автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.10, диссертация на тему:Диагностика и настройка высокочастотных колебательных цепей ламповых генераторов для диэлектрического нагрева

Г 5 ОД

о опт

На правах рукописи

Кильдишева Ольга Эдуардовна

ДИАГНОСТИКА И НАСТРОЙКА ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ ЦЕЛЕЙ ЛАМПОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО НАГРЕВА

Специальность: 05.09.10 - Электротехнология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном влектротехническом университете имени В.И.Ульянова (Ленина).

Научный руководитель -

доктор технических наук профессор Васильев A.C.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Иванов В.Н.

кандидат технических наук Золотницкий 8.М.

Ведущая организация - Завод высокочастотных установок, г. Санкт-Петербург

диссертационного совета К 063.36.08 Санкт-Петербугского государственного электротехнического университета им. В.И.Ульянова (Ленина по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Защита состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

Б&лзбух А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. Актуальность. Диэлектрический нагрев (ДН) широко используется в промышленности для сушки пиломатериалов, текстиля, порошков, для сварки термопластов, термообработки полимеров и т.п. Для обеспечения 8тих технологий ламповые генераторы (ЛГ) еще долго останутся единственными источниками высокочастотной (ВЧ) энергии.

Общая тенденция . развитии ЛГ для ДН состоит в необходимости разработки генераторов под конкретный технологический процесс, что делает нецелесообразным создание генераторов, которые имеют избыточные мощностше и регулировочные характеристики. Несмотря на то, что схемные решения ВЧ части ЛГ достаточно отработаны, актуальными остаются задачи оптимизации параметров элементов, их конструкции и оптимальной настройки ЛГ на конкретную нагрузку.

Основная специфика проектирования мощных ЛГ (10-100 кВт) в диапазоне частот от 5.28 до 81 МГц связана с невозможностью априорного учета конструктивного исполнения ВЧ колебательных цепей (КЩ, т.к. строгий расчет требует моделирования трехмерных волновых и квазистационаршх электромагнитных полей. Сегодня очевидна нереальность таких оперативных расчетов.

В то же время практика наладки ЛГ для ДН показала, что использование на этапе проектирования неадекватных моделей, полученных без учета влияния конкретной конструкции, вызывает большие трудности при настройке и эксплуатации ЛГ. Это может привести, например, к неправильному выбору параметров постоянных элементов, диапазона изменения значений параметров переменных элементов, на позволяющего удовлетворить требованиям технологического процесса; к неустойчивости работы ЛГ вследствие возникновения генерации на паразитных часзотах из-за влияния неучтенных паразитных элементов.

Таким образов, возникает необходимость в определении значений всех параметров реальной схемы замещения ВЧ КЦ ЛГ, в том. числа параметров, отражающих влияние конкретных конструкций.

В данной работе предложена методика решения данной задачи на основе измерений электрических характеристик ЛГ на атепе испытаний опытного образца и использования методов диагностики электрических цепей.

При эксплуатащш ЛГ вамюй является также задача настройки, т.е. подбора параметров регулируемых элементов в ЛГ, обеспечивавших его согласование с нагрузкой. Отсутствие согласования помимо неоптимального энергетического режима монет приводить к аварийный ситуациям, таким кпк, пробои в элементах или отсутствие генерации.

Существующие измерительные средства, которые могли бы использоваться для наотройки, являются комплексными лабораторными приборами и не предназначены для настройки ЛГ при их эксплуатации. Все вто делает актуальными решаемые в работе задачи создания методики и специализированного устройства для предварительной настройки ЛГ без подачи анодного напряжения на генераторную лампу. Цель работы:

- разработка методики диагностики ВЧ КЦ ЛГ для ДН;

- разработка математического и программного обеспечения, необходимого для диагностики ВЧ КЦ ЛГ для ДН;

- диагностика серийных ЛГ для ДН;

- разработка методики и устройства для настройки ЛГ.

Методы исследования. В работе использованы елгоритмы диагностики электрических цепей, модифицированные в соответствии в особенностями объекта исследования. Системы уравнений, полученные в результате создания моделей диагностируемого объекта, решались с использованием численных методов решения нелинейных систем большой размерности, в частности современных модификаций методов Ньютона и наименьших квадратов. При реализации разработанных алгоритмов на ЭВМ- использован модульный принцип построения программных комплексов. Результаты диагностики подтверждены экспериментальными данными, полученными на лабораторном оборудовании и промышленных установках.

