всех связанных с ним копий. Связанное копирование удобно, если в схеме имеется несколько элементов, параметры которых должны быть всегда одинаковыми, однако в процессе отладки их нужно изменять (например, одинаковые опоры валов). Для соединения двух компонентов связью необходимо установить курсор в точке начала связи и, нажимая мышью одновременно с клавишей Shift (Ctrl), перемещать курсор по полю схемы в соответствие с необходимой конфигурацией связи. Различие между клавишами Shift и Ctrl в том, что если в процессе формирования связи пересечь другие существующие связи, то при нажатой клавише Shift в точке пересечения соединения связей не будет, в случае нажатия Ctrl в точке пересечения связи соединяются. В точках примыкания связи соединяются в любом случае. Для добавления базового узла необходимо установить курсор в соответствующую ячейку поля схемы и, нажимая клавишу Shift или Ctrl, щелкнуть мышью. На схеме появится изображение базового узла. Связи и базовые узлы, не соединенные с какими-либо компонентами схемы, на процесс моделирования не влияют. Для удаления связей и базовых узлов необходимо установить курсор в одной из ячеек, где связь нужно удалить, и, нажимая клавишу мыши и Delete, перемещать по полю схемы курсор в соответствии с конфигурацией удаляемой связи. Для задания и корректировки атрибутов компонента необходимо выбрать его с помощью мыши на поле схемы. На экране появится диалоговое окно (рис. 2), позволяющее просмотреть и изменять атрибуты компонента (при этом компонент и все его связанные копии будут выделены другим фоном). Если при вводе значения допущена ошибка, кнопки «OK» и «Применить» становятся неактивными и введенное значение сохранить нельзя. 8 Наиболее вероятная причина действительного числа. этого – неверный формат Рисунок 2 – Диалоговое окно атрибутов элемента Диалоговое окно для задания атрибутов индикаторов приведено на рис. 3. Обозначение индикатора служит для идентификации на графиках соответствующей расчетной величины. По умолчанию индикаторы получают обозначения Out, Out1, Out2 и т.д. Флажок «Включен» используется для оперативного включения/выключения индикатора, при этом корректность формирования математической модели схемы не нарушается. Верхний и нижний предел задают диапазон, в котором будет строиться график. Флажок автокоррекции разрешает автоматическое расширение диапазона построения графиков по ходу счета в случае, если фактические значения выйдут за указанные пределы. Для выбора цвета, которым будет строиться график соответствующей расчетной величины, необходимо щелкнуть ЛКМ в нужной точке цветового круга. Рисунок 3 – Диалоговое окно атрибутов индикатора 9 Для моделирования необходимо сформировать задание (или несколько заданий) на расчет, которое представляет собой группу операторов, частным случаем является ситуация, когда в схеме присутствует только одно задание на расчет, состоящее из единственного оператора. Для выполнения задания необходимо выбрать соответствующую команду главного меню, если схема не содержит ошибок, на экране появится окно с графиками выводимых переменных. При исследовании динамики процессов, протекающих в тех или иных технических объектах, используются оператор «Dynamic». Ниже рассматриваются значения параметров (атрибутов) этого оператора (рис. 4), а также приводятся рекомендации по их выбору в тех или иных случаях. Smn [с] – минимальный шаг интегрирования; Sst [с] – начальный шаг интегрирования, должен быть в пределах от Smn до Smx; Smx [с] – максимальный шаг интегрирования; Dli – норма невязки. В связи с тем, что условие равенства нулю невязки при численных методах решения может быть выполнено только приближенно, в качестве параметра, управляющего ходом вычислительного процесса, должна быть указана норма невязки – допустимая невязка, по достижении которой процесс итераций заканчивается, и шаг интегрирования считается состоявшимся; Dlu – норма приращений. Под приращениями подразумевается изменение фазовой переменной типа потока на одной итерации. Как и норма невязки, норма приращений используется для решения вопроса о прекращении итераций; Krt – параметр, позволяющий задавать норму приращений в абсолютных (значение IU) или относительных (значение IUI) величинах; Acr – норма точности; Flk – параметр, позволяющий задавать норму точности в абсолютных (значение Abs) или относительных (значение Rel) величинах; Mvu – параметр, определяющий минимально допустимое значение нормы приращений. Если в процессе интегрирования норма приращений Dlu станет меньше Mvu, то дальнейшие вычисления проводятся с шагом Mvu. 10 Рисунок 4 – Диалоговое окно параметров оператора «Dynamic» 2.3 Математические модели элементов Математические модели часто встречающихся элементов машиностроительных объектов приведены в таблице 2. Полюса элементов электрической, гидравлической, пневматической природы, а также логических элементов