Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из проблем современной техники является проблема снижения уровня вибрации и ударов, защиты от них различных технических объектов. Можно привести множссіво примеров, показывающих, чт качество и производительность, надежность и долговечность функционирования машин. приборов зі оборудования существенным обра «ом зависят от возникающих в процессе их эксплуатации вибраций и ударов. Создание средств, способных защитить объекты от вибраций и ударов, обладающих при этом ограниченными размерами, возможно только при всестороннем изучении свойств системы, что и привело к развитию теории виброзащитных систем. В своем развитии теория виброзащпты использовала математический аппарат прикладных дисциплин, таких как теория колебаний, іеорші автоматического управления. При этом она неоднократно ставила перед исследователями задачи, решение которых требовало новых матемашчески.ч подходов и методов.
Создание эффективных средств защиты технических объектов от вибраций и ударов тесно связано с необходимостью совершенствования качества проектирования систем защиты. В связи с этим важное значение имеет развитие теории виброзащитных систем в вопросах, связанных с разработкой методов и алгоритмов решения задач проектирования систем виброзащиты.
1} настоящее время одна из важнейших сторон совершенствования качества проектирования виброзащитных систем связана с созданием автоматизированных систем проектирования. Автоматизация проектирования, в свою очередь, требует разработки мето-
дологии автоматизированного проектирования виброзащитных систем, включающей в себя принципы построения автоматизированной системы проектирования, математическое и программное обеспечение, используемые при этом. В целом автоматизация проектирования виброзащитных систем является новым научным направлением развития теории виброзащиты. Работа выполнялась согласно:
плана совместных работ МРП СССР и СО АН СССР в области ВТ на 1979-1985 гг.;
плана НИР АН СССР по фундаментальным проблемам машиностроения (Пост. Президиума АН СССР N 642 от 21.05.86) но разделам "Разработать методы автоматизированного исследования и проектирования виброзащитных систем" и "Разработать ППП по оценке динамических свойств механических колебательных систем" ;
проблемно-тематического плана многостороннего науч
ного сотрудничества Академий наук социалистических стран на
1986-1990 гг. по проблеме "Научные основы механики машин, кон
струкций и технологических процессов" (тема IV) ;
планам НИР Иркутского ВЦ СО АН (1981-1988 гг.) ;
планам НИР Восточно-Сибирского государственного технологического университета (1989-1996 гг.).
Цель работы и задачи исследования. В связи с изложенным выше целью работы является разработка методологии автоматизированного проектирования виброзащитных систем, для чего в диссертационной работе поставлены и решаются следующие задачи:
разработка математических методов, позволяющих оце
нивать предельные свойства пространственной виброзащитной
системы (ВЗС) при заданных шіешних воздействиях без решения
задач оптимального управления; . ......_ -
получение обобщений аналитического конструирования оптимальных регуляторов па случаи постоянно действующих возмущении (детерминированных и стохастических) и на основе их разработка метода аналитического конструирования ВЗС;
использование полученных обобщений аналитического конструирования оптимальных регуляюрон дня решения задач ошпмизации активных ВЗС и гашения упругих колебаний звеньев манипуляторов;
разработка методов решения задач синтеза ВЗС, содержащих линейные упруго-демпфирующие подвесы и активные элементы, а также линейные упруго-демпфирующие подвесы и амортизаторы с преобразованием движения, на основе метода аналитического конструирования:
разработка методики решения задач параметрической оптимизации системы виброизоляцин твердого тела, которая может быть положена в основу диалоговой системы синтез;! параметров;
разработка концепции автоматизации проектирования
ВЗС, на основе которой может быть разработан пакет прикладных
программ но автоматизации проектирования ВЗС;
использование разработанных методов, алгоритмов и ме
тодик решения задач проектирования ВЗС , концепции автомати
зации проектирования ВЗС при разрпботкс конкретных пакетов
прикладных программ.
Научная новизна работы. При выполнении комплекса научных исследований по разрешению научной проблемы создания методологии автоматизации проектирования ВЗС получены следующие основные результаты:
предложены новые постановки задач проектирования ВЗС (оценки предельных свойств и синтеза), для которых разработаны математически обоснованные методы и алгоритмы решения;
разработаны принципы построения диалоговой системы синтеза параметров и автоматизированной методики проектирования ВЗС;
на основе разработанных алгоритмов решения типовых задач проектирования (определение необходимости защиты, оценки предельных свойств, синтеза, анализа и выбор типовых конструкций) разработана концепция автоматизации проектирования ВЗС;
построен единый теоретический подход на основе типовых задач проектирования к разработкам пакетов прикладных программ по автоматизации проектирования ВЗС.