Научная новизна:

- предложена новая методика для определения параметров полно! схемы замещения ВЧ КЦ ЛГ, позволяющая учесть влияние их конкретного конструктивного выполнения;

- исследована проблема разрешимости и единственности решения задачи диагностики линейных колебательных цепей с учетом, возмокносте] проводимых измерений;

- исследованы особенности диагностики ВЧ КЦ ЛГ в зависимости о выполненных измерений для следующих случаев:

1) измерения модулей и фаз коэффициетнов.передачи по нвпряже нию, входных сопротивлений, напряжений и токов на одной частоте;

2) аналогичные измерения на нескольких частотах;

3) измерения только модулей токов и наряжений на одной ш нескольких частотах;

- разработано новое программное обеспечите для диагностики ВЧ Р ЛГ.

Практическая ценность:

- разработанные методика и программное обеспечение для диагностики ВЧ КЦ ЛГ являются рабочим инструментом проектировщика, позволяющем оптимизировать конструкцию ЛГ, повысить устойчивость его работы, сократить сроки разработки;

- методика и устройство для настройки ВЧ КЦ ЛГ необходимы при эксплуатации, наладке и испытаниях установок с ЛГ. Они обеспечиваю повышение энергетической эффективности эксплуатации ЛГ и повышения производительности установок;

- разработанный в составе устройства для настройки дискриминатор имеет и другие области применения, в частности, позволяет построить системы автоматической стабилизации частоты ЛГ с самовозбуаде-нием устойчиво функционирующие в широком частотном диапазоне. Внедрение результатов работы. Результаты работы использовании в научно-исследовательской работе кафедры по диагностике серийных ЛГ для ДН, при проектировании и эксплуатации генератора "ТЕРМАНТ-Д2", предназначенного для комплектования установок вакуумной ВЧ сушки пиломатериалов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского, состава СПбГЭТУ в 1989-1935 гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы две печатные работы, в том числе: статья и тезисы научно-технической конференции.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы, включающего наименований и трех прилокений. Основная часть работы изложена на 147 страницах машинописного текста. Работа содержит 71 рисунок и 10 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение содержит обоснование актуальности темы, цели и задачи диссертационной работы, а такке основные положения выносимые на защиту.

В первой главе проанализированны современные направления исследований в области диагностики электрических цепей. Особое внимание уделено рассмотрению методов, используема для идентификации параметров линейных электрических цепей. В качестве перспективного выделен подход на основе так называемой компонентно-связанной модели. Он позволяет путем формирования и решения састе-

!

мы уравнений точно определить все неизвестные параметры. Развитие этого подхода требует учета специфики ВЧ КЦ, как объекта диагностики, учета особенностей измерений в рассматриваемых цепях для существующих стандартных измерительных средств, учета конечной точности измерений, рассмотрения проблемы единственности решения диагностической задачи.

Во второй главе описана методика диагностики, позволяющая учесть влияние реальной конструкции ВЧ КЦ.

Учитывая, что в рассматриваемом частотном и мощностном диапазонах в большинстве практических случаев диагностируемый объект -ВЧ КЦ - может быть представлен электрической цепью (схемой замещения) с элементами, имеющими сосредоточение или распределенные параметры, методика диагностики предусматривает следующие этапы: '

- на осноЕе априорной информации о ВЧ КЦ ЛГ, которая включает в себя электрическую принципиальную схему и данные о конструктивном исполнении производится задание топологии диагностируемой электрической цепи (ДЭЦ) и разделение всех элементов на известные и неизвестные, задание значений известных параметров;

- организацию, планирование и проведение диагностического эксперимента, включающие определение количества и видов возможных входных воздействий и измеряемых реакций;

- формирование математической модели и определение неизвестны? параметров схемы замещения.

Для задания топологии необходимо составить "избыточную" схему, куда, кроме известных элементов, вносятся все предполагаемые паразитные параметры. В процессе диагностики топология ДЭЦ считается неизменной; при необходимости ее изменения могут интерпретироваться как предельные изменения параметров.

В работе рассмотрен ряд особенностей конструкций ВЧ КЦ ЛГ да ДН, оказывающих влияние на топологию реальной схемы замещения и » значения ее параметров. К ним относятся конструкции анодного бак генераторной лампы, креплений вакуумных конденсаторов, емкосТе: связи между контурами, сеточного отсека. Показано, что эти пара метры существенно влияют на возможности согласования ЛГ с различ ными нагрузками и устойчивость работы генератора, поэтому все он должны быть внесены в "избыточную" схему.