соответствуют входам выходам самих элементов. Каждый полюс элементов механической природы соответствует одной из координат геометрического пространства. Степень подробности представления структуры объекта в топологии определяется решаемой задачей и определяется пользователем. Для ряда элементов предусмотрены модели высокого и низкого уровня. Например, для зубчатого зацепления, модель низкого уровня, по сути, редуцирует число оборотов и крутящий момент в соответствии с передаточным отношением, модель высокого уровня помимо этого позволяет определять внутренние параметры самого зацепления. Ниже рассматриваются особенности моделей различных физических систем. Механические системы. Фазовые переменные для линейных координат – сила (Н), скорость (м/с), для угловых координат – момент сил (Нм), угловая скорость (с-1). Система координат двумерных элементов – правосторонняя. Любая ось системы координат может быть принята вертикальной, т.е. осью, вдоль 11 которой действует сила тяжести. В описании моделей в качестве такой оси принята ось Y. Гидравлические системы. Фазовые переменные – объемный расход (м3/с), давление (МПа). Пневматические системы. Каждое соединение элементов в пневматических системах представлено двумя связями: «гидравлической» и «тепловой». Фазовые переменные для «гидравлических» связей – объемный расход (м3/с) и давление (МПа), для тепловых связей – тепловой поток (Дж/с) и температура (С0). Не допускается оставлять «гидравлические» и «тепловые» полюса моделей не соединенными с полюсами других моделей. В случае если выход пневматического элемента имеет место в атмосферу, этот выход в модели должен быть представлен с помощью модели «Источник рабочего тела пневматических систем» с указанием параметра «P – давление рабочего тела, МПа» равного 0,1 МПа. Параметр «T – температура рабочего тела, С0» следует назначать равным температуре окружающей среды. В моделях пневматических систем и в моделях, содержащих пневматические подсистемы, норму абсолютных приращений Dlu следует назначать не более 0.01. Логические системы. В моделях логических систем и в моделях, содержащих логические подсистемы, норму абсолютных приращений Dlu следует назначать не более 0.1. Таблица 2 – Некоторые математические модели элементов Условное обозначение элемента, имя, Внутренние изображение на переменные модели топологии, координаты полюсов М Инерционная масса, момент инерции, электрическая, тепловая емкости – 1 – полюс Свойства элемента, воспроизводимые моделью Инерционные или иные свойства в соответствии с физической природой элемента. для 12 подключения модели к узлу топологии; 2 – полюс для подключения модели к узлу топологии (в инерциальных системах отсчета должен быть соединен с базовым узлом топологии). MV Инерционная и тяготеющая масса 1 – полюс для подключения модели к узлу топологии; 2 – полюс для подключения модели к узлу топологии (в инерциальных системах отсчета должен быть соединен с базовым узлом топологии). K Упругость линейная, электрическая индуктивность Инерционные свойства подвижного в вертикальном направлении элемента с действием его силы тяжести. – – 1, 2 – полюса для подключения модели к узлам топологии. R Трение вязкое, электрическое, тепловое сопротивление – Линейная упругость или иные свойства в соответствии с физической природой элемента. Диссипативные свойства линейного элемента в соответствии с его 13 физической природой. 1, 2 – полюса для подключения модели к узлам топологии. P Источник постоянной силы, момента, электрического тока, газового, гидравлического, теплового потоков 1 – полюс, на котором генерируется фазовая переменная типа потока, равная значению введенного параметра с противоположным знаком; 2 – полюс, на котором генерируется фазовая переменная типа потока, равная значению введенного параметра. PU Управляемый источник силы, момента, электрического тока, газового, гидравлического, теплового потоков Способность генерировать силу, момент сил, электрический ток, гидравлический, газовый, тепловой потоки. – – Способность генерировать силу, момент сил, электрический ток, гидравлический, газовый, тепловой потоки в соответствии с выбранной функцией их изменения. 