Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №14-41-04025 р_сибирь_а.

Введение

Возможность проводить имитационное моделирование работы сложных технических систем, в частности работы таких востребованных в промышленности электрических машин как асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором, открывает большие возможности для современных учёных, пытающихся какими-либо способами улучшить качество управления [1] данными объектами. Стоит отметить, что асинхронные двигатели в силу своей конструкции пребывают в условиях неопределенности информации. Автором в работах [2-4] была проанализирована возможность повышения качества управления асинхронным двигателем путем включения в контур его управления адаптивного нейроконтроллера, что в свою очередь могло бы привести к повышению срока службы и энергоэффективности работы данной электрической машины. Далее было принято решение проанализировать документации и отзывы на известные программные обеспечения, которые бы могли производить моделирование работы асинхронного двигателя с возможностью включения в его контур управления адаптивного нейроконтроллера, с целью продолжения выявления преимуществ последнего.

Описание программных обеспечений

Первым проанализированным обеспечением был Matlab/Simulink. Это среда, которая содержат множество процедур и функций, необходимых инженеру и научному работнику для осуществления сложных численных расчетов, моделирования технических и физических систем и оформления результатов этих расчетов. Математический аппарат, использующийся в данной среде, предельно приближен к современному математическому аппарату инженера и ученого. Одной из основных особенностей системы Matlab является наличие в ней наглядного и эффективного средства составления программных моделей — пакета визуального программирования Simulink. Главым недостатком данной среды является ее дороговизна.

GNU Octave – свободная система для математических вычислений, при этом синтаксис языка идентичен синтаксису языка Matlab и грамотно написанные скрипты могут запускаться как в Octave, так и в Matlab. Другими словами это свободный аналог Matlab. У данного бесплатного аналога есть достаточно много достоинств, в частности возможность запуска файлов формата .mat, то есть другими словами выгруженные Workspace, рабочие пространства из Matlab. Однако главным недостатком данной программы является то, что Octave является консольной программой, без графической оболочки, то есть без возможности строить схемы путем перетаскивания блоков.

Jigrein – редактор чертежей моделей сложных технических систем, инструмент конфигурирования математических ядер. Данная программа также является коммерческой, она является своего рода аналогом программ Simulink и VisSim. Достоинствами данной программы является ее “необычный” интерфейс и возможность строить схемы, а также проводить запуск в окне браузера. Однако недостатком данного продукта является то, что данные, полученные с помощью данной программы, нельзя выгрузить или сохранить, другими словами программа лишь строит графики по начерченным схемам, не позволяя впоследствии работать с полученными данными.

Matlab Compiler Runtime – это свободно распространяемый набор dll-библиотек для полной поддержки языка Matlab без его установки.  Данный набор, по сути, позволяет на компьютерах, на которых нет установленной коммерческой версии Matlab, запускать программы с выгрузкой данных рассчитанных с помощью данного набора библиотек, простыми словами эти библиотеки содержать математическое ядро, компилятор языка Matlab. Главным недостатком данного набора библиотек является отсутствие графической оболочки.

Scilab/Xcos – это мощное открытое окружение для инженерных и научных расчётов, при этом это самая полная общедоступная альтернатива Matlab. В состав пакета входит утилита, позволяющая конвертировать документы Matlab в Scilab. Xcos — инструменты для редактирования блочных диаграмм и симуляции (аналог Simulink в пакете Matlab). Достоинства Scilab: открытость; функциональность; большое количество справочной информации; программирование алгоритмов через встроенный процедурный язык; поддержка языков высокого уровня, т.е. программирование без жёсткой привязки к языку; работа в режиме интерпретатора; малый объём, занимаемый на жёстком диске [5]. Недостаток в достаточно малом количестве инструментов в Xcos для построения схем, что усложняет разработку специфических и сложных систем, например систем векторного управления асинхронным двигателем.

Помимо анализа документаций и отзывов на данные программы также были изучены документации на такие коммерческие продукты как VisSim; LabView, достаточно серьезный и известный программный продукт, обладающий огромным количеством достоинств и возможностей, но при этом достаточно дорогой; Универсальный механизм (UM) [6], российский программный продукт, анализ демоверсии которого привел к выводу, что это весьма серьезная программы для моделирования процессов различного рода, в частности, работы асинхронного двигателя, большим достоинством данного продукта является возможность создания dll-библиотек из моделей Matlab, другими словами возможность внедрения в программу Simulink-моделей. Недостатком данных продуктов является их дороговизна.

Итоговая таблица

В таблице 1 представлены результаты анализа всем рассмотренных программных обеспечений с учетом их явных достоинств (+), незначительных достоинств (+-) и недостатков (-):

Таблица 1

Заключение

В результате анализа и изучения документаций по всем перечисленным программным обеспечениям было выявлено, что у всех этих программ есть те или иные недостатки, то есть идеальная программа для моделирования сложной технической системы на данный момент пока не разработана. Как видно среда Matlab/Simulink среди всех проанализированных продуктов обладает наибольшим количеством достоинств, единственным недостатком является лишь ее дороговизна. При этом стоит отметить, что свободно распространяемая программа Scilab/Xcos, судя по итоговой таблице достоинств, также находится на лидирующих позициях. Если же учитывать лишь возможность моделирования в данной программе не слишком сложных технических систем, например, асинхронного двигателя без адаптивного нейроконтроллера, то данную программу можно назвать лучшим выбором из всех проанализированных в данной статье в силу ее многофункциональности, свободности и графических возможностей.

1. P. Vas, “Sensorless Vector and Direct Torque Control” (London, U.K.: Oxford Science Publication, 1998).
2. Карандеев Д.Ю., Энгель Е.А. Прямое управление моментом асинхронного двигателя с использованием адаптивного нейроконтроллера в условиях неопределенности // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» Том 7, №5 (2015).
3. Карандеев Д.Ю., Энгель Е.А. Энергосберегающая технология трансвекторного управления асинхронным двигателем в условиях неопределенности с использованием адаптивного нейроконтроллера. // Инновационная наука № 11 в 3 ч. Ч.2. – 2015.
4. Карандеев Д.Ю. Повышение качества управления асинхронными двигателями посредством адаптивного нейроконтроллера в концепции SMART GRID // Катановские чтения – 2015: сборник научных трудов студентов – Абакан. Издательство ФГБОУ ВПО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф.Катанова», 2015, 308 с.
5. Алексеев,  Е.Р. Scilab:  Решение  инженерных  и  математических  задач / Е.Р. Алексеев, О.В. Чеснокова, Е.А. Рудченко. – М.: ALT Linux; БИНОМ. Лабо-ратория знаний, 2008. – 269 с.
6. Универсальный механизм [Электронный ресурс]: Модули системы – Режим доступа: http://www.umlab.ru/pages/index.php?id=3.

Все статьи автора «Карандеева Ирина Юрьевна»