ЛГ для ДН является достаточно специфическим для диагностик объектом. Основными его особенностями являются: малое число до с тупных для измерений входов; малая информативность опытов коро!кс го замыкания, так как из-за больших геометрических размеров

пространственного расположения элементов, индуктивностями коротко-звмыкапцих шин нельзя пренебрегать; большая добротность ВЧ КЦ и их многорезонансная природа; ограниченная приборная база для проведения измерений в таких цепях.

В зависимости от используемых измерительных средств л доступности входов ВЧ КЦ для измерений возмогши следующие случаи:

- измерение модулей и фаз коэффициентов передачи по напряжению и входных сопротивлений на одной или нескольких частотах ( в случае если малое' число доступных для измерений входов не позволяет определить все неизвестные параметры из измерений на одной частоте). Существующая приборная база позволяет проводить такие измерения только в режиме тестовой диагностики при уровнях напряжений в единицы вольт;

- измерение модулей напряжений и токов на одной или нескольких частотах в основном при измерениях в режиме рабочей генерации, когда измерение фаз затруднено.

Исходная информация о ДЗЦ и результаты диагностического эксперимента используются для моделирования.

Моделирование сводится к формированию и решению диагностической системы уравнений (ДСУ). Она является системой алгебраических уравнений АХ=Р, которые могут быть разделены на две группы:

А1 *Х=Р1;

А2*Х=Р2, '(1 )

где А1,А2- матрицы параметров ДЭЦ, которые включают в себя проводимости и сопротивления элементов схемы. Параметры модели, т.е. элементы матрицы А, частично известны, а частично нет; Х- вектор неизвестных внутренних переменных, которыми могут быть контурные токи, узловые потенциалы и т.п.;

Р1,Р2- известные векторы входных переменных, которые включают в себя входные источники (Р1) и результаты диагностического эксперимента (Р2).

В общем случае ДСУ (1) является нелинейной и может иметь конечное мнояество изолированных решений, однако в некоторых случаях возможно получение линейной ДСУ за счет выбора внутренних переменных.

На основе принятого в ряде работ определения, электрическая цепь (ЭЦ) считается диагностируемой, если существет нэбор доступных измерений, для которого существует изолированное решение ДСУ (1). В случае, если проведенных измерешй не достаточно для полу-

чения изолированного решения ДСУ (1), необходимо вернуться к этапу организации и планирования диагностического эксперимента для увеличения его информативности. Если малое число доступных входов в ЭЦ приводит к тому, что даже при проведении всех возможных измерений ДСУ имеет бесконечное множество решений, то ЭЦ является не диагностируемой и единственным выходом может быть разделения ее на блоки и поблочная диагностика ( при постановке 'опытов холостого хода и короткого замыкания). Если же диагностический эксперимент обладает необходимой информативностью, то определяются все внутренние переменные ДЭЦ и затем все неизвестные параметры.-

Проблема единственности решения задачи диагностики рассматривается в дальнейшем в зависимости от особенностей диагностического эксперимента.

Для уменьшения погрешности нахождения неизвестных параметров и увеличения достоверности результатов предлагается ввести дополнительный этап - анализ ДЭЦ с учетом найденных значений неизвестных параметров.

Данный анализ может включать несколько аспектов: расчет дополнительных характеристик и сравнение их с контрольными измеренными характеристиками; расчет чувствительностей измеренных величин по найденным параметрам и чувствительности погрешности определения неизвестных параметров к погрешности измерения.

Лишь после этапа анализа ДЭЦ с' учетом найденных параметров эадачу диагностики можно считать корректно решенной.

Важной особенностью формированной ДСУ является то, что в некоторых практически важных случаях она может быть несовместной, например, при выполнении избыточных линейнозависимых измерений для увеличения точности определения неизвестных параметров или для получения единственного решения задачи диагностики в случае нелинейного вида ДСУ. Это вызвано тем, что измерения проводятся приборами, имеющими ограниченную точность, и известные параметры тоже заданы с некоторой конечной точностью.

Учитывая эту особенность ДСУ, а также практически обоснованное предположение, что погрешность измерений распределена по нормальному закону, для решения ДСУ используется критерий минимизацга

ш П 2

среднеквадратичных отклонений функционала £ ( Е (а,,.,х1 )-Г1) , где

1=1 3='

т, п - число уравнений и число неизвестных в ДСУ; а^, Ху Г^ -элементы матрицы А, векторов X и соответственно.