14 1 – полюс, на котором генерируется фазовая переменная типа потока, равная значению, определяемому управляющим элементом, с противоположным знаком; 2 – полюс, на котором генерируется фазовая переменная типа потока, равная значению, определяемому управляющим элементом. V Источник скорости, электрического напряжения, давления среды, температуры 1 – полюс, на котором генерируется фазовая переменная типа потенциала, значение которой относительно другого полюса равно введенному значению параметра; 2 – полюс, на котором генерируется фазовая Способность генерировать линейную, угловую скорости, электрическое напряжение, давление среды, температуру. – 15 переменная типа потенциала, значение которой относительно другого полюса равно введенному значению параметра с противоположным знаком. VU Управляемый источник скорости, электрического напряжения, давления среды, температуры 1 – полюс, на котором генерируется фазовая переменная типа потенциала, значение которой относительно другого полюса равно введенному значению параметра; 2 – полюс, на котором генерируется фазовая переменная типа потенциала, значение которой относительно другого полюса равно введенному значению параметра с противоположным знаком. UPRL Двусторонний упор с линейной зависимостью Способность генерировать линейную, угловую скорости, электрическое напряжение, давление среды, температуру в соответствии с выбранной функцией их изменения. – – Способность генерировать силу, пропорциональную 16 контактного усилия от контактной деформации 1 – полюс, соответствующий элементу, перемещение которого относительно другого элемента в направлении положительной оси координат уменьшает расстояние между элементами со стороны положительного направления оси системы координат; 2 – полюс, cоответствующий другому элементу. DVPBTU 1 – потери энергии Двигатель постоянного в двигателе; тока с независимым 2 – потребляемая возбуждением с энергия двигателя; приводом типа БТУ 3 – отдаваемая энергия двигателя; 4 – эквивалентный ток двигателя; 5 – номинальный 1 – полюс для ток двигателя; подключения к модели 6 – КПД двигателя; силового источника 7 – напряжения; электромагнитный 2 – полюс, момент. соответствующий силовому выходу привода; 3 – полюс, контактной деформации. Генерирует значение крутящего момента в соответствии с характеристикой двигателя, определяемой введенными параметрами. 17 соответствующий силовому входу привода (соединить с полюсом 2); 4 – полюс, соответствующий электрическому заземлению; 5 – полюс, соответствующий валу двигателя; 6 – полюс, соответствующий закреплению корпуса двигателя. DVA 1 – потери энергии Двигатель асинхронный в двигателе; односкоростной 2 – потребляемая энергия двигателя; 3 – отдаваемая энергия двигателя; 4 –эквивалентный 1, 2 – полюса для ток двигателя; подключения к модели 5 – номинальный силового источника ток двигателя; 6 –КПД двигателя; напряжения; 3 – полюс, 7 – коэффициент соответствующий мощности (cos ) электрическому двигателя; заземлению; 8– 4 – полюс, электромагнитный соответствующий валу момент. двигателя; 5 – полюс, соответствующий закреплению корпуса двигателя. FRP 1 – потери энергии Фрикционная передача, в передаче; Генерирует значение крутящего момента в соответствии с механической характеристикой при заданных значениях питающего напряжения и дополнительного сопротивления в цепи ротора, знаке питающего напряжения. Трансформация частоты вращения в 18 например клиноременная 2 – входная энергия передачи; 3 – выходная энергия передачи; 4– проскальзывание 1 – полюс, (упругое, при соответствующий буксовании), координате углового приведенное к перемещения ведущего ведомому шкиву. шкива A; 2 – полюс, соответствующий координате углового перемещения ведомого шкива B; 3 – полюс, соответствующий координате углового перемещения общего носителя ведущего и ведомого шкивов. RDN 1 – потери энергии Зубчатая передача в передаче; внешнего зацепления 2 – входная энергия передачи; 3 – выходная энергия передачи. 1 – полюс, соответствующий координате углового перемещения шестерни; 2 – полюс, соответствующий координате углового перемещения колеса; 3 – полюс, соответствующий соответствии с передаточным числом и упругим скольжением. Изменение знака момента и трансформация его значения в соответствии с передаточным числом. Способность воспроизводить режим буксования. Изменение знака трансформация частоты вращения соответствии передаточным числом. Трансформация момента соответствии передаточным числом и КПД. и в с в с 19 координате углового перемещения общего носителя шестерни и колеса. VNTPR 1 – потери энергии Винтовая пара в передаче 2 – входная энергия передачи 3 – выходная энергия передачи 1 – полюс, соответствующий координате осевого перемещения первого элемента (винта, гайки) 2 – полюс, соответствующий координате углового перемещения того же элемента 3 – полюс, соответствующий координате осевого перемещения второго элемента (гайки, винта) 4 – полюс, соответствующий координате углового перемещения второго элемента ZACPCN 1 – потери энергии Зацепление прямозубое в передаче; цилиндрическое 2 – входная энергия внешнее эвольвентное передачи; 3 – выходная энергия передачи; 4 – полная внешняя радиальная сила, 1 – полюс, приложенная к Изменение знака трансформация частоты вращения соответствии передаточным числом. Трансформация момента соответствии передаточным числом и КПД и в с в с Способность элементов перемещаться по любой из координат и занимать в двухмерном пространстве любое взаимно обусловленное 20 соответствующий шестерне; горизонтальной 5 – полная внешняя координате радиальная сила, перемещения