Целью задачи оптимизации режимов частотно-регулируемого асинхронного электропривода является достижение экстремума функции качества (критерия оптимальности). Для электроприво­дов одним из важных критериев качества по энергетическим со­ображениям и надежности являются потери мощности. Требова­ния оптимальности по потерям можно рассматривать по отноше­нию к двигателю, преобразователю частоты и в целом к электро­приводу.

Выявление оптимального режима управления по минимуму потерь двигателя имеет значение в следующих случаях:

При обеспечении минимума потерь для ограничения нагрева двигателя и расширения области допустимых по нагреву момен­тов нагрузки;

Для анализа эффективности законов частотного управления по критерию потерь при использовании в качестве эталона закона управления по минимуму потерь в двигателе.

Целью в этих случаях является обеспечение надежной работы двигателя, так как даже незначительное повторяющееся превыше­ние температуры обмотки статора сверх допустимой приводит к ускоренному старению изоляции и сокращению срока службы АД.

С позиции обеспечения экономичной и надежной работы ПЧ целесообразна постановка задачи оптимизации его режимов по критерию потерь мощности преобразователя.

Оптимизация режимов электропривода по минимуму потерь в системе ПЧ-АД имеет практический смысл при рассмотрении электропривода как потребителя электроэнергии. При этом важно знать в каком соотношении к условию минимума потерь в систе­ме ПЧ-АД находятся потери в асинхронном двигателе и преоб­разователе частоты.

Рассмотрим одну из возможных постановок задачи оптимиза­ции частотно-регулируемого электропривода по потерям мощно­сти в АД, для которого режим работы с постоянным или медлен­но изменяющимся моментом нагрузки является основным .

Предположим, что технологический процесс требует регули­рования скорости и характеризуется изменением момента стати­ческого сопротивления рабочего органа производственного меха­низма. В общем случае задача оптимального управления решается для множества точек, соответствующих предписанной условиями технологической задачи области изменения момента Ми скорости со асинхронного двигателя.

/ы=(Ры, Т,аы), (3.52)

где F, Т я Q - соответственно график, область определения и область значений функции /

В формулах (3.51) и (3.52) область определения T={t: t0< t

Области значений функций следующие:

QM ={M:fM (/) = М, Mmin <М < М

^о) = {со. (t) - СО, COmjn < СО ^ С0тах },

где Mmin, comin и Мтах, сотах - соответственно нижние и верхние границы множеств QM и Q. m.

Графики функций имеют вид:

Рм ~ є Т х£2дj: fM (ґ) = М};

Fa = {(Л со) є Т х: /ш (t) = со}.

Введем в рассмотрение вектор состояния X = (М, со), X є £2Х = = QMx QM и вектор управления U = (мь со,), U є = £2М[ х £2Ml. Здесь QUl и £2Ш| - области допустимых значений управляющих воздей­ствий по амплитуде (и,) и частоте (со,) выходного напряжения преобразователя частоты. Изменением U обеспечивается цель уп­равления (заданное состояние вектора X є £2Х)> необходимым ус­ловием достижения которой является

где F(Qи) - соответствие между множествами возможных состо­яний векторов X и U.

Условие (3.53) выполняется подбором мощности двигателя и преобразователя частоты.

Если Qx с F(Qи) , то для любых фиксированных X є Qx существует непустое множество допустимых управлений с чис­лом состояний U, превышающих единицу. Аналогичный вывод справедлив для каждой внутренней точки области Qx= F(QV).

Наличие свободы выбора управляющего воздействия в частот­но-регулируемом электроприводе позволяет решать технологиче­ские задачи при наилучшем значении критерия качества управле­нии. Если критерием оптимальности считать полные потери АД, то оптимальное управление UonT должно удовлетворять решению следующей задачи математического программирования:

АРЮ (X, U) -> nun;

S:f (X, U) = 0. (3.54)

Отметим основные особенности задачи, сформулированной в

ограничение /(X, U) = 0, представляющее по сути механиче­скую характеристику АД в неявном виде, при заданных значениях момента М и угловой скорости со накладывает дополнительную связь на свободу выбора переменных щ и со^

управление U = (и1}coi) имеет две компоненты, т. е. является векторной величиной.

Решение задачи (3.54) затруднено тем, что управляющее воз­действие U представляет собой вектор. Однако наличие ограниче­ния типа равенства позволяет снизить размерность оптимизируемой функции качества и этим свести задачу оптимизации с вектор­ным управляющим воздействием U к задаче оптимизации со ска­лярным управлением. При заданных условиями технологической задачи значениях М и со в качестве скалярного управляющего воз­действия принимается компонента со і вектора U.

При решении задачи синтеза оптимального управления вместо сох пользуются абсолютным скольжением двигателя (3, так как при за­данном значении скорости со величина (3 однозначно определяет coj.

Исходя из сказанного, задачу оптимизации по минимуму по­терь можно сформулировать в следующем виде:

АРав(Х, (3) -> min,

где - допустимая область варьируемой переменной.

Принадлежность (3 к области допустимых управлений Qp связа­на прежде всего с ограниченными возможностями преобразова­теля частоты по мощности. В зависимости от того, лежит решение задачи на границе области Qp или нет, различают безусловную и условную задачи оптимизации.

ДРдв(М, Р)->шіп=»|3опт; :{(3|0<|3<+°°}. (3.55)

При выборе метода решения задачи оптимизации полезно знать аналитические свойства экстремальных характеристик, т. е. пове­
дение функции полных потерь АД в каждой фиксированной точке предписанной области функционирования электропривода при изменении абсолютного скольжения. Одним из способов получе­ния информации о свойствах функции качества является метод простого перебора, или метод сканирования. Задача сводится к расчету значений функции потерь при заданной условиями тех­нологического процесса величине вектора X и изменении абсо­лютного скольжения с равномерным шагом.