Третья глава посвящена рассмотрению базового случая одночас-

тотной диагностики по измерениям модулей и фаз коэффициентов передачи по напряжению, входных сопротивлений, токов и напряжений.

В этом случае может быть сформирована линейная ДСУ. Для этого в качестве внутренних переменных выбраны узловые потенциалы, напряжения и токи элементов с неизвестными параметрами, токи источников напряжения. Вектор правых частей является известным и содержит значения параметров независимых источников тока и напряжения, а также токи и напряжения, измеренные непосредственно или вычисленные через измеренные коэффициенты передачи по напряжению или входные сопотивления.

Введя для вещественных составляющих индекс 1, а для мнимых 2 и описывая измеренные комплексные величины через их вещественные и мнимые составляющие, ДСУ относительно действительных неизвестных имеет следующий вид:

А21 Аз, А4, А,2 0 А,з 0 ■ 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 -I 0 0 0 0

0 0 0 а 0 0 0

^ 0 0 0 0 0 0

0 0 А61 0 0 0 0 0 а

0 Аг, 0 а 0 0 0

№ 0 0 о 0 0 0 0 ун - А, А31 А- 0 А,з 0 0 0

0 0 0 0 а 0 -I

0 0 0 0 0 0

0 0 , 0 ч 0 0 0

0 0 0 0 0 0 А61 0 0

0 а 0 0 0 Аг, 0.

где Ап ' А2 • А31 » А41' А12 * А,з' а5,' А6

20

2Н

А.

н и зи е нал

2 изм

2 кзн

^2 н нзк

(2)

2 е из,*1 ,

топологические.

матрицы, V - вектор узловых потенциалов; 1е- вектор токов источников напряжений; I - вектор токов элементов с неизвестными параметрами; 1Г- вектор напряжений элементов с неизвестными пврыгвтреш;

Ё- векторы независимых источников тока и напряжения (при диагностике чаще всего они включают напряжение одного входного источника тестового синала); ймам- вектор измеренных напряжений, пра заданных значениях векторов источников Е и Л; I „,1 „„,. „ -

МЗН Л Я31< * ИлИ

вектора измереных токов в ветвях о элементами, кмеияими известные

I из и

V

или неизвестные параметры, а также в ветвях с источниками напряжения; У - диагональная матрица проводимостей элементов с известными

параметрами, У^Ж^М,,УД,. ^^с>=А5ЛА5."

Если по результатам проведенного диагностического эксперимента возможно сформировать ДСУ вида (2) полного ранга, то, ввиду ее линейности, существует единственное изолированное решение и задача диагностики однозначно разрешима.

Ранг ДСУ (2) равен 2(пу-1+п£+2пн), где пн- число элементов с неизвестными параметрами, Пу - число узлов в ДЭЦ, п£ - число независимых источников напряжения ( чаще всего 1^=1 ), следовательно, для однозначной разрешимости задачи диагностики необходимо и достаточно, чтобы число выполненных линейнонезависимых измерений было равно числу элементов с неизвестными параметрами.

После решения ДСУ (2) и определения всех составлявших вектора внутренних переменных, значения неизвестных параметров определяются очевидным соотношением ¿н=ин/1н.

В работе вводятся несколько топологических условий, учет которых позволяет получить ожидаемый ранг ДСУ, но при диагностике цепей сложной топологии часто бывает трудно априори определить достаточно ли проведенных измерений, поэтому после формирования ДСУ необходимым этапом является контроль ранга ДСУ и возвращение « этапу диагностического эксперимента, в случае недостаточностг экспериментальных данных.

На ранг ДСУ может повлиять выбор частоты, на которой выполнялись измерения. Подробно вопрос выбора частот рассматривается г четвертой главе.

В заключение третей главы приведены тестовые примеры и приме] использования предложенной методики для определения неизвестны; параметров схемы замещения сеточной цепи высокочастсэтного лвмпово го генератора "ТЕРМАНГ-Д2" для диэлектрического нагрева. Найденны значения параметров цепи позволили определить диапазон частот, котором возможно возникновение паразитной генерации. Получении данные использовались при проектировании сеточного фильтра,4 обес печивающего устойчивую работу ЛГ.