центра приложенная к шестерни; колесу; 2 – полюс, 6 – момент сил соответствующий трения в вертикальной зацеплении, координате приложенный к перемещения центра шестерне; шестерни; 7 – момент сил 3 – полюс, трения в соответствующий зацеплении, координате углового приложенный к перемещения шестерни; колесу; 4 – полюс, 8 – нормальная сила соответствующий в зацеплении. горизонтальной координате перемещения центра колеса; 5 – полюс, соответствующий вертикальной координате перемещения центра колеса; 6 – полюс, соответствующий координате углового перемещения колеса; FRVL 1 – полная Однородный участок радиальная сила в вала сечении участка вала, соответствующем первым шести полюсам; 2 – полный положение. Изменение знака и трансформация частоты вращения в соответствии с передаточным числом. Трансформация момента в соответствии с передаточным числом и потерями на трение в зацеплении. Способность оказывать силовое воздействие на носители элементов зацепления. Способность передавать механическую мощность как от шестерни к колесу, так и в обратном направлении. Способность к перемещению за счет деформаций по каждой из координат. Способность вращаться вокруг собственной оси и передавать 21 1 – полюс, изгибающий соответствующий момент, в сечении первой участка вала, перпендикулярной оси соответствующем вала координате первым шести перемещения одного из полюсам; концов участка; 3 – полная 2 – полюс, радиальная сила в соответствующий сечении участка второй вала, перпендикулярной оси соответствующем вала координате другим шести перемещения того же полюсам; конца участка; 4 – полный 3 – полюс, изгибающий соответствующий момент, в сечении координате осевого участка вала, перемещения того же соответствующем конца участка; другим шести 4 – полюс, полюсам; соответствующий 5 – эквивалентные координате углового напряжения в перемещения того же сечении участка конца участка в вала, плоскости оси и первой соответствующем координаты; первым шести 5 – полюс, полюсам соответствующий 6 – эквивалентные координате углового напряжения в перемещения того же сечении участка конца участка в вала, плоскости оси и второй соответствующем координаты; другим шести 6 – полюс, полюсам. соответствующий координате вращательного движения того же конца участка; вращающий момент. 22 7 – 12 полюса – то же, что и полюса 1 – 6 для другого конца участка, соответственно. SHARN2 1 – потери энергии Способность Шарнир (подшипник в шарнире; элементов радиальный) в 2 – входная энергия перемещаться по двухмерном шарнира; любой из координат пространстве 3 – выходная и занимать в энергия шарнира; двухмерном 4 – полная внешняя пространстве любое радиальная сила, взаимно приложенная к обусловленное 1 – полюс, внутреннему положение. соответствующий элементу; Способность горизонтальной 5 – полная внешняя генерировать координате радиальная сила, радиальную силу перемещения одного из приложенная к взаимодействия элементов шарнира, внешнему элементу; элементов шарнира например внутреннего; 6 – угловое (подшипника). 2 – полюс, положение Способность соответствующий радиальной силы; генерировать момент вертикальной 7 – радиальное сил трения между координате смещение элементами в перемещения того же внутреннего соответствии с элемента шарнира; элемента направлением 3 – полюс, относительно относительного соответствующий элемента внешнего вращения элементов координате другого элемента; и значениями элемента углового 8 – момент сил введенных перемещения того же трения, параметров. элемента шарнира; приложенный к 4 – полюс, внутреннему соответствующий элементу. горизонтальной координате перемещения другого элемента шарнира; 5 – полюс, 23 соответствующий вертикальной координате перемещения другого элемента другого элемента шарнира; 6 – полюс, соответствующий координате углового перемещения другого элемента шарнира; NPR 1 – потери энергии Двухсторонние в направляющих; направляющие в 2 – сила трения, двухмерном приложенная к пространстве направляемому элементу со стороны направляющего. Способность генерировать нормальную силу взаимодействия элементов направляющих. 1 – полюс, соответствующий координате перемещения направляемого элемента по нормали к направляющим; 2 – полюс, соответствующий координате перемещения направляемого элемента вдоль направляющих; 3 – полюс, соответствующий координате перемещения направляющего элемента по нормали к 24 определяемому им движению направляемого элемента; 4 – полюс, соответствующий координате перемещения направляющего элемента вдоль определяемого им движения направляемого элемента. BALKA2, BALKALU2 Угол поворота Сжимаемый конца элемента, (растяжимый) и соответствующего изгибаемый стержневой первым трем элемент в двухмерном полюсам модели, пространстве относительно другого конца 1 – полюс, соответствующий горизонтальной координате перемещения одного из концов элемента; 2 – полюс, соответствующий вертикальной