Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм

Приведены результаты теоретических исследований, показано формирование математической модели произвольного электромеханического преобразователя энергии путем наследования от обобщенного классового шаблона....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
1. Verfasser:	Плюгин, В.Е.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2014
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148704
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм / В.Е. Плюгин // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 2. — С. 44–47. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-148704
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1487042019-02-19T01:29:15Z Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм Плюгин, В.Е. Електричні машини та апарати Приведены результаты теоретических исследований, показано формирование математической модели произвольного электромеханического преобразователя энергии путем наследования от обобщенного классового шаблона. Приведені результати теоретичних досліджень, показано формування математичної моделі довільного електромеханічного перетворювача енергії шляхом наслідування від узагальненого класового шаблону. Theoretical results are presented, mathematical model formation by means of inheritance from a generalized class template is shown for a general electromechanical energy converter. 2014 Article Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм / В.Е. Плюгин // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 2. — С. 44–47. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2014.2.10 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148704 621.313.33: 621.318.122 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Плюгин, В.Е. Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм Електротехніка і електромеханіка
description	Приведены результаты теоретических исследований, показано формирование математической модели произвольного электромеханического преобразователя энергии путем наследования от обобщенного классового шаблона.
format	Article
author	Плюгин, В.Е.
author_facet	Плюгин, В.Е.
author_sort	Плюгин, В.Е.
title	Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм
title_short	Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм
title_full	Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм
title_fullStr	Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм
title_full_unstemmed	Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм
title_sort	классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием uml-диаграмм
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148704
citation_txt	Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм / В.Е. Плюгин // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 2. — С. 44–47. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT plûginve klassovaâstrukturamodelejélektromehaničeskogopreobrazovatelâénergiisispolʹzovaniemumldiagramm
first_indexed	2025-07-12T20:01:26Z
last_indexed	2025-07-12T20:01:26Z
_version_	1837472669641998336
fulltext	44 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №2 © В.Е. Плюгин УДК 621.313.33: 621.318.122 В.Е. Плюгин КЛАССОВАЯ СТРУКТУРА МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭНЕРГИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ UML-ДИАГРАММ Приведені результати теоретичних досліджень, показано формування математичної моделі довільного електроме- ханічного перетворювача енергії шляхом наслідування від узагальненого класового шаблону. Приведены результаты теоретических исследований, показано формирование математической модели произвольно- го электромеханического преобразователя энергии путем наследования от обобщенного классового шаблона. Строгая постановка такой сложной проблемы, как пояснение принципов формообразования и структуро- образования объектов электромеханики невозможна без наличия научно обоснованной классификации их порождающих структур. Определение признаков и принципов построения такой классификации составля- ет отдельную проблему системного характера [1]. Фактическое отсутствие научно-обоснованных подходов, которые можно было бы положить в основу структурной классификации электромеханических пре- образователей энергии (ЭМПЭ), привела к тому, что в электромеханике существует путаница в вопросах клас- сификации большого количества структурных и функ- циональных разновидностей электрических машин (ЭМ). Структурно-системные исследования, которые в последнее время проводятся в направлении создания обобщенной теории физических структур, определения закономерностей общего развития технических систем в целом, не могут быть использованы для решения фун- даментальных и прикладных задач электромеханики, так как они имеют общий характер и не учитывают осо- бенностей структурной организации и специфики элек- тромагнитных процессов, определяющих функциониро- вание и поведение электромеханических систем (ЭС). Так, электрические машины разделяют на син- хронные и асинхронные, беря за основу классификации соотношение между угловыми скоростями ротора r и поля статора с. Электрические