автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка, исследование и промышленное внедрение электромеханических энергосберегающих автоматических стендов для комплексных испытаний трансмиссий летательных аппаратов

РГо ОД

Ка правах рукописи

Шмелев Владимир Александрович

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И Ш'ОШМЕШОЕ ВНЕШНИЕ ' ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ АВТОМАТИЧЕСКИХ СТЕНДОВ Ш КОМПЛЕКСНЫХ ИСПЫТАНИИ МЕХАНИЧЕСКИХ ТРАНСМИССИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Специальность: 05.09.03 -

электротехнические комплексы и систем, включая их управление и регулирование.

АвтореФ^пчт диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1995

Работа выполнено ыо Санкт-Петербургском мааиностроитель-ном заводе "Красный Октябрь".

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Путов.В.В. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Минеров А.Г. кандидат техниче ских наук Пал и щук ь.Б.

Ведущая организация - Научно-производственное предприятие "Завод им.В.Я.Климова", г.Саикт-Петербург.

Защита состоится. "27" аё¡¿сб^ьл 1995 г. ь ^_ часов

нэ заседании диссертационн .го совета К 063.36.08 Санкт-Петербургского государственного ¡электротехнического университета имени Ь.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул.Проф.Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан " 2.1 " И о Л С/у Я 1995 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Балаоух А.И.

- 1 -

ОБЩАЯ ХДРАКТЕК!СТ;КА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для эффективного производства в рышчной экономике характерна потребность быстро занимать отбывающиеся ниши спроса на основе структурной гибкости,экономичности и высокого уровня автоматизации технологически: процессов. Чрезвычайно вакное значение приобретает экономия энергоресурсов. Значительная ■часть эффективности производства летательных аппаратов обеспечивается за счет наземных стендовых испь гашш авиационной продукции, составляющих до ЗОЖ обшей трудоемкости ее изготовления и позволяющих в цеховых условиях проверять максимальное количество наиболее существенных параметров исследуемых узлов, агрегатов, конструкций. Одним из важнейших агрегатов вертолета является силовая установка, включающая авиа-.двигатели, механические трансмиссии (МТ), бортовые источники пневмо, пцфо и электроштания, несущие и рулевые в:шты. Проблема улучшения качества выпускаемых механических трансмиссий при сниженкии затрат на их производство решается за счет электрификации и комплексной автоматизации испытательных технологий в рамках построения систем автоматического управления электромеханическими испытательными стенда. При этом на первый план выдвигается задача обеспечения точности воспроизводства полетных нагрузок и скоростей вращения валов МТ, которая сильно осложняется наличием в трансмиссиях летательных аппаратов многих редукторов и упругих валов с малой крутильной жесткостью, характер взаимодействия которых с ротораьи электроприводов и нагру-кателей испытательного стенда существенно отличается от их взаимодействия с роторами турбин авиадвигателей, а также с несущими и рулевыми винтами, тем более в полетных условиях. Эта проблема может оыть решена применением к электроприводам электромеханических испытательных стендов современных математических методов и новейших средств автоматизации. Моккые динамические моделирующие стенды позволяют полутать возможность испытания качества, надежности, стабильности изготовления и других показателей ЭТ. Достоверность испытаний при этом определяется степенью адекватности модели,реализуемой стендом, реальным попетгум условиям работы трансмиссии. Очень существенны в этой области работы А.В.Вашарина, М.М.Ботвинника, Ю.А.Борцова, Г.М.Иванова, С.А.Ковчинэ, А.Г.Микеровэ, Г.Б.Онкценко, Н.Д.Поляхова, В.В.Путоза, Л.Н.Рассудова, А.С.Сандлера, О.В.Слеаановского, Г.Г.Соколовского и других ученых, ведущиеся во ВНММЭлектроприводе, ВНММЭМ, НШД, многих ВУЗах, ОКБ и заводах. Однако комплексное решение проблемы до сих пор не достигнуто, что связано с недостаточной эффективностью автоматизации испытаний. Для производственных ге це-

лей весьма актуальна задача разработки г«.а автоматических шщных электромеханических стендов, отвечающих требованиям прпеггосдаточных

обкаточных нсхшганлп!'механических трансмиссий летательных аппаратов, что и составляет основное содержание диссертационной работы.

Целью работы является решение научно-технической задачи построения ряда автоматических электромеханических непитательных стендов, обеспечивающих высококачественное военркзведенпе скоростей вращения к моментов нагрузки КГ вертолетов, эквивалентных полетным, в условиях -возбуждения низкочастотных многорегонашашх упругих колебаний и суиествоЕания взаимосвязи приводив.

Методы исследования. Для репенпя поставленных задач в работе применялись метода теории автоматизированного электропривода,теории алгоритмов, векторно-матричной алгебры, современной теории управления (метод пространства состояний, модального управления, функций Ляпунова), математического моделирававия. Экспериментальные исследо-вания для проверки и отрэостка алгоритмов к схем выполнялись на внедрявших прошаленша пенитзтедышх установках.

Научная новизна работы заключается в том,что впервые разработан комплекс силовых структур стендов и взаимосвязанных алгоритмов управления.которий обеспечивает качественную дии&мику и оптимизацию рабочих резишов исшшшзя продугацш. Н&8£ол&е существенны* результата исследований г&вшщенн авторскими свидетельствами,одно ив которых переведено в статус патента.

