автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Исследование и разработка интеллектуальных измерительных систем характеристик электромеханических преобразователей энергии

РГБ ОЛ

ВПШИЦЬШ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХШЧНИИ УН1ВЕРСИТЕТ

-;---------^—

ДОСЛ1ДПШЯ ТА РОЗРОБКА IНТЕЛЕКТУАЛЬНИХ ВШ1РЮВАЛШХ СИСТЕМ ХАРАКТЕРИСТИК 'ЕЯЕКТР0МЕХАН1ЧНИХ ПЕРЕХВОРАВАЧ1В ЕНЕРГ11 .

Спешальн1сть: 05.11.16 - 1н«>ормац1йно-вимрювальн1 системи (в науц! та промисловост!)

Автореферат дисертзц!I на здобуття наукового ступени доктора техшчних наук

В!ННИЦЯ - 1995

Дисертащею с рукопис.

Робота -выкопана. у Вшшдькому/ державному техн1чному ун!верситет! на кафедр! "Автоматика та гнформащйно-вим!-

Пров1дна орган1зац!я - Конструкторське бюро "11ГГОРМ", м.Кшв.

Захист В1дбудеться (\ЦЩ£Ь 1995 р. о ¿и.

годиш на зас1данн1 спец1ал!Зованог вчено! ради Д 10.01.01. Вшницького державного техшчного уш вера.тету за адресов (286021, м. Впшиця, Хмельницьке шосе, * 95, ГУК)

3 дисерташею можна ознайомитися в б!блютец1 В1 н-ницького державного техшчного ун1верс!тету.

рювальна техн!кам

0ф1Ц1ЙН1 опоненти :

доктор техшчних наук, професор Дудикевич В.Б. доктор техшчних наук, професор 1ваненко В.1. доктор технпних наук, професор СКРИПНИК Ю.О.

Автореферат роз!сланий

Вчений секретар

спещал1 зовано! вчено! ради

Юхимчук С.В.

:

злглльнл характеристика роьоти

АКТУЭЛЬН!СТЬ. Б сучаених умовах гссподарювання важливо-го значения набувае проблема забезиечення виробничих технолог! Я високоефектипними методами та засобами контрольновим!-рювально! техшки, як! .сум!сно з засобами обчислювально! техшки створюять нови!! клас зас,об!в вямгрюваиня - пгтелек-туальш вишрювальн! системи (IЕС). Реалоашя можливостей такого з'слнання потрс-'уе в1дпов!дного алгоритм! много та метролог!чного забезпечення, ор!снтованого на програмну час-тину засоб!в ЕИМ1рввання (ЗВ), яке. в свою чергу, визнача-сться об'ектом вим1ргоаиня (ОВ). В дксертаШ й?иИ po6oTt ОВ с електромехашчн! перетворювач! енергп (ЕМПЕ),до яких в!дно-сяться двигуни ПОСТ!Иного струму, кроков1 двигуни, синхрон-ш та асинхронш двигуни, тформашйш електричш машши,

Maconnii випуск та практичне застосування EMIIE в ycix сферах народного господарства вимагае п!двищення 1х якост! t ставить дуже важливе завдання автоматизацп випробувань, як в умовах сер!Иного виробництва (приИмально-здавальш випро-бування, перюдичн!. типов!, 1нспекш!1н!. м!жн!домч!, кптэл t -ф1каш ЙН1,атестап!йш випробування та !нш.). так ! при лпбо-раторних досл1дженнях. Випробування ВШЕ явлигсть собою над-звичайно трудом!сткий процес з! складною методикою визна-чення окремих параметр!в ! пов'язан! з великими затратами часу та матер1алышх pecypclB. Ця проблема ускладнюсться 1 тнм тим, що ceptiiHo не випускаються ' ЗВ основних характеристик ЕМПЕ, як! необх!дн1 для укомплектування ши.ирю-вальних систем, не випускаються також t випробувагьн: стен-

ди, а IX прош^глов! випробування не цостатньо автомати-

зоващ.

Досл1д:кешш -та створенню IВС, в тому числ1 IВС характеристик ШПК, присвячека велика шлыисть роб!т В1тчизняних та зарубгжних вченил. Значний вклад в розробку .тзорп таких систем внесли вчеш Т.М.Ал1ев, 0.Д.Гольдберг, В Л. ГШ с, В.Б.Дудкевич, В.С.Гутнгков, В.НЛванов, 1.П.Кл1с-торгн, В.Г.Кнорршг, АЛ .Кокдалев, К.Л.Култковськкй.

В.Т.Мал1Ков|, Б.Н.Малиювськии, В.Н.Мал1Новський, П.П.Ор-нацький, А.А.Потапов, Ю.М.Туз. Ю.О.Скрииник. Б.I.Стаднпк

0.-Д.Трубенок, М.П.Цапенко, ЕЛ. Цветков-, В.Д.Шделко, В.М.Шляндт та 1>: учш. Однак 1з-за недостатныл теоратично1 опрацьованосп загалышх принцшпз пзоудови, а також В1дсут-Н1сть програмно-апаратних засоб1в та метролопчного IX за-безпечення обумовлюють В1дсутшсть I ВС в практиц! випро-бувань ВШЕ.

Тому доел!дження та розробка I ВС характеристик ЕМПЕ на еьогодш е завданням актуальним, що мае важливе народногос-аодарське значения.

Стутнь досл!дженност1 тематики дисертацп.

