Введение
1 Современное состояние и перспективы развития методов моделирования и проектирования электромеханических систем на базе программных комплексов 17
1.1 Обзор современных методов моделирования электромеханических устройств 17
1.2 Обзор численно-программных комплексов для моделирования электромеханических устройств 26
1.3 Выводы по разделу 32
2 Моделирование плоскопараллельного электромагнитного поля электромеханических устройств комбинированным методом конечных и граничных элементов 34
2.1 Постановка задачи расчета плоскопараллельного электромагнитного поля в многосвязных областях 34
2.2 Основные положения и общие схемы реализации КМКиГЭ . 41
2.2.1 Основные положения КМКиГЭ 41
2.2.2 Метод конечных элементов для решения нестационарных задач с учетом движения и вихревых токов . 41
2.2.3 Метод граничных элементов 43
2.2.4 Сопряжение МКЭ и МГЭ: метод декомпозиции областей и метод эквивалентного конечного элемента . 48
2.3 Численная реализация решения задач расчета нестационар ных электромагнитных полей 53
2.3.1 Общий алгоритм КМКиГЭ для решения задач расчета нестационарных электромагнитных полей 54
2.3.2 Решение систем уравнений с матрицами, имеющими несимметричную, разряженную структуру 59
2.4 Численная реализация решения задач расчета стационарного магнитного поля 63
2.4.1 Общий алгоритм решения 63
2.4.2 Решение систем уравнений с симметричной положительно определенной матрицей 65
2.4.3 Двухфазная схема решения на итерациях МДО 68
2.5 Расчет электромагнитных сил и моментов по полуаналитическим соотношениям 70
2.6 Анализ эффективности разработанных алгоритмов 73
2.7 Выводы 78
Моделирование плоскомеридианных электромагнитных полей комбинированным методом конечных и граничных элементов 81
3.1 Постановка задачи расчета электромагнитного поля ЭМУ, обладающих осевой симметрией 82
3.2 КМКиГЭ для расчета плоскомеридианных нестационарных электромагнитных полей 86
3.2.1 Модифицированный метод конечных элементов . 87
3.2.2 Модифицированный метод граничных элементов . 89
3.2.3 Сопряжение модификаций МКЭ и МГЭ 95
3.3 Алгоритм численной реализации КМКиГЭ в нестационарном случае 96
3.4 Численное решение стационарных задач КМКиГЭ 97
3.5 Анализ эффективности разработанных алгоритмов КМКиГЭ 98
3.6 Выводы 103
Экспериментальные исследования и численное моделиро вание электромеханических устройств 106
4.1 Решение модельной задачи движения витка с током над проводящим рельсом 107
4.2 Экспериментальные исследования и численное моделирование ОЛАД 108
4.2.1 Постановка задачи моделирования ОЛАД 111
4.2.2 Экспериментальное получение силовых характеристик ОЛАД 113
4.2.3 Моделирование ОЛАД с использованием разработанного программного комплекса 116
4.3 Экспериментальные исследования и численное моделирова ние броневого электромагнита 119
4.3.1 Постановка задачи 120
4.3.2 Результаты численного и экспериментального исследования броневого электромагнита 121
4.4 Выводы 123
5 Оптимальное проектирование электромеханических устройств 125
5.1 Классический и модельно-ориентированный подходы к проектированию ЭМУ 126
5.2 Математическая формулировка задачи оптимального проектирования электромагнитных механизмов 129
5.3 Стратегия проектирования в две фазы. Обоснование выбора. Детали реализации 130
5.4 Фаза «грубого» проектирования 132
5.4.1 Фаза «точного» проектирования 133
5.4.2 Выбор метода оптимизации для фазы «точного» проектирования 133
5.4.3 Квазиньютоновские методы безусловной минимизации. Общий алгоритм и особенности реализации 137
5.5 Примеры применения предложенной методики двухфазно го проектирования для решения задач проектирования ЭМУ оптимальной геометрической формы 142
5.5.1 Модельная задача оптимального проектирования быстродействующего электромагнита 142
5.5.2 Оптимальное проектирование линейного асинхронного двигателя 146
5.6 Выводы 149
Заключение 150
Литература