координате перемещения первого конца элемента; 3 – полюс, соответствующий Способность упруго деформироваться путем сжатия (растяжения) и изгиба. Способность перемещаться и занимать любое положение в двухмерном пространстве, определяемое линейными и угловыми координатами концов элемента 25 координате углового перемещения первого конца элемента; 4 – полюс, соответствующий горизонтальной координате перемещения другого конца; 5 – полюс, соответствующий вертикальной координате перемещения второго конца элемента; 6 – полюс, соответствующий координате углового перемещения второго конца элемента. STRGN2 Нормальные Сжимаемый напряжения в (растяжимый) сечении элемента. стержневой элемент в декартовом двухмерном пространстве 1 – полюс, соответствующий горизонтальной координате перемещения одного из концов элемента; 2 – полюс, соответствующий вертикальной координате Способность упруго деформироваться путем растяжения (сжатия). Способность перемещаться и занимать любое положение в двухмерном пространстве, определяемое координатами концов элемента. 26 перемещения первого конца элемента; 3 – полюс, соответствующий горизонтальной координате перемещения другого конца элемента; 4 – полюс, соответствующий вертикальной координате перемещения второго конца элемента. STRGN3 Сжимаемый (растяжимый) стержневой элемент в декартовом трехмерном пространстве Способность упруго деформироваться путем сжатия (растяжения) Способность перемещаться и занимать любое положение в трехмерном пространстве, 1 – полюс, определяемое соответствующий Напряжения сжатия координатами первой горизонтальной (растяжения) в концов элемента координате сечении элемента перемещения одного из концов элемента; 2 – полюс, соответствующий вертикальной координате перемещения первого конца элемента; 3 – полюс, соответствующий второй горизонтальной 27 координате перемещения первого конца элемента; 4 – полюс, соответствующий первой горизонтальной координате перемещения другого конца элемента; 5 – полюс, соответствующий вертикальной координате перемещения второго конца элемента; 6 – полюс, соответствующий вертикальной координате перемещения второго конца элемента. MUFTA 1 – потери энергии Муфта включения в муфте; дисковая фрикционная с 2 – текущее пневмоприводом, значение управляемым от максимального логического сигнала момента трения в муфте; 3 – скорость проскальзывания ведущего элемента 1 – полюс, муфты соответствующий относительно ведущему элементу ведомого. муфты; 2 – полюс, соответствующий ведомому элементу муфты; Способность передавать крутящий момент, не превышающий текущего значения максимального момента трения. Способность воспроизводить проскальзывание ведущих и ведомых частей муфты относительно друг друга при превышении крутящим моментом его максимально возможного 28 3 – полюс для подключения модели к моделям системы управления (муфта включается при подаче на полюс сигнала в виде фазовой переменной типа потенциала, равной единице и выключается при снятии его). TORMOZ 1 – потери энергии Тормоз дисковый в тормозе; фрикционный с 2 – максимальный пневмоприводом, момент трения в управляемым от тормозе; логического сигнала 3 – скорость проскальзывания затормаживаемого элемента тормоза относительно 1 – полюс, затормаживающего. значения. Способность создавать крутящий момент торможения, не превышающий текущего значения максимального момента трения. Способность воспроизводить проскальзывание ведущих и ведомых частей тормоза относительно друг друга при превышении крутящим моментом его максимально возможного значения. соответствующий затормаживаемому элементу тормоза; 2 – полюс, соответствующий затормаживающему элементу тормоза; 3 – полюс для подключения модели к моделям цепей управления (тормоз выключается при подаче на полюс сигнала в виде фазовой переменной типа потенциала, равной единице и включается при снятии его). SHLITC 1 – потери энергии Способность 29 Шлицевое соединение в соединении; 2 – сила трения, в соединении. 3 – нормальная сила в шлицах 1 – полюс, соответствующий координате осевого перемещения одного (первого) из элементов; 2 – полюс, соответствующий координате углового перемещения того же элемента; 3 – полюс, соответствующий координате осевого перемещения второго элемента; 4 – полюс, соответствующий координате углового перемещения второго элемента. TNG05K 1 – энергия Технологическая деформирования. нагрузка однопереходная штамповки на кривошипном прессе или гидравлическом прессе 1 – полюс, генерировать нормальную силу взаимодействия в шлицевом соединении. Способность генерировать силу трения между элементами в соответствии с направлением относительного осевого перемещения элементов и значениями введенных параметров. Генерация технологической силы в соответствии с заданным графиком технологической нагрузки и текущим значением перемещения инструмента при его непрерывном перемещении к заготовке. Генерация