На сьогодш ИН1Й день невиршеними проблемами винро-бування ЕМПЕ с :

1. В латолтичколу аспеюш - не досл1джена математична модель 0В - асинхронного двигуна (нелшйна жорстка система) в плат впзначення Iнформативних параметра та репре-зентатишш режим! в його* роботи, а також не розроолшп методи Iдентиф!каш I параметр!в роторного кола;

.'. H тги1чи(Щ/ ftcm^mi - не розроблшП програмно-апара nil

3;i' <и'н IIV х 1|),'1К1'(!|'И1ГИК АД, якt б у noBiiili Mi р! задо-

»

тюльняли сучасн! техн! чш . та метролоПЧШ вимоги; 3. П Iчналц аспектl - не розв'язана задача Mofpo-

лопчного зябрзпечення I ВС та II компонент! в, я-само каналу пим!рппання кутопо! придкост1 та механ!чних momohtîb (крут-ного. пускового, моменту !нерцп)

МЕТА РОБОТИ - пир!шення важливо! науково-тех!чно! проб ломи створення I нтелектуалышх вим!рг)вальних систем характеристик електромехашчних перетворюва'Нв онергп та впровадження IX в практику вим1рювань.

Основне зэвдаиня наукового дослютення пов'язане з необхШПстп розробки концепш I !нтелектуал!зацп вим!ргвань ' характеристик ЕМПЕ. синтез структура I ВС, а також стпорення прогрзмноапаратних 11 засоб!в I математичного та метроло-Пчяого забезпечення.

НАУКОВА НОВИЗНА роботи полягае в розробц! наукових основ, метод!в 1 рекомендашй, спрямованих на створення нового класу вим!рювальних систем характеристик електро-мехд-ш чних перетворювач!в енергм.

Най!стотн!ш! науков! результата, що вперше 'представлен! в дисертац)1 1 мають повну новизну :

-резроблена концепшя 1нтелектуал!за1и i вим!рювань F.MfîB шляхом систематизац!I, узагальнення метод!в та засоб!в вим!-рювання, що викорисговушться при випробуваннях;

-обгрунтовано виб|р математично! модел1 асинхронного електродвигуна (АД) як ОВ I проведен! п дссл!дженкя на

предмет визиачсиня 1 нфорштизиих параметр;в та репрозен-татианкх Д1лянок мзхаш чши характеристики*

- за результатами досл!Дйбнь йа1е.чз$ичй01 моделг АД у чотирьох режимах його роботи ф:>зсй 4 ^'сталеному, ударного навантаження та вибпуЬ с^ормульоваш -рекомендацп по вибору найефектпвьчшого режиму роботи для вим1рювання характеристик з метою подалылого визначення параметра, що не шддаються вим!рюванням;

- розроблеш та доол1джен1 методи 1дентиф1кацп ОБ, що описуються нел!н1йними жорсткими диференшальними р1внян-нями, з використанням функщй чутливост1 та нел1н1йного фгльтру Н.Дистефано;

- узагальнеш та розвинут1 основи теорп тахометрп, розроблеН& 1 досл1джена метролопчна модель вим1рювального каналу ■кутовог швидкостг та синтезована його структура з адаптацию на пшарьчнтнють;

- узагальнеш та розвинут! основи теорп динамометрп, розроблена метролопчна модель вимциовального каналу обер-тового моменту та синтезована його структура, як складово1 I ВС ХАД; ■

В! ропдшсть результат! в нэукових полохень I висновк!в, СФОРМУЛЬОВаш!Х в ДИСеРТаиН, обумовлюеться ексгшриментальним |'Л дтвердженням розроблених в дисертацп теоретичних поло-жснь, реал1 затею на ЕОМ комплексу алгоритм1в та програм 1дентиф1кацп параметра роторного кола ОВ. Опрацьоваш в дисертацп гпгдратш та програмш засоби I ВС характеристик АД шеля метролопчно! IX атестацп апробованг на виробництвг I и '¡начальному процсс!, а також впроваджеш в практику.

Практична ШШПСТЬ. До розроПлених л дисертацп конкретних результат! в, що мають важливе значения 1 знзйшли ирактичн.у реал1зап!в наложить :

-методика структурного синтезу вим!рювальних перетво-ровач1й (тахометричних, динамометричних) як компонент!в IВС характеристик ЕМПЕ перетворшач1 в енерп! з оптималышм роз-под!лом функшональних можливостей м!ж апаратними та прог-рамними засобами;

-методика досл1дження та знаходження !нформативних параметр!в ЕМПЕ а також виб!р репрезентативних режим!в гх роботи ОВ;

-методика !дентиф!кац!I внутр!шн1х параметр!в ОВ, гад описувться короткими нелППЙними дифсренщальними р!вннння~ ми, та програмне забезпечення для визначення параметр!в, як! не можливо вим!рЯТИ;

-способи вим!рювання механ!чно! та пусково! характеристики ЛД в динам!чному режим! його роботи;

-методика метролог!чно! атвстацп та поров!рки вим!рг>-вальних канал!в 1ВС характеристик ЛД.

Впровадження I ВС храктеристик ЛД та п компонентов дало змогу автоматизувати вим1ргвання при випробуванш АД, значно скоротити час випробуваиь (з Зв нормогодин до десятка хвилин), а також шдвшцити при пьому I точнють ним! рювлнь. Розроблеш в дисерташ1 методики та засоби пим!ргпань можуть застосовуватись також I при випробуванш газотурбинних двигушв, г!дродвигуШв, двигушв внутриннього згорання та 1нш., що значно розширпе можлипост! практичного г'чсгосуранки результат!в роботи.