Заметим, что расчет экстремальных характеристик на цифро­вой модели с учетом насыщения не требует обращения к итера­ционной процедуре вычисления магнитного состояния двигателя. При учете насыщения магнитное состояние двигателя определя­ется по заданным значениям М* и Р:

Рис. 3.24. Экстремальные характеристики АД типа 4А132М6 для относи­тельного значения со, = 1 и разных относительных значениях момента М» без учета насыщения (а) и с учетом насыщения по главному магнитно­му пути (б)

и разных фиксированных значениях момента в интервале 0,25 > > М* > 1,5. Эти характеристики позволяют выявить следующие свой­ства функции качества Д. РдВ, важные при обосновании метода по­иска экстремума:

унимодальность, т. е. наличие одного экстремума (минимума);

непрерывность и дифференцируемость;

выпуклость.

Остановимся на методах решения задачи оптимизации по ми­нимуму потерь АД. Так как функция качества ДРдв(Х, р) непре­рывна и выпукла и имеет непрерывную первую производную, то для отыскания экстремума этой функции можно воспользоваться известным в математическом анализе условием

Пренебрегая эффектами насыщения магнитной цепи и вытес­нения тока ротора, из условия (3.56) находится сравнительно про­стое аналитическое решение задачи (3.55), которое показывает, что оптимальное скольжение не зависит от момента нагрузки и определяется только параметрами и скоростью АД (см. рис. 3.24, а).

Однако решение задачи оптимального управления, получен­ное без учета насыщения машины, может быть использовано в ограниченной области изменения М и со. При изменении М и со в широких диапазонах магнитная цепь АД насыщается. В этом слу­чае учет насыщения АД по главному магнитному пути имеет прин­ципиальное значение при решении задач экстремального управ­ления . Качественное и количественное расхождения экс­тремальных характеристик, приведенных на рис. 3.24, говорят о необходимости учета насыщения при изменении момента в ши­роких пределах.

При учете насыщения магнитной цепи решение задачи опти­мизации по минимуму потерь АД значительно усложняется. Тем не менее при определенных условиях и допущениях возможно аналитическое решение этой задачи. Например, для двигателя с нелинейной характеристикой вида |/0 = /(/0) закон управления по минимуму полных потерь АД в диапазоне изменения момента -(2...3) < М, < +(2...3) с приемлемой точностью описывается параметрической системой, которая в принятой частично отно­сительной системе единиц имеет следующий вид :

где /0, - варьируемая величина.

dVo* (*о*) d/o*

Вспомогательная функция имеет вид F = -

а индуктивное сопротивление, зависящее от насыщения двигате­ля по главному магнитному пути,

^о - -^Оном:

Задаваясь последовательно с шагом Д/0* промежуточной пере­менной /0„ с помощью выражений (3.57) и (3.58) можно найти закон оптимального управления в виде (30пт = (30ПХ(Л/* = Мопт*, со»), обеспечивающий минимум суммарных потерь в двигателе. При подстановке в выражение (3.26) оптимальных значений токов ста­тора и ротора, а также главного потокосцепления получим

Д^дв. опт* = (Лс ^д)*1опт* kpijom*

+[АГ + кв (со, + Pom -) J (СО* + Ропт) Vo опт* ^мех^* (3.59)

Токи статора, ротора и главное потокосцепление в (3.59) рас­считываются по формулам (3.7), (3.10) и (3.11) при подстановке в них значений М* = Мопт* и р = ропт:

V2onr* РномРопт^опт*,

^ 1 ОПТ*= ^1ном е,(Р опт) V2опт* j VoonT* - ^0ном*^0 (Ропт) V2onT* >

^2опт* - ^2ном^2 (Ропт) V2onT*‘

Функции в формуле (3.60) можно записать в виде:

Є, (Ропт) = х? + R? (1 + л-0-%„)2 Р5„т;

Є 2 (Ропт) = ^2 Ропт?

50 (Ропт) = 1 + -^22^22аРопт-

Отметим, что формулы (3.57) и (3.58) приемлемы при любом характере кривой намагничивания, так как расчет входящих в них

зависимостей /г(і0*) и Л^(/0«) ведется непосредственно по ее коор­динатам.

Аналитические методы сравнительно просты, но применимы лишь для ограниченного диапазона изменения момента нагрузки двигателя. При параметрической форме представления закона оп­тимального управления усложняется решение задачи сравнитель­ной оценки эффективности законов частотного управления, ког­да по условиям технологического процесса заданы момент и ско­рость двигателя. В этих случаях целесообразно пользоваться чис­ленными алгоритмами поиска экстремума функции потерь. Рас­смотрим один из возможных численных методов.

При фиксированных значениях М и со задача (3.55) сводится к однопараметрическому поиску экстремума, при котором можно использовать методом градиента как один из наиболее эффективных методов, отличающийся быстротой сходимости итерационного про­цесса и применяемый для непрерывно дифференцируемых выпук­лых унимодальных функций. Рассмотрим вычислительную схему по­иска экстремума функции ДРдв,(Л/*,со*,Р) методом касательных.

Исходные данные

1. Параметры модели Rb R2, L{a, Lla.

2. Коэффициенты уравнения суммарных потерь кс, кр, кг, кв, к к

3. Параметры поиска экстремума методом касательных: коэф­фициент шага X = const, база метода g, погрешность є.

4. Условия задачи - заданные значения момента М3* и со3*.