Практические результата диссертационной рзоотг связйш с разработкой шкенеркшс методтк расчета п проектирования модальных регуляторов электромагнитных и механических процессов, системы их взаимосвязи, цифровых регуляторов оптимизации энергетики, структурных, схемных и конструктивных ресений основных углов электромеханических трансмиссионных стендов, алгоритмов и программ автоматизации процесса испытаний Ml.

• Реализация в промышленности. Получ«шш« результаты лиссертацион-кой работы позволили разработать: рабочий проект автоматизированной испытательной станции механических трансмиссий вертолетов; оригинальные электромеханические "егштателыше установки вертолетных трзнсмиспй (А.сЛ.Ч001400, N1595305, патент Wi46064G); электронные блоки устройств подавления низкочастотных колеоанкй в кинематических и электомагннтннх силовых цепях испытательных стендов; программы оптимизации энергопотребления испытательных установок; программное обеспэчезшэ автоматизации технологического процесса испытаний МТ на стендах испытательной станции. Разработанные конструкции стен-

«

электронных олоков, пакеты прикладных программ внедрены на ис-мтательном предприятии "Автоматика" завода■"Красный октябрь" и со-'¡тавляют основу его производственного оборудования. Работа является )дной из реализованных задач территориально-отраслевой . программы •Интенсификация-90", плана экономического и социального .развития :сср на 1986 г. И.2.23.1 044.Л (И-90; с экономическим эффектом 1 /ига. 342 тысячи 337 рублей в ценах 1537-1991 гг, что отражено в па-•енте М1460640, а такж' подтверждено Справкой о внедрении результа-'ов диссертационной работы и двумя Актами внедрения, утвержденными 3-м Главным Управлением Министерства авиационной промышленности УХР. Результаты диссертации использовались в работе "Создание и промышленное внедрение электромеханических энергосберегающих стен-юв для комплексных испыташш агрегатов силовых установок '.вертолетов выдвигавшейся Министерством авиациошюй промышленности на со-¡скание премий Совета Министров СССР 1990 годэ. . Результаты работы ■недре:ш по контракту К7513015/003-91 от 3 июля 1991 г. на авиационном заводе ИЛОгЬТО'Ж^Т БШ£2ВЫ1 ыпЬН, ФРГ с экономическим эффектом' ■0510 долларов США, и подтверждены Актом приема-сдачи, помещенным в риложениях к диссертации. В настоящее время заключено Дополнительнее соглашение 11о1 от 17 сентября 1994 г. к Договору Но07513010-173/93 о взаимном сотрудничестве АООТ "Красный Октябрь" с Болгарс-:ой Государственной фирмой "Терем" 01 16.11.93. ка проектирование, :зготовление и поставку в марте 1995 года электромеханического пспы-■этелькогс стенда вертолетных трансмиссий в республику Болгария на Софийский вертолето-ремонтный завод "Летец".

Апробация работы, основные положения и результаты диссертации .складывались и обсуждались на:

XXXIX научно-технической конференции, посвяпенной ЮО-летню. Л5ТИ имени В.И.Ульянова (Ленина) 24 января 1936 года. Ленинград. Научно-технических конференциях "Автоматизация технологических процессов и промышленных установок" и '"Микропроцессорное управление технологическая! процессами" 1935 - 1988 гг. Пермь. Экспертном совете Сектора реализации программы "1йтенсификацня-?0" 5 мая 1936 года. Ленинград.

Координационном Совете предприятий Ленинградского региона по ГПС и ПК 15 киля 1936 года. Ленинград.

Научно-техническом семинаре "Применение микропроцессоров в задачах АСУ ИГ 7 мая 1936 года. Пермь.

XI Всесоюзном научно-техническом совещании "Создание .и внедрение систем автоматического и автоматизированного управления технологи-

ческими процессами", сентябрь 1986 года. Новгород. 1

-Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы и перспектив; автоматизации производства и управления на предприятиях приооро ; машиностроения" май 1987 г. Пермь.

-отраслевой научно-технической конференции MAII "Применение микро ЭВМ, микропроцессоров и микропроцессорных систем для автоматизаци испытаний и контроля агрегатов", сентябрь 1988 г. Пермь. -Отраслевом научно-техническом семинаре МАП "Опыт автоматизаци стендовых испытаний авиационных двигателей", октябрь 1988 г. Уфа. -отраслевом научно-техническом совещании МАП "Автоматизация стендо вых испытаний ГТД", июнь 1990 года. Рыоинск.

Пуоликации. По теме диссертации опубликовано IT печатных работ включая патент, 2 авторских свидетельства, 3 статьи, 9 тезисов до кладов научно-технических, конференций, 2 информационных листка.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состой из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающег 132 наименования, пяти приложений. Основная часть работы изложен на 150 страницах машинописного текста. Работа содержит 14 фотогра фий, ТО рисункоЕ, 2 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕНКАЖЕ РАБОТЫ.

Во введении определена научно-техническая прослемз.актуальност и значение ее решения для производства, современное состояние, цел новизна работы, сформулированы задачи исследований, основные поло» ния, выносимые на защиту, а также практическая значи мость получен ных результатов.

