WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |
Материалы, входящие в диссертацию,обсуждались на II Международнойнаучно-технической конференции «Новыеинформационные технологии в региональнойинфраструктуре» (Астрахань, 1995), XL-XLII, XLVII-XLVIIIнаучно-технических конференциях профессорско-преподавательскогосостава (Астрахань, 1996-1998, 2003, 2004), IXнаучно-технической конференции с участиемзарубежных специалистов «Датчики ипреобразователи информации системизмерения, контроля и управления».Датчик-97 (Гурзуф, 1997), III Международнойнаучно-технической конференции «Новыеинформационные технологии в региональнойинфраструктуре» (Астрахань, 1997),Международном форуме по проблемам науки,техники и образования (Москва, 1999), XVII, XVII международной научнойконференции «Математические методы втехнике и технологиях — ММТТ-17, 18» (Кострома,2004, Астрахань, 2005), на международной конференции «Информационные технологии вобразовании, технике и медицине»(Волгоград,2006), III Всероссийскойнаучно-практической конференции(Анжеро-Суджинск), научно-техническойконференции «Технологии информатизациипрофессиональной деятельности (внауке, образовании, промышленности)» смеждународным участием в рамках форума «Высокиетехнологии - 2004» (Ижевск, 23-26 ноября 2004),IV-XIIIВсероссийской научно-практическойконференции (Томск, 18-19 нояб. 2005 –14-15 мая 2009),Международной научно-практическойконференции«Электронный университет как условие устойчивогоразвития региона», X Всероссийскойнаучно-практической конференции «Научноетворчество молодежи» (Томск, 21-22 апреля 2006), конференции«Тенденции развития современныхинформационных технологий, моделиэкономических, правовых и управленческих систем»(Рязань, 22 марта 2006), международных симпозиумах «Надежность и качество 2006, 2007, 2008, 2009» (Пенза, 22-31 мая2006, Пенза, 21-31 мая 2007, 26-31 мая 2008, 25 – 30мая 2009),научно-практических конференциях «Инновации в условиях развитияинформационно-коммуникационныхтехнологий (Инфо-2006,2007)» (Сочи, 1-10 октября 2006, Сочи, 1-10 октября 2007).

Публикации. Основные теоретические иприкладные результаты дис­сертационной работыизложены в трех монографиях, 25 статьях вцен­тральныхнаучно-технических журналах,рекомендуемых ВАК РФ, 54 стать­ях и трудахмеждународных научных конференций.Имеется 5 свидетельств об официальнойрегистрации программ для ЭВМ, 2 патента наизобретения, 2 патента на полезнуюмодель.

В работах,опубликованных в соавторстве, личноеучастие автора заключается в определении проблемы,постановке задач, разработке тео­ретическихположений иалгоритмов.

Структура и объемработы. Работа состоит извведения, 6 глав, заключения,библиографического списка из 401наименования и приложений. Основная частьработы изложена на 320 страницахмашинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

Во введении обоснованаактуальность темы диссертационной работы,сформулированы цель и задачи исследования,приведены основные положения, выносимые назащиту.

В первой главе показано, что дляускорения темпов производства датчиков по количеству иноменклатуре требуетсяавтоматизация процесса проектирования, особенно на начальном этапе, основными задачами которого являются синтез ивыбор проектно-конструкторских решенийЧЭД на основе сравнительногоанализа большого количестваальтернативных вариантов.