Схема итерации

1. Расчет магнитного состояния АД и констант номинального

реЖИМа. ¥0ном*э *0ном*5 -^ИЗномэ Рном> ^Ономэ Є|ном, Е2ном*

2. Установка условий задачи М* = М3*, со* = со3, и начального приближения р = рном.

3. Расчет магнитного состояния |/0»(М„, P+g), /0*(Л/», P+g), Х0(М*, P+g) для приращения скольжения p+g.

4. Расчет полных потерь АД ДРдв*(М*, со*, p+g) для приращения скольжения p+g.

5. Расчет координат магнитного состояния АД j/0*(M*, P~g), /0*(M„P-g), Z0(M„P~g) для приращения скольжения p-g.

6. Расчет полных потерь АД АРДВ,(М*, со„ P-g) для приращения скольжения P-g.

7. Расчет производной

d AD АРДВ* (Л/*,со*,Р +g)-Д-Рдв* (М*,со*,Р - g)

В качестве примера на рис. 3.25 приведены характеристики АД типа 4А132М6 при оптимальном управлении по минимуму АРав для разных относительных значений угловой скорости со*. Харак­теристики соответствуют фиксированным значениям скорости со*. При постоянных значениях скорости со* > 0,1 зависимость абсолютно­го скольжения от момента является нелинейной (см. рис. 3.25, а), причем с увеличением скорости нелинейный участок зависимо­сти охватывает все более широкий диапазон изменений момента. Зависимость абсолютного скольжения от скорости наиболее сильно проявляется в зоне малых значений момента нагрузки, т. е. при

М* < 0,5. В этой же области скольжение менее всего зависит от изменения момента.

В нелинейной области характеристики намагничивания наи­большее влияние оказывает момент нагрузки и в меньшей сте­пени скорость двигателя. Так, при М* = 0,5 и изменении скорости от со* = 0 до со* = 1 абсолютное скольжение возрастает в 1,46, при Л/* = 1 в 1,36 и при М* = 2,2 в 1,02 раза. При изменении нагрузки в диапазоне от М* = 1 до Л/* = 2,2 абсолютное скольжение возра­стает при скорости со* = 1 в 2,34 раза, а при со* = 0 в 5,15 раза. Величина оптимального абсолютного скольжения в точке (Мном«, ^ном*) меньше номинального значения на 29%.

В точке М* = 0 закон оптимального управления (30ПТ(Л/*, со*) при всех значениях скорости имеет конечный разрыв с односторон­ними пределами. При больших значениях М* графики функции РоптІМ*> “*) имеют практически линейный характер.

Чем больше значение момента и ниже скорость двигателя, тем более критично изменяются потери в функции от абсолютного скольжения. Изменение момента значительно сильнее влияет на величину абсолютного скольжения, соответствующего минимуму потерь, чем при высоких значениях момента. Таким образом, ана­лиз графиков ропт(М*, со,) говорит о недопустимости пренебреже­ния зависимостью оптимального абсолютного скольжения от мо­мента двигателя.

Характеристики магнитного потока при управлении по мини­муму потерь двигателя (см. рис. 3.25, б) показывают, что при оп­тимальном управлении магнитный поток изменяется в широких пределах и зависит как от момента, так и от скорости, т. е. |/0оПт* = = Уоопт*(М*, со*). На магнитный поток в большей мере оказывает влияние момент нагрузки. Для двигателя 4А132М6 при со* = 1 и изменении момента от М* = 0,1 до М* = 3 поток двигателя увели­чивается в 3,3 раза, а при со* = 0 в 2,2 раза. Изменение скорости вращения двигателя в диапазоне от со* = 0 до со* = 1 незначительно влияет на величину потока. С увеличением момента влияние ско­рости на поток уменьшается. Для обеспечения режима минималь­ных потерь требуется форсирование магнитного потока относи­тельно его номинального значения, что достигается за счет уве­личения напряжения обмотки статора.

Характеристики потерь АРДВ 0ПТ*(М„ со*) и коэффициента по­лезного действия Лдв. опт^*, со*) при оптимальном управлении пред­ставлены соответственно на рис. 3.25, в и рис. 3.25, г.

Режим минимальных потерь при Х0 = Х0ном = const иллюст­рируется характеристиками АД, представленными на рис. 3.27. Эти характеристики показыва­ют, что для АД с линейной ха­рактеристикой намагничива­ния (без учета насыщения) оп­тимальное скольжение не зависит от момента двигателя и опреде­ляется угловой скоростью и параметрами АД. При фиксирован­ной скорости суммарные потери двигателя изменяются пропор­ционально электромагнитному моменту, а КПД постоянен. Маг­нитный поток существенно возрастает при увеличении момента. Таким образом, пренебрежение насыщением АД по главному маг-

160" align="center">

А^дв.(Р)-АЛв. (Р опт) АЛ.. (Ропт) ’

где ДРдВ*((3опт) - минимальное значение суммарных потерь при заданных Л/* и со*.

Следовательно,

А-^дв* (Ропт) - Д-^дв* (А/*, (О*, Р).

По степени приближения АРДВ к нулю формула (3.61) позволя­ет оценить эффективность различных законов частотного управ­ления в сравнении с оптимальным управлением по минимуму суммарных потерь АД.

Если области изменения момента нагрузки и скорости доста­точно широки, то графики функции Р(Л/*,со,), обеспечивающие режимы их/щ = const И |fj = const, имеют общие точки с графиком оптимальной функции ропх(Л/», со*) (рис. 3.28). В общих точках соот­ветствующие оценки эффективности равны нулю, а при скольжени­ях, отличающихся от оптимальных значений,_ превышают мини­мальное значение, т. е. &Рав = 0 при Р = ропт; АРав > 0 при р ф ропт.

