2. Побудова моделі мікроеволюції тороїдально-плоских

електричних машин

Поняття мікроеволюції - це напрям структурної еволюції ЕМ систем, що відбувається в межах конкретного виду електричних машин. Мікроеволюція збирає в собі процеси генетичного формування популяцій та їх вдосконален-ня. В основі моделей мікроеволюції лежать інформаційні процеси. Роль вихідної інформації для побудови таких моделей виконують результати патентно-інформаційних досліджень.

Моделювання мікроеволюційних процесів складається з двох характерних етапів. На першому визначається безліч породжвальних структур, які визначають генофонд виду. З огляду на генетичну будову виду, розвиток його популяційної структури можна вважати результатом спрямованого відбору в межах можливого хромосомного набору, який визначається комбінаційними варіантами електромагнітних хромосом і генетичними мутаціями.

Моделі мікроеволюції відображають реальні процеси внутрішньовидових генотипних змін та напрямки удосконалення структурної організації ЕМПЕ на рівні окремих підвидів і популяцій. Вони дозволяють здійснювати аналіз ефективності інновацій та підставу побудови алгоритмів генетичного синтезу електромеханічних об'єктів з поліпшеними показниками якості.

Для побудови моделі мікроеволюції виконаємо наступні кроки:

• Проведемо пошук вихідної інформації з патентої бази данних;

• Візьмемо за домінуючий вид електричні машини з тороїдально-плоскою конструкцією і цільові функції що були покладені в основу винаходу;

• Побудуємо еволюційне дерево вздовж осі часу.

Рисунок 2 – Модель мікроеволюції електричних машин тороїдально-плоского виду

На рисунку 2 показано генетичне дерево мікроеволюції класу електродвигунів з дисковим ротором. Патентний пошук був проведений на 17 років (1988-2005). Для побудови діаграми по вісі абсцис зазначимо декілька умов (цілей), які б вказували на мету покращення патенту:

F1ц-підвищення енергетичних показників, а саме ККД (4,6)

F2ц-розширення експлуатаційних можливостей (2,7,9)

F3ц-спрощення конструкції (5).

З генетичного дерева видно, що найбільш прогресивним напрямком удосконалення електродвигунів з тороїдально-плоскою поверхнею первин-ного джерела поля є підвищення ККД, а потім розширення експлуатаційних можливостей і спрощення конструкції в однаковому відношенні.

3. Визначення області існування та аналіз породжувальних структур класу синхронних електричних машин

3.1 Короткі теоретичні відомості про генетичний класифікацію і її властивості

Виникають певні завдання при проведенні системних досліджень нових типів електричних машин, при необхідності побудови інформаційних та навчальних баз даних та баз знань, а також при пошуковому проектуванні нетрадиційних типів ЕМ-об'єктів. Нові типи ЕМ класифікуються так, що б задовольняти ряду вимог, що визначаються фундаментальними принципами електромеханічним перетворенням енергії та принципами побудови класифікацій складних технічних об'єктів.

З точки зору використання базової класифікації для здійснення спрямованого синтезу структур ЕМ-об'єктів, і структуру необхідно подати у вигляді двовимірної області, утвореної ортогональними осями базових класифікаційних ознак, значення яких однозначно визначають координати базових властивостей багатьох об'єктів, які класифікуються. З урахуванням цільового призначення такої класифікації можливості використання апарату безпосереднього геометричного моделювання, основною формою подання та обробки інформації може бути графічна інформація. Це дає можливість безпосередньо використовувати графічні образи базових об'єктів в якості вихідних примітивів для здійснення процедур спрямованої генерації множин потенційно можливих структур об'єктів у межах координатного простору базових ознак.

Для кожного виду машин генетична інформація включає в себе перелік базових елементів машин, які характерні тільки для даного виду і є відмінною ознакою цього виду.

Цільовою функцією пошуку буде область існування породжують структур класу ЕМ.

Область існування знаходиться за допомогою генетичної класифікації первинних джерел електромагнітного поля.

Генетична класифікація первинних джерел електромагнітного поля – це системна модель для пізнання принципів структурної організації і розвитку ЕМ систем. Вона упорядковує первинні (породжувальні) елементи, які наділені генетичною інформацією, яка зберігається, або перетворюється відповідно до певних законів спадковості при синтезі систем більш високого рівня складності.

Під первинним джерелом поля будемо розуміти просторову струмонесучу поверхню, на якій задано вид і закон роз­поділу поля (стаціонарний, хвильовий, пульсуючий та ін.).

Ця генетична класифікація структурно визначається двома поняттями.

• Перше – просторова геометрія первинних джерел поля.