с -

PEAJIIЗАЩ Я ТА ВПРОВЩЕННЯ РЕЗУЛЬТАТ! В РОБОТК Осдовний 3MICT дисертащйно1 роботи складають р'езуль-'1'ати досл!джень, що виконувались на кафедр! "Аьтоматики та i нформац!йно-виы1рюБально! технпш" В!нницького державного техшмного ушверситету в пер!од з 1975 по 1994 р. • " Шд кершшцтвом та за участи автора розроблеш, метролог!чно атестоваш та впроваджеш :

- засоби вим!рювання швидкост1 обертання валу елек-тродвигуна на Впшицьком електротехн!чному завод: (ВЕЗ);

-1нформац!йно-ькм!рювальний комплекс електрсмехашчних параметр!б електродвигушв на ВЕЗ;

-система автоматизованого контролю мехашчнах характеристик електродвигушв в шститут! електродинам1ки АН УССР; -автоматизований стенд налагодження прзграмного забезиечення 1ВС у ВО "Альта!р", м.Москва;

-система автоматизованого контролю миимального обертовогс моменту асинхронних електродвигушв в СКВ "Укрелектромаш", м.Харк1В;

-приетргй спряжения для засоб1в вим!рюваняя пускового момента електродвигушв на завод1 "Електродвигун", м. Ужгород;

-зас!б вим1рювання частоти, який використовуеться для реа-л!заци способу досл1дження гуморальних середовищ. (позитивно р!шення на видачу патенту Роен Jé 94-006876/14(006851) шд 28.02.94)

Матер: али дисертацн впровадаеш в навчалышй процес у Впшицъкому державному теосшчному ун1верситет1 I знайшли ыдображення у чотирьох навчальних иос1бниках.

АПРОбЭШЯ роботи. Основи) результата диоертащйно! роботи доиошдалися 1 обговорювались на \ М1ж!1Яродних, 17 Всесоюзних, -8 Республшанських науково-техш чних конференциях, а також на конферешпях ВШницького пол!техшчного 1иституту в 1980-1994 р.

Засоби вим!рювання, ио розроблялися за участи автора неодноразово експонувалися на ВДНП автор нагороджений ср!бною медаллю.

ПУбЛ! кац! I. За результатами дисертатйно! роботи опуб-Л1ковано 89 роб!т, в тому числ! одна монограф!я та 22 вина-ходи.

Структура дисертзцн. Дисерташйна робота складаеться. !з вступу, шести глав, висновк!в по робот!. переливу л!тера-тури та додатку.

Особистий внесок дисертантэ.. Основн! результата отнимало автором самост!йно, або при його безпосередшЙ участ!.

Метода ДОСЛ!Дження. Для розв'язування постаилених задач використовувалися методи теорп, 1нформа!ий1ю-пим1р1опалыю1 техшки, теорп 1дентиф!каци, ф!льтрацп та короляшйного анал!зу, теор!я розв'язок 1нтегро-диференШйних ртнянь. теор!я. матриць, апарат матсматичного прогрлмукамня.

Об'ЕКТ ДОСЛ1ДШШЯ - метрологии! молол!, структура, программ! та апаратш засоби вим!рпвалышх канал!в I ВС характеристик АД, а також сам ОБ.

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У ВСТУПН1Й ЧЭСТИН1 обгрунтовуеться актуалыпсть теми дисертатйно! роботи. формулюсться головка мета, доводиться

наукова новизна та практична щншсть роботи, розкривавться методи доел! джоння, реал1за!я та апробатя результата ди-сертацгйно! роботи.

В пеРШ1Й глав1 проведено анал!з застосування засоб!в обчислювально1 техшки в практику вим!рювання та розгляда-ються напрямки розвитку комп'ютерно-вим1рювальних систем. Сучасний р!вень комп'ютергзацп вим1рювань пов'язаний з наданням процесорним ЗВ можливост! Ц1леспрямованого вибору рац!овального алгоритму вишрювання, який визначаеться властивостями ОВ, умовами вимгрювань, а також вимогами та обмеженнями щодо процедури вим!рйвання. Розушючи шд 1нте-лектуальшстю здатшсть техншного засобу сшлкуватися з оператором та приймати р!шення про характер падалыноI дп, як! грунтуються на знаниях, можна -зробити висновок про те, що комп'ютер1защя вимгрювань полягае в IX 1нтелектуал1-зацп. Природньо, що для створення IВС необх!дне подальше Iх ускладнення та розширення граничних функц!ональних можлквос-тей за рахунок апа'ратно1 та програмно1 надлишковост1. Ос-киьки IВС П0ВИ1Ш1 бути над1лен1 знаниями 1, перш за все, знаниями про вим1рьвання, то виникае проблема формування та рацюнально! орган1зацп цих знань, охоплюючих в!домост1 иро-об'екти та умови вим1рювань, алгоритм« 1 засоби вим1рювань.

Анал1зуючи стан цього питания за результатами публ1ка-Ц1й в перюдичшй Л1тератур1, а також на П1дстав1 практичних знань можна д1йти висновку, що досл!дження у Ц1й галуз1 !н-тенсивно розвиваються в трьох основних напрямках:

1.теоретичн1 та методолог!чн! аспекта 1нтелектуал!зацп вим! рювально! техшки;

?.питания,. створення техшчних засоб!в, над!лоних елементами (нтелекту, гао в!дпов1дають необх!днкм вцмогам для реал1 защ I I ВС;

З.проектування вим1рпвальних 1нформац!йних систем з використанням експертних систем,

В рядг роб!т сформульована загальна концепт я у Ц1й галуз!. до основних положень яко! в!дносяться морф'олопчн! та функцюнальн! ознаки. Бключення до складу I ВС експертних систем та 1нш. Разом з. тим сл!д в!дзначити про в!дсутн1сть концептI проектування IВС для конкретних об'ект!в дос-Л1дження, таких як. наприклад, , Е7ЛПЕ, як! представлять широкий клас технолог!чних об'ект!в.