Реальные задачи диагностики не всегда можно разрешить с по мощью однократного диагностического эксперимента на одной частот из-за его малой информативности при ограниченном количестве дос тупных входов. Одним из эффективных способов увеличения информг тивности диагностического эксперимента является проведение измере

ний на разных частотах. Кроме увеличения количества линейно независимых измерений многочастотное диагностирование позволяет разделить параллельно соединенные реактивные элементы, используя только измерения напряжений на них ( без измерений токов ) на нескольких-частотах.

В четвертой главе исследованы особенности многочастотной диагностики при проведении измерений модулей и фаз.

При многочастотной диагностике ДСУ имеет следующий вид: 0(Х)=0 (3).

где а(Х)=(А1Х,-Р|,. • ..А^-Р^.И.^Х, ,Х2).....' V^

Aj.Xj.Fj- диагностическая матрица системы, вектор переменных и вектор источников на частоте соответственно; нелинейные уравнения вида Н^ > связывают внутренние переменные на разных.частотах; п£ ~ число частот, но которых проводился диагностический эксперимент.

Последние уравнения приводят к тому, что ДСУ вида (3) является нелинейной. Как уже указывалось, даже при наличии полного ранга' она монет имееть конечное множество изолированных решений. С физической точки зрения это объясняется кногорезонансной природой рассматриваемого класса ДЭЦ, когда одни и те же значения схемных функций могут реализовываться при различных соотношениях неизвестных параметров.

В этом случае для того, чтобы ЭЦ была диагностируемой необходимо и достаточно, чтобы ранг матрицы Якоби ДСУ (3) был равен •2п£(пу-1+пв+2пн). Приведенное утверждение основывается на том факте, что якобиан ДСУ (3) является дробно-рациональной функцией от частоты и, следовательно, ранг матрицы Якоби J(X) ДСУ (3). -константа за исключением множества точек с нулевой лебеговой мерой. Единственность решения задачи диагностики при атом не гарантируется.

Минин льное число частот п^, обеспечивающее диагностируемость ДЗЦ, равно ^/Пд, где Пд - число линепнонезависимых измерений модулей и фаз на одной частоте.

Так как ДСУ (3) может быть переопределенной нелинейной системой уравнешш за счет выполнения избыточных, с точки зрения разрешимости задачи диагностики, измерений, то матрица Якоби .ИХ) в общем случае представляет собой прямоугольную матрицу, в которой число строк т больше или равно числу столбцов п. Кок уже указывалось, в этом случае целесообразно использовать среднеквадратичной

критерий для получения наилучшего приближения к решению ДСУ.

- Рассматриваемая нелинейная задача о наименьших квадратах

имеет вид: найти X*: Г(Х*)=ш1п Г(Х)=1 0(Х)Т*0(Х)=1 2 аЛХ)2, где

2 2 1=1

ш > п, q1(X)- 1ая компонента нелинейной по X функции 0(Х). Для ее

решения использован метод Ньютона. Ньютоновский шаг определяется

при атом из решения линейной задачи о наименьших квадратах.

Часто матрица .1(Х) имеет плохую обусловленность, поэтому в вычислительном алгоритме применяется ОН- разложения матрицы <Т(Х). В разработанном алгоритме использован метод Ньютона, дополненный регулировкой длины ньютоновского шага, что позволяет добиться в большинстве случаев глобальной сходимости.

Далее рассмотрены возможности получения единственного решения задачи диагностики.

Для того, чтобы получить реально существующее в ДЭЦ решение необходимо, во-первых, при измерениях на конечном множестве частот гарантировать единственность вида измеряемой функции цепи во всем частотном диапазоне.

Существующая приборная база позволяет наиболее просто производить измерения на разных частотах модулей и фаз двух функций цепи: входного сопротивления гн2(Б) и коэффициентов передачи по напряжению , которые в дальнейшем и рассматриваются. Для получения единственности вида частотных зависимостей функций и К* может потребоваться проведегше измерений на множестве частот большем, чем требуется для получения необходимого ранга ДСУ (3). Это число частот может быть определено, исходя из количества коэффициентов полиномов числителя и знаменателя рассматриваемых функций, которые зависят от неизвоспшх параметров. При этом необходимо получить аналитические соотношения между этими коэффициентами и неизвестными параметрами и проанализировать их. Для схем сложной топологии с большим числом элементов это достаточно трудно. В работе приведены соотношения для чисто реактивных цепей и для Ы.С - цепей, позволяющие без предварительного анализа на основе экспериментальных данных о количестве нулей и полюсов измеряемых функций, определить достаточное количество диагностических частот для однозначности задания при измерениях гм и К*. Приведены также соотношения покапывающие как уменьшается достаточное число частот при увеличении числа измеряемых К*. При этом для уменьшения числа частот рекомендуется выбирать для измерений те К*, которые имеют

