Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Projektowanie, wytwarzanie, eksploatacja i złomowanie maszyn elektrycznych - a ekologia

Puternicki P.

Nowa Elektrotechnika

|

2005

|

nr 5 (9)

30--31

2

Aspekty rozwoju małych maszyn elektrycznych

Puternicki P.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2003

|

Z. 216

65-79

PL

Postęp w technologii, właściwości materiałów, układów elektronicznych i oczekiwań człowieka doprowadził do niebywałego rozwoju rodzajów i zastosowań "zelektronizowanych" małych maszyn elektrycznych i sprzętu powszechnego użytku w każ- dej dziedzinie życia. Mimo celowości wynikającej z zaspokojenia bieżących i przyszłościowych potrzeb społecznych i konieczności zagwarantowania bezpieczeństwa społeczeństwom, rozwój ten może być niekorzystny dla człowieka i środowiska naturalnego. W artykule zadano pytanie o motywacje i racjonalność działania twórców w tej dziedzinie. Stwierdzono, że konieczny jest zharmonizowany rozwój i całościowa ocena działania z uwzględnieniem ekologii i ekonomii oraz poszukiwanie równowagi między zasadą "mieć" i "być".

EN

The rise of small electric machines was the result of a new concept of electromagnetic circuits using the basic knowledge of electric machines. Dynamic progress of production technology, materials, theory and different needs has led to unusual development of many kinds of small electric machines and their applications in all fields. Such an extensive development can bring about unfavourable effects on natural environment. In that case, what can we say about the principle of balanced and rational development? An attitude of harmonised development and global economy is needed. Different kinds of motors, areas of their application, economic consequences of chaotic development are discussed in the paper. There are two basic areas of factors deciding about development of not only small electric machines. There are human factors and technical factors. Where is the balance between them?. Fig. 1 shows a set factors of technical, economic and social needs and also of characteristic properties of creators, that decide on the progress of civilisation and culture. Most people care only about their own, narrow, conceived business. Fig. 2 shows the individual thinking about the separate actions required. And these phenomena occur and are analysed in many countries. The number of small motors for household appliances and for electric tools used in Poland can be estimated at about 280 million. Moreover, all national economy (Fig. 3.) uses much more, nearly one billion small electric machines. After 5...10 years every 10% of motors finish their life and become waste. It is about a few dozen thousand tons of waste material. That is why the development of small electric machines and their application should be controlled rationally. There are enumerated all stages related to setting production in motion. Producers should consider the whole set of problems such as: common property, design, materials, technology, production, marketing, transport, exploitation, service, waste, ecology (Fig. 4). It is suggested to combine the quality management and ecological results for national economy. Production effects for the producer only can not be the measure of proper operations. It is a question of rationality of people's operations in the field of small electric machines development and not only in this area. It seems that it is necessary to look for the best result for the country and the balance between "to have" and "to be" for individual users. This balance can give the creators and not only them, more goods and more satisfaction.

3

System PROJMAT 2001 z interfejsem do optymalizacji silników komutatorowych małej mocy

Puternicki P., Sulima R.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2002

|

Z. 210

105-133

PL

Opracowano system PROJMAT 2001, umożliwiający deterministyczną optymalizację silników komutatorowych małej mocy. Pracuje on w środowisku Matlab 5.0 z pakietem Toolbox Optimisation. W artykule podano ogólne sformułowanie matematyczne, deterministycznej, wielokryterialnej optymalizacji silników komutatorowych wraz ze sformułowaniami szczegółowymi dla trzech kryteriów. Opracowano zintegrowany z systemem interfejs komunikacji z użytkownikiem. Przedstawiono strukturę interfejsu oraz podkreślono nadrzędną jego funkcję w całym systemie PROJMAT 2001. W artykule przedstawiono również szczegółowy opis dodatkowych funkcji interfejsu służących projektantowi do łatwego i szybkiego przygotowania danych wejściowych i ograniczeń oraz przeprowadzenia obliczeń optymalizacyjnych i projektowych maszyny. Podano przykładowe wyniki optymalizacji i projektowania oraz analizy zbieżności optymalnych wyników uzyskiwanych z obliczeń z różnych punktów startowych. Uzyskana zbieżność świadczy o możliwości traktowania optimum lokalnego jako bardzo bliskiego optimum globalnego.

