Ghostscript wrapper for D:\BBB-ARCH\MTS70\MTS70_t8z1_4_PDF\mts70_t8z4.pdf M E C H AN I K A TEORETYCZNA I  STOSOWANA 4,  8 (1970) PROBLEMY  OPTYMIZACYJNE  W  SYN TEZ IE  UKŁADÓW M ECH AN ICZN YCH R O B E R T  S T A N I S Z E W S K I  ( WAR S Z AWA) 1.  Zał oż enia ogólne D o  rozważ ań  przyjmuje  się   ukł ad  mechaniczny  w  sensie  ogólnym.  Cechy  ogólnoś ci dotyczą   przede  wszystkim  struktury  ukł adu,  obcią ż eń  statycznych  i  dynamicznych  oraz wymiarów  i  przeznaczenia  ukł adu.  Z akł adam y,  że  rozpatrywany  ukł ad  mechaniczny jest  opisany  zbiorem  wielkoś ci  W j  =  W ^ ,  W 2 ,  • • - ,  W „.  Spoś ród  zbioru  W j  wyodrę bnia się   grupę   wielkoś ci  stał ych —  t ak  zwanych  param etrów  (podzbiór A)  oraz  grupę   wielkoś ci zmiennych  zależ nych  od  ch arakt eru  obcią ż enia,  warun ków  otoczenia  i  sposobu  eksploa- tacji  ukł adu  (podzbiór  B).  P odzbiór  param etrów  mieś ci  się   w  zakresie  1 ̂   j  ^  k,  a  wię c obejmuje  wielkoś ci  W j  =   W ls   W 2 ,  • • - ,  W k .  N a  etapie  syntezy  i  projektowania  ukł adu wielkoś ci  W j mogą   wystę pować  ja ko  zmienne, lub  też mogą   być funkcjami  W j (Xi)  innych wielkoś ci  X t   =  X lt   X 2 ,  ...,X tl .  W  czasie  eksploatacji  ukł adu  wielkoś ci  W j  i  funkcje W j  (X{)  mają   wartoś ci  stał e  i  przyjmują   nazwę   param etrów.  M ogą   co  najwyż ej  ulegać niewielkim  zm ian om  ze  wzglę du  n a  starzenie  się   ukł adu. D o  drugiej  grupy  zaliczam y  podzbiór  wielkoś ci,  któiych  numery  mieszczą   się   w  za- kresie  k- \ - l  ^ j  '? k + 2   rr  n)  —  - "J+ 2V."  j>k) H m   = 1 lub (1.4) ) ,  W k+2 (r),  . . . .  P F „ (T )]  - -  ^ + 2 W ,  ....  W n(r)]  = =   H m [W k+1 (r),  W k+2 (r),  ...,W n (?)]  =  H m [W J>k (rJ\ gdzie  wskaź nik  i wystę pują cy  przy  wielkoś ciach  X;  przyjmuje  wartoś ci  1, 2,  • • - ,,"* a  więc mieś ci się w  zakresie  1  <  i  <  ^t. Charakterystyki  dla  podzbioru  ,4, a  więc  dla  zakresu  1  <  i  <  /, bę dą ce  n a  etapie  syn- tezy  funkcjami  Hi(W J Ł ),  lub  funkcjonał y  i są  uż ytkowymi  charakterystykami  ukł adu mechanicznego. 2.  Zagadnienie kryterium optymizacyjnego  i wielkoś ci optymizowanych Proces  optymizacyjny  poprzedza  się  przyję ciem  odpowiedniego  kryterium  E,  zba- daniem  wpł ywu  wielkoś ci  W j  i  wyborem  wielkoś ci  optymizowanych  U t   spoś ród  W j. W  zależ noś ci  od  postaci  matematycznej  charakterystyk,  kryterium  optymizacyjne  m oże być  funkcją  lub  funkcjonał em,  a  wię c: D la  podzbioru  A (2.1)  E A   =   £U(C/ t) =   ekstr  ^ ( ^ j ^ ) lub (2.2)  E A   =   £ X[£/ ,(Z,)] =   ekstr D la  podzbioru  B (2.3)  Ą,  =   E B (Ui)  =   e k s t r Ą ( ^ > *) lub (2.4)  E B   =   £„(17,) =   ekstr Wystę pują ce  w  zwią zkach  kryterialnych  i  przy  wielkoś ciach  optym izowanych  U  m a inne  znaczenie  niż  i  wystę pują ce  przy  charakterystykach.  D la  wielkoś ci  optym izowanych w  podzbiorze  A  mieś ci  się  ono w  granicach  1  <  i  <  k,  n atom iast w podzbiorze  B  w  zak- resie  k- \ - \  ^  i  ŝ   n.  