П!д Iнтелектуальною вим!рювальною системою характеристик електромехашчних перетворювач1в енёрг!I (I ВС ХЕМПЕ) будем розум1ти сукупн1сть взаемодизчих об'ект!в р1зко! природи над!лених системними властивостями. 1з цього випливае перший принцип концепт I побудови 1ВС ХШПЕ -принцип едноат (тлосност!), суть якого полягае у тому, ио -композит я 1 декомпозитя направлен! на генерування характеризуючо! системи Iнформац!I б!льш високо! якост!

Оск!льки в структур! системи ОВ е зм!мним елемснтом 31 сво1ми властивостями. то виконання принципу едност! потребуе, щоб така система була адаптивною ! параметри II вибиралися з урахуванням властивостей ОВ. Тобто виникас необх!дн1сть у попередньому тестовому зам!р! параметр!в ОВ з подальшим уточнениям параметра I ВС ХЕМПЕ.

Другий принцип концепт! це принцип Щлеспрямованост!, який полягае у тому, що в IВС ХЕМПЕ як в будь-як!й вим|рю-

вальшй систем! взаемсиия шдсистемшдпорядкована глобаль-шй Ц1Л! - одержанню впмцтеально! шформацп з. заданою точ-тст» та в!роп дн1стю. При цьому можуть не враховуватися .6удь-як! фаютори I властивост! шдсистем, як1 не працюють на досягнення поставлено! мети.

Надзвичаййо важливим в концептуальному план! проек-тування I ВС ХЕМПЕ с принцип моделювання. Будь-яка техшчна система ыдобрзжаеться к!нцевою множиною моделей, кожна з яких в!дбивае певну грань п сутност!, але не вс! характеристики можуть бути вимгряними. В ЕМПЕ ряд параметр! в принципово неможливо вим1ряти без спетального ускладнення IX конструкт I. До таких параметра виносяться, наприклад., ошр та !ндуктивн1сть ротора, коефицент взаемо1ндукц!I та 1нш. Тому.для виршення ц:е! проблемй необх!дна математична модель ЕМПЕ як ОВ, яка б збер!галася у пам'ят! комп'ютера, I шдтримувалась в!дпов1дним математичним та програмним забез-печенням.

Ще один принцип важливий для I нтелектуал!защI I ВС ХЕМПЕ це принцип розвитку. В!н полягае у тому, що структура та принципов! ршення, прийнят1 для техн1чних засоб!в I математичного забезпечення I ВС ХЕМПЕ, повинн1 забезпечувати ■II розвиток, нарощузання та ускладнення покладених на не1 завдань.

Запропонована концепт я створюс передумови для систе-матизащI та анад1зу публ1кац!й, присвячених проблем! !нте-лектуал1зашI вим!рювань характеристик електродвигун!в.

В результат! ретроспективного анал!зу та з урахуванням концепту ал ышх принцип! в -розроблена класиф!кащя метод: в та

комп'ютерних засобИз вим!рювання характеристик ЕМПЕ. 1з класиф1кацп в;шливае, що завдяки комп'ютер!зацН ^зим!рювань стае можливим використання емп1рико-теоретичних метод!в до-г сл!дження ЕМПЕ. Для реал!зацп. вказаних метод!в необх!дн! додатковл досл!дження як ОВ, так I вим!рввальних канал!в IBC, а такся розробка математичного, програмного та метро-лоПчного забезпечення.

У ДРУПЙ глав! методом чисельного експерименту досл1д-жуеться математична модель ОВ - асинхронного двигуна (АД). як найб!льш масового та складного' представника класу ЕМПЕ. Головною метою досл1джень класично! модел! АД е визначення найб!льш !нформативних параметр! в, а також репрезентативних д!лянок мехашчно; характеристики в план! ефективного використання IX для визначення параметр!в, що не шддаються BHMt реванша. Розглядаються чотири режими роботи : режим розб1гу ротора, усталений режим, ударного навантаження та режим виб(гу.

Параметр!чна модель ск!нченом!рно! неперервно! системи мае вигляд системи нелппйних диференшальних р!внянь первого порядку.

dx, _

— = g,(x,.....X,. t, а,,.. ., в.), 1=1, n (I)

dt

або як векторне р!вняння

dx

— = g,(x.t,a) (2)

dt

де х = ^х,.....xnj - вектор стану, а = (а,.....а.) -

вектор параметр!в.

У загальному випадку розв'язок р!вняння (2) залежпть в!д початкового моменту t„ 1 початкового значения Xo=X(t0).

тому його можна записатн у вигляд!

х = x(t, t0, х0). • (3)

Загалышй розв'язок (3) для pi вняння. (2) залежить В1Д

(п+и+1) скалярннх параметр!в t0, х01,... ,х0п,а,,... ;а„, як1

в сукупност! е повною трупов параметр!в. тобто ix задания

однозначно вкзначае деякий розв'язок р1вняння (2).

