Описание процедур структурной оптимизации СВЭП

●Формирование многомерной цели функционирования проектируемой СВЭП в виде совокупности функциональных требований, учитывающих ее функциональные связи с системой более высокого уровня иерархии, т.е. с характеристиками ап­паратуры, потребляющей электрическую энергию.

●Формирование совокупности показателей качества, т.е. выбор характеристик, позволяющих количественно оцени­вать степень соответствия свойств альтернативных вариантов структур проектируемой системы функциональным требовани­ям, которые к ней предъявляются. Так, для оценки требования о повышении надежности СВЭП могут применяться либо ин­тенсивность отказов системы, либо вероятность ее отказов.

●Формирование совокупности внешних условий и огра­ничений, накладываемых на структуру СВЭП и на ее показате­ли качества. К совокупности внешних условий относятся входные и выходные характеристики СВЭП, а также характеристики ок­ружающей среды. Ограничения на структуру состоят из переч­ня обязательных и недопустимых внешних структурных связей, а также разрешенных и запрещенных функциональных элемен­тов, и межэлементных связей проектируемой СВЭП. Например, на входе — число фаз питающей сети, на выходе — количество каналов, род потребляемого тока, на входе и на выходе СВЭП устанавливаются помехоподавляющие фильтры, на выходе — защита потребителей от перенапряжений, не допускается при­менение двух элементов с импульсным регулированием и т. д.

Ограничения, накладываемые на ПК, представляются в ви­де неравенств, которые ограничивают сверху численные значе­ния каждого показателя качества. Они связаны с соответствую­щими характеристиками аппаратуры, потребляющей электри­ческую энергию. Так, если вероятность безотказной работы этой аппаратуры согласно ТЗ должна быть не меньше 0,9 или вероятность отказа не более 0,1, тогда вероятность отказа СВЭП, входящей в состав данной аппаратуры, должна быть еще меньше, например, не более 0,05.

●Формирование достаточно полного множества альтер­нативных вариантов структур СВЭП. Для получения полного множества альтернативных вариантов структур строится морфологическая матрица. В результате декомпозиции СВЭП представляется состоящей из трех функциональных элементов: трансформатора — Тр, схемы выпрямления — В и сглаживаю­щего фильтра — СФ. С помощью патентной и технической ли­тературы находятся все возможные варианты структурной реа­лизации этих ФЭ. Для Тр их может быть два — Тр1 и Тр2, для В допустим три В1, В2, ВЗ и для СФ также три—СФ1, СФ2, СФЗ. Структурные варианты функциональных элементов запи­сываются в виде матрицы, т. е. таблицы, имеющей два входа:

При условии, что альтернативные варианты структур СВЭП отличаются друг от друга лишь одним элементом матрицы, для их получения последовательно рассматриваются столбцы и по­строчно заменяются элементы вариантов структур.

Всего с помощью данной морфологической матрицы полу­чается 2 ´ 2 ´ 3 = 18 альтернативных вариантов структур СВЭП.

● Из полного множества альтернативных вариантов структур СВЭП отбраковываются такие, которые удовлетворя­ют ограничениям, накладываемым на структуру. Из дальнейше­го анализа исключаются варианты структур, в состав которых входят недопустимые элементы или межэлементные связи. Ос­тавшиеся варианты образуют множество допустимых вариантов структур — М_д.

● Для каждого из допустимых вариантов структур опре­деляются численные значения показателей качества. Расчетные соотношения для ПК обычно находятся путем аналитической аппроксимации экспериментальных данных, характеризующих зависимости характеристик СВЭП от признаков, которые поз­воляют отличать альтернативные варианты структур друг от друга.

● Из множества допустимых вариантов структур СВЭП отбраковываются такие, которые не удовлетворяют ограничени­ям, накладываемым на ПК. Из дальнейшего анализа исключают­ся варианты структур, величина хотя бы одного ПК которых пре­восходит установленные ограничения. Оставшиеся варианты об­разуют множество структур, которые обычно называют близки­ми к оптимальному — М_бо.

● Из множества М_бо выбираются варианты структур СВЭП, которые являются оптимальными относительно безус­ловного критерия предпочтения, т. е. такие варианты S_a, для которых выполняется неравенство К_i (S_a) £ К_i (S_b) для всех т показателей качества. Когда это неравенство справедливо для всех т ПК, тогда вариант S_b является безусловно худшим по сравнению с S_a . Если же для п < т ПК справедливо нера­венство К_i (S_a) £ К_i (S_b), а для остальных (т — п) справед­ливо неравенство К_i (S_a) > К_i (S_b), то оба варианта S_a и S_b будут считаться нехудшими, так как не представляется возмож­ным оценить, у какого варианта вектор качества будет иметь меньшую длину.

● Обычно число нехудших вариантов структур СВЭП, которые считаются оптимальными относительно БКП, оказы­вается больше одного. Поэтому для выбора одного оптималь­ного варианта структуры СВЭП приходится использовать ус­ловный критерий предпочтения, который в аналитической фор­ме описывает принятый принцип компромисса в выполнении всех функциональных требований, предъявляемых к проекти­руемой СВЭП.

Реализуя принцип системного подхода, прини­мается такой принцип компромисса, при котором обеспечивает­ся наиболее полное выполнение цели функционирования аппа­ратуры, потребляющей электрическую энергию. Если показа­тель качества, характеризующий степень достижения указанной цели функционирования, обозначить К_в и представить его в виде произведения показательных функций ценности, описы­вающих связи соответствующих свойств СВЭП с целью функ­ционирования аппаратуры, потребляющей электрическую энер­гию, то УКП представляется в виде выражения

К_в = К₁^g1 К₂^g2... К_m^gm,