D la  charakterystyk  /  przybiera  wartoś ci  w  zakresie  1  <  i  ^  m. PROBLEMY  OPTYMIZACYJNE  40? 3.  Warunki  ograniczają ce Wartoś ci  wielkoś ci  optymizowanych  wyznaczone  matematycznie  nie  zawsze  mogą być  przyję te  ze wzglę du  n a ograniczenia  geometryczne,  cię ż arowe,  ekonomiczne,  fizyczne lub  in n e.  W  zwią zku  z  tym ,  w  zagadnieniach  optymizacyjnych  muszą   być  uwzglę dnione warun ki  ograniczają ce.  Realizuje  się   przez  nał oż enie  ograniczeń,  zarówno  na  wielkoś ci optymizowane ja k i n a kryteria  optymiztacyjne.  Z akł adam y przedział y zawarte  pomię dzy wartoś ciami  górnymi  g  i dolnym i d. Z godn ie z tym  m am y: (3.1)  (Wj) d  < Wt* (3.2)  [W jOCdlś  <  W )  < (3.3)  [Wj(r)] d  <  W j(r) < (3.4)  .  [E(U t )] d   <  E(U t ) < (3.5)  {E[U,(Xd)h  <  E[U t {Xd]  < (3.6)  {ElUMIh  <  E[Ui(X t )]  < W  zależ noś ci  od  kon kretn ych  zadań  optymizacyjnych,  warunki  ograniczają ce  mogą być  nał oż one  również  na  poch odn e  funkcji  [W j(Xi)],  E(U^ )  lub  funkcjonał y i  Et[U(r)]. 4. Budowa charakterystyk uogólnionych Z am iast  klasycznych  charakterystyk  ukł adu  mechanicznego  H 1 ,H 2 ,  • • • , H m ,  wpro- wadza  się   charakterystyki  uogóln ion e.  Są   n im i:  efekt  techniczny  F, funkcja  wysił ku  K oraz  efekt  ogólny  A bę dą cy  ilorazem  F  oraz  K.  Efekt  techniczny  ukł adu  mechanicznego jest  definiowany  jako  charakterystyka  uogóln ion a  okreś lają ca  wł aś ciwoś ci  techniczne ukł adu  z pu n kt u  widzenia  realizacji  celu. W zwią zku  z tym jest  ona  funkcją   zależ ną   bez- poś redn io  od charakterystyk  H ± , H 2 ,  • • -, H m ,  a poś redn io  od  wielkoś ci  W x ,  W 2 , • • • ,  W n . Jeś li  zbiór  wielkoś ci  czę ś ciowo  lub cał kowicie wystę puje  w postaci  funkcji,  wówczas  efekt techniczny jest  funkcjonał em.  M oż emy  wię c  zapisać: (4.1)  F=  F(H U H 2I   ...,H m )  =  F(W U   W 2 , ..., W „) -   F(W j) lub F^ FiH^ W j^ ),  H 2 (W jk )]  =   F[W1(Xd,W2(Xd>....  WJ W k+1 (r),  W k+2 (r),  ».,  W Jix)\  -   F[Wj(Xtl  T)] .  . N iech  wielkoś ci  W j wystę pują ce  jako  elementy  zbioru  A  mają   wł aś ciwoś ci  techniczne opisane  przez  P(pj) i  wł aś ciwoś ci  ekonomiczne  okreś lone  przez  K w (W j,ai).  N atom iast 410  R.  STANISZEWSKI wielkoś ci  W j  wystę pują ce  jako  elementy  zbioru  B  niech  mają   wł aś ciwoś ci  techn iczn e Z(zj)  i ekonomiczne K c (W j,  a;). Wtedy  oba  zbiory  moż emy rozpisać  w  po st aci: - u  m Zwią zki  pomię dzy  zbiorami A i fi zapiszemy  n astę pują co: (4.5)  A  U  5 =  V =   {W j(j=  1, 2,  ..., «) } = l, 2 , . . . , fc }  U (4.6)  [W j(j=l,2,...,n)e(A  u 5)]  = =   [PF}(; =   1, 2,  ...,k)eA]  V [ ^ ( ;  =   fc+ 1,  fc+ 2,  ...,n)eB]. (4.7)  / t n 5 =  {W j(j=  1,2,  ...,k}  n  {W O C / - f c + l , * + 2 , . . . , ł ł }» 0. N ależy  przy  tym  zauważ yć,  że pewne  typy  ukł adów  mechanicznych  posiadają   kilka zakresowoś ci  pracy.  N iech funkcja  R(rj)  przyjmują ca  wartoś ci  dyskretn e: .  . _  fl  dla jednozakresowego  ukł adu J '  ~~  \ C  dla wielózakresowego  ukł adu opisuje  stan  zakresowoś ci  ukł adu.  