У загальному випадку дов!льне с!мейство параметра

fi,,...,ttk е повним, яыцо задан! однозначно сп!вв!дношення

t0 - (у,,... ,fjk), хь = х0(к,. • • • >fik). а = а(ц,,... ,pk). (4)

У цьому випадку задания к параметр! ь

однозначно визначае початков! умови I вектор тобто

однозначно вкзначае в!дпов1дний розв'язок х = (t, ц)-

3 урахуванням сшвв1дношень (4) початков1 умови для

р!вняння (2) можуть бути подан! у ВИГЛЯД!

tu = t0(fj), х0 = xu(ji). (5)

У випадку, коли с пльки один скалярний параметр ц - а,

параметр а визначае 'повну трупу i, отже, визначае однопа-

раметричне с!мейство розв'язк!в, якщо початков! умови

однозначно залежать в!Д а

».„ = tu(a), х0 = x,j(a). (6)

Якщо функци (6) неперервно диференц!йован1 по а, то

розв'язок piвняння (2) задовольняе умови

X(t.,(a), а) = х0 (а) (7)

неперервно дифиренщйований по' а на дов!льному замкнутому

!нтервал! [ Ü, t ], при якому розв'язок х[ t, а ] належить

облает!, в ЯК1Й права частина piвняння (2) неперервно

диференшйована по х. а. При цьому функтя чутливост1 '

, , ax(t.a) ...

sU.u! - ——------(8)

Ott

•я +

i« За

=: ;:(t.a)

(9)

задовольняе pt вняпня díi c)g I

dt dx ¡x = x(t,a)

l початков! умови

dx0 . dtQ dx, «(t0) = -r- -X —■ = — da . da

B- (9) noxiдна dg/dx вектора g по вектору x e квадратна

---R(x0 {a),t0(a),a) —. (10)

da ■ da

матриця (якоб!ан) д%

«Эх.

i, k = 1,n.

(II)

3 (10) яипливае, що для випадку не залегших в!л параметр! в постШних початкових умов (6) t„ - const, s0=const, функшя чутливост! (8) задовольняе нульош початков! умови.

Якщо р(внян1!я (2) в загальному вигляд! заложить в! д векторного параметра а, то природньо розглядати всеможлив! зм!шан! функц!г чутливост! п - го порядку

(1......О

(t. а) =

j3x(t, а) 1.

1

1, + ],+. ..+1 = п.

(12)

За , .... да

Достатн! умови 1снування неперервних фуикшй чутливост! (12) для с!мейства розв'язк1в (3) р!вняння (2) з заданими початковими умовами

Ц = (а), х0 = х0 (а) (13)

можуть бути сфэрмульоваШ таким чином. НохаИ задано вих!дие р1вняння (2) 1 початков! умови (13) ! гютр!бно встановити достатш умови (снування функШ I чутливост! (12). Для ш.ого продиференц! юсмо посл!довно р!вняння (2)' по параметрах в!дпов!дне число раз!в (допускасться. що не можлигю). Г! результат! одержимо р!вняння, яке мае вигляд

ds , U„...,1J

—= й(s , s, X, t, а ) (14)

dt

1 воно лпийне. в! дносно kojkhoi функцп чутливост! (1„...,1.) „

s . . KpiM того, формально застосовуючи посл!довно

сп!вв!дношення (10), одержимо сп1вв1дношення, що мае вигляд

(1,.....I») . '

s (t0) = g(Y0, t0> a). (15)

Яйцо при цьому прав! частини (14) I (15) виявляються

неперервними по сукупност! bcix зм!нних, то в!дпов1дна

функц!я чутливост! 1снус 1 не залежить В1Д порядку

диференц!ювання по р!зних параметрах. При цьому р1вняння

(14), буде шуканим р1внянням чутливост!, а сп!вв!дношення

(15) визначае необх1дн1 початков! умови.

Задача досл!дження математично1 модел! АД зводиться до виведення ргвнянь чутливост1 з подальшим числовим експери-ментом.

Для кожного ! з режим!в проведене чисельне досл!дження

правих частин р!внянь чутливост! по параметрах : моменту

!нерцн J, опору ротора Rr> 1ндуктивност1 ротора Lr та

взаемно1 1ндуктивност! Lm, тобто параметри як! неможливо

вим!ряти без внесения в 0В конструктивних зм!н.

Представимо математичну модель АД у вигляд! : '

- dX

— = g(x, a, t) (16)

dt

де х - вим!рний вектор стану х = (х,; х2-, ху, х4; х5)т =

= ( ira. p. )T. & - нел!н!йна гладка вектор-

функшя в1дпов1дно1 розм!рност1, а - пост1йний вектор Нев1ДОМИХ параметр!В р03М!рН0СТ! m. а = (a,; a2i а у, а4;)Т = (j, яр, !._, l„)t.

Ргвняння чутливост! для модел! АД мапть вИглвд

азПг д8 э8 аэц. Эg з8

= • 5цг + - ; - = — • Бт, + - ,

сН Эх дПг сН 9х 81г. "

¿Б, Эз <15, дв

(17)

•= • + — ; , — = — • ^ + — ,

<Н дх дЬп. <П дх ЗJ '

Одержан! р!вняння вектор-функцп град!ента правог частини у розгорнутому вигляд1 по кожному 1з параметр!в.

Наприклад, — - вектор-функц!я град1снта право! частини по. аяг

параметру кг в розгорнутому вигляд! .мае таке зображення : Зв!

- ~ Ч • ! ( Ьпг - ьГ • ь3 );

г

= - Ь, . X, / ( Ьт> - Ьг • Ь5 );

(7Кр

а«з ,

- = Ьд-х, / ( Ьп - Ь„ • Ь3 ); ( г8)

алг

— = ь5 • X, / ( V - ьг • ь5 ); £ = О.

Розроблено, програмне забезпечення та проведений чисельний експеримент, за результатами якого встановлено. ¿о для ощнки моменту !нерцп найб!лыа 1 нформативним с режим виб1гу АД. Режим ударного навантаження та рбзб!гу е найб!льи показниковим для оц!нки 1мпедансу роторного кола та взаемно! 1ндуктивност!.

- IG*

В третш глав!, викладеш результаты розробки математичного забезиечення 1 ВС характеристик АД, а. саме, метода i дентиф! кац! I кнутрших параметра при непозному спосте-реженн! вектору його стану.