Следовательно, функции АРдв(М*,со*) при и{/со, = const, у, = = const, J/0 = const И l|/2 = const имеют явно выраженный минимум. При Р -» ропт оценка АРдв -> 0.

На рис. 3.29 приведены графики зависимости оценок эффек­тивности АД типа 4А132М6 от угловой скорости для разных зако­нов частотного управления: 1 - ии/coj* = «1ном*/со1ном*; 2 - ц/j* = у^ом*;

З - |/0* = Vohom*; 4 - |/2* =)/2ном*- На рис. 3.29 видно, что при измене­нии М* и со, оценки эффективности изменяются в широких пре­делах. Значения АРДВ(М*, со») сильно возрастают с уменьшением М, и со, а также при Л/*, превышающих значение момента в но­минальном режиме АД.

Вместе с тем для каждого закона частотного управления суще­ствуют области изменения Л/* и со*, в которых полные потери АД равны минимально возможным или незначительно отличаются от них. Однако эти области ограничены сравнительно небольшим диапазоном изменения момента и скорости, что свидетельствует о рациональности применения закона оптимального управления по минимуму полных потерь АД. Например, расчеты режимов «!*/«!* = «1ном*/«1ном*; Vl* = VlНОМ*.показывают, что при допуске в 10% на превышение потерь (АРдв <0,1) допустимый диапазон

изменения момента для со, = 0,1 составляет 0,25 < М* < 0,66 при законе управления щ*/со,* = Иіном*/шіном* и "0,25 < А/, < 0,74 при законе Уі* = vj/]H0M*. Для скорости со, = соном, момент двигателя не должен превышать М„ = Мном*.

Режимы управления при постоянстве главного потокосцепле­ния и полного потокосцепления ротора имеют более широкий диапазон изменения момента, удовлетворяющий допуску на превы­шение потерь ДРдв <0,1: при со* = 0,1 он составляет 0,35 < Л/* < 1,12, а для скорости со* = соном* момент ограничен условием 0,45 < Л/* < 1,45.

Аналогично формуле (3.61) вводится оценка эффективности закона частотного управления по коэффициенту полезного дей­ствия fjflB(M*,co*), характер изменения которого отражает пове­дение функций ДРдв(Л/*,со*).

Сравнение различных законов частотного управления АД пока­зывает преимущество закона оптимального управления и целесо­образность его осуществления в системах автоматического управ­ления электроприводами в тех случаях, когда угловая скорость и момент двигателя изменяются в широких пределах.

Оптимизация режимов работы системы ПЧ-АД по минимуму суммарных потерь ДРЭП. При постановке этой задачи представляет интерес исследование влияния режимов двигателя на характери­стики преобразователя частоты и в первую очередь на мощность потерь ДРПч

Результаты исследований статических характеристик АД пока­зывают, что асинхронный двигатель как объект управления обла­дает экстремальными характеристиками по ряду частных критериев качества. В том числе имеют экстремумы ток статора /, и активная мощность Рх двигателя, от которых зависят электрические потери преобразователя частоты. Для решения задачи оптимизации режи­мов системы ПЧ-АД по минимуму потерь преобразуем выраже­ния (3.7) и (3.14), для чего в них вместо потокосцепления ротора

|/ij, подставим ц/2* = - М*. В результате получим следующие за­

висимости тока статора и активной мощности от М*, со* и Р:

ij* (Л/*, р) =

Ph, (М*, со*, р) =

На рис. 3.30 приведены графики, иллюстрирующие экстремаль­ный характер функций /„(М,^) и ЛДМ*, со*, (3), рассчитанные для скорости со* = 1 и разных фиксированных значений момента (0,25 < М* < 1,25, шаг по моменту АЛ/* = 0,25). Заметим, что экстре­мумы активной мощности по варьируемой переменной р совпадают с экстремумом функции полных потерь, так как при заданных значениях скорости и момента изменение активной мощности при варьировании скольжением связано только с изменением потерь в двигателе.

Экстремальный характер функций /]*(М*, р) и P^(Mt, to*, Р) предопределяет наличие экстремума функции электрических по­терь ДПЧ с автономным инвертором напряжения при питании его от неуправляемого выпрямителя. Запишем составляющие электрических потерь преобразователя в относительных единицах с учетом формул (2.53), (2.58) и (2.59), взяв в качестве базисной величину потерь при номинальном режиме работы двигателя. Тог­да относительные потери в выпрямителе и инверторе преобразо­вателя частоты определятся из следующих выражений:

А^и. п* ~ (^в1 ^в2^1*) Р* (^р. вх ^р. ф) (3.64)

А^а. и* - (^кл1 ^кл2^1*)А* ^р. вых*1* (^клЗном^І* ^кл4ном*1*)-^1*? (3.65)

а постоянные коэффициенты имеют вид: квХ = -^ =

А-^дв. ном

Д-^р. ЮС. Jr _ А-/р. вх. НОМ. _ А/^).ф. ноМ. tr _ ^Рр. вых. ном. jr _

Р, 5 Р-ВХ - “ГБ ’ ^Р-Ф “ "Тр ’ Р-®ых - --Z, Ккл./ -

^-Гдв. ном ^^дв. ном ^*дв. ном дв. ном

Кл " ном, где і = 1,4 характеризует удельный вес составляющих

электрических потерь по отношению к суммарным потерям дви­гателя при номинальном режиме работы.