Efekt  techniczny  ukł adu  F(W j)  może  być  okreś lony jako  iloczyn  funkcji  opisują cych  wł aś ciwoś ci  techniczne w zbiorach A i B  oraz  funkcji zakresowoś ci  R{r } ). U stalają c,  ż e: 1) P(pj)  —  okreś la  wł aś ciwość  elementów  zbioru  A, przy  czym pj są  wybierane  spoś ród W j w  zakresie  1  ^ .j^ k, 2) R(rj)  i Z(zj)  —  okreś lają   wł aś ciwoś ci  elementów  zbioru  B,  przy  czym  T j są   wybierane spoś ród  W j w  zakresie  k- \ - l ^ j  ^   g,  n atom iast  Zj  są   wybierane spoś ród  W j w  zakresie  g+1  ^ j  ^ «, Zwią zki  na  efekt  techniczny  (4.1), (4.2)  bę dą   miał y p o st ać : (4.8)  F(W j) = P(Pi,p 2 ,  '• ' i p^ R(r k+li r^ 2 ,  ...,r g )Z(z g+l!   z h+2 ,  . . . , z„) = =   P(pj)R(rj)Z(2j) lub (4.9)  FlW jih,  T)] =  P &i(2T0, / »a(X0.  • • . . Ad ' O l^ wi X Z [ % i W ,  zff+ 2( T ) . . . . ,  Z „ ( T ) ]  - P R O BLE M Y  OP TYM I Z AC YJN E  411 W  ogólnym  przypadku  wyraż enie  (4.9)  może  mieć jeszcze  inne  postacie,  m ianowicie: (4.10)  F[W j(X u   T ) ] =   P( P j)R(rj)Z(zj), (4.11)  FiW jiXt,  T ) ]  =   P(pdRirjOQ]Z[zj(x)], (4.12)  F[ W j(Xt,  r)] =  P[pj(X t )]  R[r/ Z,)]Zfy), (4.13)  F[W j(X i}   z)] =   P[ Pj (X t )]R(rj)Z(zj), (4.14)  W / * ,  T)]  =   P(j>j)R[rj(X t )]Z(Zj), (4.15)  ^ ^ ł ,  T ) ] =   P[pj(Xd]R(rj)Z[zj(T )]. F u n k c ja  wsk a ź n i k ów  u k ł a d u  je st  za le ż na  o d Q 1}   Q 2 , • • • ,  Q„.  M o ż na ją   p r zed st a wić  ja k o ilo c zyn  t yc h  wsk a ź n i k ów  p o d n i e si o n yc h  d o o d p o wie d n ic h  wykł a d n ikó w  wa g  coi, ft> 2, • • •, co, ;  z  t ym ,  że wp r o wa d z e n i e  c«j m a  r e gu lo wa ć  r ó ż ny  st o p ie ń  wpł ywu  Q (  n a efekt  t ech n icz- n y.  W zwią zku  z  t ym ,  m a m y : J  =   V (4.16) lub F un kcja  zakresowoś ci  R(rj) przyjmuje  okreś lone  wartoś ci  dyskretne  zależ ne  od rodza- ju  i przeznaczenia u kł adu . F un kcja  stan u  procesu  Z(zj)  opisuje  dynam ikę   ukł adu i jest  równoważ na  cał ce  z cha- rakterystyki  gł ównej  H(r) w  okresie  czasu  pracy  ukł adu  Tj—H(- V  D la  jednego  wł ą czenia ukł adu,  funkcja  Z(zj) m a p o st a ć : H (4- 18)  Z(z g+i ,  z g+2 ,...,  z„) -   /   H(r)  dr lub (4.19)  Z[zj(r)]  -   J  H[Zj(r)]dr. •   H- i D la  d wł ą czeń: (4.20)  Z d ( Zj )  = f - l lub (4.21)  Z , [ Z J . ( T ) ] P o  uwzglę dnieniu  zwią zków  n a  P{pj),  P[pj{Xi)],  Z(zj)  i  Z[ZJ- (T)]  we  wzorach  (4.8) i  (4.9),  otrzym am y  wyraż en ia  n a  efekt  techniczny,  kolejno  dla jednego  wł ą czenia  oraz dla  Ć / wł ą czeń: (4.22)  F x (W j)  =   P(pj)R(rj)Z(zj)  =   J |  (eda'R(rj)  f 412  R-   STAN I SZ E WSKI t= d (4.23)  FAW j) =   R(rj)  J J  ( Qi )°" £  J  S t {x)dx lub (4.24)  FAW jiXd]^  U^ XdT 'RUXd]  f H{x)dx, (4.25)  Ą [»OW1 =  I I  iQttfdF'RMX,)] £  J H[Zj(r)]dr. Wł aś ciwoś ci  techniczno- ekonomiczne wielkoś ci  W j  jako  elementów  zbiorów  A  i  B, są  opisane  przez  funkcje  wysił ku  budowy  K w (W j,  a t )  i  eksploatacji  ukł adu  K e (W j,  a^ . Cał y  wysił ek  zwią zany  z  wykonaniem  i  uż ytkowaniem  ukł adu  mechanicznego  m oż na wyrazić  przy  pomocy  ogólnej  funkcji,  a  wię c: (4.26)  K(W j,  a,)  = t- d  H -   K w (W j, ad+K.