Анализ трудов, посвященныхрешению этих задач, показал, что вработахР.Коллера, Э.М. Шмакова, С.Лу, В.М.Цуриковасозданы слабо-структурированные модели,предназначенные для решения ограниченногокруга задач, в работахА.И.Половинкина, В.А.Камаева, В.Н.Глазунова,А.М.Дворянкина, С.А.Фоменкова системыпредназначены для синтеза технических устройств (ТУст)широкого назначения, однако имеются трудностив создании математических моделейописания синтезированных вариантов ФПД иоценки их эксплуатационных характеристик,что не позволяет проводитьколичественное сравнение этих вариантов.Эти проблемы решены в теорииЭИМЦ (М.Ф. Зарипов, И.Ю Петрова). В соответствии с энерго-информационнымметодом любая конструкция первичного измерительного преобразователя может бытьисследована с помощью модели, описывающей её ФПД в видесовокупности цепей различной физическойприроды, взаимодействующих между собой. Цепь любой физической природыпредставляетсобой соединение элементовпреобразования, основанных на унификациипредставления информации о различных классахфизических явлений. Все элементарныепреобразования делятся на внутрицепные имежцепные. Эле­ментарные явления определеннойфизической природы (оптиче­ской, электрической,тепловой, магнитной, механической,диффу­зионной, акустической и т. д.)представляют собой внутрицепные эффекты.Для внешнего описания процесса служат величины. Они характеризуют внешнеевоздействие на цепь данной природы и еереакцию на это воздействие. Параметрыхарактеризуют относительнуюнеизменность материальной среды, вкоторой протекают физические процессы. Энерго-информационная модельопери­руетследующими величинами: U - воздействие, / - реакция, Q -заряд; Р - импульс. В качестве обобщенныхпараметров информационной моделипри­няты:R - сопротивление, G = 1/R - проводимость, С - емкость, W = 1/C - жесткость, L - индуктивность, D = 1/L - дедуктивность. Для выявления величин и параметров в цепяхразличной фи­зической природы используются шесть прямых и шесть производных критериев, которые пред­ставляют собойэлементарныезависимости между величинами ипараметрами внутри цепи одной физической природы.Используя критерииЭИМЦ,мож­нопредставить все возможныепреобразования величин внутри од­ной цепи.Взаимодействие цепей различной физическойприроды в тех­нических устройствах отражается спомощью межцепных зависи­мостей, которые врамках энерго-информационной моделиобозна­чаются собственно какфизико-технические эффекты (ФТЭ). Использование четырех величин ишести параметров позволяет формализоватьописание ФПД технического устройства ввиде параметрической структурной схемы(ПСС). Каждое элементарное звено такойсхемыотражает одно преобразование. Элементарное звено структурной схемыизображается в виде прямоугольника собозначениемвходной и выходной величин. Внутрипрямоуголь­ника записывается коэффициентпередачи звена для межцепного эффекта илипараметр длявнутрицепного. Энерго-информационный методпозволяет описывать явления и процессыразличной физической природы с помощьюуравнений, инвариантных к самой природе.

Однако, в настоящеевремя в связи с появлением новыхуникальных возможностей, предоставляемыхиспользованием современных технологий иматериалов, возникли задачи, которыенельзя решить на основе теории ЭИМЦ. Этоявляется следствием устанавливаемыхограничений на синтез: толькопоследовательное и параллельноесоединение звеньев синтезируемого ТУст,недопустимость дублирования при синтезеодинаковых величин одной и той жефизической природы, приближенное описаниеэлементарных преобразований линейнойзависимостью.

Ограничение на синтезтехнических систем (ТС) только с последовательным и параллельнымсоединением звеньев связано спрактической невозможностью автоматизациисинтеза всех возможных вариантов ТСтопологии структуры сетевого типа, которой может быть описан ФПД любого датчика. Теоретически возможенструктурно-параметрический синтез такойсистемы на основе применения орграфов.Числовозможных орграфов, содержащих V вершин, составит. В теории ЭИМЦ количествовозможных вершин такого орграфа,определяемое как произведение количествавидов величин на количество видовфизической природы явлений, равно 36. Практическисинтезировать соответствующее количествографовсовременными средствами вычислительнойтехники в обозримые сроки невозможно. Второе ограничениеобусловлено тем, что повторноеиспользование при синтезе одинаковыхвеличин одной и той же физической природыможет привести к зацикливаниюпрограммы. Приближенное описаниеэлементарных преобразований линейной зависимостьюпозволяет использовать простойуниверсальный алгоритм расчета критериевкачествасинтезированных ТУст.

Следствиемустанавливаемых ограничений являетсяневозможность синтеза систем сложнойструктуры, в частности,многофункциональных датчиков; синтезапреобразователей с улучшеннымиэксплуатационными характеристикамина основе схемных решений;синтеза структур, содержащих аналогичныефрагменты цепей, например, элементов сраспределенными параметрами. Приближенное описание элементарных преобразований одной физическойвеличины в другую линейной зависимостьюв отдельных случаяхзначительно снижает точностьопределениякритериев качества ТС и может привести к ошибкам привыборе лучших решений.Выявленные проблемыограничивают область получаемых решений иделаютневозможным синтез преобразователейнового поколения.

Снять перечисленныеограничения можно посредствомиспользования такой топологии структурысинтезируемых ТС, которая позволила быприменять простые эффективные алгоритмысинтеза. Введение паттернов (составныхструктурных компонентов синтеза)позволило расширить область синтезируемыхтехнических устройств, однако необеспечило решение всех проблем.Значительного упрощения систем можнодостигнуть посредством использованияиерархических самоподобных структур наоснове фрактального подхода. Дляреализации такого подхода теориюфракталов необходимо адаптировать кданной предметной области с учетом ееспецифики.

Этим обусловленаактуальность исследований, направленныхна создание фрактального подхода кописанию процессов преобразования в ЧЭД сцелью их анализа и синтеза. Использованиетакого подхода позволит повыситьэффективность и качество проектированиядатчиков за счет расширения областисинтезируемых решений, повышения точностивычисления критериев качества,обусловленного учетом нелинейностипреобразований, и сокращения объемамакетирования и натурных испытаний.

