Эксперименты показали, что с достаточной достоверностью можно ограничиться учетом только значимых факторов, отбросив несущественные для данного процесса. Такой подход привел к теории моделирования. Переход от детального аналитического описания процессов к их моделированию оказался наиболее общим методом исследования и прогнозирования поведения сложных систем. В теории управления движением модель является основным понятием, определяющим методологию исследования поведения сложных систем. Математической моделью называют систему математических соотношений параметров изучаемого процесса в пределах выбранной степени приближения, доставляющих необходимую информацию о поведении оригинала на основе вычислительных процедур. Математические соотношения представляют собой начальные условия, дифференциальные уравнения и ограничения. К вычислительным процедурам относят упрощающие предположения и сами уравнения.
Так как модель всегда связана с потребностями конкретной области знаний, то она должна отражать только те процессы и особенности, которые представляют интерес для целей исследования. Так как у сложных многопараметрических систем одновременно могут протекать процессы, различные по своей физической природе и имеющие Ю
отношение к поведению всей системы, то создать единую математическую модель не представляется возможным. В таких случаях строят несколько моделей, отражающих отдельные процессы. Так как такие модели одного и того же объекта, как правило, находятся между собой в определенных соотношениях, то результаты построения одной модели используют для построения другой. В тяговых расчетах, например, вначале строится модель механического движения o(s), а на основе ее строят и исследуют модели зависимостей от пройденного пути, времени движения, тока тягового генератора или электродвигателей и нагревания их обмоток, механической работы, расхода топлива на тягу поезда.
Процедуры построения математических моделей и исследование поведения оригинала и внешней среды по результатам решения моделей называют математическим моделированием. В его основу положена идентичность (аналогия) уравнений, описывающих процесс и однозначность соотношений между переменными оригинала и модели.
Развитие методов математического моделирования привело к созданию научного направления — теории идентификации. Оказалось, что выводы о поведении реальных систем можно сделать, наблюдая изменения только выходных величин как реакции на изменения входных. Такая условная система, в которой доступны наблюдению только входные и выходные параметры, а внутренние устройство и процессы остаются неизвестными, получила название черного ящика [40, 28, 23J. Используя метод черного ящика, можно предсказать поведение системы по изменению выходных параметров. В этом случае расчеты движения намного упрощаются, поэтому метод черного ящика является основополагающим в теории идентификации и получил широкое распространение при моделировании сложных управляемых систем, когда интерес представляет не строение, а только поведение систем. В теории тяги поездов метод черного ящика также широко используют. Например, для расчета механического движения можно считать входами силу тяги или тормозную силу и внешнее воздействие — сопротивление движению, а выходами скорость и пройденный путь. При этом отпадает необходимость строить модели процессов преобразования энергии и образования сил внутри дизеля, тяговой передачи, тормозной системы, вспомогательных агрегатов.
Моделирование процесса тяги и движения поезда производят в такой последовательности: 1) построение словесно-описательной модели; 2) построение на ее основе математической модели, определяющей закон движения; 3) исследование модели, ориентированное на • достижение цеди в пределах допускаемых состояний поезда: 4) натурный эксперимент, определяющий адекватность (соответствие) модели оригиналу; 5) корректировка результатов исследования модели и принятие решения,
11
1.4. ПОСТРОЕНИЕ СЛОВЕСНО-ОПИСАТЕЛЬНОЙ МОДЕЛИ ТЯГИ И ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДА
Словесно-описательная модель1 представляет собой свод обоснованных предположений, достаточных для суждения о структуре, свойствах, состоянии и поведении сложных систем. Она служит информационной основой построения математической модели, необходимой для прогнозирования состояния и поведения системы.
При построении словесно-описательной модели сначала устанавливают цели исследования, назначение и структуру системы, физические законы, определяющие ее состояние и поведение, а также наличие исходной информации о системе и ее взаимодействиях с внешней средой. Затем выявляют и описывают словами наиболее существенные параметры взаимодействий частей системы и воздействий внешней среды, ограничения по ресурсам, надежности и удерживающим связям; обосновывают упрощающие предположения, позволяющие описать математически поведение системы; устанавливают степень необходимой достоверности и точности расчетов.
Физические законы и назначение системы определяются сущностью и природой производственного процесса. Сущность производственного процесса железнодорожного транспорта определил К.Маркс: «Люди и товары едут вместе с определенным средством транспорта, и движение последнего, его перемещение и есть тот процесс производства, который оно создает»'2. Поэтому для построения базовой модели тяги и движения поезда целесообразно избрать законы классической механики Другие параметры, ограничивающие состояние и поведение поезда (ток, напряжение тяговых машин, температура нагрева их обмоток и т.д.). определяют построением соответствующих математических моделей. При этом используется базовая модель, определяющая режим тяги, и физические законы этих моделей.
11редположения. получаемые в результате построения словесно-описательной модели, являются основой, согласно которой производят математическое описание поведения системы. В теории тяги поездов приняты следующие предположения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.