5 первой главе проведен анализ современных наземных испытатель ных технологий авиационной продукции. Выявлены недостатки таких те нологии, обусловлю.шые повышением требований со стороны совремекнг летательных аппаратов и их силовых установок, включая механически трансмиссии. Показано значение наземных испытательных технолоп для обеспечения стабильности производства и летных качеств авиацис ных механических трансмиссий. Исходя иг особенностей и целей разл* ных видов испытаний авиационных изделий, сформулированы требован» для обкаточных и ресурсных стендов механических вертолетных транс миссий.а также выделены решаемые ими задачи на режимах обкатки ici пенчатоизменяемых статических, установившихся нагрузках малой дл! тельности;, динамических и ресурсных режимах (запусках, разгона: торможениях, постоянных нагрузках большой длительности). Задачи pt жимое обкатки на электромеханическом стенде предусматривают подав;

яне уттруглх низкочастотных колебании в трансмиссии, частоты которых суиественно ниже,а амплитуды нашего выше тех же параметров рекмов полета из-за '-сльиих моментов инерции роторов нагрузочных электрома-£пк. Задачи з.е динамических и ресурсных режимов испытательных установок предусматривают воспроизведение стендом скоростей и моментов, связанных с трансмиссией авиадвигателей и приводимых агрегатов летательного аппарата, составлявши в совокупности нелинейную многосвяз-яув мехашческ?ю систем;.', внутренние функциональные связи которой для обеспечения реальных условий функционирования изделия и следовательно достоверности испытания должны оыть сохранены.

ос-зоо литературных источников, анализ технических решений и су-аесгвуквих испытательных стендов механических передач,применяемых в з?нации к машиностроении.показал, что наиболее перспективны для реализации сформулированных требований испитанхй трансмиссий электромеханические каскады взаимной нагрузки при условии существенного повышения их динамических качеств. Здесь же рассмотрены сушествугалие решения, удовлетворяющие требованиям обкаточных испытаний и улучшавшие динамические свойства электромеханических каскадов взаимной нагрузки, описываемых двухмассовсй диссипзтивной системой. Анализ спссс-С'ов улучшения динаиоки прок;л;Ле1шыл электромеханических установок методами автоматического управление позволил предлг :.:::ть для иепктз-тельннх стендов разветвленных трансмиссий,представляемых трех и солее массовой диесипатиЕНой системой с пеоеключаУЕйми нелинейностями, нэ пе^ом^х о:котки гашение y"pyriix низкочастотных ^е^сомаиий в механической передаче и связанны? с ними кодаознкй низкой частоты в электромагнитных цепях посредством медального регулирования с организацией развязыЕмаего управления взаимосвязями контур"""-. На ресурсных и динамических режимах предложенная структура должна быть дополнена контурами, ЕсздеистгУнсимк на входы локальных САУ скоростей и моментов, включаете«: м-.тематические модели ГТД и винтов организованные основе их динамических характеристик и на базе управляющей вычислительной техники, автоматизирующей испытания и оптимизирующей энергетику стенде.

Во второй главе рассмотрены особенности построения силовых схем электроприводов испытательных стендов мехзнических вертолетных трансмиссий. Приведены границы применимости матпш постоянного и переменного тока, связанные о мощностью нагружения и обусловленные их регулировочными свойства}.®, коммутацией на коллекторе, изменением маховых мзсс роторов, простотой и надежность» схем управления. Указаны условия использования в каскадах взаимной нагрузи! синхронных и асинхров-

ных электромашин, условия вдооты асинхронной иасккы по схемам лвойно-го питания МЛП, венткльно-машинного '.ВК и асинхронно-зентилънсго ЛВК каскадов. Установлен наиболее целесообразный для реализации обкаточных, динамических и ресурсных режимов испытания механический способ компенсации энергетических потерь каскада взаимной нагрузки и определена возможность оптимизации его энергетики синхронным генератором нагружающего устройства. На основе представленного материала сформулированы общие требования к электромеханическим автоматическим стек-дам переменного тока, предназначенным для обкаточных испытаний косных вертолетных трансмиссий, обоснована их обобщенная силовая структура, приведенная на рис.1, и рассмотрены ее основные особенности.

Третья, глава посвящена разработке структура САУ мощных электромеханических испытательных стендов вертолетных трансмиссий переменного тока. Для рассматриваемого в работе класса электромеханических систем характерно наличие нескольких близко расположенных низкочастотных механических и взаимосвязанных нелинейно с упругими электромагнитных резонансов, а также переключающих нелпкейноотей типа обгон ных муфт установленного на стенд испытуемого изделия. Обгонные муфты имеют небольшие люфты 7 и переключают вращение с одного привода на другой при изменении знака разности их скоростей. Б связи с этим испытательный стенд вертолетных трансмиссий переменного тока представляется как нелинейный взаимосвязанный электромеханический объект 'управления. Конструк'псвныт»! методами спектр собственных резонансных частот испытательной установки может быть сдвинут в высокочастотную, слабовозбуадаемую как электроприводом, так и возмущениям!! со стороны нагрузки область. Упругие же резонансы, оставшиеся ник верхней границы полосы пропуекания исполнительных приводов,определяемой их предельно возможным по условиям энергетики с-ыстродействием, и обуслоь-неизменяем, .и параметрами испытуемой серийной продукции, а так покупных агрегзгл; стекла, мсгут быть подавлены электроприводом.