Існують такі види просторової геометрії:

ЦЛ – циліндричний; КН - конічний;

ПЛ - плоский; ТП – тороїдальний плоский;

СФ – сферичний; ТЦ – тороїдальний циліндричний

• Друге поняття– електромагнітна симетрія джерела поля. Вона характеризує властивість електромагнітної хвилі поля зберігати свою періодичність за напрямком її розповсюдження, або за ортогональним напрямком.

0.0 – джерело поля симетричне за x та y напрямками; 0.2 – джерело поля симетричне за напрямком розповсюдження хвилі і асиметричне за ортогональним напрямком (х – асиметрія; у – симетрія);

2.0 – клас джерел поля асиметричних за напрямком розповсюдження хвилі і симетричні за ортогональним напрямком (х – симетрія; у – асиметрія);

2.2 – асиметричні за x та y напрямками.

Перша цифра означає симетрію (0), або асиметрію (2) джерел поля за напрямком розповсюдження хвилі поля. Друга цифра – показує симетрію, або асиметрію за ортогональним напрямком відносно напрямку розповсюдження хвилі поля.

Однак на підставі закону гомологічних рядів електромеханічних систем паралельні ряди генетично споріднених структур з такою точністю дозволяють визначити вид споріднених об'єктів, що знаючи властивості і ознаки структури одного виду, можна визначити родинні структури інших видів цього ряду, утворюючи тільки ті структури, які синтезовані на первинних джерелах поля, що належать до одного ряду генетичної класифікації.

3.2 Ідентифікація генетичного коду двостаторної синхронної машини з розподіленою обмоткою

Для ідентифікації генетичного коду обраного прототипу необхідно розглянути просторову геометричну форму первинного джерела поля (ПДП), під яким будемо розуміти просторову струмонесучу поверхню, на якій задано вид і закон розподілу поля.

Візьмемо за ПДП геометричне розтшування обмотки електричної машини. Вона має тороїдально – плоску форму з хвильовим законом розподілу поля (скорочено ТП). Так як в машині присутні дві незалежні обмотки, то перед літерним кодом можна поставити цифру 2 (2ТП). За напрямком розповсюдження цього поля машина має електромагнітну симетрію джерела поля (0) а за ортогональним напрямком асиметрію (2). Так як ця машина є обертовою то маємо літеру (у).

Отже тепер можна сказати, що генетичний код цієї машини буде виглядати так: 2 ТП 0.2 у.

3.3 Область існування породжувальних структур двостаторних синхронних електричних машин. Функції цілі і обмеження на область пошуку

Область існування – це упорядкована сукупність породжувальних структур, яку визначають видовий склад класу електромеханічної системи в пошуковому просторі системної моделі.

Визначення області існування здійснюється на основі періодичної структури генетичної класифікації. Теоретичною основою, яка забезпечує відповідність інформації на рівні джерел поля і реальних функціональних класів є принцип збереження генетичної інформації. Він пояснює, що довільна структура в процесі еволюції зберігає свою інваріантну частину, яка визначається генетичною інформацією відповідної електромагнітної хромосоми.

Цей принцип дозволяє здійснювати спрямований синтез нових різновидів генетично модифікованих електричних машин; здійснювати моделювання внутрішньої структури довільного виду електричних машин; здійснювати постановку і розв’язання задач по визначенню геному (виду) і його розшифровці.

Суть принципу засновано в послідовному перенесенні суттєвих ознак, які визначають цільові функції структури та перевірки суміщеного генетичної структури із заданими ознаками. До таких ознак можна віднести: просторовий вид обмоток, характер рухомої частини, просторову форму активної поверхні, і т.п.

Для обраного прототипу виділимо такі цільові функції:

1. В основу першої функції покладемо наявність обертального

руху;

2. Дві активні поверхні на статорі (наприклад зліва і справа) з

розподіленими обмотками;

3. Ротором з явновираженими магнітними полюсами.

При пошуку повинні бути прийняті до уваги ще деякі обмеження:

1. Пошук здійснюється лише в межах першого великого періоду;

2. Дві активні поверхні на статорі з розподіленими обмотками

3. Ротором з явновираженими магнітними полюсами.

На прикладі покажемо, що маючи тороїдально плоску первинну поверхню синхронної машини-прототипа з розподіленою обмоткою ми можемо отримати машини різних форм з такими генетично-спорідненими ознаками, як та сама розподілена обмотка і обертальний рух (рисунок 3).

Рисунок 3 – перетворення форм ПДП за допомогою метода перенесення

Таким чином за обраними ознаками і роду руху отримана область існування, яка показана в таблиці 1.

Таблиця 1

0.0
0.2	2ЦЛ 0.2 y	2КН 0.2 y		2ТП 0.2 y	2СФ 0.2 y	2ТЦ 0.2 y
2.0
2.2	2ЦЛ 2.2 y	2КН 2.2 y		2ТП 2.2 y	2СФ 2.2 y	2ТЦ 2.2 y
	ЦЛ	КН	ПЛ	ТП	СФ	ТЦ