Практическая ценность работы. На основе полученных теоретических результатов в Иркутском ВЦ СО РАН, при непосредственном участии автора разработаны:
"Пакет прикладных программ по автоматизации проектирования ВЗС" ("ВИЗА"), который в 1985 г. сдан в Государственный фонд алгоритмов и программ СССР ;
"Комплекс программ расчета на ЭВМ фактических характеристик оптико-механических конструкций и специальных систем защиты их от вибраций и ударов" (с участием Иркутского политехнического института) для п/я А-3771.
Пакет "ВИЗА" передан к практическому использованию в ЦНИИ им. А.Н. Крылова для проектирования технических средств виброзащиты перспективных изделий, а также внедрен в ЦНИИ технологии судостроения (г. Ленинград), НИИ АС МАПИ, в ряде других организаций.
Общий гарантированный экономический эффект от внедре
ния проіраммпмх разрабоїок составил более 0,5 млн. руб. (в пенах
— 1085-1986Г.Г.). --- - --
В настоящее время методы оценки предельных возможностей динамических сисіем и обобщения аналитического конструирования оптимальных регуляторов используются в спецкурсе "Линейные управляемые сипемы" для специальное!и "М Ірнкладная математика" в Бурятском государственном университете.
Положительная опенки почученных речучыимж и нракіи-ческих внедрений отражена в Заключении комиссии по комплексной проверке научной, научно-организационной и хозяйственной деятельности Иркутского ВЦ СО АН СССР (состоялась с 20 по 25 июня 1987 г.) и подтверждена решением научной сессии Отделения проблем машиностроения, механики и процессов управления АН СССР о! 26 июня 1987 і . (зам. акад.-секретаря Отделения, академик РЛІІ ['. Л. Федосов), а также Протоколом расширенного шесдапни Ученої о Совета О і дела аиюмлтпзацпп и технической фишки при Прешдиуме І і 11 ІД СО All СССР п Комиссии по комплексно;! проверке (8 мая 1991 г., председатель член.-корр. РАИ С. Т. Наськов).
Основные положения, выносимые на защиту:
метод нахождения оценки предельного значения критерия качества, не требующий решения задачи оптимального управления;
постановки задач оценки предельных свойств пространственных ВЗС и алгоритмы их решения;
обобщения метода аналитического конструирования оптимальных реіуляюрон на случай постоянно действующих возмущений - детерминированных п стохастических;
метод аналитического консіруирования ВЗС и разработанные на его основе алгоритмы решения задач синтеза ВЗС;
математическая модель пространственной ВЗС, содержащей устройства с преобразованием движения, и метод синтеза параметров таких систем;
двухэтапный метод синтеза параметров ВЗС и разработанные на основе его принципы построения диалоговой системы синтеза параметров ВЗС;
концепция автоматизации проектирования ВЗС на стадиях, предшествующих конструкторским разработкам;
практическая реализация методологии автоматизации
проектирования ВЗС при разработке конкретных программных
разработок.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на II научно-технической конференции "Совершенствование эксплуатации и ремонта корпусов судов" (Калининград, 1981г.), II Всесоюзном совещании по робототехни-ческим системам (Минск, 1981 г.), Всесоюзном совещании по проблеме "Современные методы синтеза машин-автоматов и их систем" (Тамбов, 1981 г.), IV Всесоюзной конференции по оптимальному управлению в механических системах (Москва, 1982 г.), IV научно-технической конференции по механике управляемых систем (Иркутск, 1982 г.), II научно-технической конференции "Ударные процессы в технике" (Николаев, 1984 г.), Всесоюзном научном совещании по проблемам виброизоляции машин и приборов (Москва, 1986 г.), Всесоюзной конференции по проблемам виброизоляции машин и приборов (Иркутск, 1989 г.), научном семинаре ИГУ "Методы оптимизации и их приложения" (Иркутск, 1996 г.), научных конференциях и семинарах Ир.ВЦ СО РАН, ИГТУ, ВСГТУ, БНЦ СО РАН и других организаций (1984-1996 гг.).