EN

System PROJMAT 2000 is used for designing small commutator motors. The software is used for multicriterial optimisation in the Toolbox Optimisation package. To facilitate communication with the user an interface has been added to the system PROJMAT 2000 forming the PROJMAT 2001 system. The interface is constructed of elements and functions of the Matlab 5.0 in the Uitools package. The system is built on the basis of a series of windows which make possible segregation and communication with the user. It gives a possibility of an easy and comprehensible for the designer preparation of input data, constraints and enables optimisation and design computations for machines to be carried out. The internal structure of the PROJMAT 2001 system is shown in Fig. 1. The main window of the interface is shown in Fig. 2. The interface has a series of functions to facilitate the use of the calculation program. It has a series of "function-windows" (PROJEKT - the catalogue of design, DANE - technical data, KRZYWE - magnetisation characteristics, OGR.PROSTE - simple constraints, - UWIKŁANE - implicit constraints, POMOCNE - tables for calculations, WYNIKI - results). The interface makes possible the edition (press the keys: EDYTUJ), correction and saving of files selected by the user. The interface facilitates the data preparation. The order of data preparation for calculation is shown in Fig.3...8. Fig.3 shows the window with technical data. System PROJMAT 2001 makes it possible to see the magnetisation characteristic; it is shown in Fig.4 and Fig.5. The next data for calculation are simple constraints (Fig.6). The table of implicit constraints is shown in Fig.7, whilst the window for making save it - in Fig.8 The optimisation process can be started just after preparation of the set of files described in the main file. The PROJMAT 2001 system has an interface and two independently operating calculation programs: the optimisation (OPTYMALIZACJA) and the postprocessor (PROJEKT) programs. The final design vector is obtained as a result of the system optimisation calculations. The values of the initial vector input from the table (Fig.9) and ranking of criteria (Fig.11) are necessary to carry out these calculations. The postprocessor carries out the design calculations in two variants (Fig.12): PROJEKT WYJŚCIOWY - uses an arbitrary vector of decisive variables entered by the user, PROJEKT OPTYMALNY - uses the final design vector calculated in optimisation process. In addition the user can describe the design carried out (Fig.13). The calculation result is automatically recorded in the form of the *.dat file in the "WYNIKI directory (Fig.14). Description and a list of m-files names used for calculating the given design is automatically added to the result file (see example of calculation). All files indispensable for calculation of a given design are saved in corresponding catalogues. The set of designs saved in the catalogue "WYNIKI" creates the base of knowledge. The saved design facilitate analyses and comparisons of machines of a given type. An example of the results of motor design and an example of convergence of the local- and the global optimum of the objective function are given in the paper (see Fig. 15 & 16).

4

User-friendly system PROJMAT 2001 for deterministic optimisation of small commutator motors

Puternicki P., Sulima R.

Journal of Technical Physics

|

2002

|

Vol. 43, no 4

459-465

EN

System PROJMAT 2001 is used for designing small commutator motors. The software in the Matlab 5.0 and the Toolbox Optimisation is used for multicriterial optimisation. The software has an interface which is constructed of elements and functions in the Uitools package of the Matlab. The interface is build on the basis of a series of windows which enables the data segregation and communication with the user. It gives a possibility of an easy and comprehensible preparation of all input technical data and constraints. The main parts of the system are: the optimisation block, the postprocessor block and controlling over them the interface block. The example of small motor design is given in this paper.

5

System PROJMAT 2001. Interfejs do przygotowania danych i przeprowadzenia optymalizacji silników komutatorowych małej mocy w środowisku Toolbox Optimisation Matlaba

Puternicki P., Sulima R.

