Моделирование и оптимизация колебательных процессов колесных машин в системе моделирования МВТУ 3.7

Abstract

RU: Цель. В работах [1-3] доказано, что эффективным методом оптимизации параметров подвески колесных машин является метод динамического программирования для непрерывных динамических систем. В существующих системах моделирования динамических систем этот метод не используется. Главное достоинство системы моделирования МВТУ 3.7 [4] – наличие алгоритмического языка программирования, с помощью которого можно создавать новые программные модули. Цель работы - на простой модели колесной машины пояснить методику оптимизации параметров подвески методом динамического программирования для непрерывных систем и технологию моделирования колебательных процессов в системе моделирования МВТУ 3.7.

Методика. Аналитические зависимости для жесткости подвески и коэффициента сопротивления, установленных в ней, гасителей колебаний получены матричным методом динамического программирования на основе сравнения коэффициентов при перемещении и скорости в дифференциальных уравнениях свободных колебаний синтезируемой модели и модели аналога. В аналитические зависимости входят весовые коэффициенты квадратичного функционала качества, физический смысл которого – расход энергии на подавление вредных колебаний. При выборе весовых коэффициентов функционала исходили из основного назначения подвески колесной машины - обеспечить комфортные условия пассажирам. Для создания физически осуществимой подвески, которая обеспечит колесной машине требуемые динамические свойства в заданном диапазоне скоростей движения, вводятся дополнительные функциональные ограничения на динамические показатели. Система моделирования МВТУ 3.7 позволяет исследовать переходные процессы исследуемых моделей и анализировать устойчивость колебательных процессов по фазовой траектории.

Результаты. На простой модели колесной машины рассмотрен алгоритм выбора оптимальных параметров подвески. Приведена технология работы в системе моделирования МВТУ 3.7 при исследовании переходного процесса. Полученная переходная характеристика свидетельствует о том, параметры подвески не оптимальны.

Научная новизна. Определены методы и средства оптимального проектирования подвески колесных машин.

Практическая значимость. Намечены задачи практического применения системы моделирования МВТУ 3.7 при исследовании динамики колесных машин.

UK: Мета. У роботах [1-3] доведено, що ефективним методом оптимізації параметрів підвіски колісних машин є метод динамічного програмування для неперервних динамічних систем. В існуючих системах моделювання динамічних систем цей метод не використовується. Головне достоїнство системи моделювання МВТП 3.7 [4] - наявність алгоритмічної мови програмування, за допомогою якого можна створювати нові програмні модулі. Мета роботи - на простої моделі колісної машини пояснити методику оптимізації параметрів підвіски методом динамічного програмування для безперервних систем і технологію моделювання коливальних процесів у системі моделювання МВТП 3.7.

Методика. Аналітичні залежності для жорсткості підвіски і коефіцієнта опору, встановлених у ній, гасителів коливань, отримані матричним методом динамічного програмування на основі порівняння коефіцієнтів при переміщенні і швидкості в диференціальних рівняннях вільних коливань синтезованої моделі та моделі аналога. У аналітичні залежності входять вагові коефіцієнти квадратичного функціонала якості, фізичний зміст якого - витрата енергії на придушення шкідливих коливань. При виборі вагових коефіцієнтів функціоналу виходили з основного призначення підвіски колісної машини - забезпечити комфортні умови пасажирам. Для створення фізично здійсненною підвіски, яка забезпечить колісної машині необхідні динамічні властивості в заданому діапазоні швидкостей руху, вводяться додаткові функціональні обмеження на динамічні показники. Система моделювання МВТП 3.7 дозволяє досліджувати перехідні процеси досліджуваних моделей і аналізувати стійкість коливальних процесів по фазовій траєкторії.

Результати. На простої моделі колісної машини розглянуто алгоритм вибору оптимальних параметрів підвіски. Наведено технологія роботи в системі моделювання МВТП 3.7 при дослідженні перехідного процесу. Отримана перехідна характеристика свідчить про те, що параметри підвіски не оптимальні.

Наукова новизна. Визначені методи і засоби оптимального проектування підвіски колісних машин.

Практична значущість. Окреслені завдання практичного застосування системи моделювання МВТП 3.7 при дослідженні динаміки колісних машин.

EN: Purpose. In the works [1-3] we proved that the dynamic programming for continuous dynamic systems is the efficient method for options of vehicle’s suspension. In existing systems of simulation of dynamic systems this method is not being used. The main advantage of the ‘STD 3.7’ [4] system of simulation is an availability of algorithmic programming language, using which we can create new program models. Our purpose is explain optimization technique of vehicle’s suspension by method of dynamic programming for continuous systems and technology of simulation of oscillatory processes in the ‘STD’ system on the simple example. Technique. Analytical dependences for suspension stiffness and resistance coefficient established therein vibration absorber, which were obtained by the matrix method of dynamic programming based on comparison of the coefficients when displacement and speed in differential equations of free oscillations of synthesized and analogue models. Analytical dependences includes weighting coefficients of quadratic functional of quality, the physical method of which is energy consumption for suppression of harmful vibrations. When selecting the weighting coefficients we proceeded from the main purpose of wheeled vehicle suspension – to provide comfortable environment for passengers. To create a physically realizable suspension that will provide required dynamic properties in a predetermined range of speeds for the wheeled vehicle by introducing additional functional limitations on dynamic parameters. System of simulation ’STD 3.7’ allows you to explore the transitional processes of investigated models and to analyze the stability of oscillatory processes on the phase trajectory. Results. On the simple model of the wheeled vehicle was examined algorithm for selecting optimal parameters of the suspension. The technology of working in the system of simulation ‘STD 3.7’ in the exploring of the transitional process is represented. The resulting transient response shows that the oscillatory process with large amplitudes of displacement of the center of mass of the carcass is occurred in the system. Consequently, the parameters of the suspension are not optimal. Scientific novelty. Methods and means of optimal design of suspension of wheeled vehicles are defined. Practical significance. Outlined tasks of practical application of system of simulation ‘STD 3.7’ in the exploring of the dynamics of wheeled vehicles.