позволяет не только погасить опасные резонансы испытательного обсрулснанад.но и восстановить тот спектр частот или, по крайней мере. его нижнюю часть, что характере:- для работы механической трансмиссии кэ сорту вертолета и необходим лля проведения ресурсных и динамических испытании на &лектрошх&няческом стенде. Такая задача решается средствами специально организованного и названного здесь взаимосвязанным управления.пркчок в данном случае оказалась достаточной его модальная версия. Поскольку скорости вращения и напряжения натру зочных электромашин стенда огран:г,-:ены, механическая и электромагнитная подсистемы испытательной установки могут рассматриваться авт-онол1

л> и

х о о я со ы

и »и а г ■

К> М и =£ х .

03 ^ IV' О к!

тз а я мо ваЯ - "" г». № н о ФЯКЧ о

тз о а ¡4 мтз *В » о о о л -з • нпвч^л

'..: ы я • й I I Я м

РиоЛ. Функциональная схема электромеханического эноргосберега.-ощего автоматического стенда для комплексных испытаний разветвленных механических вертолетных трансмиссий.

- а -

но (с дальнейшим учетом их взаимосвязей на динаглжу в целом). В этом | случае скорость вращения стенда

ы = (1-s ко = const (1 )

г д

принимается постоянной к равной скорости одного из режимов испытания, на которых происходит основная загрузка изделия.

Основой разработанных в диссертации модальных систем управления является обобщенная математическая модель стенда, подвергнутая декомпозиции на подсистемы, описывающие электромагнитные и механические процессы, протекающие в испытательной установке. Математическая модель электромагнитных процессов описывается системой дифференциальных уравнений Парка-Горева в системе координат d-q с учетом общепринятых допущений, относящихся к идеализации электромашин переменного тока, и имеющей вид в векторно-матричной форме

I = [diag(R1 }-I + Ь^ш.-! + 1 £<w.-ll>_)-I + U,„<t)], >2) где diag(R1) - диагональная матрица активных сопротивлений; L,,L ,L - постоянные матрицы собственных и взаимных индуктквностей статорных и роторных цепей. иэ<13 - вектор управления, ькдюччющйй проекции (Urd-erd,Ur4-er(, )Т вектора приведенного добавочного напряжения U^, подводимого к обмоткам ротора АД с учетом проекции, приведенной ЭДС ротора е.

и =t:,e /в, 1: >0; -w ,'U ; е = k,U> -I (t), k .-0; -3)

г . 1 Д 1 ГДГ Д 2 г е г

е - ЭДС, вырабатываемая Еольтодобавочной машиной МВК с током возбуждения I (t), угловые скорости роторов СГ и АЛ. Электромагнитные цепи в плечах сдвоенного каскада взвитой нагрузки при разомкнутом для основных режимов работы етатсрном выключателе - независимы,а конструктивные особенности его механической части обуславливают постоянство скольжений е асинхронных электродвигателей АД (рис.1). Описания асинхронных вентильно-машинных каскадов из-за наличия вентильных трехфазных моо-ое в роторных цепях асинхронных двигателей являются нелинейными

I = I И) пои U <е ; I =0 при и >е , (4)

г г - г г г r г г

но на рабочих режимах регулирования момента, когда процесс определяется выпрямленным роторным током АД, возможна линеаризация уравнений МВК. Вектор приведенного к статору добавочного напряжения U , вводимого в цепь выпрямленного тока ротора АД, гсегда находится в протиьо-фазе с вектором роторного тока причем при любом Ur роторный ток I изменяется лишь по величине не изменяя своего направления. В свя-

г

зи с этим проекции вектора добавочного напряжения U^ в осях координат d-q определяются уравнениями

./, .. .. . г

и = и •! . /У I*. 1- ; ц = U -I rfi.tr , (5)

rd г r-d га rq rq г rq rd rq*

где ¿„дД,.- - проекта» роторного тока на а~о. сравнение электромагнитного момента асинхронного двигателя АЛ описывается выражением и = г.. ц > I . ; - - г . т • -1

д - ^г'^г! 'гч ''гч где й__- коэффициент взаимоиндукции статора и ротора ли; I,., -

проекции вектора статорного тока АД на оси а-а. .'Механическая часть стенда состоит из нести роторов нагрузочных электромашин,соединенных между сооои входными и выходными валами испытуемого изделия. причем выходные валы - упругие, а входные соединены с переключающая нели-неинсстями - обгонными муфтами свооодного хода (МСХ > с лкхртами 7, отключающими от вала связанный с ним электропривод, скорость которого ниже скорости парного ему электропривода. Поскольку приведенные скорости еходных и выходных валов рагны между сосои.то оез учета потерь также равны мейду собой, но противоположны по направлению, и развиваемые на них моменты Мг = -Мд, динамика которых описывается уравнениями ;1)-(Ь), образующими нелинейную систему вида

X ■= а н ои: V = М IX). ;

