Синтез оптимальных информационно-энергетических схем измерительно-преобразовательных устройств

Задача синтеза информационно-энергетических схем ставится как экстремальная задача, целью которой является построение взвешенного ориентированного графа минимальной длины от входной величины до выходной величины измерительно-преобразовательного устройства. Граф имеет несколько вершин, которыми являются блоки информационно-энергетической схемы. Ребрами графа являются физические величины, связывающие входы и выходы блоков. Математически ребра задаются квадратными диагональными матрицами, содержащими размерности величин в принятой системе измерения физических величин. Вершины графа задаются передаточными матрицами, равными произведению матрицы выходного ребра на обратную матрицу входного ребра. Вес элементов графа определяется нормой матриц, зависящей от показателей степени при основных единицах системы измерений. Полученная в результате синтеза схема пригодна для использования в технической документации для объяснения физического принципа действия устройства, а также для патентной защиты.

Функция любого блока схемы по преобразованию входной величины в выходную называется физическим эффектом. Передаточная матрица является математической моделью размерностей физического эффекта. В усиленной постановке экстремальной задачи вводятся численные значения входных и выходных величин блоков, которые являются ограничениями в экстремальной задаче. В этом случае размер передаточных матриц вершин и матриц ребер расширяется на единицу. Добавленный элемент на диагонали в передаточной матрице вершины является статическим коэффициентом передачи физического эффекта, а полученная матрица является статической моделью физического эффекта. В динамической модели физического эффекта в передаточной матрице вершины вместо статического коэффициента передачи записывается передаточная функция динамического звена, которое является динамической моделью физического эффекта. В результате передаточная матрица вершины содержит информацию не только о динамических свойствах эффекта, но и о размерностях физических величин на его входе и выходе.

1. Зарипов М. Ф., Петрова И. Ю. Энергоинформационный метод анализа и синтеза чувствительных элементов систем управления // Датчики и системы. 1999. № 5. С. 10—17.

2. Yakovlev A. A., Sorokin V. S., Postupaeva S. G. Modeling Physical Operating Principles During Search Design of Cooling and Refrigerating Systems // Proceedings of the 5th International Conference on Industrial Engineering (ICIE 2019). 2019. P. 511—520.

3. Yakovlev A. A., Sorokin V. S., Mishustina S. N., Proidakova N. V., Postupaeva S. G. A new method of search design of refrigerating systems containing a liquid and gaseous working medium based on the graph model of the physical operating principle// IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 803. 2017.

4. Fomenkov S. A., Korobkin D. M., Kolesnikov S. G., Kamaev V. A., Kravets A. G. The Automated Methods of Search of Physical Effects // Journal of Soft Computing. 2015. Vol. 10, N. 3. P. 234—238.

5. Korobkin D. M., Fomenkov S. A. Kolesnikov S. G., Lobeyko V. I. Synthesis of new technical solutions with physical effects database // 7th International Conference on Information, Intelligence, Systems and Applications IISA 2016. P. 7785397.

6. Korobkin D. M., Fomenkov S. A., Kolesnikov S. G., Golovanchikov A. B. Computer-aided design of the new technical systems based on the physical effects database // 8th International Conference on Information, Intelligence, Systems & Applications (IISA). Larnaca, 2017. P. 1—6.

7. Coatanéab E., Ryynänena L., Caloniusb O., Mokammelb Fa., Riitahuhtab A. Systematic search and ranking of physical contradictions using graph theory principles: Toward a systematic analysis of design strategies and their impacts // World Conference: TRIZ FUTURE, TF 2011-2014. Procedia Engineering 131. 2015. P. 1165—1182.

8. Бушуев А. Б. Численная оценка информационноэнергетических схем измерительных устройств // Измерительная техника. 2017. № 9. С. 3—7.

9. Бушуев А. Б., Тюрин А. И. Информационно-энергетические схемы в изобретательской практике // ХIV конференция Саммита разработчиков ТРИЗ "ТРИЗ в развитии" Сборник научно-исследовательских трудов. Библиотека Саммита разработчиков ТРИЗ. СПб, 2018. Вып. № 10. С. 118—134.

10. Бартини Р. О., Кузнецов П. Г. О множественности геометрий и множественности физик / Проблемы и особенности современной научной методологии. Свердловск: АН СССР, Урал. науч. центр, 1978. С. 55—65.

11. Евстигнеев В. А. Применение теории графов в программировании / Под ред. А. П. Ершова. М.: Наука, 1985. 352 с.

12. Cherkassky B. V., Goldberg A. V., Radzik T. Shortest paths algorithms: Theory and experimental evaluation // Math. Prog. Springer-Verlag, 1996. Vol. 73, Iss. 2. P. 129—174.

13. Bushuev A. B., Kudriavtseva V. A. Simulation of the block diagrams of the information energy converters // Proc. of the Intern. Conf. on Innovative Applied Energy (IAPE’19), Oxford, UK. 2019. N. 272. P. 40.

14. Большаков Б. Е., Кузнецов О. Л. Научные основы проектирования устойчивого развития в системе природа — общество — человек. Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. Факультет технической кибернетики. Учебное издание. СПб., 2012. 678 с.

15. Бушуев А. Б., Петров В. А. Имитационное моделирование систем управления в LT-базисе // Восьмая Всероссийская научно-практическая конференция "Имитационное моделирование. Теория и практика" (ИММОД-2017). Труды конференции. Секция 1. СПб, 2017. С. 88—93.

16. Бушуев А. Б., Бажин В. Ю., Литвинов Ю. В., Петров В. А., Мансурова О. К. Биологическая модель поиска решения изобретательской задачи // Изв. вузов. Приборостроение. 2019. Т. 62, № 9. С. 851—859.

17. Pacey D. J. Chapter 15 — Measurement of Vacuum. Instrumentation Reference Book (Fourth Edition). Elsevier: 2010. P. 165—173.

18. Бобцов А. А., Быстров С. В., Бойков В. И., Григорьев В. В., Карев П. В. Исполнительные устройства и системы для микроперемещений. Университет ИТМО, 2017. 134 с.

19. Dukhin A. S., Goetz P. J. Characterization of liquids, nano — and micro- particulates and porous bodies using Ultrasound. Elsevier, 2017.

20. Egorov E., Agafonov V., Avdyukhina S., Borisov S.. Angular Molecular—Electronic Sensor with Negative Magnetohydrodynamic Feedback // Sensors. 2018. 10 p.

21. Альтшуллер Г. С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. Петрозаводск: Скандинавия, 2004. 208 с.