силы, уменьшающейся от 30 соответствующий деформирующему инструменту, например, закрепленному на столе вертикального пресса, имеющему перемещение в положительном направлении при рабочем ходе относительно другого инструмента; 2 – полюс, соответствующий другому деформирующему инструменту; 3 – полюс, соединяемый с полюсом вращательной координаты модели кривошипа кривошипного пресса или с базовым узлом модели объекта. достигнутого значения до нуля при движении инструмента от заготовки, в соответствии с перемещением инструмента и жесткостью системы «штамп-заготовка». При возобновлении движения инструмента к заготовке – генерация силы, соответствующей силе при обратном движении инструмента для каждого из его положений; после достижения инструментом положения, соответствующего началу его движения в обратном направлении, генерируется сила в соответствии с графиком технологической нагрузки. При соединении третьего полюса с полюсом модели кривошипа пресса нагрузка прикладывается при каждом ходе пресса, 31 при соединении с базовым узлом – при первом ходе пресса. OGM 1 – потери энергии Возможность Обращаемая в машине; преобразования гидравлическая машина 2 – входная энергия механической (насос – гидромотор) машины; энергии в 3 – выходная гидравлическую и энергия машины; обратно с 4 – КПД машины. воспроизведением потерь энергии в соответствии с 1 – полюс, введенными соответствующий валу параметрами. машины; 2 – полюс, соответствующий корпусу машины; 3 – полюс, соответствующий присоединению к напорной магистрали гидросистемы; 4 – полюс, соответствующий присоединению к магистрали всасывания гидросистемы. AGGD 1 – разность между Воспроизведение Аккумулятор входной и процессов, газогидравлический выходной энергией связанных с аккумулятора; накоплением энергии 2 – входная энергия сжатого газа и аккумулятора; расходом ее, при 3 – выходная протекании энергия термодинамических аккумулятора; процессов сжатия и расширения газа 1 – полюс, 4 – давление в общего вида, учете соответствующий входу аккумуляторе; 5 – температура газа потерь энергии на аккумулятора; 32 2 – полюс, в аккумуляторе; соответствующий 6 – температура выходу аккумулятора. наружной поверхности стенки газовой части аккумуляторе. SMGD 1 – потери энергии Сопротивление местное в сопротивлении. гидравлическое гидравлических входах (выходах), учете потерь тепловой энергии через стенки аккумулятора. Возможность течения жидкости в прямом и обратном направлениях. Падение давления на сопротивлении в условиях турбулентного режима. 1 – полюс, соответствующий входу сопротивления при течении жидкости в прямом направлении; 2 – полюс, соответствующий выходу сопротивления. KLOBGD 1 – потери энергии Возможность Клапан обратный в клапане. течения жидкости в гидравлический прямом направлении. Падение давления в клапане в условиях турбулентного режима. 1 – полюс, Возможность соответствующий входу разрыва струи клапана при течении жидкости на входе и жидкости в прямом (или) выходе при направлении; понижении 2 – полюс, абсолютного соответствующий давления ниже нуля. выходу клапана. KLPRGD 1 – потери энергии Возможность Клапан в клапане. течения жидкости в предохранительный прямом направлении гидравлический при превышении перепада давления на 33 1 – полюс, соответствующий входу клапана; 2 – полюс, соответствующий выходу клапана. RP32GD 1 – потери энергии Распределитель в клапане; трехлинейный 2 – входная энергия двухпозиционный клапана; гидравлический 3 – выходная энергия клапана на первом выходе; 4 – выходная энергия клапана на 1 – полюс, втором выходе. соответствующий гидравлическому входу распределителя; 2 – полюс, соответствующий первому гидравлическому выходу распределителя; 3 – полюс, соответствующий второму гидравлическому выходу распределителя; 4 – полюс, соответствующий логическому входу управления распределителем. клапане давления настройки. Падение давления в клапане в условиях турбулентного режима. Возможность течения жидкости между входом и первым выходом в любом направлении при сигнале на логическом входе равном 0. Возможность течения жидкости между входом и вторым выходом в любом направлении при сигнале на логическом входе равном 1. Падение давления в клапане в условиях турбулентного режима. 