д

где А - нелинейная матрица динамики объекта; о - матрица управления;

гя

V'— I -у V V 1 — 11 | ) Г ♦ I V >

- —

- вектор состояния ооъекта, включакщш проекции на оси а-о статорных 1_ и роторных токов АЛ Оез учета слабо влиявших на динамику токов успокоительных контуров и цепей возбуждения и!'; и,у - соответственно скалярные функции входа и выхода. Моделированием установлено,что система (7> с параметрам! реальных электромеханических установок взаимной нагрузки не может реализовать по быстродействию требования даже обкаточных испытании вертолетных трансмиссии (.до 0,6 с).Выделенные в ней подсистемы скоростей вращения, моментов нагрузки и напряжении СГ стабилизируются собственными локальными структурами подчиненного управления, настроенными за необходимые точность и быстродействие. Скоростные иль устраняют в •:'?> функциональную зависимость электромагнитных процессов от чзстоты вращения приводов, а и/и-1 возбуждении тормозных г „-нераторов обеспечивают оптимизацию потребляемой стендом мощности. Модальное ке управление, обеспечивающее устойчивость электромеханического упругого стенда к требования обкаточных испытании вертолетных трансмиссии. организуется по переменным состояния 1Ь). Все подсистемы в совокупно.ок образуют локальный, взаимосвязанный и ^^ти— мизационныи уровни уг~л—^т^н^ом. ц^^котьку электромагнитный мо— мент м определяется выпрямленным роторным током 1 нагрузочного

д - р

асинхронного двигателя, на нем строится подчиненная локальная система регулирования момента. Моделированием электромагнитных проц^сов каскада выявлено, что эта линеиная, со стандартной настройкой, САР

при работе с нелинейной системой (7) не реализует по точности и колебательности требования обкаточных испытаний вертолетных трансмиссий. Это объясняется неучетом переходных процессов в замкнутых статорных цепях нагрузочных электромашин, существенно влияющих на основной магнитный поток АД. Синтез модальной взаимосвязанной САУ электромагнитных процессов выполняется линеаризацией системы (7) вблизи рабочей точки на наиболее тяжелом взлетном режиме. Система стабилизируется линейным управлением вида

шг) = и° (и + ртхси 19;

включающим программное воздействие и°(г) и модальную обратную связь по оценкам состояния объекта (2), вырабатываемых наблюдателем

х = А°-Х 1- Ь;ц<г) + еш^(х) - сх]. (Ю)

где матрица А° - построена по усредненным на взлетном .режиме значениям параметров уравнения (2), а и С - линеаризованные на том же взлетном режиме матрицы еходэ и выхода наблюдателя. Коэффициенты матриц-строк рт и gт модального регулятора и наблюдателя определяются из требуемой полосы пропускания и желаемого размещения полюсое замкнутой подсистема момента нагрузки по ее характеристическому многочлену и характеристическому многочлену уравнения ошибки наблюдения е=х-х

Ф3(л,) = <1ег[\1 - а" - ь.рт); фн(л> = аег[,\1 - ас - (11)

здесь I - единичная матрица. Поскольку линеаризация уравнения измерения в любой из рабочих точек наиболее характерных режимов для всего очень широкого диапазона изменения момента нагрузки трансмиссии недостижима, учесть нелинейность выхода (6) объекта (2) можно введением ее в уравнение выхода наблюдателя (10).

Упругая разветвленная механическая подсистема стенда для наиболее сложных видов вертолетных трансмиссий - глазных редукторов соос-шх Бертолетов стрз^гтся пятимассоЕЭй расчетной схемой (рис. 1 ).состоящей из суммарных, приведенных к выходом валам редуктора, маховых масс «г - роторов электро;'аг. изделия,соединенных вала® с приведенными жесткостями С - С., врацо.-тдигся ? с'пем случае со скоростями ш и ш . Математическая модель меха;;;:'» пэсцеосов описывает-1 «:

ся системой дифференциальных уравнений Дагрэнкз с учетом сою-приня-тых допущений, относящихся к идеализации упругих механических связей, и имевшей вид в векторно-матричной ферме -

Ас"+ + Сч = Ъи , (12)

где А - матрица инерщга объекта, К - матрица трения, С - матрица упругости, а Ь - матрица управления. Обозначив индексами "в" е "н" слагаемые относядаеся к верхней и нижней силовым ветвям стенда и пе-

реходя к переменным состояния - сксрсс-ям вращения и, = ч,, 1=1.г: к моментам упругих связей п: = (12) в нормальной "скоростной" форме

1=1,п-1 получаем систему

"С К" V]

- »уз

-1 , ь в,

Л К - КП]

+ м

3

пли т

> С37.

при ту.

С

з ' 1

- К

^ 1Ид

¡1 1-ш -я +т -С т -С 7 ! 5 I у! уг уз у л з1» л1 г)

'Л-":"

' Г-и . -и .)

5 1 У1 У2)

при шу, > С47„

ПГИ гз

уз

с< г С,7,.

.-туа+туа+ву4-С472]

при П". „ УЗ > С;7.