машины делят по роду питания [2]. Надо ли говорить, что такая классификация является условной? Ведь одна и та же машина может работать и как синхронная, и как асинхронная, а при наличии выпрямителей машину постоянного тока мож- но использовать в сети переменного тока. Не более удачным является классификация ЭМ по их математи- ческим моделям, а именно по числу уравнений, отра- жающих процессы электромеханического преобразова- ния энергии [2]. Так, для определенного числа полей и числа обмоток на статоре и роторе приводятся уравне- ния напряжений и пары произведений токов в статоре и роторе в уравнении электромагнитного момента. По сформированной таблице "можно для машин с опреде- ленным числом обмоток и гармоник в воздушном зазоре представить сложность уравнений, оценить необходи- мое время для программирования". Также утверждается, что классификация ЭМПЭ по виду их математических моделей "позволяет накопить стандартные программы для ЭВМ и сравнительно быстро определить динамиче- ские и статические характеристики для задач электроме- ханики, не прибегая всякий раз к составлению уравне- ний и программ". Однако, приведенные выше выдержки из работы [2] можно считать скорее внутренним содержанием объ- ектов электромеханики (и в этом плане к ним замечаний нет), способом их математического описания, но никак не средством классификации. Математическая модель – это лишь абстрактное представление реальных объек- тов, способная замещать его в определенных отношени- ях, дающая при ее исследовании, в конечном счете, информацию о самом моделируемом объекте. В последние годы интенсивно развивается инфор- мационная технология, особенно в направлении иссле- дований, называемых искусственным интеллектом. Общие недостатки, как традиционных информаци- онных систем, так и методов программного представле- ния расчета, моделирования и проектирования ЭМПЭ, заключаются в слабой адаптивности к изменениям в предметной области и информационным потребностям пользователей, в невозможности решать плохо форма- лизуемые задачи, с которыми проектировщики постоян- но имеют дело: анализ проблемных ситуаций, возни- кающих в расчетных процессах, прогноз дальнейшего использования и надежности, принятие решений и вы- бор оптимального варианта в задачах оптимизации. Для решения подобных задач разрабатываются и использу- ются системы искусственного интеллекта. Более того, существующая классификация и алго- ритмы расчета ЭМПЭ базируются на устаревших прин- ципах, так называемых "процедурных" языках програм- мирования. Современные объектно-ориентированные языки программирования и программные платформы разработки программного обеспечения нуждаются в изменении принципов классификации и структурообра- зования ЭМПЭ. В данной работе рассматриваются модели, мето- ды и средства разработки программных систем ЭМПЭ на основе методологии объектно-ориентированного анализа и проектирования [3-5]. Основная идея объектного подхода состоит в том, чтобы заключить данные и связанные с ними процеду- ры в некие структуры (объекты), объединенные меха- низмом наследования. Объектно-ориентированные подход к моделированию и проектированию про- граммных систем наилучшим образом подходит для решения проблем, требующих детального представле- ния объектов реального мира и динамических отноше- ний между ними. В таких программах компоненты сложной системы представляются структурами, инкап- сулирующими и данные, и функции, моделирующие поведение соответствующих компонентов. Основные идеи объектно-ориентированного подхода опираются на следующие положения:  программа представляет собой модель некоторо- го реального процесса, части реального мира; ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №2 45  модель реального мира или его части может быть описана как совокупность взаимодействующих между собой объектов;  объект описывается набором параметров, значения которых определяют состояние объекта, и набором опе- раций (действий), которые может выполнять объект;  взаимодействие между объектами осуществляет- ся посылкой специальных сообщений от одного объ- екта к другому. Сообщение, полученное объектом, может потребовать выполнения определенных дейст- вий, например, изменения состояния объекта;  объекты, описанные одним и тем же набором пара- метров и способные выполнять один и тот же набор дей- ствий, представляют собой класс однотипных объектов. Философия представления знаний о реальном ми- ре в терминах взаимодействия объектов и субъектов предоставляет достаточно удобную среду для решения большого класса задач моделирования и проектирова- ния сложных систем, в том числе систем искусственно- го интеллекта. Методика представления абстрактных данных и процедур позволяет разработчикам на ранних этапах сосредоточиться на выборе подходящих видов объектов и их поведении, не вдаваясь в подробности реализации функций и структур данных. Методология объектно-ориентированного анализа и проектирования получила широкое распространение с появлением языка объектного моделирования нового поколения – унифицированного языка моделирования Unified Modeling Language (UML), предназначенного для визуального