Суть першого методу полягае у виршенн1 комплексно-операторного р!вняння електромагштного стану АД в!дносно потокозчеплення i оптим1зац!йного пошуку параметра модел1, при яких М1н1М1зуеться нев'язка, сформована з використанням Еим1рюваль'но1 шформаци .тахометричного перетворювача, що працюе % динам!чному режимь Для вирниення ц!ei задач! вико-ристовувався принцип максимуму Л. С. Понтряпна. Проте для реалгзащI - такого' алгоритму необх!дно вводити додатков1 ознаки, для визначення точки mihiмуму на функцп, що наложить деякому незкшченовимрному функцюнальному простору. Введения додаткових ознак (параметра OB, як! часом важко вим!рювати) обмежуе використання запропонованого метод}' 1дентиф1кац1I.

Метод Iдентиф1каш I, що грунтуеться на використанн! функшй чутливост! також обмежений у застосуванн1, тому що не для Bcix OB задовольняються умови Розенвассера.

Досл1 джена,також задача Iдентиф!каш I, що формулюеться у вигляд1 задач1 фиьтрацп з додатковим введениям до загально! модел1 АД статичних р1внянь для параметр!в, що визначаються.

Задача нел1шйно1 фиьтрацп для систем однор!дних

диференшальних р1внянь (ОДР) формулюеться так. Для

динам1чних об'ек-пв, що мсгделюються системою ОДР dx

— = g(X,а), (19)

до 8 - задана функц1я, а - вектор нев1домих пост!йних параметр!в, система з розширеним вектором стану у = (х, а)

мае вигляд ' '

% - ■ ■ - ■ (20>

Ф1льтрац1я стану У системи (20) забеэпечуе ф!льтрац!в . вектора стану х = х(х1(..хп) та !дентиф!кац!ю вектора нев1домих параметра а = (а)...а„) системи (19).

Система неперервного спостереження за станом мае вигляд Н = Г«у + т} (21)

де п - вектор похибки спостереження; Г - задана прямо-кутна матриця;

За результатами спостереження я на пром!жку. 0«ит'

визначаеться оптимальна оц!нка стану у(г) при t = т така, що

М1ШМ1 зуеться функц! я квадратично! похибки т

Г(у<Т), Т) = |(И-Гу, И-Гу)сП + (у(0)-Ь,-Л(х(0)-Ь)), (22) о ,

де ь - найкраща апрюрна ошнка у (о). Л - невироджена

матриця, що характеризуе стушнь впевненност1 в Шй оШнцК

Р1вняння нел!Ш Ино1 ф!льтрацп для оптимально! за

критер!ем (22) ошнки е набувае виду

77 = 8(е) + 0(г)ГТ(у»-Ге), е(О) =Ь, ао (23)

77 = 8с(е)д + (^¡(е) - ЧГтГд, (КОМ"1, ах

Н.Дистефано використовував цей алгоритм ф1льтрац!1 стосовно до задач! 1дентиф! кац! I нев!домих параметр!в нелшйно! в-язкопружно! пружини в умовах динам!ки. При цьому. р1 вняння модел! (20) характериЗувалось сладкою нел!-н!йн!стю, структурною спостережн!стю право! частини,

частинною спостережшстю . стану та- нежорстк! стю ргвнянь модель що забезпечувало задов!льну зб1жщсть .алгоритму ф1льтраци. Досл1дження зб!жност1 алгоритму, проводилося для модел!.

В нашому випадку впершё дослгдження алгоритму нелшйно! фыьтрацп (23) проводилися стосовно задач! 1дентиф1кац!I б!льш складно1 системи - модел! АД, що виписана в!дносно струм!в

<п

= А»1 + В»и

£ р

де

с1ыг

"¿ГГ

+ Мс = рМэ; МЭ = | " ^гр) ■

(24) (25)

В

ЬрКд -ЬтогЬ3

-ЬтНг -ЬтигЬг

[ "^а. ЬшиЕр, Ьгаиы(5

и - напруга; 1 - струм; ь, г - Iндуктивн!сть та ошр обмоток в1дпов1дно;'иг - кутова швидкють ротора; а - момент 1нерцп на валу; Мс - момент опору; р - число пар полюс!в; ш - число фаз. Гндекси г, з в1дносяться до ротора I статора в!дпов!дно. а,р - обмотки а 1 р узагальнено1 електрично! . машини.

Матриця спостереження Г мае вигляд : .

Г =

1 о ООО

•1/2 -Гз/2 ООО

-1/2 ^3/2 ООО

0 0 0 0 1

(26)

Обмежуючи задачу, ф розглядаеться АД з коротко-

ь5йг

-ЬгЬ5иг

замкненим ротором приймаемо ига=иг.р=0; ика=220-Г2соз(314и; и..„=220-Г2д1п(эШ). Система р!внянь (24,25) пер&ворюеться до виду , ' •

*=[*!. *2» *4> *5' хб) = (1ва' ^с*' р.' «г».

^ = В(х,. и5р), х 6 К6, g: и6 X К6 -» к6,

(27)

де в - наступна вектор-функщя :

8?=(14х5х1+ЬгКгх2+ЬтЬгхьх3-ЬЛ1йг.х4-Ьги5р)/(Ь^-ЬгЬ3);

81=(-Н.;Ьпх1+ЬдЬл,Х5Х?+ЬвНгх^+ЦЬгх4Х5+Ьтича)/(^-ЬгЦ;);

аь=ргтЬл,(хгх-,-х1х4) / (2хГ))-рМс/х6;

ЙГ, = 0. ;

Найб!лып шкавим з точки зору ' складност! виконання прямих вим1рювань е задача 1дентиф!кацп параметр!в роторного кола ьг, Ир, моменту 1нерцп з та взаемно! 1ндук-тивност! ьт. Для цього вектор стану початково! модел1 х = = [^0- *гр> "г. Де а - один 13 параметр!в 1^.,.