У* < С 7 л 'г

при к , УЗ С -У 3 ' 1

У* > сл2

при КУЗ % Сз11

3 гд

где 7,.7- ~ люфты муфт свободного хода на входных валах изделия ^ ), через которое взаимосвязаны обе ветви испытательной установки. Добавляя в (12) выражения моментов м ,развиваемых приводами тенда,покрывающими потери в локальных САР скорости верхней и нижней ветви,получаем вместе с Г;"; полное описание взаимосвязанной нелинейной динамики электромеханического, о разветвленной трансмиссией, испытательного стенд., переменного тока.

к = Ь~' [к и + 2, Ь . , -V к^ит"),

где К„ = -(Яя+<Л±>; = -с/^уА^ К0 = сД^ к,.^, - коэф-Гипиенты обратных связей по току к скорости локальных САР скоростей триводов: Ья,Р^,се,сн,к - конструктивные параметры двигателей постоянного тока д и усиления их регулируемых источников питания. Упругая нелинейная пятимассовзя механическая система стенда,при включен-шх обгонных муфтах и пренебрежении электромагнитной инерцией к "еха-стческими потерями, представляется линеаризованным на наиболе- ответственном взлетном рекпме описанием, полученном декомпозишей (13) на

+

две трехмасссвые подсистемы ветвей вида:

з - ах + пи: у - Сх , <'<•

где а - матрица дквамшш ветвей: г - матржш-етолошг упраьленпд: тг-:::, ,х. ,х_ ,х, ,х_ ,гр.. ->._! или г '''.

- вукторц состоят«: С - матрицы выхода; и,у - слмздяше входы к и ходы соответственно. лекальная САР скорости каждой ветви содержит г конструктивны:.! соображения.: только датчика: измерения скоростей приодев и'.,., и датчики измерения крут^тх моментов Модальное :: управление.обеспечцванэве подавление упругих деформаций в каждой ы ви электромеханического стенда и требования обкаточных испытаний ве-толетных твансмисси]1.зрга;и:зуется ::о переменным состояния (15) стас ' лизацией подсистем (?4) лашейннм управлением вида (9;. замкнутым : оценкам идентификатор:; состояния упругсго трехмассового механически го объекта аналогичного (.о1

х - А"х - :: :5 + - ох. ОС

Стационарный наблюдатель ¡1о> упруго:: трехмасоовой механической под системы (,14) к усиления р обратных связей модального управления ви/ !9) рассчитываются по тем же методикам и выражениям (11 ), что наблк датель и обратные связи модального регулятора электромагнитных прс цессов. При этом оценки скоростей и упругих моментов векторов состс яния 115), исключая измеренные, восстанавливаются наблюдателями Ис в каждой ветви испытательной установки по измерениям в данном случа скоростей приводов стенда и, и

объединенная взаимосвязанная система '.отравления динамикой элеь тромеханического стенда переменного тока с разветвленной плтимзссс вой упругой вертолетной трансмиссией (рис.1 > образуется из двух пот систем формирования силомсмектных характеристик (7)(9ч10;, воздет ствуниих каждая на входы локальных систем регулирования всзоукдеш г!2К.а также двух г...,донстем подавления упругих механических колебатп и формирования скоростных характеристик ветвей ОД) (9) О 6) .воздейс; гукаих каждая на входы локальных сд? скоростей стендовых электропр! водов. Электромагнитные пропетой в плечах нвгружателя стенда мои считать независимыми. а механические процессы являются взаимосвязат ними через ооаие вращающиеся массы изделия Ъ те промежутки вре:. ни, когда согоннне муфты свободного хода МОХ включены одновременж лятимассовая упругая конструкция ггенда становится линейной. Поэте* для поЕшениа эсрХектпвноети по давления упругих деформаций механш стенда в законы управления '.у; каждой ветви система 114) включена с на и та но о пх\отивотюлож-;ым знаком, дополнительная состзвляиа?

| реализуемая блоком динамического выравнивания нагрузки (патент N1460640) и препятствующая длительному рассоединению любой из муфт МСХ при ее отключении со стороны одного из нагрузочных двигателей АД, когда один из моментов т или тул становится равным нулю. Эффективность взаимосвязанной системы управления динамикой электромеханического вертолетного стенда подтверждена моделированием и опытом практической эксплуатации таких испытательных установок.

Быстродействующие системы локального и взаимосвязанного уровней управления поддерживают на любом режиме испытания неизменными и равными установленные в обоих плечах электромеханического стенда вертолетных трансмиссий скорости вращения ш и моменты нагрузки М . При этом моменты нагрузки,передаваемые через испытуемую трансмиссию,создаются активьой'составляющей полной мощности тормозных синхронных генераторов стенда. Реактивная же составляющая полной мощности СГ потребляется нагрузочными асинхронными двигателями стенда на формирование магнитного потока АД. При этом реактивная мощность вызывает увеличение падения напряжения в стендовой энергосети, создавая дополнительные электрические потери (Рэл) и повышая необратимые актквные энергопотери испытательной установки. В работе, управлением токами возбуждения I СГ, оптимизируется по критерию минимума активных энергопотерь полная мощность, цирку лирумая в энергосети стенда, при поддержании требуемых-режимов нагрузок. Активные энергопотери стенда косвенно оцениваются через полные потери нагрузочного устройства Рпотр »создавшие тормозные моменты на валах приводов. Поскольку электроприводы стенда на любом режиме нагрузки рзботзют при неизменных токах возбуждения и постоянных напряжениях якорных цепей,развиваемые ими моменты пропорциональны якорным токам I . Семействг зависимостей якорных токов I электроприводов стенда от величин возбуждений 1а СГ имеет монотонный "ОЕрзжный" характер с единственным минимумом при данном моменте нагрузки в определенном диапазоне изменения, ограниченном областью устойчивой работы испытательной установки I ~ Г г = '¡1СГ;, 5£=сопз1, о.1=сспб1. Поскольку семейство хгсактегис-