Во второй главе разработана концепциямоделирования физического принципа действияЧЭД на основефрактального подхода к описанию явлений ипроцессов и механизмы еереализации. Концепция основана на системном подходе, сочетающем математическоемоделирование процессов в техническомустройстве, инвариантное к их физичес­кой природе истепени детализации, с возможностьюструктурногоописания егоФПД. Центральнымпонятием концепции являетсяфункциональный фрактал (ФФ). Это понятие введеновпервые. ФФ— этоаналитическая модель с графическойинтерпретацией физического принципа действия ЧЭД, инвариантная кфизической природе истепени детализации описываемых явленийи процессов. В ФФ ФПД ЧЭД разложен на рядиерархических уровней по степениподробности отражения преобразований наоснове использования одних и тех же принциповдекомпозиции, точно или приближеннообеспечивающих масштабную инвариантностьсистемы.

Теория ЭИМЦ оперируеткак количественными показателями(величины, параметры, ФТЭ), так икачественными (виды физической природыпроцессов и явлений), поэтому фракталы,полученные на основе отображений подобияна метрическом пространстве, в своемклассическом представлении не могут бытьиспользованы для этой цели. Следовательно,теорию фракталов необходимоадаптировать к данной предметнойобласти: определить пространствоотображений, операнды, операторы имеханизм формирования ФФ.

Для описанияпространства отображений определим множествоVPI величин различнойфизической природыявлений из элементов (v, p,i), где v — величина, p —природа, i— индекс величины. Введение индексавеличины позволит однозначно идентифицироватьодинаковые по виду величины одной и той жефизической природы, используемые в общемпреобразовании.

Определим надэлементами множества VPI бинарное отношение r — некоторое правило, покоторому каждый элемент связывается с другим элементом (). Совокупность пар элементовмножестваVPI,находящихся в бинарном отношении r друг к другу,образует множество элементарных звеньев Z ={zi| i=1, 2,…, n}. Элементарное звено, как и в теории ЭИМЦ,определяет элементарное преобразование.Элементарные звенья являются операндами отображений. Множествоэлементарных звеньев Z по аналогии стеорией ЭИМЦ разбито на трикласса:

  • физико-технические эффекты (ФТЭ)— дляописания межцепных преобразований;
  • параметры — для описания внутрицепныхпреобразований;
  • дополнительные звеньясуммирования, вычитания величин.

Для выявления зависимости величини параметров ФФ от реальныхфизическихвеличин используютсяосновные и производныекритериитеории ЭИМЦ.

В цепях ФПД ТУстэлементарные звенья соединяются междусобой по определенным правилам. Правилаопределяются видом соединения. Зададимконечное множество элементарных типовыхсоединений S ={Si| i = 1,..., N}, сочетаниекоторых позволяет получить любую сложнуюструктуру. Эти типовые соединения звеньевс совокупностью аналитических соотношенийдля определения выходных параметров ФФиграют роль операторов преобразований.

Для формализованногоописания явлений и процессов в цепяхразличной физической природы сварьируемой степенью детализации с цельюдальнейшего использования этой информациидля синтеза новых технических решений ирасчета их выходных параметровразработана концептуальная модельФПД ЧЭД в видеФФ (рис. 1).

ФФ каксистема иерархической структуры включаетчетыре уровня: мета-, макро-, мезо- и микро-уровень.При переходе с более высокогоиерархического уровня на более низкийпроизводится декомпозиция процесса преобразования. При этом степеньподробности его описаниявозрастает. Мета-уровень позволяет рассматриватьТС в двух системах отношений: природы иобщества. В природной системе ТС количественнохарактеризуется совокупностьюконтролируемых параметров и параметровокружающей среды, определяющихограничения и условия эксплуатации системы. Вобщественной системе отношений, реализуемойлицом, принимающим решения (ЛПР), ТСхарактеризуется набором показателей, определяющим еепотребительскую ценность — критериевкачества, используемых для оптимизациисинтезированных решений. На макро-уровне модель ФПД ввиде черного ящика, на микро-уровнеустанавливается связь между реальными параметрами ивеличинами и их универсальными аналогами и наоснове введенных в теории ЭИМЦ основных ипроизводных критериев. Мезо-уровеньзанимаетпромежуточное положение между макро- имикро-уровнями и сам являетсямногоуровневым. Степень детализацииописания ФПД зависит от требуемойдостоверности и точности модели иопределяет ее адекватность.

Рис. 1. Концептуальнаямодель ФПД ЧЭД в виде функциональногофрактала

В качестве показателей, определяющихпотребительскую ценностьсинтезируемого ТУст и используемых дляоптимизации полученных решений, на мета-уровнеконцептуальной модели предложено (поаналогии с теорией ЭИМЦ) использоватькритерии, отождествляемые сэксплуатационными характеристиками,такими как точность, чувствительность,диапазон измерения, нелинейность,надежность, цена, вес.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 6 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»