минимальное число нулей, не являющихся полюсами функции

Как в случае использования минимально необходимого для получения изолированного решения количества частот, так и в случае его увеличения, вопрос о выборе частот является очень важным. Неправильный выбор частот может привести к тому, что, несмотря на их достаточное количество, ранг якобиана будет меньше количества неизвестных или же ДСУ будет плохо обусловленной. В работе дапн рекомендации по выбору частот, позволяющие избежать такие ситуации.

Далее установлены признаки, позволяющие оценить возможность получения единственного решения, для следующих частных случаев диагностики (при условии, что выполнено необходимое число измерений для получения изолированного решения ДСУ (3) и число диагностических частот достаточно для однозначного задания измеряемых функций на всем диапазоне частот):

- задача диагностики по измерениям функции гвх для полиномиальных цепей разрешима однозначно;

- задача диагностики по измерениям функций К* может иметь конечное множество решений;

- задача диагностики по измерениям функций К* для полиномиальных цепей разрешима однозначно, если все общие полюса и нули функций гвх и (для соответствующей функции К* ) определяются лишь элементами с известными параметрами.

- задача диагностики по измерениям функций может иметь конечное множество решений в цепях, в которых после выделения элемента с неизвестным параметром порядок цепи не изменяется.

Перечисленные случаи проиллюстрированны примерами.

В некоторых практически важных случаях, например, при диагностике фильтров для их настройки, может быть задано, достаточно близкое начальное приближение неизвестных параметров. При этом для получения единственного решения достаточно провести измерения на минимально возможном количестве частот, обеспечивающем лишь необходимый ранг матрицы Якоби ДСУ, что позволяет резко уменьшить размерность ДСУ (3). Если ньютоновская модель неадекватно моделирует функцию в области, содержащей полный ньютоновский шаг и "в этой области существует другой, кроме искомого локальный минимум, то вычислительная процедура может сойтись ко второму возможному решению. Естественная стратегия состоит в уменьшении ньютоновского шага до тех пор, пока он не перестанет еыходить из области, в которой справедлива построенная модель рассматриваемой функции.

Существует несколько методов дробления ньютоновского шага. В предлагаемом алгоритме применен выбор длины шага на основе кубической модели функции невязки.

Предложенные подходы были использовании для проведения многочастотной диагностики части высокочастотной системы ( согласующего "Пя-контура) генератора ВЧГ11-60/13 мощностью 60кВт частотой 13.56 МГц ( НПО ВНИИТВЧ ), предназначенного для сушки диэлектрических материалов. Найденные реальные пределы изменения значений параметров регулирующих элементов позволили разработчикам ЛГ рассчитать регулировочные характеристики генератора и оценить возможности его согласования'с нагрузкой в ходе технологического цикла.

В пятой главе рассмотрена диагностика на основе измерений модулей высокочастотных токов и напряжений. Она является важны» практическим случаем для диагностики нагрузки, если параметр!. ,нагрузки зависят от уровня мощности, выделяемой в нейкак, например, при сварке пластикатов, что исключает проведение тecтoвoi диагностики.

Измерения модулей высокочастотных токов и напряжений могу: проводится на одной или нескольких частотах. При одцочастотно! диагностике по модулям ДСУ формируется на основе подхода, изложенного в гл.2, 3 и имеет следующий вид:

или Ы(Х)=РМ (4)

где АХ=Р - ДСУ вида (2); ы41«м61>м71_ топологические матрицы.

Как видно из' (4), ДСУ становится нелинейной даже при одаочас тотной диагностике, в отличие от случая диагностики по измерение иодулей и фаз.

Для того, чтобы ЭЦ была диагностируемой при измерениях толы модулей токоз и напряжений, необходимо и достаточно-, чтобы рш матрицы Якоби ДСУ (4) был равен 2(пу-1+пЕ+2пн). т.е. число лине! нонеэависимых измерений модулей Пу должно определяться следущ) соотношением: пи= 2(2^-1^).