(W j,  a,) =  K s (W Jt  ad+K d (W s , ad+K p (W j, a t )+ £  J  KJ&tt, '- i  Ti- i przy  czym: *w( J ^ ,  «0  =   K s {W j,  ad+K d (W j,   ai )+K p (W j,  a t ), K s (W j,dt)  —  funkcja  wysił ku  zwią zana  z  syntezą  i  projektowan iem  ukł adu  m echa- nicznego ; K d (W j,  a t ) —  funkcja  wysił ku  zwią zana  z  wdraż an iem  projektu  ukł adu  do  produkcji; K p (W j,  ad —  funkcja  wysił ku  zwią zana  z  produkcją  ukł adu  m echan iczn ego; K e (W j,ad—jednostkowa  funkcja  wysił ku  eksploatacyjnego  ukł adu  m echanicznego. Iloraz  efektu  technicznego  i  funkcji  wysił ku  bę dziemy  nazywać  efektem  ogólnym ukł adu  mechanicznego  X.  W  zależ noś ci  od  postaci  matematycznej  efektu  technicznego, efekt  ogólny  przyjmuje  formę  funkcji  X{W j,ad  lub  funkcjonał u  A[W j(Xi),  aj\ .  Wyko- rzystując  zwią zki  na. F  i  K,  otrzymamy  podstawowe  wzory  ogólne  n a  efekt  ogóln y.  K o - lejno  m am y: =   X(W U   W 2 ,...,  W n ,  a u a l t   ...,a m )  = i,  W 2 ,  • - ,  W „)  _ j ,  ad+K p (W j,  a,)+K e (W j,  O fVj,  ad h yS ze  wzglę du  n a  minimalT- P R O BLE M Y  OP TYM IZ AC YJN E 415 zacje  funkcji  wysił ku.  Wreszcie  trzeci  przypadek  obejmuje  maksymalizowanie  efektu ogólnego  lub  m in im alizowan ie  efektu  wysił ku  drogą  maksymalizowania  F  i minimalizo- wan ia  K.  Kolejn o  p o d an o  opis  m atem atyczn y  trzech  charakterystycznych  przypadków, d la  których  podstawowe  zwią zki  mają  p o st ać: P r z y p a d e k  1. (5.12) (5.13) przy EZfX(W j, flO =   m ax X d (W j, a,), UWU,eW j , ad =   min S(W j,  a,), UW (5.14)  F(W j) =   P(PJ)RQ- J)Z(ZJ)  =   Yl  (Qi)a'R(rj) £  f  H t (r)dr  -   maxF , (5.15) lub (5.16) (5.17) przy K(W j,  a,) =  c o n st K F[W j(X t )]  = J  H t (x)dt  =  maxP , ( . 1  r , _ 1 f- rf (5.19) P r z y p a d e k  2. (5.20) j,  fl()+ (5.21)  Ą przy (5.22)  F(W j) =   P(pj)R(rj)Z(zj)  =   J  J  fe, , a,)  -   min S( W j, a, ), tmd (5.23) lub (5.24) (5.25) 2? A[ J W d ,  a j  =  max E$2S[W j(X t ),  a,]  - ,  oj, 416 R .  STAN I SZ E WSKI przy (5.26)  F[W j(Xd)  - -  n (5.27) P r z y p a d e k  3. (5.28) (5.29) przy ( = 1  T. K el (r)dr  =  minJ5T. £ A7 W ,  flO  -   m ax X d (W j,  ad, UW E§SS{W j,  ad =   m i n S ( ^ ; o,), U,eW j (5.30)  F(W j)  =  P(pj)R(rj)Z(.Zj)  = \ \   (Qda>R(rj) £  /   H t {r)dt  =  maxf, (5.31) (5.35) t- d =   K w (W j,  a t K ei {x)dx  =  mmK lub (5.32) (5.33) przy (5.34) BE F[W j(Xd]  =  P[pj(X S[W ,(X t ),ai]  = x r ,)]R[rj(.Xd\ Z[zjC maxl d [W ainS d [W jC Sf,)]  — i=d ( = 1 f  K ei (r)dr  = i=l  r i- i 6.  P rzedział  celowoś ci  zm ian  wielkoś ci W  pracy  [2] rozważ ono  zagadnienie  przedział u zm ian  wielkoś ci  W j ukł adu  m echanicz- nego z pun ktu  widzenia  ich  celowoś ci  i  opł acalnoś ci. U stalon o zakres,  w  którym  zm ian y W j  prowadzą  do  zwię kszenia  efektu  ogóln ego;  ograniczeniem  przedział u  jest  zwią zek wynikają cy  z równ an ia  ekstremalizacyjnego  funkcji  l(W j,ai)  wzglę dem  W j.  