Как следует из формул (3.64) и (3.65), потери в выпрямителе зависят от тока статора, а потери в автономном инверторе - от тока статора и активной мощности двигателя. Наличие экстрему­мов тока статора /t* и активной мощности Ри обусловливает эк­стремальный характер отдельных составляющих электрических по­терь выпрямителя Д/>ИЛ1„ инвертора ДРаи* и суммарных электри­ческих потерь преобразователя Д/пч - ® частности, режим мини­мальных потерь АД обеспечивает минимум электрических потерь в источнике питания АИН.

На рис. 3.31 приведены графики, иллюстрирующие экстремаль­ный характер функции ДРпч*(Л/*,со*,р*). Экстремальные характери­стики электрических потерь ДПЧ с автономным инвертором на­пряжения рассчитаны по формулам (3.64) и (3.65) для скорости со* = 1 и разных фиксированных значений момента (0,25 < М» < 1,25, шаг по моменту ДМ* = 0,25). В общем случае значения скольжения, доставляющие минимумы электрическим потерям ДРПч*> актив­ной мощности Р]* (потерям двигателя Д-Рдв*) и току статора /,. не совпадают. Однако отметим, что режим минимальных потерь ДРПч* достаточно близок как к оптимальному режиму по минимуму по­терь двигателя ДРдв*, так и к режиму минимального тока статора /і*. К аналогичному выводу приходим, анализируя характер пове­дения коэффициента полезного действия Т1эп.

Строгое решение задачи оптимизации режимов системы «пре­образователь частоты - асинхронный двигатель» без учета огра-

ничений на управление может быть получено в следующей ее по­становке:

(-Л/, О), Р) > ^ Ропт?

0р:{р|0<р<+оо}.

Оптимальное скольжение, обеспечивающее минимум функции потерь АРэп(М, со, Р), определяется численными методами. Рассмот­ренный выше алгоритм поиска минимума функции качества ДРдв(М, со, (3), базирующийся на методе касательных, сравнитель­но просто обобщается на случай минимизации функции потерь системы ПЧ-АД.

На рис. 3.32, показаны характеристики закона оптимального управления и КПД системы ПЧ-АД в режиме ДРЭП* -» min. При­веденные на рис. 3.32, а графики оптимального по минимуму А. РЭП*(М*, со*, Р) управления ропт = ропт(М„ со*) рассчитаны для ряда фиксированных значений угловой скорости (0 < со, < 1, шаг по ско­рости Дсо* = 0,25). Сравнивая их с графиками оптимального по ми­нимуму суммарных потерь АД управления, находим качественное их совпадение. Зависимости КПД системы ПЧ-АД от Л/* и со, (см. рис. 3.32, б) показывают эффективность режима оптимально­го по минимуму АРЭП*(М„ со*, Р) управления с энергетической точки зрения.

Таким образом, проведенный анализ возможностей оптималь­ного по ряду показателей управления частотно-регулируемым асин­хронным двигателем и приведенные общие количественные оцен­ки, характеризующие разные законы оптимального управления, позволяют обоснованно выбирать и внедрять необходимый закон управления в зависимости от параметров и режимов работы АД.

В подтверждение вывода в табл. 3.2 приведены потери для дви­гателя типа 4А132М6, имеющего Рном = 7,5 кВт, при разных зако­нах оптимального управления для нескольких значений скорости двигателя.

Количественная оценка АР№ при оптимальных режимах управле­ния показывает практическое их совпадение. Так, превышение ДРдв минимально возможных потерь в двигателе в режиме управления по минимуму тока статора при 0,2 < Л/* < 1,2 и 0,25 < М* < 1,25 со­ставляет 8 %.

Данный период в развитии ребенка очень важен, так как меняется социальная ситуация, он приобретает новую социальную роль. Ребенок осваивает свои новые возможности и права, усваивает социальные правила. Семья в данном возрасте остается главным социальным институтом для малыша. Он идентифицируется со значимыми взрослыми (родителями) и приобретает новый социальный опыт в общении со сверстниками.

В период младшего школьного возраста осуществляется развитие таких психических функций, как память, мышление, восприятие, речь. В 7 лет уровень развития восприятия достаточно высок. Ребенок воспринимает цвета и формы предметов. Высок уровень развития зрительного и слухового восприятия.

На начальном этапе обучения выявляются сложности в процессе дифференциации. Это обусловлено еще не сформировавшейся системой анализа восприятия. Способность детей производить анализ и дифференциацию предметов и явлений связана с еще не сформировавшимся наблюдением. Уже мало просто ощущать и в системе школьного обучения. Восприятие приобретает целенаправленные формы, перекликаясь с другими психическими процессами и переходя на новый уровень - уровень произвольного наблюдения.

Память в период младшего школьного возраста отличается ярким познавательным характером. Ребенок в этом возрасте начинает понимать и выделять мнемическую задачу. Происходит процесс формирования методов и приемов запоминания.

Для этого возраста характерен ряд особенностей: детям проще запоминать материал на основе наглядности, чем на основе объяснений; конкретные названия и наименования откладываются в памяти лучше, чем абстрактные; для того чтобы информация прочно закрепилась в памяти, даже если это абстрактный материал, необходимо связывать ее с фактами. Для памяти характерно развитие в произвольном и осмысленном направлениях. На начальных этапах обучения детям свойственна непроизвольная память. Это связано с тем, что они еще не могут сознательно анализировать получаемую информацию. Оба вида памяти в этом возрасте сильно изменяются и объединяются, появляются абстрактная и обобщенная формы мышления.

Периоды развития мышления:

1)преобладание наглядно-действенного мышления. Период схоже процессами мышления в дошкольном возрасте. Дети еще не умеют логически доказывать свои умозаключения. Они выстраивают суждения на основе отдельных признаков, чаще всего внешних;

2)дети овладевают таким понятием, как классификация. Они все еще судят о предметах по внешним признакам, но уже способны выделить и соединить отдельные части, объединив их. Так, обобщая, дети учатся абстрактному мышлению.