моделирования и проектирования ин- формационных систем [6]. Применение современных средств моделирования позволяет реализовать такие методы системного анализа, как создание иерархии понятий, обобщение понятий, наследование свойств, многообразие моделей описания предметной области, визуализацию представлений о процессах, протекаю- щих в рассматриваемой предметной области. В связи с этим значение языка UML существенно возрастает, поскольку он все более приобретает черты языка представления знаний. При этом, наличие в языке UML изобразительных средств для представле- ния структуры и поведения модели, позволяет дос- тичь адекватного представления декларативных и процедурных знаний и, что не менее важно, устано- вить между этими формами знаний семантическое соответствие. Все эти особенности языка UML позво- ляют сделать вывод о том, что он имеет самые серь- езные перспективы в качестве средства разработки моделей представления знаний. Классовая структура математической модели обобщенного ЭМПЭ представлена в виде UML- диаграммы на рис. 1. Особенностью диаграммы, показанной на рис. 1 является то, что она выступает в роли некоего шабло- на, а говоря в терминах программирования, класса обобщенной электрической машины. Другими слова- ми, изначально отсутствует деление ЭМПЭ по каким- либо признакам. Кроме того, ключевыми словами являются "класс" и "обобщенный". Диаграмма не яв- ляется сущностью, замещающей реальную машину – это инструмент для генерации множества объектов- машин посредством предоставляемых инструментов наследования и выбора. На диаграмме (рис. 1) блок атрибутов является матрицей параметров обобщенной модели ЭМПЭ, записанной в представленном случае, для двухфазной системы координат. Обобщенная модель, характерная для любых типов машин, уточняется посредством блоков, расположенных ниже. Блок дополнительных атрибутов представляет собой набор модификаторов параметров цепей статора и ротора в системе диффе- ренциальных уравнений [2]. Блок напряжений отвеча- ет за источники питания первичной и вторичной це- пей машины. Связанные блоки функции вращения и событий являются модификаторами вращения вто- ричного элемента. Наконец, набор атрибутов с под- множеством ассоциаций формирует требования ко вторичному элементу машины. Пользуясь классовым шаблоном обобщенного ЭМПЭ (рис. 1) и выбирая определенные признаки, можно перейти к объекту конкретного ЭМПЭ. Так, на рис. 2 показана уже не классовая, а объектная диаграм- ма асинхронного двигателя с короткозамкнутым рото- ром, порожденного из классовой диаграммы рис. 1. На рис. 3 показана диаграмма, аналогичная при- веденной на рис. 2, но с обозначениями, присущими для математических моделей, записанных в диффе- ренциальной форме. Так, показанная на диаграмме таблица с занесенными в нее модификаторами, явля- ется ничем иным, как матрицей параметров в системе дифференциальных уравнений обобщенного ЭМПЭ. Алгоритм формирования объектной модели по- казан на рис. 4. Эта диаграмма носит названия диа- граммы состояний. Модель состояний описывает по- следовательности операций, происходящих в системе в ответ на внешние воздействие (в противополож- ность содержанию, предмету и реализации операций, описываемых моделью классов) [6]. Диаграммы на рис. 2, 3 являются непосредствен- ным воплощением асинхронного двигателя с коротко- замкнутым ротором в виде абстрактной модели, по которой можно выполнять расчеты. Аналогичным образом, можно порождать объектные модели как известных видов ЭМПЭ, так и еще не созданных, на- деляя их новыми признаками. В настоящее время программные продукты и сред- ства моделирования и проектирования электрических машин представлены преимущественно объектно- ориентированными языками программирования, такими как Visual Basic, Delphi, C++, C#, Eiffel, Oberon, Java. В то же время, описанные в многочисленных учебниках и справочной литературе алгоритмы, последовательности расчета электрических машин идеологически соответст- вуют устаревшему и изжившему себя процедурному подходу в программировании. Разработчик программно- го продукта выполняет лишний шаг, сначала переделы- вая процедурную методику в объектную, а затем объ- ектную в программный код. Целью последующих исследований автора явля- ется приведение в соответствие расчетных методик электромеханических преобразователей энергии их программному отображению согласно объектно- ориентированной концепции. Ведь, несмотря ни на что, машины рассчитываются, и будут рассчитывать- ся не вручную, по формулам, а в объектно- ориентированных программах. Поэтому, представля- ется актуальной проблема именно объектно- ориентированного расчета и моделирования электри- ческих машин. 