R ozpatrzo- P R O BLE M Y  OP TYM I Z AC YJN E  417 n o  cztery  charakterystyczn e  przypadki  zm ian  param etrów  silnika  spalinowego.  P odsta- wowe  zał oż enia dla  n ich, przy  n  wytwarzanych  silnikach,  są   nastę pują ce: 1) Z ał oż one  są   stał e  wydatki  n a  budowę   i  eksploatację   n  silników.  Z adan ie  polega n a  wprowadzen iu  pewnych  zm ian  param etrów  prowadzą cych  do  wzrostu  efektu  technicz- nego  od  F t (W j)  do  F 2 (W j),  drogą   zwię kszenia  zł oż onoś ci  konstrukcji Ki(W j,  ad  =   K 2 (W j,  ad  =  con st, F 1 (W j)K b (W j,ad. Wyniki  rozważ ań  wszystkich  przypadków  dla  przedział u  (W j\   ^ .W j^ .  (W j) u   prowa- dzą   do  n ierówn oś ci (6.i)  Kp\ wydF(W j)  >  dK{W j>ad- Badan ia  n a  in n ych  ukł adach prowadzą   również  do  nierównoś ci  (6.1).  D alsza  zmiana wielkoś ci  charakterystyczn ych,  a  wię c  dla  przedział u  W j  >  (W j) u ,  dla  wszystkich  omó- wionych  przypadków  daje  ju ż  n ierówn ość  przeciwną .  W  zwią zku  z  tym,  mamy  dla  prze- dział u  (W ),  ad  S(W j  =   U ± ) =   UjZjzj  =   UJ  8K(W j,  a t ) [K(W j,  a t )] 2 8(W j=  UJ  K{W j, P R OBLEM Y  OP TYM IZ AC YJN E  419 m G dy  efekt  ogólny  lub  efekt  wysił ku  wystę pują   w  formie  funkcjonał u,  wówczas  dla wyznaczenia  wielkoś ci  optym izowan ych  stosuje  się   m etody  wariacyjne.  Z adanie  opty- mizacyjne  polega  n a  okreś len iu  takich  funkcji  U^ fJC^ ,  U 2 (Xd,  • • • ,  U m (X { )—  wybranych spoś ród  W i (X i ),W 2 (X i ),- - - ,W n (X i ),  dla  których  X[W j(Xd]  lub  S[W j(X,)]  przyjmują wartoś ci  ekstrem aln e.  D la  jedn ej  funkcji  optymizowanej  mamy (6.5)  E[U t O®\ -   m ax  k[W j(Xi).  «tl  = =   G 0+  J  M{W ,W ',W : ..., (6.6)  E[Ui(Xi)]  =   min5'[J;F ,(X(),  a;]  = /=   m m - W  wyraż eniach  (6.5)  i  (6.6)  przez  G o   i  G o   oznaczono  wielkoś ci  funkcjonał ów  dla  wa- run ków  począ tkowych.  F un kcje  M{W ,  W ", W ",  . . . .  W ™, X()  i  M ( W,  PF',  W ",  ...,W W , X t )  speł niają   równ an ie  E ulera  i  w  tej  postaci  są   podstawą   do  okreś lenia  funkcji  optymi- zowanych. 7.  M a t em a t yc zn e wł asn oś ci  funkcji  [funkcjonał ów]  P,  S,  Z,  F,  K,  X i  S Funkcja  wskaź ników  P(j?j).  Z m ien n ym i niezależ nymi  pj  n a  etapie  syntezy  i  konstruowa- n ia  są   wskaź niki  kon strukcji  Q ± ,  Q 2 ,  • • - ,  Q v   zwią zane  ograniczeniami  fizycznymi,  geome- trycznym i  i  techn ologiczn ym i.  W  okreś lonych  granicach,  każ demu  zbiorowi  Qi  jest  pod- porzą dkowana  i  ustalan a  wartość  P(j>j). Wskaź n iki  przyjmują   tylko  dodatn ie  wartoś ci, n atom iast  wykł adn iki  mieszczą   się   w  zakresie  0 <  co; <  e,  gdzie  e —  liczba  dodatn ia 420  R.  STANISZEWSKI i  rzeczywista.  F un kcja  wskaź ników  jest  funkcją  okreś loną  cią głą  i  róż niczkowalną  w  ob- szarze  C- wymiarowym.  