Ребенок в этом возрасте достаточно хорошо овладевает родным языком. Высказывания носят непосредственный характер. Ребенок либо повторяет высказывания взрослых, либо просто называет предметы и явления. Также в этом возрасте ребенок знакомится с письменной речью. К психическим новообразованиям в данный период развития ребенка можно отнести:

произвольность, рефлексия и внутренний план действий.

С появлением этих новых способностей психика ребенка подготавливается к следующему этапу обучения - переходу к обучению в средних классах.

Возникновение этих психических качеств объясняется тем, что, придя в школу, дети сталкиваются с новыми требованиями, которые им предъявили учителя как школьникам.

Ребенку следует научиться управлять своим вниманием, быть собранным и не отвлекаться на различные раздражающие факторы. Происходит формирование такого психического процесса, как произвольность, которая необходима для достижения поставленных целей и определяет умение ребенка находить наиболее оптимальные варианты для достижения цели, избегая или преодолевая возникающие сложности.

Изначально дети, решая различные задачи, сначала обсуждают пошагово свои действия с учителем. Далее у них происходит формирование такого умения, как планирование действия про себя, т.е. формируется внутренний план действия.

Одним из основных требований, предъявляемых к детям, является умение развернуто отвечать на поставленные вопросы, уметь привести доводы и аргументы. С самого начала обучения за этим следит учитель. Значимым является отделение от ответов-шаблонов собственных умозаключений и рассуждений ребенка. Формирование умения самостоятельно давать оценку является основополагающим в развитии рефлексии.

Значимым является еще одно новообразование - умение управлять собственным того как ребенок поступил в школу, у него не было необходимости преодолевать собственные желания (бегать, прыгать, разговаривать и т.д.).

Попав же в новую для себя ситуацию, он вынужден подчиняться установленным правилам: не бегать по школе, не разговаривать во время урока, не вставать и не заниматься посторонними вещами во время занятий.

С другой стороны, он должен выполнять сложные двигательные действия: писать, рисовать. Все это требует от ребенка значительной саморегуляции и самоконтроля, в формировании которых ему должен помочь взрослый.

Увеличение роста и веса, выносливости, жизненной ёмкости лёгких идёт довольно равномерно и пропорционально.

Костная система младшего школьника ещё находится в стадии формирования — окостенение позвоночника, грудной клетки, таза, конечностей ещё не завершено, в костной системе ещё много хрящевой ткани.

Процесс окостенения кисти и пальцев в младшем школьном возрасте также ещё не заканчивается полностью, поэтому мелкие и точные движения пальцев и кисти руки затруднительны и утомительны.

Происходит функциональное совершенствование мозга — развивается аналитико-систематическая функция коры; постепенно изменяется соотношение процессов возбуждения и торможения: процесс торможения становится всё более сильным, хотя по-прежнему преобладает процесс возбуждения, и младшие школьники в высокой степени возбудимы и импульсивны.

Учебная деятельность

Поступление в школу вносит важнейшие изменения в жизнь ребёнка. Резко изменяется весь уклад его жизни, его социальное положение в коллективе, семье. Основной, ведущей деятельностью становится отныне учение, важнейшей обязанностью — обязанность учиться, приобретать знания. А учение — это серьёзный труд, требующий организованности, дисциплины, волевых усилий ребёнка. Школьник включается в новый для него коллектив, в котором он будет жить, учиться, развиваться целых 11 лет.

Основной деятельностью, его первой и важнейшей обязанностью становится учение — приобретение новых знаний, умений и навыков, накопление систематических сведений об окружающем мире, природе и обществе.

Разумеется, далеко не сразу у младших школьников формируется правильное отношение к учению. Они пока не понимают, зачем нужно учиться. Но вскоре оказывается, что учение — труд, требующий волевых усилий, мобилизации внимания, интеллектуальной активности, самоограничений. Если ребёнок к этому не привык, то у него наступает разочарование, возникает отрицательное отношение к учению. Для того, чтобы этого не случилось учитель должен внушать ребёнку мысль, что учение — не праздник, не игра, а серьёзная, напряжённая работа, однако очень интересная, так как она позволит узнать много нового, занимательного, важного, нужного. Важно, чтобы и сама организация учебной работы подкрепляла слова учителя.

На первых порах учащиеся начальной школы хорошо учатся, руководствуясь своими отношениями в семье, иногда ребёнок хорошо учится по мотивам взаимоотношений с коллективом. Большую роль играет и личный мотив: желание получить хорошую оценку, одобрение учителей и родителей.

Вначале у него формируется интерес к самому процессу учебной деятельности без осознания её значения. Только после возникновения интереса к результатам своего учебного труда формируется интерес к содержанию учебной деятельности, к приобретению знаний. Вот эта основа и является благоприятной почвой для формирования у младшего школьника мотивов учения высокого общественного порядка, связанных с подлинно ответственным отношением к учебным занятиям.

Формирование интереса к содержанию учебной деятельности, приобретению знаний связано с переживанием школьниками чувства удовлетворения от своих достижений. А подкрепляется это чувство одобрением, похвалой учителя, который подчёркивает каждый, даже самый маленький успех, самое маленькое продвижение вперёд. Младшие школьники испытывают чувство гордости, особый подъём сил, когда учитель хвалит их.

Большое воспитательное воздействие учителя на младших связано с тем, что учитель с самого начала пребывания детей в школе становится для них непререкаемым авторитетом. Авторитет учителя — самая важная предпосылка для обучения и воспитания в младших классах.