«г. К-

Ф!льтрац1я розширеного вектору стану у не завжди'е ефективною, так як р!вняння модел! (27) е жорстким ! суттсво нел1н!йним з поганою структурною спостережешстю право! частики, а матриця спостереження (26) мае неповний ранг роз-м!рн!стю 3. Жорстк!сть обумовлена наявнютю швидких елок-тричних (р! вняння (2.4) для струм!в) та пов1лыюго меха-Н1ЧН0Г0 (р1вняння (25) для кутово! ШВИДК0СТ!) рух!в.

По в!дношенню до. р! вняння (23) • для параметр! в, ротора ьг, йг можна стверджувати, пр жорстк!сть системи що п!дсилп-

■..'Х'ьсн, так лц. м'дтркия Якоб! шстать в знамоьайку деяких еле--мент!в многочлени (х{-1,,.и.)?, що може складати

мал! величнки б1льш высокого . порядку у иоршшнш 13 знаменником. (14~цха) матрнщ А для електричних складових.

В-роботI розроблено програмне забезпечення для моде-лювання роботи ф!льтру. За результатами числового експе-рименту розроблен! рекомендацп по застосуванню келппйного ф!льтру Н. Дистефано для 1дентиф!каш! параметр!в ЕМПЕ.

В четвешй рэв? розв'язуеться задача анэл1зу. та синтезу структурй- частотного вим!рювального каналу I ВС -каналу вим!рювання кутбво! щвидкост! ротора АД.

Розробдена його метролог!чна модель рис.1, яка дала змогу проанал1зувати вс! складов1 похибок, що Еиникають в кол! посл1ДовносТ1 перетворення ОВ - числовий вим1рювальний псретворювач. До осковних складових результуючо1 поу.ибки в1дносяться : Iнструментальш похибки тахометричного пере-тлорювача (ТП), похибки аналого-числового та числового пере-творювач!в. .'Додатков1. похибки обумовлюються не1деальшстю роботи АД, причиною яких е збурення в мереж! живлення. Щ похибки'детально лроанал!зоваш в попередн!х роботах автора як I похибки ТП. Похибки ж, що вноситься числовим вим!рювальним перетворювачем визначаються розрядною с1ткою !' сначно менше ус1х !Ш!Шх., Тому детально розглядаються похибки аналого-цифрового перетворення та похибки, що вносить муфта спряжения.

Основною похибкою АЦП е похибка кбантування. Кванту вання сигналу в АЦП -поел! Д0ВН01 л!чби зд1йснюеться при неретвореин! частота г чи часового !нтервалу Т в цифровий

УЛ -

екшвалент н. залежшсть якого в!д останн!х визначаеться ■ еп1вв1дношенняМ

м=Т'Г-а,+а2! (£8)3

до а^лг,^, а2=д1гг, дг(, - в!дпов!дно часов!,. 1нтервали М1ж передШМ та задшм фронтами "вор1т" та найближчим !з ,попередн1х 1мпульс1в посл!довность Сумарна статична похибка кнантування визначаеться

л=аг-д,^тг-Епг[т«г+а,]. (29)

Закон розпод!лу величини д мае вигляд

р(Л) =

I ртг(к+л)(1-А),0«Д<1 I "

Дртг(к+д) (1+Л),-1«Л«0,

(30)

де к - номер 1нтервалу квантування. 1з (30) виплйвае, що ииыпсть розпод!лу ймов!рност} похибки перетворення в загальному випадку залежить вгд закону розпод!лу параметру, що эим|рюеться. Для визначення. загальних властивостей нилыгост! розпод!лу ймов!р'ностей похибки використовувався апарат характеристичных функшй.. Одержано ртшння характеристично! функцп похибки

к=+га

Рд(и)=Е Ртг(2пк) к=-оо

«-2пк ,(и-2г7к) з1п——/-----

(31)

ВМраз (31),сп!впадас з характеристичной функШео закону С!мпсона при умов! Ртг(2ттк) = 0 при к # 0. Ця умова задов! льняс розподи тг з р!вном1рною пилыпстю Ймов1рност! при ц!лому (тг)тах I розпод!л тг, одсфжаний як сума декиькох випадкових величин, одна з яких мае р}вном!рний закон розпод!лу при тлому ТГ. Якщо середньоквадратичне

в!дхилення Tf багато' быьше единиц!, то закон, розгкщлу похибки квантування наближаетье» до закону Сншсона. Другий 'початковий момент похибки перетворення мае вигляд :

л jc=+oo J 41ггкй+1 1.1 (й*)- Е FTf(2iik>—---. . (32)

3 к——со

к/О -- - ... '

В динам!чному режим! .робрти похибка квантування е

випадковою функщею.

Так як залежнють д в!д х € Tf е функщя перюдична. то

вона представлена у вигляд! ряду Фурье

л Ч V (-1)" ,2пк \

д = - ) - sin ('- х) (¿3)

л ^ к q

. к=1 '

Похибка, що вносить муфта спряжения за рахунок ексцентриситету. е систематична перюдична похибка, величина II пропорщйна ексцентриситету Е, абслютне значения яко1

Д = -(Е • cos—)»7, 1=1,2,...,z, (34)

. z . •

де z - стала тахометричного перетворювача, i - ко-

еф!Щент пропорщйност!, який визначае сп!вв!дношення mi* .значениями ексцентриситету i вих!дного сигналу. Вйпадкова складова похибки вим1рювання

йм =

+ + 24

) , (35)

'2-Гбп

Т0<А

де 'Да0-результуюча середньоквадратична" похибка модулятора

ТП; f0 - частота опорного генератора; • стах - максимальне

1 1

кутове прискорення вала; <j,=—; а2=—; - середньо-

•Í6 Í3

квадратичний вгдхил в1дпов1дно для трикутного i р1вном1рного

закошв розпод1лу.