P rzy  braku  wpł ywu  wskaź ników  Qi n a  efekt  techniczny,  m am y j & i - O,  co2 =   0,  ..., © „   =   0;  P(pj)=l. Przy  liniowym wpł ywie, mamy COi =   1,  0) 2  =   1,  . . . , £ U v  =   0 ;  P(pj)  =  Ql,Q2,  —,Qv Funkcja  zdkresowoś ci  R(rj).  Przyjmuje  wartoś ci  dyskretne  R(rj)  =  1  dla  ukł adu jed- . nozakresowego,  R(rj)  —fi,f%,...  dla  ukł adów  wielozakresowych,  przy  c z ym / ; —  są liczbami dodatnim i. Funkcja  stanu  procesu  Z (zj).  Wł asnoś ci  m atem atyczne  tej  funkcji  zależą  od  funkcji podcał kowej  H(Zj).  W  badan iach  syntezy  i  kon struowan ia  ukł adu,  H(zj)  jest  funkcją okreś loną,  cią głą  i  róż niczkowalną.  Każ demu  uporzą dkowan emu  zbiorowi  Zj  jest  pod- porzą dkowana  okreś lona  wartość  charakterystyki  H{zj).  W  czasie  eksploatacji  ukł adu, przy  zał oż eniu stabilnej  pracy, rozpatrywan a  funkcja  podcał kowa jest  również  okreś lon a, cią gła  i  róż niczkowalną.  W  obu  przypadkach  funkcja  Z(zj)  jest  równ oważ na  cał ce  typu Cauchy'ego.  W  pewnych  klasach  ukł adów  operacje  optymizacyjne  wymagają  rozważ an ia cał ki  z funkcji  Hfa)  jako  cał ki  Lebesgue'a.  Z  rozważ ań  n a  kilku  ukł adach [2] wynika,  że funkcje  podcał kowe są  zł oż one i  dlatego  cał ka  jest  w  wię kszoś ci  przypadków  nierozwią- zywalna  zwykł ymi  m etodam i. D zieląc jedn ak przedział  jednego  wł ą czenia n a etapy, m oż na zastę pować funkcje  podcał kową przez  wielomiany. Funkcja  efektu  technicznego F(W j).  M atem atyczne wł asnoś ci  funkcji  opisują cej  efekt techniczny  F(W j)  zależą  od wł asnoś ci P(pj),  R(rj)  i  Z(zj). Funkcja  wysił ku  K{W j,a^ ).  Przy  zał oż eniu  ustabilizowanych  warun ków  ekonom icz- nych  (a; — const), funkcja  K(W j,  a;)  zależy  od  wybranych  technicznych  wielkoś ci  W j. Każ dem u'  uporzą dkowanemu  zbiorowi  W j  jest  podporzą dkowana  okreś lona  wartość funkcji  wysił ku.  W  pewnych  przypadkach,  przy  skokach  a t   funkcja  K(W j,  a t )  m oże  być niecią gł a. Funkcja  efektu  ogólnego  X(W j,  # ;).  D la  przypadku  a t   =   const,  funkcja  h(W j,  a t )  jest dodatnią,  okreś loną,  cią głą  i  róż niczkowalną.  Tylko  w  nielicznych  przypadkach  może wystą pić  osobliwoś ć,  dla  pewnych  pun któw przy  a v   ^  0. Funkcja  efektu  wysił ku  S(W j,  a,).  Wystę puje  jako  funkcja  dodatn ia, okreś lona,  cią gła i  róż niczkowalną.  U wagi  o  wł asnoś ciach matematycznych są  również  sł uszne wtedy,  gdy omówione  funkcje  wystę pują  jako  funkcjonał y. Przykł ad. P odstawowym  problem em  w  dynamice  ukł adów mechanicznych jest  optym i- zacja  param etrów.  R ozpatrzm y  zagadnienie  wyznaczenia  wielkoś ci  optym alnych  para- metrów ukł adu w  oparciu o charakterystyki  uogólnione [3]. P rzy zał oż eniu (7.1)  K( w W j,  a, ) +   /   Ke(W j, a t )dr  -   const =   C x , o (7.2)  K w {W j,  aO+  £  J  K ei {W j,  ad'dz -   const =  C 2 P R OBLE M Y  OP TYM IZ AC YJN E  421 zadan ie  sprowadza  się  do  okreś lenia  wartoś ci  param etrów  masy  i  tł umienia,  przy  których zachodzi  zwią zek (7.3)  E( U,)  =   m ax F d (W j)  =   m ax [P( Pj )  R( rj )  Z(zj)]  = t- d   T i  rj. =   