Жалпы түсінік
Тартым теориясының негізгі мәселесі пойыз қозғалысының зертеу және есептеу болып табылады. Классикалық механикада және техникалық кибернитикада сондай-ақ жүйе мен дене қозғалысының есебін жүргізеді. Бірақта бөлімінің осы үш туыс салаларының мәселесінің мақсатымен оны шешу әдістерітек қана сабақтас байланысқа емесі сондай-ақ пойыз қозғалысын зерттеу кезіндеескерілетін кейбір ерекшеліктерге ие.
Классикалық механикада екі фундаменталды мәселені шешеді: Берілген күштердің әсерімен механикалық жүйені ашатын қозғалысты анықтау (тікелей есеп), қозғалысы берілген жүйеге хабарлауға қабілетті күшті анықтау (кері мәселе).
Қозғалысты анықтау - яғни, координатттарымен сипаттайтын, осы уақытта жүйенің күйін анықтау. Берілген мәселені шешуде үлгісі мен өлшемі белгісіз, механикалық жүйені материалдық нүкте немесе өзгертілмейтін жүйе деп аталады. Материалдық нүкте дененің құрылымын ескермец масса қасиетіне ие және механикалық қозғалысын есептеу үшін жеңілдетілген модель болып табылады. Материалдық нүктенің фазалық координата оның үш өлшемді кеңістіктегі орналасуын көрсетеді.
Ағымдағы уақытта фазалық координаттың өзгеруін қарапайым дифференциаланды теңдеумен жазады. Егер есептік шарты бойынша күштің, жүйенің массасының мәндері және бастапқы жағдай – қозғалыс басындағы жылдамдықпен координата берілсе, онда диференциялды теңдеуді Коши есебін түрінде қайта интегралдап жүйе қозғалысының заңын ашамыз.
Классикалық механикада қозғалысты нағыз түсінікте – уақыт ағымында евклидовтың кеңістіктегі жүйенің жағдайының өзгеруі ретінде түсінеді. Адам жағынан немесе автоматты құрылығы жоқ болғанда жасалынатын мұндай мақсатсыз бағытталған қозғалысты табиғи қозғалыс деп атайды.
Техникалық кибернетикада басқарылмайтын қызметті оқытады. Сондықтан адамның тәжірибелік қызметі үшін барлық қызығушылық емес, тек қана мақсатта бағытталған қозғалыс қажет. Кез – келген ұйымдастырылған жүйенің әрқашан да өзі жоспарына жету үшін мақсатты болады. Мұндай жағдайда қозғалыс мақсатының категориясы заң күшіне ие және оны басқарылатын қозғалыс есептерінде қажет.
Мақсат ұғымына жүйенің қол жеткізуге қажет арнайы соңғы күйіне немесе нәтижесіне жету үшін талпынысы жатады. Мысалы, машинистің мақсаты А-пункттен Б-пункттіне берілген уақыт кестесі бойынша поезды әкелу. Басқарушы күшті жылжымалы құрам сипатына және қозғалыс жағдайына сәйкес таңдау арқылы ол алдында тұрған мақсатқа жетуді қамтамасыз етеді.
Мақсатқа жету талпынысы қозғалысты басқарудың қажеттігін тудырады. Жалпы жағдайда басқару деп, жүйенің бір жағдайдан екінші жағдайға өтуін қамтамассыз ететін жүйеге әсер етушілікті таңдауды айтады. Соның арқасында қойылған мақсатқа қол жетеді. Сырқы ортаның әсмер етуін және істеу сенімділігі мен тұрақтылығы бойынша жіберілген жүйенің күйін есептеу, мұндай іріктеудің міндетті шарты болып табылады. 1 .1 суретте басқарылатын әсер етудің u қайта түрленуінің құрылымдық сұлбасы көрсетілген және мұнда сырқы қоздырушы әсер етулерде ( поезд қозғалысына кеднргілер ) локомативтің тартым күші немесе поездың тежеу күші, жүйенің күйінің параметірлері ( жылдамдық, үдеу, жүрілген жол т.б. ) басқарылатын әсер етулер z. Жүйенің қозғалысы былай қорытындылады: u(t) және z(t) кіретін әсер етулердің ықпалы мен t уақыт ағымында x(t) жүйесінің шығу координатының өзгеру жүреді.
Егер жүйе жұмыс істеу процессі түрлі физикалық табиғаттың заңдылығына бағынатын көптеген өзара әсер ететін элементтерден тұратын болса, қозғалысы кеңінен тарау қажет. Уақыт сайын өзара әсер ететін бір тұтас ретінде кибернетикада жүйеден өзара байланысатын элементтер тұтастығы түсінігі қабылданған. Ақпараттар айналымының көлеміне ие. Көптеген өзара байланысқан элементтерден тұратын, сыртқы ортаның кездейсоқ факторларды өткізетін және адамдардың әсер етуін басқаратын жүйені атайды. Жүйенің қозғалысы деп кең түсінікте жүйенің күйінің өзгеруі түсіндіреді: кеңістіктегі орын ауыстыру жүйенің жүрісін зерттеуге қызығушылық көрсететін жылу, ток және басқа параметрлерінің өзгеруі. Жүйенің ауыспалы күйінің ағымдағы уақытта өзгеруін жүйенің бағыты жүріс – тұрысы, бет алысы, мінез құлқы деп атайды.