Я ПОТр.в -

тик активных знергопотерь стенда на каждом испытании сильно смещается в силу неодинаковости испытуемых изделий, имеющих большей разброс по теплопотэрям, и взаимовлияния на потери друг друга силовых контуров каскада взаимной нагрузки, для оптимизации стендовой энергетики применена система экстремального поиска, построенная на методе "синхронного детектирования", который для исключения перегрузок электроприводов позволяет адаптировать шаг по мере приближения к опта/,, ,.ту. Процесс оптимизации энергетики стенда протекает на фоне быстрых, но

относительно редких ксычттШ момента нагрузки, что предъявляет неш-coxuie TpeC'OK.'ibjiK к оастрэд^йствиь сход;:;,¡ости поиска. Мс-тод пр-лясут-гаст годачу нч вход СГ кслеошиа упрпьлшнй переменной I , причем Фаза выходных колебании I. изменяется синхронным детектором на про-гквяглившу» ь оаг-.иоичосты ст положения расочск точки относительно &кстглм:;ма(Л.с.П159S3Ö5)• леность сг.щума оптимизации энаргети-

•ки олеытромеханпческих ст-зкдот вор: "легких тразсизоскй переменного '"гл'.а составляет до uf.» кот-ч ь как.Т'М плеч-:.- нагружателя на л1<Лом ксиктнипи.

Б четверток главе c:v:,асразрьсчлка алгоритмического и яьс-гг-ariwuoro обеспечен;:« сродеть аьтештиэзшш испытаний в„ртолетных трансмиссии. Алгоритм опттгишш онерготики «питательной установки валаянен' в цифровой Фирм*: на стендов:;! v:;pai лл^цей ЗШ, гдч реализована ься система пьтоготизаигл т^сц-ссй испытаний вертолетных трвде-шссий, вклкчая алгоритмы p.r-Г'-нз, режимных загрузок, и компенсации несташюнарности усилнтк. которые испсльсуют Фуш.ш'.ю линейной интерполяции для коррекции исходны/: устат.ск яри зрс-М.-; гл^фциа'гР.тов передачи каналов ут.овления стендом.

ÜTFS^SI'.'i'Jiji посняыена результатам пты.мы^леыыога внедрения автоматизированных 5л«ктрсм9х';ш!4г;сках испытательны;-: стендов вертолетных трансмиссий. Приведена описание заьслск.н испыт-пельной станции механических трансмиссий ¡;--ртолетоь, состав с-*-ору;гЕан»1я и средств управления, системы автоматизации испытаю« нуу-яь.ч работу отдельных программных модулей, а также схем модальных регуляторов злектромаг-нипшх и механичеекпл процессов с устрсйстЕ'м г-ыравнпьания нагрузок г плечах испытательной установки, описана технология и приведены результаты заводских испытаний вертолетных трансмиссий на злс-ктрсмехз-кьчзгак стендах автоматизированной иаштзт«льн.'й станции.

Еникшния rjx*j*:»7 обсчеты моментов не-рты: и крутильных жест-.■""iCT-'-и tüBonpc>f.c.v:-., ¿орионтп ^¡счетов соостоенных резонансных час-TW стенда главных редукторов, расчет мощности потерь эч-рпа: в силовых нлечах нагрузочного устройства, наименования переменных и областей памяти программы.: vo обеспечения. расп--«ч7кк ¿аилов ксйй'нциектог. передачи трактов упраьленгя и грьдуйро1: -чных ы-; з^финп-люев измерительных каналов,распечатки :;: ".трамы.чых. моделей системы автоматизации лсаитэнив, акты внедрения рц-удьтаг.ч. тзииэнной работы.

GAiaiD'IEiüE.

Проведенные исследовония и результаты ярсмиялешюк эксплуатации позволяют сделать следующие выводы:

1. Проведению качественных испытаний ■ механических трансмиссий

, - 15 -

ртолетов-на электромеханических стендах переменного тока со взаим-й нагрузкой электрических машин препятствуют низкие динамические ,кззатели этих испытательных установок, улучшение динамических, а шдовательно и эксплуатационшх характеристик электромеханических 'ендов возможно путем построения автономных систем управления'элек-¡смапштными и механическими процессами в цепях нагрузочных электро-:юпн испытательных установок о реализацией взаимосвязи между нгсли.

2. Невысоки.! экспл чтаиионным качествам электромеханических стен-:в переменного тока со взаимной нагрузкой электрических машин и ме-¡ническси компенсацией потерь в контурах нэгрукения способствуют их ¡экие энергетические характеристики, приводящие к перегрузкам элек-;с приводов. Повышение энергетических характеристик электромеханичес-х установок переменного тока возможно путем построения 'системы оп-шзашт потребляемой стендом мощности.

