ПРОСТЕЙШИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ В MATLAB
В табл. 10.1 приведены модели изменения параметров ряда изделий машиностроения, построенные на основе качественного описания природы процессов, приводящих к отказам.
Модели изменения параметров Таблица 10.1
Параметр, характеризующий изменение прочности | Устройство | Качественное описание физики процесса | Математическая модель |
Размер уплотнения | Силовой цилиндр, клапан | Изменение состояния и свойств материала под действием повторных переменных напряжений | |
Величина зазора | Плунжерная пара насоса, торцевое уплотнение | Механический абразивный износ | |
Конусность | Кран, вентиль | Контактная усталость рабочих поверхностей деталей с образованием микротрещин и других дефектов | |
Режущий угол инструмента | Резец, фреза | Изменение состояния материала режущей кромки под воздействием механического выламывания частиц в результате абразивного износа | |
Глубина профиля | Автопокрышка | Изменение состояния материала под действием многократных нагрузок на поверхностный слой | |
Изменение диаметра валов | Валы | Окисление поверхностных слоев металла и последующее разрушение окислов при действии незначительных повторных возвратно-поступательных перемещений несопрягаемых деталей | |
Величина потока жидкости | Распределительное устройство в гидросистеме | Изменение состояния и свойств материала деталей системы | |
Величина утечки жидкости или газа | Гидро- и пневмоцилиндры | Изменение состояния и свойств материала под действием повторных переменных напряжений | |
Перепад давления | Насос, гидромотор, входящий в систему гидропривода | Изменение состояния и свойств материала под действием повторных переменных напряжений | |
Скорость проходки, величина подачи | Буровой инструмент | Основной механизм разрушения – механический износ, характеризующийся выкрашиванием режущей кромки | |
Значение нормального и касательного напряжений | Рама автомобиля | Изменение состояния и свойств материала, связанное с накоплением усталостных повреждений | |
Давление страгивания | Гидроцилиндр | Изменение состояния и свойств материала под действием повторных переменных напряжений | |
Потеря мощности в системе | Двигатель внутреннего сгорания | Изменение состояния и свойств поршневых колец, характеризуется отрывом частиц металла под действием горячих газов | |
Увеличение температуры в системе | Система с уплотнительными кольцами | Происходит схватывание отдельных атомов цветного металла и перенос их на стальную поверхность, что приводит к появлению на рабочих поверхностях рисок изадиров | |
Величина усилия прижатия | Пресс | Изменение состояния и свойств материала под действием повторных переменных напряжений |
Хорошей аппроксимацией деградационных процессов старения являются регрессивные модели полиномиального вида.
Для металлургических машин характерен периодический режим работы: определенный период работы чередуется с периодом простоя, в течение которого можно осуществлять контроль текущего состояния и при необходимости ремонтно – профилактическое обслуживание (полеты самолетов, сменная работа станков и пр.)
Для таких изделий важно не только определить состояние в момент контроля, но и осуществить контроль динамики этого состояния на один шаг вперед, где величина шага зависит от периода работы (время полета, смена).
Специфика функционирования изделий данного класса определяет требования, предъявляемые к методу идентификации деградационных процессов старения. Действительно, модели старения в основном являются эмпирическими, хорошо аппроксимирующими реальные процессы лишь в ограниченном отрезке времени. Для аппроксимации могут быть применены полиномиальные модели невысокого порядка, в том числе наиболее простые – нулевого и первого порядков, поскольку шаг прогнозирования мал по сравнению со временем функционирования изделия.
Алгоритм идентификации так же, как и функционирование изделий, должен иметь пошаговый характер с последовательной корректировкой оценок состояния на каждом шагу.
Таким образом, наиболее рациональным методом идентификации деградационных процессов старения является рекуррентная форма регрессивного анализа – метода наименьших квадратов.
Особенность всех рекуррентных алгоритмов – сильная зависимость их сходимости от выбора начальных условий. Учитывая, однако, принятую аппроксимацию модели старения, могут быть даны некоторые рекомендации по необходимому числу экспериментальных точек.
Так, если ограничиться постоянным членом y = c0, то оценка наименьших квадратов этого постоянного члена имеет вид
, (10.1)
при этом дисперсия оценки по сравнению с дисперсией одного измерения уменьшается в n раз:
, (10.2)
При использовании линейной аппроксимации y = c1t оценка наименьших квадратов параметра c1 имеет вид
, (10.3)
Сумма и при больших значениях n , т.е. дисперсия оценки пропорциональна и уже начиная с n=2 меньше, чем дисперсия оценки .
Аналогично при использовании аппроксимации y = сk tk оценка наименьших квадратов имеет вид [7]:
, d . (10.4)
Таким образом, число экспериментальных точек может быть выбрано из условия обеспечения удовлетворительной точности при наиболее простой пошаговой аппроксимации нулевого порядка. Величина интервала Δt определяется технико-экономическими показателями контрольно-измерительного комплекса.
ПРОСТЕЙШИЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ В MATLAB
Система компьютерной математики MATLAB (Matrix Lавoratory) переводится с английского как «Матричная лаборатория». Она является одним из эффективнейших средств выполнения научных и инженерных расчетов, их визуализации, обработки результатов эксперимента, анализа и моделирования. Для формулировки и решения задач в среде MATLAB используются понятные математические выражения, близкие к традиционным формулам, связывающие векторные или матричные объекты. Система включает ядро, использующее базовые вычислительные (встроенные) функции, и набор общематематических, графических и проблемно - ориентированных пакетов (Toolboxes), позволяющих изучать и применять современную вычислительную технологию в таких областях, как обработка сигналов и изображений, моделирование, системы управления, системы связи, нейронные сети и многие другие.
Данное учебное пособие посвящено описанию рабочей среды MATLAB6.x и выполнению элементарных операций с числами и массивами в командном режиме (режиме калькулятора). В нем рассматриваются особенности задания в MATLAB действительных и комплексных чисел, форматы их представления, правила использования переменных, а также способы задания векторов и матриц. Здесь также рассмотрены встроенные математические функции и способы сохранения переменных для их использования в последующих сеансах работы в MATLAB. Обсуждаются некоторые распространенные затруднения, с которыми можно столкнуться. Рекомендуется читать это пособие и параллельно работать с командами, экспериментировать с вариантами примеров.
Предполагается, что пользователь знаком с каким-либо языком программирования, например Pascalили Basic, с приемами, общими для Windows - приложений и математическими постановками рассматриваемых задач.
Для реализации всех рассматриваемых примеров на используемом компьютере должны быть установлены следующие компоненты системы: ядро MATLAB, пакет Symbolic Math Toolbox.
Дата добавления: 2015-03-14; просмотров: 1210;