Для реаения ДСУ (4) используется вычислительный алгори' аналогичный случаю многочастотной диагностики по модулям и фазам

АХ=

2 £ л £ ) +(М V ) = и 1п' 4 41 гп' чзи

2 + 2 = л2 Г изи

2 + 2 V А 2 ) = I ' н изм

. М7, 2 + 4 «г ^ = изи

В общем случае ДСУ (4) полного ранга может иметь конечное множество решений. Это объясняется тем, Что измеренные значения модулей токов и напряжений можно получить при противоположных значениях фаз. этих величин. Для обеспечения единственности решения рассматриваемой задачи диагностики предлагается проводить избыточные измерения на двух близких частотах. Различные частотные зависимости модулей измеряемых функций цепи из-за их разных фаз позволяют разделять два решения, имепциее совпадающие модули функций цепи на одной частоте. Необходимость в многочастотной диагностике по модулям напряжений и токов может возникнуть также и при недостаточном количестве входов, доступных для проведения Измерений. ДСУ в этом случае будет иметь вид, аналогичный виду при многочастотной диагностике ш модулям и фазам. Минимально необходимое число частот диагностирования определятся _ соотношением:

ПГ= ^"и+^Г-Ь

Далее в работе исследовано влияние добротностей ветвей, в которых выполнено измерение, на погрешность нахождения вектора неизвестных. Показано, что уменьшение и увеличение добротности до значений существенно отличных от единицы приводит к сильной чувствительности вектора неизвестных к погрешности измерений: Поэтому для измерений следует выбирать ветви с добротностями максимально близкими к единице, что резко ограничивает использование диагностики по измерениям модулей.

На основе разработанных подходов, было выполнено диагностирог вание эквивалента нагрузки, разработанного для испытаний серийного генератора " ТЕШАНТА-Д2" ( разработка фирмы ЭЛВА-ИНТРОТЭКС ).

В шестой главе описана структура разработанного программного обеспечения, которое позволяет: осуществлять ввод . произвольной топологии ДЭЦ; автоматически формировать ДСУ в зависимости от особенностей диагностического эксперимента; оценивать информативность диагностического эксперимента за счет нахождения ранга ДСУ; решать нелинейную переопределенную ДСУ; определять значения неизвестных параметров.

В седьмой главе решается задача настройки ВЧ КЦ ЛГ для ДН. Показано, чт<э параметры типичных нагрузок ЛГ для ДН как при переходе от одного технологического цикла, так и 'В его ходе сильно меняются. Это делает проблему настройки ЛГ при его эксплуатации весьма существенной для обеспечения эффективной и безаварийной работы генератора.

Настройке ЛГ включает в себя получение на рабочей частоте ЛГ, во-первых, необходимого значения коэффициента обратной связи, обеспечивающего устойчивую генерацию без превышения допустимого значения сеточного тока генераторной лампы, и, во-вторых, получение оптимального с энергетической точки зрения значения приведенного к генераторной лампе сопротивления, имеющего чисто активный характер, без превышения допустимого значения ее. анодного тока.

Это позволяет осуществить .. без подачи высокого напряжения разработанное устройство. Оно включайИ' & себя следующие составные части: генератор (Г) синусоидальных колебаний переменной частоты (например, в диапазоне от 10 до 20 МГц для настройки ЛГ с рабочей частотой 13.56Мгц); балластная цепь (БЦ), значение суммарного сопротивления которой выбирается из соображений максимальной чувствительности напряжения на настраиваемой колебательной системе (ИКС) к изменению ее эквивалентного сопротивления; частотный дискриминатор для измерения частоты Г; детектор для измерений напря-зкений в ИКС; измерительная аппаратура (микроамперметры).

Настройку ЛГ можно разделить на два этапа: настройку сеточной цепи для получения необходимого коэффициента обратной связи, который зависит лишь от параметров межэлектродных емкостей генераторной лампы и цепи обратной связи, и настройку анодной цепи ЛГ, обеспечивающую требуемое входной сопротивление всей ВЧ КЦ ЛГ вместе с цепями обратной связи и нагрузки.

Сначала при отключенной анодной цепи напряжение подаетсй на анод генераторной льмпы через БЦ. При изменении частоты Г измеряется напряжение между теми электродами генераторной лампы, к которым подключена цепь обратной связи. По максимуму измеряемого напряжения. определяется полюс коэффициента обратной связи. Его значение зависит от межэлектроданх емкостей, емкости анодного бака, значений параметров постоянных элементов и одного переменного элемента цепи обратной связи. Значения параметров всех постоянных элементов находятся при диагностике сеточной цепи ЛГ, что позволяет получить однозначную зависимость между значением коэффициента обратной связи на рабочей частоте и значением полюса функции коэффициента обратной связи. Изменением величины переменного влементЕ в цепи обратной связи необходимо добиться расчетного положена! полюса коэффициента обратной связи.