Zeszyty Naukowe. Elektryka / Politechnika Śląska

|

2001

|

z. 176

95-102

PL

System PROJMAT 2001 jest narzędziem umożliwiającym wielokryterialną optymalizację silników komutatorowych małej mocy w środowisku Matlab 4.2.c. Wszystkie dane, ograniczenia, funkcja celu i projekty z postprocesora zawarte są w pamięci przestrzeni Matlab dla tego systemu w postaci jednego katalogu. System PROJMAT 2001 pracuje w środowisku Matlab 5.0 z pakietem Toolbox Optimisation oraz opracowanym interfejsem do komunikacji z użytkownikiem. Stwarza to możliwość łatwego i zrozumiałego dla projektanta przygotowania danych wejściowych, ograniczeń i przeprowadzenia obliczeń optymalizacyjnych i projektowych maszyny. W referacie przedstawiono rys metody optymalizacji deterministycznej, strukturę interfejsu, opis funkcji oprogramowania PROJMAT 2001 oraz sposób tworzenia bazy wiedzy dla całego obszaru objętego projektowaniem silników danego rodzaju. Podkreślono możliwość zastosowania takiego interfejsu do programów optymalizacyjnych innych rodzajów maszyn w środowisku Matlab.

EN

System PROJMAT 2001 is the tool of multicriterial optimisation of small commutator motors in Matlab 4.2c. Technical data, constraints, object function and design from postprocessor are compiled in the memory of Matlab for that system. Searching for a given file was difficult. The new system PROJMAT 2001 works in Matlab 5.0 and takes advantage of Toolbox Optimisation and the new interface for communication with the user. It gives the designer a possibility of easy and comprehensible preparation of input data, constraints and enables optimisation and design computations for machines to be carried out. The paper presents the optimisation method and the structure of the interface, description of the PROJMAT 2001 program function, and the method of creating the base of knowledge for the whole area comprised by designing motors of a given type. The universality of the program in application to optimisation programs for other machine types in the Matlab environment is emphasised.

6

System PROJMAT 2000: ranking kryteriów na tle ograniczeń uwikłanych optymalizacji wielokryterialnej silnika komutatorowego małej mocy

Puternicki P., Rudnicki M.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2001

|

Z. 208

143-154

PL

W artykule opisano system PROJMAT 2000 do optymalizacji silników komutatorowych małej mocy, oparty na metodzie sekwencyjnego programowania kwadratowego (SQP). System przeznaczony jest do pracy w środowisku pakietu Matlab i służy do optymalizacji wielokryterialnej zgodnie z przyjętym rankingiem kryteriów oceny silnika. System składa się z dwóch głównych modułów: optymalizatora, który znajduje optymalny wektor decyzyjny oraz postprocesora, który na jego podstawie oblicza podstawowe parametry elektromechaniczne silnika. Działanie systemu zademonstrowano na przykładzie optymalnego projektowania silnika 1200 W, 18000 obr/min. Przedstawiono wyniki dla różnych rankingów kryteriów: kosztu materiałów czynnych i sprawności. Zbadano wpływ ograniczeń na realność projektu. Podano rysunek optymalnego obwodu magnetycznego.

EN

In the paper an optimisation system PROJMAT 2000 for optimal design of small commutator motors based on sequential quadratic programming (SQP) is described. The SQP method along with quasi-Newton Hessian matrix update is nowadays recognised as one of the best optimisation algorithms available [1] (Fig. 1). The method is implemented in the Optimization Toolbox of Matlab [8]. The system works in the Matlab 4.2.c package environment and is intended for multicriterion or single optimisation following adopted performance criteria rating. For multicriterion optimisation the method of weighted sum is used. In the above method a multicriterion objective function is set up by introducing a dot product of the weight vector by multicriterion vector (Fig. 2). To reduce numerical effort we project the multicriterion vector onto [0,1] interval using appropriate vector norms. The above results as well in better trade-up between weight vector and multicriterion vector. Moreover, we introduce auxiliary objective sub-functions to have entirely minimisation problem. The PROJMAT 2000 system [5, 6, 7] consists of two main modules: that of optimser which finds an optimum design vector and that of post-processor which, on the basis of found design vector, calculates major electromechanical parameters of the motor. There are also extra subroutines for data handling, graphical processing and so on. Nowadays, the system is capable of handling ten-dimensional design vector subject to 46 constraints including simple bounds and technological ones. The system was elaborated to be friendly for the user to enhance user-system interaction. Huge potential of the PROJMAT 2000 system has been demonstrated for optimal design of a 1200 watt, 18000-rpm commutator motor. We give optimisation results for single and multicriterion optimisation using variable criteria rating: cost and efficiency of the motor (Fig.3). We have explored in detail how imposed constraints influence technical reliability of the project. We analyse compromise optimal solutions found using Pareto front concept. It is shown how the user can select the most suitable design from the infinite many solutions constituting Pareto front. The corresponding optimal magnetic circuit geometry obtained by PROKRYT [2, 3, 4] and PROJMAT 2000 systems is attached (Fig. 4). The final validation of found optimal design would require building a prototype motor. Final conclusions complete the paper.