46 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №2 Абстрактный класс - R1, L1 - R2, L2 атрибуты машины пакет, обобщенная мат. модель имя машины Машина - dR1, dL1 - dR2, dL2 модификаторы, доп. атрибуты Выбранный элемент Элемент для выбора - ротор с обмоткой - ротор массивный Напряжения - статор U1 - ротор U2 Функция - вращение  - частота f Событие - модификатор вращения m {набор аргументов} по дм но ж ес т во ас со ци ац ии 1 ас со ци ац ия 1 1 * 1 * * 1 0..1 1 * * характер отношений: 0..1 – не более одного; 1 – только одно; * - много Рис. 1. Классовая модель обобщенного ЭМПЭ Обобщенная мат. модель - R1, L1 - R2, L2 параметры базовой модели ротор вращается имя = асинх. двиг. Асинхронный двигатель - dR1 = 0, dL1 = 0 - dR2 = 0, dL2 = 0 модификация параметров базовой модели Выбранный элемент Элемент для выбора - ротор с обмоткой = 1 - ротор массивный = 0 Напряжения - U1 = гармонич. - U2 = 0 Функция - р ≠ с - f2 = f1s Событие m = 1 {набор для к.з. ротора} 1 * 1 * * 1 0..1 1 * * Рис. 2. Диаграмма объекта: асинхронный двигатель с к.з. ротором ВЫВОДЫ 1. Проанализированы существующие подходы к классификации разновидностей ЭМ и доказана их несостоятельность в отношении адекватного отраже- ния картины реального мира. В качестве инновацион- ного метода классификации видов ЭМ предложен подход, основанный синтезе моделей с использовани- ем диаграмм UML. 2. Все многообразие ЭМПЭ представлено в виде диаграммы классов, содержащей атрибуты наследо- вания, ограничения, событий выбора, элементов агре- гации и композиции. Классовая диаграмма ЭМПЭ является абстрактным шаблоном для порождения объектных моделей конкретных видов ЭМПЭ. 3. Особенностью классового представления ЭМПЭ в виде универсальной диаграммы является отсутствие деления машин по каким-либо признакам. Наоборот, любую машину можно получить из универсальной диаграммы, задаваясь определенными предпосылка- ми. Это касается как уже известных на сегодняшний день видов машин, так и еще не открытых. 4. Объектные модели, порожденные от класса обобщенного ЭМПЭ, обладают признаками, прису- щими конкретному виду ЭМПЭ. Объектная модель приводит к формированию математической модели ЭМПЭ, готовой к расчетам. ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №2 47 Обобщенная мат. модель ротор вращается имя = асинх. двиг. Событие m = 1 1 * * 1 0 0 0 0 dR1,dL1 Асинхронный двигатель dR2,dL2 dR1,dL1 dR2,dL2 m m m m … Рис. 3. Фрагмент объектной модели асинхронного двигателя с к.з. ротором СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Шинкаренко В.Ф. Основи теорії еволюції електромеха- нічних систем. – К.: Наукова думка, 2002. – 288 с. 2. Копылов И.П. Математическое моделирование электри- ческих машин: учеб. для студ. ВУЗов. – М.: Высшая школа, 2001. – 327 с. 3. Шинкаренко В.Ф., Заблодский Н.Н., Плюгин В.Е. Обос- нование принципов объектно-ориентированного проектиро- вания электромеханических преобразователей энергии // Вісник НТУ "ХПІ". – 2011. – №48 – С. 76-83. 4. Заблодский Н.Н., Плюгин В.Е. Объектно- ориентированное проектирование электромеханических преобразователей энергии с совмещенными функциями // Сб. наук. праць ДонДТУ. Алчевськ: ДонДТУ, ВПЦ "Ладо". – 2011. – №34. – С. 321-327. 5. Плюгин В.Е. Математическая модель электромеханиче- ского преобразователя энергии с массивным ротором // Еле- ктротехніка і електромеханіка. – 2012. – №1. – С. 42-44. 6. Рамбо Дж., Блаха М.. UML 2.0. Объектно- ориентированное моделирование и разработка. – СПб.: Пи- тер, 2007. – 544 с. Выбор ротора массивный Объединение с обмоткой модификатор параметров модификатор параметров Выбор U1 Выбор U2 Выбор р Выбор c DC AC 0 р ≠ с 0 р = с Сборка модели Рис. 4. Диаграмма состояний формирования модели асинхронного двигателя с к.з. ротором Bibliography (transliterated): 1. Shynkarenko V.F. Osnovy teorii evoli- utsii elektromekhanichnykh system. Kyiv, Naukova dumka Publ., 2002. 288 p. 2. Kopylov I.P. Matematicheskoe modelirovanie jelektricheskih mashin: High school book. Moscow, Vysshaja shkola Publ., 2001. 327 p. 3. Shynkarenko V.F., Zablodskiy N.N., Plyugin V.Ye. Substantiation of principles of object-oriented designing in electromechanical energy con- verters. Bulletin of NTU "KhPІ", 2011, no.48, pp. 76-83. 4. Zablodskiy N.N., Plyugin V.Ye. Ob'ektno-orientirovannoe proektirovanie jelektrome- hanicheskih preobrazovatelej jenergii s sovmeshhennymi funkcijami. Sb. nauk. prats DonDTU. Alchevsk: DonDTU, Lado Publ., 2011, no.34, pp. 321-327. 5. Plyugin V.Ye. A mathematical model of an electromechanical energy converter with a massive rotor. Electrical engineering & electro- mechanics, 2012, no.1, pp. 42-44. 6. Rambo Dzh., Blaha M.. UML 2.0. Ob'ektno-orientirovannoe modelirovanie i razrabotka. St.Petersburg, Piter Publ., 2007. 544 p. Поступила (received) 18.10.2013 Плюгин Владислав Евгеньевич, к.т.н., доц., Донбасский государственный технический университет, 94204, Алчевск, пр. Ленина, 16, тел/phone +38 050 2021045, e-mail: vlad.plyugin@gmail.com V.Ye. Plyugin Donbass State Technical University 16, Lenin Avenue, Alchevsk, Lugansk region, 94204, Ukraine Class structure of electromechanical energy converter models with UML-diagrams application. Theoretical results are presented, mathematical model formation by means of inheritance from a generalized class template is shown for a general electromechanical energy converter. Key words – object-oriented, design, electrical machine, class, object, mathematical model, inheritance, template.

Классовая структура моделей электромеханического преобразователя энергии с использованием UML-диаграмм

Institution

Ähnliche Einträge