34 1 – потери энергии в клапане; 2 – входная энергия клапана; 3 – выходная энергия клапана на первом выходе; 4 – выходная энергия клапана на 1 – полюс, втором выходе. соответствующий гидравлическому входу в поршневую полость цилиндра; 2 – соответствующий гидравлическому входу в штоковую полость цилиндра; 3 – полюс, соответствующий корпусу цилиндра; 4 – полюс, соответствующий штоку цилиндра. CLGD Цилиндр гидравлический Способность преобразования гидравлической энергии в механическую и обратно с учетом потерь на трение и гидравлических потерь на входах в соответствии с введенными параметрами. RTPN 1 – энергия Возможность Источник рабочего тела источника рабочего истечения рабочего пневматических систем тела. тела с любой производительность ю с задаваемыми параметрами. Возможность 1 – «гидравлический» втекания рабочего полюс; тела с любым 2 – тепловой полюс. расходом с параметрами, 35 определяемыми внешними источниками. KLOBPN 1 – потери энергии Протекание Клапан обратный в клапане. термодинамических пневматический процессов общего вида при течении газа в клапане в прямом направлении в подкритическом и 1 – «гидравлический» надкритическом полюс, режимах, отсутствие соответствующий входу возможности течения клапана при течении в обратном газа в прямом направлении направлении; 2 – тепловой полюс, соответствующий входу клапана при течении газа в прямом направлении; 3 – «гидравлический» полюс, соответствующий выходу клапана при течении газа в прямом направлении; 4 – тепловой полюс, соответствующий выходу клапана при течении газа в прямом направлении. RSVR 1 – запас энергии в Возможность Ресивер и другие ресивере; течения в ресивер и емкости пневмосистем 2 – входная энергия истечения из него ресивера; газовой среды через 3 – выходная каждую магистраль в энергия ресивера; подкритическом и 4 – массовый расход надкритическом 36 на входе ресивера; режимах с 5 – массовый расход протеканием на выходе ресивера; термодинамических 6 – давление в процессов в полости полости ресивера; ресивера общего 7 – температура в вида. 1 – «гидравлический» полости ресивера; полюс для подключения 8 – показатель к модели источника политропы сжатого газа (напр. термодинамическог о процесса в RTPN); 2 – тепловой полюс для полости ресивера. подключения к модели источника сжатого газа (RTPN); 3 – «гидравлический» полюс для подключения к гидравлическим полюсам моделей потребителей сжатого газа; 4 – тепловой полюс для подключения к гидравлическим полюсам моделей потребителей сжатого газа. SMPN Протекание Сопротивление местное термодинамических пневматическое процессов общего вида при течении газа в местном сопротивлении в – любом направлении в 1 – «гидравлический» подкритическом и полюс, надкритическом соответствующий входу режимах. сопротивления при течении газа в прямом 37 направлении; 2 – тепловой полюс, соответствующий входу сопротивления при течении газа в прямом направлении; 3 – «гидравлический» полюс, соответствующий выходу сопротивления при течении газа в прямом направлении; 4 – тепловой полюс, соответствующий выходу сопротивления при течении газа в прямом направлении. KLPRPN 1 – потери энергии Клапан в клапане предохранительный пневматический 1, 2 – полюса, соответствующий входу клапана (гидравлический, тепловой); 3, 4 – полюса, соответствующий выходу клапана(гидравлический , тепловой). RP32PN 1 – потери энергии Распределитель в клапане; трехлинейный 2 – входная энергия двухпозиционный клапана; Возможность течения жидкости в прямом направлении при превышении перепада давления на клапане давления настройки. Падение давления в клапане в условиях турбулентного режима. Возможность течения газа между входом и первым выходом в любом 38 пневматический 3 – выходная энергия клапана на первом выходе; 4 – выходная энергия клапана на втором выходе. направлении при сигнале на логическом входе равном 0. Возможность течения газа между входом и вторым выходом в любом направлении при сигнале на логическом входе равном 1. Протекание термодинамических процессов общего вида при течении газа в распределителе в подкритическом и надкритическом режимах. 1 – «гидравлический» полюс, соответствующий входу распределителя; 2 – тепловой полюс, соответствующий входу распределителя; 3 – «гидравлический» полюс, соответствующий первому выходу распределителя; 4 – тепловой полюс, соответствующий первому выходу распределителя; 5 – «гидравлический» полюс, соответствующий второму выходу распределителя; 6 – тепловой полюс, соответствующий второму выходу распределителя; 7 – полюс, соответствующий логическому входу управления распределителем CLPN 1 – запас энергии в Протекание Цилиндр цилиндре; термодинамических 39 пневматический 2 – энергия на входе процессов общего поршневой полости; вида при наполнении 3 – энергия на входе и опорожнении штоковой полости; полостей цилиндра с 4 – механическая течением газа на энергия цилиндра; входах в 5 – массовый расход подкритическом и на входе поршневой надкритическим 1 – гидравлический полости; режимах, движение полюс, 6 – давление в поршня соответствующий входу поршневой полости; относительно в поршневую полость; 7 – температура корпуса цилиндра, 2 – тепловой полюс, поршневой полости; наличие тепловых соответствующий входу 8 – показатель потерь через стенки в поршневую полость; политропы в корпуса цилиндра с 3 – гидравлический поршневой полости; учетом их полюс, 9 – массовый расход теплоемкости, соответствующий входу на входе штоковой наличие в штоковую полость; полости; механических потерь 4 – тепловой полюс, 10 – давление в на трение в соответствующий входу штоковой полости; уплотнениях. в штоковую полость; 11 – температура 5 – полюс, штоковой полости; соответствующий 12 – показатель корпусу цилиндра; политропы в 6 – полюс, штоковой полости. соответствующий штоку цилиндра. KN Генерирует с Кнопка включения заданной точностью сигнал на выходе в виде импульса в – заданный момент 1 – полюс, включения, затем с соответствующий заданной логическому выходу периодичностью. элемента. KV Генерирует с – Концевой выключатель заданной точностью 40 сигнал на выходе при перемещении в заданных пределах включающего элемента относительно выключателя. 