3, Разработаны.обеспечивающие высокую экономичность, структурные схемные решения силовой части электромеханических стендов перемен-то тока, заш-лзенные авторским свидетельством 001400.

4„ Разработаны линейная и нелинейная системы автоматического Х'Звлецпя электромагнитными процесса^! в цепях стендовых нагрузоч—

v г-.Л^'КТрСМЗЦП^К«

5. Разработана система автоматического управления ?леханическими сц-'ссоми в кинематике мо:дных эдектр'.'механических стендов. Автономе сиетемв автоматического управления электромагнитными и механически процесса® в плечах испытательной установки объединены системой нзмяческого выравнивания нагрузки и зашкаены патентом N1460540.

5 Разработана система оптимизации потребляемой электромехзничес-м стендом мо-тности, защищенная автс-рским свидетельством N1595305, а к:ке дискретны:! алгоритм ее реализации на стендовой микрс-ЗЕМ.

7. Разработан дискретный алгоритм разгона электромеханического енда и его ре:<имлых загрузок, обеспечивающий выход на требуемый рем пссредством линейной интерполяции, а также выравнивание нагрузок плечах силового каскада.

8. Экспериментальны'™ последаваниями и внедрением доказана высо~ л эффективность вышеперечисленных систем,которые могут найти неимение в станкостроении,бумагоделательном и металлургическом оборудо-нии.на транспорте и других отраслях,где используются электрсмехани-ские устройства со значительной собственной упругостью валопооводез.

Публикации по теме диссертации включают всего 17 работ, основные которых:

1. А.с.10014CG СССР. М кл3 Н02Р 5/00. Устройство для испытания мно-

гэсвязвди механической передачи с разветвленной кивемгтическок uem1 и гаоквми -звеньями/ i4i/.Ji3aEOB,B.W.HoBm;os,BvA.[lit>is.neB.B.O.Sanopor:'iL КО.(СССР). 113341126/24-07.Заявл »30 -О'У.81 .0щ?0л.28.02.83.вюл.1-!3.- G.

создание адаптивной системы упразлепил технологическим процос сом испытания трансмиссий/ iu. А.. Борцов, С.£.Голик, Н.Д.Поляхов, В. Путов, А.В.Сорокин, Е.А.Шмелев// Тез. докл. л! Всесоюзн. науч.- те? совещания "создание и внедрение систем автоматического и автомата; рованного управления .технологическими процессами"- Новгород.- 1узь с .213-219.

3. В.А.Шмелев, Ю.А.Борцов, д.Б.Прллухин, А.В.Сорокин. Проолег создания производственных модулей стендовых испытании механическх трансмиссии// изв. ЛЭТИ: со.науч.тр./ Лениягр. электротехн. ин-т иг В.и.Ульянова (Ленина,1.- Л., 1У37.- Выя. 334,- 0.58-63.

4. Автоматизация процесса испытании механических трансмиссии ве7 толетов/ С.К.Голик, ь.Ь.Путов, В.А.Шмелев// Тез.докл. Всесоюзн. на: -техн. конф. "Прослеш и перспективы автоматизации производства управления на 'предприятиях . прксюро- к машиностроения"- Пермь. -1у: - С.32-33.

6. Цат.ГЛ4buô4G Россия. Ч кл4 ¿J1M13/U2. Автоматический стенд х испытания трансмиссии/ и.А.Борцов, в.Ф.заиорокченкот Н.Д.Полях В.В.Нутов, В.А.ШкелеЕ, А.в.Щетиксгсга. îi4iy2Ut3/24-2S. Заявл.05.02. опуол. 23.U2.ay. еюл.ы7. - 0.12.

ь. В.А.Шмелев. Автоматизация электромеханических стендов для ис тания редукторов трансмиссии летательных аппаратов,-/ Применение ми ро-ЗБМ, микропроцессоров и микропроцессорных систем для автоматиз mai испыташш и контроля агрегатов: тез.докл. науч.-техн.конф.-liei -1узз.- с.3-4.

7. В.а.Шмелев. гпс испытаний транскнссип// Кзв. ЛЗТИ: СО.науч.' ,' Дешшгр. электротехн. ш-т им. В. 11.Ульянова (Ленина). Л., 1Уй вып. 4u4.- с.58-02.

а. В.А.Шмелев, В.Ь.Путон. Автоматизированный непитательный koï леке механически; трансмиссии. ГлТ/ормзционныи листок 11Ы-! Ленинград. - С.4.

у. В.А.Шмелев, в.В.Путов. Мкогоагрегатныи электромеханичес; стенд для испытании глазных редукторов механических трансмиссии, формацкошши листок 11ЬЬ-Ь8. Ленинград.- С.4.

10. А.-с. М15УЬзи5 СССР. M кл5 GU5B13/00. Устройство оптимиза электропривода стенда для испыташш трансмиссии/ ю.А.Борцов, С Голик, Н.Д.Поляхоь, в.В.Путов, А. В. Сорокин, В.А.Шмелев. (СС N4375112/24-24. Заявл.03.02.38. ОпуОЛ. 30.0У.У0. Бил.N36. - С.7.