maxP(pj)R(rj)£  f  H t (W j,  r)dr  =  P( Pj )R(rj)  [max J  H^ W j,  r)dr+ '= 1  *j_i  0 + max J  H 2 (W j, r)dx- \ -  ... + max  J  H d (W } , Ą dr]. T l  ri- i P rzy P(Pj)R(rj)  =   const  =   C 3 , zagadn ien ie  sprowadza  się  do  badan ia T (7.4)  /   =   m ax /   H{ W } ,  r) dr o lub,  p o  wydzieleniu  funkcji  rozwią zują cej  okreś lają cej  rzeczywisty  przebieg  stanu  nieusta- lonego  y r (W j,  r)  i  p o  wprowadzen iu  funkcji  program owej  y p (r),  mamy T (7.5)  /   =   m a xD  f  ly p (T )- Ay(W j,  r)]dr, o przy  czym (7.6)  y r (W j,  r)  =   - ly p (r)~y r (W j,  r))+y p (r)  =   - Ay(x)+y p (r), D  —  ch arakterystyka  stał a. Z am iast  szukać  m aksim um  wyraż enia  (7.5), wystarczy,  przy  ustalonym  ^ ( T ) ,  okreś lić param etry  przy  których T (7.7)  7 =   min J  Ay{W } , r)dr. o N iech  równ an ie  dla  y r (r)  m a  po st ać (7.8) przy  czym (7.9)  - T- >-0 (7.10) r—*- oo Rozwią zanie  równ an ia  (7.8)  p o  wykorzystaniu  przyję tych  warunków  począ tkowych, kolejno  dla  a  <  1,  a  =   1 i  «  >  1,  [przy  czym  a  =   a(W j)],  m a postać (7.11)  y r (r) =   e- Ą i^ - L ]/ l- a2 (7.12)  y r (r)  =  L 2 - (L 2 - L 1 )(l+r)e~\ 7.13)  y r (T )  =  G 1 e* 4  Mechanika teoretyczna 422 R.  STANISZEWSKI gdzie (7.14)  k t   =   - (7.15)  k 2   =   - a - f / a ^ T. Wstawiają c  do  wyraż enia  (7.7)  kolejno  rozwią zania  (7.11),  (7.12) i  (7.13) jako  funkcje y r (a)  otrzymamy  Ą a),  której  przebieg  pokazany  jest  na  rys.  2.  W  zależ noś ci  od  iloś ci Rys. 2 pulsacji  (fj, =   1, 2,  3),  a o p t  przemieszcza  się   w  kierun ku  wię kszych  wartoś ci.  D la  fj, =  3, minimum  funkcji  Ą a,  =  a o p t )  wynosi  1,52,  przy  czym  wartość  wielkoś ci  optymizowanej wynosi  0,62.  Wstawiają c  wartość  a o p t  do  cał ki  (7.7)  oraz  wracają c  do  wyraż enia  (7.3), poprzez zwią zki  (7.4) i  (7.5), otrzymamy wyraż enie  n a m ax  F{W } ). 8. Zwią zki  pomię dzy  charakterystykami  uogólnionymi  i  klasycznymi  charakterystykami  ukł adów  mecha- nicznych Z arówno  efekt  techniczny, jak  i efekt  ogólny  ukł adu mechanicznego m oż na  sprowadzić do  charakterystyk  uż ywanych  przy  opisie  ukł adów  mechanicznych. D la  przykł adu,  dla ukł adów  jednozakresowych,  przy  a> 1  =   0,  a> 2  — 0,  . . . , m v   =  0  oraz  przy  zał oż eniu,  że charakterystyka  gł ówna ukł adu jest  znaną   funkcją   czasu P R OBLE M Y  OP TYM I Z AC YJN E  423 m am y P(pj) =   1,  Rfrj) -   1,  F(W j) =   H(r)  [ Tj- Tj przy  czym  T 2 —T X  — czas  pracy  iikł adu dla jedn ego  wł ą czenia. Jeś li  charakterystyką   gł ówną  jest  m oc ukł adu,  wtedy  efekt  techniczny  redukuje  się   do funkcji  okreś lają cej  pracę   u kł ad u  mechanicznego. W rozpatrywanym  przykł adzie  funkcja efektu  ogólnego  bę dzie  okreś lona  jako  iloraz  pracy  ukł adu  dla jednego  wł ą czenia  oraz kosztów  zwią zanych  z jego  eksploatacją . 9.  