Учебная деятельность в начальных классах стимулирует, прежде всего, развитие психических процессов непосредственного познания окружающего мира — ощущений и восприятий. Младшие школьники отличаются остротой и свежестью восприятия, своего рода созерцательной любознательностью. Младший школьник с живым любопытством воспринимает окружающую среду, которая с каждым днём раскрывает перед ним всё новые и новые стороны.

Наиболее характерная черта восприятия этих учащихся — его малая дифференцированность, где совершают неточности и ошибки в дифференцировке при восприятии сходных объектов. Следующая особенность восприятия учащихся в начале младшего школьного возраста — тесная связь его с действиями школьника. Восприятие на этом уровне психического развития связано с практической деятельностью ребёнка. Воспринять предмет для ребёнка — значит что-то делать с ним, что-то изменить в нём, произвести какие-либо действия, взять, потрогать его. Характерная особенность учащихся — ярко выраженная эмоциональность восприятия.

В процессе обучения происходит перестройка восприятия, оно поднимается на более высокую ступень развития, принимает характер целенаправленной и управляемой деятельности. В процессе обучения восприятие углубляется, становится более анализирующим, дифференцирующим, принимает характер организованного наблюдения.

Некоторые возрастные особенности присущи вниманию учащихся начальных классов. Основная из них — слабость произвольного внимания. Возможности волевого регулирования внимания, управления им в начале младшего школьного возраста ограничены. Произвольные внимания младшего школьника требует так называемой близкой мотивации. Если у старших учащихся произвольное внимание поддерживается и при наличии далёкой мотивации (они могут заставить себя сосредоточиться на неинтересной и трудной работе ради результата, который ожидается в будущем), то младший школьник обычно может заставить себя сосредоточенно работать лишь при наличии близкой мотивации (перспективы получить отличную отметку, заслужить похвалу учителя, лучше всех справиться с заданием и т. д.).

Значительно лучше в младшем школьном возрасте развито непроизвольное внимание. Всё новое, неожиданное, яркое, интересное само собой привлекает внимание учеников, без всяких усилий с их стороны.

Возрастные особенности памяти в младшем школьном возрасте развиваются под влиянием обучения. Усиливается роль и удельный вес словесно-логического, смыслового запоминания и развивается возможность сознательно управлять своей памятью и регулировать её проявления. В связи с возрастным относительным преобладанием деятельности первой сигнальной системы у младших школьников более развита наглядно-образная память, чем словесно-логическая. Они лучше, быстрее запоминают и прочнее сохраняют в памяти конкретные сведения, события, лица, предметы, факты, чем определения, описания, объяснения. Младшие школьники склонны к механическому запоминанию без осознания смысловых связей внутри запоминаемого материала.

Основная тенденция развития воображения в младшем школьном возрасте — это совершенствование воссоздающего воображения. Оно связано с представлением ранее воспринятого или созданием образов в соответствии с данным описанием, схемой, рисунком и т. д. Воссоздающее воображение совершенствуется за счёт всё более правильного и полного отражения действительности. Творческое воображение как создание новых образов, связанное с преобразованием, переработкой впечатлений прошлого опыта, соединением их в новые сочетания, комбинации, также развивается.

Под влиянием обучения происходит постепенный переход от познания внешней стороны явлений к познанию их сущности. Мышление начинает отражать существенные свойства и признаки предметов и явлений, что даёт возможность делать первые обобщения, первые выводы, проводить первые аналогии, строить элементарные умозаключения. На этой основе у ребёнка постепенно начинают формироваться элементарные научные понятия.

Аналитико-синтетическая деятельность в начале младшего школьного возраста ещё весьма элементарна, находится в основном на стадии наглядно-действенного анализа, основывающегося на непосредственном восприятии предметов.

Для него характерны новые отношения со взрослыми и сверстниками, включение в целую систему коллективов, включение в новый вид деятельности — учение, которое предъявляет ряд серьёзных требований к ученику.

Всё это решающим образом сказывается на формировании и закреплении новой системы отношений к людям, коллективу, к учению и связанным с ними обязанностям, формирует характер, волю, расширяет круг интересов, развивает способности.

В младшем школьном возрасте закладывается фундамент нравственного поведения, происходит усвоение моральных норм и правил поведения, начинает формироваться общественная направленность личности.

Характер младших школьников отличается некоторыми особенностями. Прежде всего, они импульсивны — склонны незамедлительно действовать под влиянием непосредственных импульсов, побуждений, не подумав и не взвесив всех обстоятельств, по случайным поводам. Причина — потребность в активной внешней разрядке при возрастной слабости волевой регуляции поведения.

Возрастной особенностью является и общая недостаточность воли: младший школьник ещё не обладает большим опытом длительной борьбы за намеченную цель, преодоления трудностей и препятствий. Он может опустить руки при неудаче, потерять веру в свои силы и невозможности. Нередко наблюдается капризность, упрямство. Обычная причина их — недостатки семейного воспитания. Ребёнок привык к тому, что все его желания и требования удовлетворялись, он ни в чём не видел отказа. Капризность и упрямство — своеобразная форма протеста ребёнка против тех твёрдых требований, которые ему предъявляет школа, против необходимости жертвовать тем, что хочется, во имя того, что надо.