1 – полюс, соответствующий включающему элементу выключателя; 2 – полюс, соответствующий корпусу выключателя; 3 – полюс, соответствующий логическому выходу элемента. RD Реле давления 1 – полюс, соответствующий гидравлическому входу элемента; 2 – полюс, соответствующий логическому выходу элемента. AND Логический элемент 3-И Генерирует с заданной точностью сигнал на выходе при давлении в заданных пределах. – Реализует логическую функцию 3-И – 1, 2, 3 – полюса, соответствующие логическим входам элемента; 4 – полюс, 41 соответствующий логическому выходу элемента. OR Логический элемент 3ИЛИ 1, 2, 3 – полюса, соответствующие логическим входам элемента 4 – полюс, соответствующий логическому выходу элемента NOT Логический элемент НЕ 1 – полюс, соответствующий логическому входу элемента 2 – полюс, соответствующий логическому выходу элемента TRIG RS-триггер Реализует логическую функцию 3-ИЛИ. – Реализует логическую функцию НЕ – – 1 – полюс, Появление сигнала на выходе после подачи сигнала на первый вход и исчезновение сигнала на выходе после подачи сигнала 42 соответствующий первому логическому входу (R) элемента; 2 – полюс, соответствующий второму логическому входу (S) элемента; 3 – полюс, соответствующий логическому выходу элемента. ZD Элемент задержки 1 – полюс, соответствующий логическому входу элемента; 2 – полюс, соответствующий логическому выходу элемента. на второй вход (одновременная подача сигнала на оба входа не допускается). – Появление и исчезновение сигнала на выходе с заданной задержкой по отношению к появлению и исчезновению сигнала на входе. 2.4 Диагностические сообщения комплекса и действия пользователя по ним Наиболее частые диагностические сообщения программного комплекса ПА9 по возникающим ошибкам приведены в таблице 3. При получении одного из приведенных сообщения следует щелкнуть по полю «T=….» в окне просмотра результатов (при этом в поле появляется «Статистика») и в открывшемся окне обратить внимание на причины наибольшего числа «отброшенных» шагов (итераций) интегрирования. Следует иметь в виду, что если отсутствуют «отброшенные» по какой-либо причине шаги (контроль невязок, контроль приращений, контроль точности), то это свидетельствует о неоправданной завышенной соответствующей норме. 43 Таблица 3 – Диагностические сообщения программного комплекса и действия пользователя по ним № п/п 1 2 3 4 Диагностические сообщения Действия пользователей Увеличить значение нормы невязки (Dli) Уменьшить значение минимального шага интегрирования (Smn) Остановлено из-за Проверить отсутствие ошибок в контроля невязок топологии модели Проверить отсутствие ошибок при введении параметров Перейти от задания нормы приращений в абсолютных единицах к заданию номы приращений в относительных единицах Увеличить значение нормы приращений (Dlu) Остановлено из-за Уменьшить значение минимального шага контроля приращений интегрирования (Smn) Убедиться в отсутствии ошибок в топологии модели Убедиться в отсутствии ошибок при введении параметров Увеличить значение нормы точности (Arc) Уменьшить значение минимального шага Остановлено из-за интегрирования (Smn) контроля точности Убедиться в отсутствии ошибок в топологии модели Убедиться в отсутствии ошибок при введении параметров Если к указанному узлу подключена Остановлено из-за модель источника фазовой переменной арифметической типа потенциала (источника скорости, ошибки (с указанием давления, электрического напряжения) узла) ввести в модели ненулевое значение параметра «Внутреннее сопротивление». 44 В моделях элементов проверить Нулевой элемент на отсутствие нулевых значений параметров 5 главной диагонали масс, моментов инерции, объема; при матрицы обнаружении таковых ввести их ненулевые значения. Диагностические сообщения моделей могут быть связаны с ошибками, допущенными пользователем, или возникновением ситуации при моделировании, о которой пользователя необходимо известить. Сообщения, вызванные причинами, при которых продолжение моделирования невозможно, появляются в самостоятельно открывающемся окне «Недопустимая конфигурация системы». При этом вычислительный процесс останавливается. Сообщения, при которых возможно продолжение моделирования, появляются в окне «JAVA», которое пользователю следует активизировать самостоятельно. 45