Wzglę dne  postacie  ch arakt eryst yk  uogólnionych W  n iektórych  zagadn ien iach  optymizacyjnych  ukł adów  mechanicznych  wygodniej jest  uż ywać  wielkoś ci  wzglę dnych  F, K,  A i  Ś . P rzypadki  takie  wystę pują   w badan iach n ad  modyfikacją   i poprawą   charakterystyk  ukł adów  oraz w badan iach  eksploatacyjnych. Wprowadzają c  poję cia  uogóln ion ych  charakterystyk  rzeczywistych  (rz) i  teoretycznych (J), w  odniesieniu  do efektu  technicznego, funkcji  wysił ku,  efektu  ogólnego  i  efektu wy- sił ku,  otrzym am y: (9.1)  F(W   W   W  )  - u   W 2 , ..., ( 92)  K(W   W   W   a  a  a)  -   ^V.z)  A ^ 1 S  w2,...,  yvm,  aua2>  ...,an)  K(t (9 3)  UW   W   W   a(9.3)  MWu W 2 ,...,  W m ,  a u ( 9 4 )  Ś (W   W   W   a  a  g ) - P rzy  peł nym  eksploatacyjnym  wykorzystaniu  ukł adu  mechanicznego,  a  wię c  przy zgodnoś ci  wartoś ci  teoretyczn ych i  rzeczywistych  efektów  i funkcji  wysił ku,  m am y: (9.5)  lim  X{W j,ad=  lim l= v  i= d  *j Ti  (ed^ z'KzO'j)  S  I  H rz {W j,addt  •  • =   Hm  _ _  ~ 7 ^  =   l i m  p P rzy  niepeł nym wykorzystan iu  ukł adu  mechanicznego, m am y: (9.6)  lim  HW j, a t ) < 1 lub (9,7)  lim  X(W j,  a,) < 1 F(rz) < p(.t) 424  R-   STANISZEWSKI 10.  Wnioski Wprowadzenie  charakterystyk  uogóln ion ych  i  wykorzystanie  ich ja ko  kryteriów  opty- mizacyjnych  pozwala  n a  rozszerzenie  wpł ywu  wielkoś ci  u kł adu  n a  £ ( t / ; )  w  procesie optymizacyjnym.  Z astosowanie  X(W j,ai)  i  S{W j,a^   lub  X[W j(Xd,  a,]  i  S[W j(Xi),  a t ] do  okreś lania  wartoś ci  i  funkcji  optymizowanych,  uogóln ia  zadan ia  ekstremalizacyjne wystę pują ce  w  syntezie  i  kon struowan iu.  N ależy  przy  tym  nadm ienić,  że  wprowadzen ie takich  charakterystyk  do  problem atyki  okreś lania  wartoś ci  optym alnych  wielkoś ci  ukł adu w  pewnych  przypadkach  może  rozszerzyć  aparat  m atem atyczn y.  Jedn ak  wykorzystan ie maszyn  matematycznych  do  rozwią zywania  kon kretn ych  technicznych  zadań  optymiza- cyjnych  pozwoli  n a  zł agodzenie tej  wady. Literatura cytowana  W tekś cie J.  R. KU LIKOWSKI, Procesy optymalne i  adaptacyjne  w  ukł adach regulacji  automatycznej,  P WN ,  Warsza- wa,  1965 r. 2. R. STANISZEWSKI,  W yznaczania optymalnej serii oraz  badania wpł ywu zmian  wielkoś ci na efektywnoś ć produkowanych  silników spalinowych przy pomocy  charakterystyk uogólnionych,  Siln.  Spal.,  1/ 70. 3. R. STANISZEWSKI, Problemy ekstremalizacyjne w syntezie  i projektowaniu ukł adów dynamicznych.  M ateria- ł y  konferencji  «D ynamika  konstrukcji»,  Ł ań cut  1968  r. P  e 3  io  M  e BOITPOCfcl  0I I TH M H 3AI T, H H  I I P H   C H H T E 3E  M E XAH H ^E C K H X  C H C T E M B  paSoTe  npH Bo^H Tca  TeopHH  nocTpoemiH   o6o6m eH H tix  xapaKTepHCTHK  HcnoJiB3yeMbix B ineM  B K aqed Be  onTHMH3ai(H0HHbix KpH TepaeB  n p n onpefleneH H H   onTHMantHMX 3HaMeHiiił   n apaiweipoB. B  Ka^ecTBe  npefliweia  paccMOTpeHHH  npHHHTa MexamroecKasi  CHCieiwa  B oSiqeiw  CM ticne —  B  OTHomeHHH H,  Beca  M pyKTypbi  H  n poH cxofln m ax  4>H3HiecKHX  H Bttem™,  BhiBe/ (eH H   33BH CH M OCTH   Ha  Tex- 3(Ji(|ieKT  H  4>yHKi?HH   3aTpaT.  06m H ft  actxJieKT  onpe/ i;eneH   Kan oTHOiueHHe  T exH m ecK oro 3