Затем подключается анодная цепь ЛГ и напряжение также подается на анод генераторной лампы через БЦ. С помощью детектора производится измерение напряжения на аноде генераторной лампы. Регули-

рупцими элементами, ЛГ с помощью его регулировочных характеристик, полученных по его полной схеме• замещения, необходимо добиться, чтобы максимум измеряемого напряжения находился на рабочей частоте' и его значение соответствовало расчетному.

Используемый в составе устройства для настройки частотный дискриминатор, включающий в себя суммирующие трансформаторы на согласованных длинных линиях, является, в "отличие от существующих, широкополосным. Это делает перспективным его использование такте в системах стабилизации частоты ЛГ с самовозбуждением, которые могут возбувдаться па частотах, существенно отличавдяхся от рабочих. Традиционные схемы, основанные на использовании резонансны»' контуров, настроенных на номинальную частоту, позволяют получить рабочую зону дискриминатора шириной всего 2-3 Ыгц, что часто не позволяет системам стабилизации частоты ЛГ с самовозбуадением нормально функционировать. Уменьшение добротности задающего контура позволяет расширить диапазон работы традиционных дискриминаторов, но при это резко ухудшаются частотноселективные свойства таких систем Ошт начинают реагировать и на гармоники, что делает их непригодными для использования в качестве задающих элементов в системах автоматической стабилизации частоты.

Дискриминатор формирует два высокочастотных напрягения ümXl и ивыхг. Выходная характеристика дискриминатора определяется соотношением: |ÚBUX,|-|ÚBUX2| = 2 | ÚBX | (| cos <p/2 |-t sin cp/21), где UBX- входное напряжение дискриминатора; <p =vX0/(2X); A.Q, X -.длины волн на рабочей (номинальной) и измеряемой частоте ЛГ.

Выходная характеристика идеального дискриминатора в зоне частот от 0 до 2fQ( где f - рабочая- частота) имеет практически линейный вид. Реальный рабочий частотный диапазон определяется конкретной конструкцией дискриминатора. Спроектированный дискриминатор для рабочих частот 13.56 и 27.1 Мгц имеет рабочий частотный диапазон от 3 до 60 МГц.

Приложения содержат листинги программ, распечатки входных данных и результатов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ:

1. Предложена; методика, позволяющая учесть влияние конкретного конструктивного выполнения генератора, основанная на диагностике ВЧ КЦ с использованием стандартных измерительных средств и специализированного математического обеспечения;

2.Разработаны алгоритмы диагностики ВЧ КЦ для случаев одночастот-

во* и мно^очастотной диагностики но измерениям ыадухей и фаз электрических величин или только модулей;

з. йзокедована проблема разрешимости и единственности реаений задачи диагностики электрических цепей в зависимости от доступности для измерений входов цепи в возможностей измерительных средств; ^.Предложена методика, позволяющая учесть конечную точность выполнения измерений в ходе диагностического эксперимента;

5. Выполнена диагностика серийных Ж для ДН;

6. Предложена методика и разработано устройство настройки ВЧ КЦ ЛГ для да.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Специализированный генератор мощностью 60 кВт, частотой 13.56 Игц для установок вакуумно-давлектрической суики древесины/ 3.Г. Вайсфзльд, О.Э. Кильдишава, Г.П. Крусанова, Ю.П. Лвбовицкий// Применение токов высокой частоты в электротермии: Тез. докл. XI Ваесоюз. науч.-техн. конф., 25.09.91/ НПО ВНИИ ТВЧ.-Л., 1991, 4.2, 0.128-129.

2. Васильев А.О., Гурзвич С.Г., IСидьдшева О.Э. Диагностика ламповых генераторов для диэлектрического изгрева//Электричество.-1995. Кб. С.28-34.

Под. к печ. 12.ЛО,35. формат 60x84 1/16

Офсетная печать. Печ. л. 1,0; уч. - изд. л. 1,0

Тнраа 100 экз. Зак. н}®1 Бесплатно.

Ротапринт ЫГП "Поликоы" 19Т376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5