Младшие школьники очень эмоциональны. Эмоциональность сказывается, во-первых, в том, что их психическая деятельность обычно окрашена эмоциями. Всё, что дети наблюдают, о чём думают, что делают, вызывает у них эмоционально окрашенное отношение. Во-вторых, младшие школьники не умеют сдерживать свои чувства, контролировать их внешнее проявление, они очень непосредственны и откровенны в выражении радости. Горя, печали, страха, удовольствия или неудовольствия. В-третьих, эмоциональность выражается в их большой эмоциональной неустойчивости, частой смене настроений, склонности к аффектам, кратковременным и бурным проявлениям радости, горя, гнева, страха. С годами всё больше развивается способность регулировать свои чувства, сдерживать их нежелательные проявления.

Большие возможности предоставляет младший школьный возраст для воспитания коллективистских отношений. За несколько лет младший школьник накапливает при правильном воспитании важный для своего дальнейшего развития опыт коллективной деятельности — деятельности в коллективе и для коллектива. Воспитанию коллективизма помогает участие детей в общественных, коллективных делах. Именно здесь ребёнок приобретает основной опыт коллективной общественной деятельности.

Самооценка младших школьников с разной успеваемостью

Самооценка младшего школьника во многом зависит от оценок учителя. В этом возрасте идет интенсивный процесс формирования учебной деятельности как ведущей. Ее организация, обеспечивающая овладение обобщенными способами действий, несет в себе большие возможности для развития таких оснований самооценки, как ориентация на предмет деятельности и способы его преобразования. Сформированная ориентация на способы действия создает новый уровень отношения учащегося к самому себе как субъекту деятельности, способствует становлению самооценки как достаточно надежного механизма саморегуляции.

Учащимся, ориентирующимся на способ действия, присущи исследовательский тип самооценки, осторожность, рефлексивность в оценке своих возможностей.

Дети, которые испытывают значительные затруднения в усвоении программного материала, получают чаще всего отрицательные оценки. Школьник становится слабоуспевающим на каком-то этапе учения, когда обнаруживается определенное расхождение между тем, что от него требуют, и тем, что он в состоянии выполнить. На начальном этапе отставания расхождение это недостаточно осознается, а главное, не принимается школьником: большинство неуспевающих детей первых и вторых классов переоценивают результаты своей учебной деятельности. К четвертому классу уже выявляется значительный контингент отстающих детей с пониженной самооценкой, и у неуспевающих учеников мы можем наблюдать нарастающую из класса в класс тенденцию к недооценке своих и так весьма ограниченных успехов.

Уровень притязаний складывается под влиянием успехов и неуспехов в предшествующей деятельности. Тот, кто часто терпит и неудачу, и дальше ожидает неудачу, и, наоборот, успех в предшествующей деятельности предрасполагает к ожиданию успеха и в дальнейшем. Если в учебной деятельности отстающих детей преобладает неуспех над успехом, постоянно подкрепляемые низкими оценками их работы учителем, это о ведет к нарастанию у них уверенности в себе и чувства неполноценности. Культивированию низкой самооценки у неуспевающих способствуют также еще более низкие, чем оценки учителя, взаимооценки учеников по классу, которые переносят неуспехи отстающих детей в учении на все другие сферы их деятельности и личности.

Общение детей в начальных классах

Навыки межличностного общения у младших школьников, как правило, развиты недостаточно. Есть дети с пониженной социальной активностью, склонные к одиночеству,— они любят читать, собирать марки, клеить модели самолетов, сидеть и размышлять. Часть детей в своих отношениях со сверстниками использует не слишком удачные социальные стратегии. Ученикам начальных классов свойственны четыре типа подобного поведения: подлиза, клоун, псевдовзрослый и хулиган.

Подлиза доводит свою услужливость до крайности, старается добиться дружбы с помощью подобострастия, лести и прямого подкупа. Клоун готов «на ушах стоять», чтобы привлечь к себе внимание окружающих и вызвать одобрение. Псевдовзрослый — это ученик, которому не удалось добиться признания сверстников, поэтому он ищет общества старших и старается завоевать их внимание. Он становится любимцем учителей, но не потому, что хочет этого, а потому, что учитель — единственный человек, к сердцу которого он нашел ключик. Хулиган ищет компании младших и слабых детей, которых может терроризировать и подавлять. Справиться с равными ему не по силам, поэтому будет командовать теми, у кого слабая воля, или с теми, кто его боится. Обычно хулиган и подлиза находят друг друга, но это плохая дружба.

Половая дифференциация младших школьников в совместной деятельности

В условиях совместной деятельности дошкольников и младших школьников одного пола, когда они оказываются в ситуации угрозы наказания (или ожидания награды), мальчики приблизительно одинаково оценивают свои усилия в собственную пользу и в пользу товарищей, но реально лишь чуть больше половины мальчиков (56%) ведут себя соответственно. Они менее адекватно оценивают свое реальное поведение. Оценки своего поведения и своего намерения у них скорее всего носят случайный характер.

Девочки обнаруживают более высокий уровень социального поведения. Хотя «эгоистичных» девочек в целом больше, чем мальчиков, но они либо намеренно скрывают это и «на публику» демонстрируют социально одобряемые формы поведения, либо не осознают своего мотива. Часть девочек осознанно демонстрирует негативное поведение, направленное против моральной нормы помощи, и в данном случае противоречия между вербальным и реальным поведением у них нет.

Исследования показали, что у девочек во всех ситуациях совместной деятельности показатели гуманных отношений ниже, чем у мальчиков. Это показывает, что альтруистическая репутация девочек, существующая в обыденном сознании, сильно преувеличена. Девочки показывают более высокий уровень рефлексии и социальной ответственности и большую, чем мальчики, гибкость, способность словесно демонстрировать социально одобряемые формы поведения.

Если для мальчиков группа сверстников своего пола оказывается референтной, то для девочек не группа сверстниц, а взрослый наделяется свойством референтности.