-сурет. Баскарылатын әсер етудің (и, - иг) басқару объект /-дін (Х/ — х„) параметрлер күйіне, сыртқы өсерлердің кесірінен (т.\ -' 2т), кайта түрленуінің қүрылымдық сұлбасы.
Бұл жағдайда поездың фазалық координатының түсінігі кеңінен тарайды. Онымен әрбір уақыт сайын қозғалысты алдын – ала болжауға болатын әр түрлі физикалық табиғат күйінің параметрлер жиынын түсіну қажет. Көбіне мұндай параметірлер мыналар болып табылады: поездың тартым учаскесіндегі координаттарымен жылдамдығы, тартым қозғалтқыштарының жүктеме тоғы, тартым генераторының кернеуі, электірлі машина орамасының қызу темперетурасы, дизельдің айналу жиілігі, отын шығыны, доңғалақтың рельспен ілінісу тұрақтылығының көрсеткіштері.
Поездың жүріс – түрысы басқарылатын жүйе сияқты анықталады: тасымалдау ТЕЕ (ПТР) бойынша процесінің және оның басқару мақсатымен, сырқы әсер етулермен, жылжымалы құрамның нормативті тартым және тежеу қасиеттерімен машинисттің немесе поездың авто жүргізу жүйесінің жағынан басқарылатын әсер етулермен қозғалыс туралы мәселені мақсат қоюдың, оны шешуге жүйелі қараудың модельдеу әдістерінің әрі қарай дамуының, натурды экспериментінің және қолданбалы математиканың жаңа әдістерін қолданудың арқасында күрделі жүйенің жүріс – тұрысын есептеу және зерттеуге мүмкіндік туды.
Қозғалысты басқару теориясында екі негізгі есептер шешліледі – басқарылуы туралы және бақылауы туралы. Басқарылу туралы есепті шешу күштерді басқару анықтамасына сәйкес келеді. Жүйенің ресурстарын және белгіленген шектеулерді ескеріп берілген күйден соңғыға әкелуі мүмкін. Бақылану туралы есепті шығару ұозғалыстың дифференциялды теңдеуін интегралдаудың әрбір қадамында бақылауға болатын координаттар бойынша жүйенің күйінің фазалық координатын анықтауға сәйкес келеді. Қозғалысты және шектеу күйінің параметрлері болжау бақылануы туралы есепті көрсетеді. Бақылану әдісі поезд тартымы теориясында кең қолданылады.
Поезд тартымы теориясында екі негізгі есептер шешіледі:
Сериясы берілген локоматив тартым мен қозғалыс жылдамдығының нормативті параметрлерін бақылау кезінде жолдың пішіні берілген учаскеде көтере алатын поезд массасын анықтау керек;
Берілген тартым учасксінде басқарылатын қозғалыс массасы берілген поезд үшін анықтау қажет, огымен нормативті және шектеулі жағдайды сақтауда қойылған мақсатқа қол жеткізуге мүмкіндік туғызар еді.
Классикалық механиканың, кибернетиканың есебін және поездар тартымы теориясын зеттеу мен шешудің жалпы методологиялық амалы болып модельдеу табылады. Бұл олардың арасындағы ажырамас байланысты анықтайды. Олардың айырмашылығы құбылыстар мен процесстердің физикалық табиғатымен, жүйенің тағайындалуымен, оларды зерттеу мақсатымен, бастапқы және ағымдағы аппараттың болуымен, шектеу жағдайымен, матеметикалық формулануымен және болжаудың қажетті нақтылығымен анықталады.
Классикалық механикада, қарапайым механикалық қозғалысты қарастырады; фазалық координаттар жылдамдықпен және уақыт сайын жүйенің орналасмуымен, демек, жүйе екі параметрлері; мұдай жүйеқозғалысының метеметикалық моделі материалды нүкте қозғалысының дифференциялды теңдеуін көрсетеді; күштер берілген, уақытқа тәкелді емес және басқарылатын болып саналмайды, қозғалыс – табиғи (естественное); жүйеге тек еркін дәреже санын анықтайтын түйіспе – механикалық байланыс әсер етеді; жүйенің жүріс – тұрысы энергияны сақтау және классикалық механика теоремасына бағынады.
Басқарылатын қозғалыс теоремасмында және поездар тартымы теориясында қозғалыс кең өрісте қарастырылады; жүйе күйінің фазалық координаттары әрбір уақыт сайын көптеген параметрлермен анықталады, қозғалыс – басқарылатын; жүйенің жүріс – тұрысын жазуды бірнеше математикалық модельдермен жүргізіледі.
Айтылғандардан былай қорытындылауға болады: жүйе қозғалысын есептеуге кіріспестен бұрын, зерттеуші мақсатты, есеп қоюды, қозғалыс моделін құру және зерттеу әдістерін нақты анықтау қажет. Техникалық кибернетика поезд тартымы теориясынаан біраз артта құрылғанына қарамастан есепті шешудің принциптерінде және тәсілінде олардың арасында көптеген ортақтық байқалады. Ғылыми – техникалық прогрессті айтарлықтай шамада анықтайтын басқару туралы фундаменталды ғаламмен кибернетика бекітілуіне байланысты, ал пойыздар қозғалысын басқару темір жол көлігін басқарудың автоматтандырылған жүйесінің құрамдық бөлігі болу қажет, негізін құрайтын принциптерді, кибернетика түсінігі мен әдістерін пойыздар тартымы курсында қолдану мақсатқа лайық.