7

Matematyczna metoda wielokryterialnej optymalizacji silników komutatorowych małej mocy

Puternicki P., Rudnicki M.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

2000

|

Z. 204

45-75

PL

W artykule podano główne cechy matematycznej metody optymalizacji (SQP) silników komutatorowych małej mocy, zaprogramowanej w środowisku Matlab. Wyodrębniono w strukturze programu proces optymalizacji i obliczenia projektu postprocesorem. Podano funkcje celu o 10 parametrach decyzyjnych oraz zbiór ograniczeń (46) prostych i uwikłanych i określono ich wpływ na realność projektu. Dołączono sesje przykładowe optymalizacji jedno i wielokryterialnej dla różnych rankingów składowych funkcji celu.

EN

Firstly, a mathematical optimization method based on sequential quadratic programming (SQP) as refers to optimal design of small commutator motors is outlined. Then, we describe the environment chosen for that purpose: Matlab packaage along with Optimization Toolbox. Elaborated optimal design system PROJMAT 2000 and its structure is presented in detail. We give performance criteria used in optimization discussing applied constraints as well. Two exemplary sessions for single- and multicriterion optimization are included. The corresponding optimal magnetic circuits geometrie with magnetization characteristics are attached. Final conclusions complete the paper.

8

Analiza trójwymiarowego obszaru optymalnych rozwiązań silnika komutatorowego

Puternicki P., Rudnicki M.

Prace Instytutu Elektrotechniki

|

1999

|

Z. 201

65-78

PL

Opisano możliwości i strukturę systemu Projkryt projektowania silnika komutatorowego małej mocy z zaznaczeniem wprowadzonych uzupełnień w oprogramowaniu tego systemu w celu uzyskiwania pełnego zbioru wartości funkcji celu. Dokonano rozszerzenia analizy jaką daje system Projkryt. Wykorzystano pakiet Matlab do interpolacji funkcji celu wszystkich rozwiązań spełniających nałożone wymagania i ograniczenia. Przedstawiono wyniki optymalizacji dla kilku kryteriów w postaci przestrzennych obszarów charakteryzowanych najlepszym rozwiązaniem i optimami lokalnymi. Omówiono zgodność projektów ocenianych wg różnych kryterów. Stosując przyjęty porządek ważności kryteriów wybrano optymalny projekt.

EN

In the paper the idea of design package PROJKRYT is presented [1, 5, 6]. The implemented method aims at the optimal design of small commutator motors. Special attention is paid on main components of choosing the best design from the set of numerical results [3,7]. The best design is found by varying the magnetic circuit geometry and magnetic saturation of the circuit as well. The quality of magnetic circuit and windings design is checked against technological restrictions using a number of tolerance contraints. Only those designs satisfying all physical requirements are further analysed (Fig. 1,2). The software package Projkryt has been modified to get the whole collection of values of a given criterion. The Matlab package [4] was applied to obtain interpolated values of each criterion in three dimensions. To validate designed motors several criteria expressing different design priorities [5, 7] e.g. minimum cost, minimum volume, maximum torque per unit cost (Fe+Cu) were used. The relevant validation procedure is briefly described. A set of admissible solutions is analysed to find the best design and local optimum points as well [8] (Fig 3) The next step is to review all designs in order to discover potential solutions to the problem. By a potential solution we mean one which meets some extra requirements (e.g. a specified l/D ratio). Such a solution need not be the best one with respect to a given criterion. However, if the order of importance of criteria is fixed, then the solution to the problem is one which optimises the most important criterion. Usually, the above practical optimum is a compromise between best solutions which, in tum, are checked against contradictory criteria (Fig. 4, 5). The quality of final optimal design depends on a number of technological and physical factors: this problem is discussed in the paper. In conclusion, suggestion related to an optimal design verification using deterministic optimisation and/or field analysis are given