Функшя (35) мае екстремум по аргументу z I оптимальне число штрих!в модулятора ТИ, при якому мпимальна резу -туюча похибка визначаеться :

" Гв J2 f" , ¿ (36)

cA|<j2 + 6 Дао ío

1з анал!зу (36) виплиЕае, що на кожн!й робоч!й швидкост! для одержання дитт необх1дно встановлювати пввне число штрих1в модулятора, тобто змишвати його. KpiM того при 3MIHI ОВ буде зм!нюватись прискорення валу етах, що' також необх!дно враховувати при нормуванн! результуючо! похибки. Ц! висновки покладен! в основу синтезу структур та алгоритм!в видо1рювання кутово1 швидкост! (табл.1). Алгоритм табл.1.2 поеднуе два класичних алгоритма вим!рювання кутово1 швидкост! ¡ причому значения критично! кутово! ШВИДКОСТ! сок, на як! зд!йснюеться перех!Д В1Д одного методу вим!рювання до !ншого, залежить в!д динам1чних властивостей ОВ, !нформащю про як! несе перший перюд Т) 1нформативного сигналу ТП.

Застосування структури табл.1.4 та наведеного алгоритму дають змогу вим1рювати кутову швидкють !нвар!антно до нестаб1льност1 напруги та частота джерела живлення ОВ.

Алгоритм табл.1.3 реал!зуе зм1ну z стало! ТП в дина-мгчному режим! роботи з метою обмеження результуючо! похибки вим!рювання кутово1 швидкост!.

Для реал1зацп такого алгоритму необх!дне квантування Iнформативного сигналу ТП з програмною змпюю кроку квантування. Це, в свою чергу, дае змогу одержувати !нформащю

Алгоритм

Таблица I

П^нанна

\и/ / 'у> г 41- и» у У». по —.

С

^'»-Пси,

I»; N И.ЩЛГ, гс: ИШУ.17 Лс'н НММ!' ЛС II 1№1Л <С М

1С н дань га: н

1Т М Я111;<) п<- Ц ЩЦ1;'

и/

■ «Г

ЕЬЕЬ-П}

г,.,.?,/»»

— ■ ■'•Я'""

". Г

Вич II. Л. ИМО -1 '

." /Л,

' 14'

. -у". ^—

-и-;;. г.;

Т'

----- 1 ........и — -------

. Г ч

---1 -

—1____.

И-

1

I и:- ' :ы

...» _ -I и"

■Г

<■>«.-'ч.- л-..:

"с

-л»-",.'

про змгну фази сигналу за один пер!од ; ггзтосувати вагоз; метода п!двищення точносл вим!рювання' частота. Числовий екв!валент, що в!дпов!дае значениям кутоьог ивидкостч у цьому випадку визначаеться сп!вв!дн0шенням

т к"'

м« = -ПГ I• (37)

1=0

' де а - вагов! коефпценти, к - число д!лянок ва.гово1 фуНКЦ!I. . ,

Застосування вагових метод! в ш двшцуе точнють вим!рю-вання у V раз, де

_ ](к+1)•(к+2)

а» к

За результатами анализу похибок I з урахуванням розроблених алгоритм!в синтезована структурна схема вим!рювального каналу кутово1 швидкост!. Використання числового вим1рювального перетворювача дало змогу. -опосередковано вим!ряти мехашчну характеристику динам!чного режиму Мд = t(.uг).

У П'ЯТ1й глав! наводяться результата анал1зу складових частин вимIрювального- каналу пускового моменту, його метрологIчних характеристик I запропоновано новий спос!б вим!рювання пусково! -характеристики ОВ.

■Вим!рювання пускового момента е складною I теоретично маловивченою проблемою. Тому перш шж вибрати метод вим!-рювання та розглянути основи побудови структурно! схеми засобу вим1рювання пускового моменту м„ зд1йснено теоре-тичн! та експерименталып досл!дження вим! рювального перетворювача.

- -

Вх1дною величиною, що д1е на вим!рювалышй иеретворювач пускового моменту (ВПИМ) е момент ОВ, математична модель, якого мае вигляд

М = Й + А»51п к,а - В-Со$ к,а, (38)

П ОВ .... *

де м - пост!ййа складова моменту ОВ; А,в,к,,к? - кое-фниенти, що залежать В1д конструкт 1 ОВ: а - кут повороту ротора в1дносно статора.

Вих1дною величиною ВППМ е момент М„, що виникае на корпус! ПД. Момент М„ на виход1 вим1рювально'го перетворювача визначаеться з його математично! модел1, що наведена системою р1внянь

с№

а й"

= и.Сов (Л- —

V

оИ <*ря

«н а* '

а

1/1/ - М И" • -1/

♦а* +

^ V*

Й' • м 1/1/ - н? н". • и

1/1/ - М' 1/1/ - м

йг • I/ . г Й* • м

*а

♦ г

(11

«V

сН

•м

пм

бы

ил

1/1/ - М

_ • ь*

1/1/ - М

пир М

_ . . _

1/1/

м

*а ~ и>*рГр

1/1/ - м

Р Ра н

1/1/ - М

' < V* V " V V > <39)

А (V V'

М м ~ м

пл лм Г1Л

М +мп+м"+мп+м"

п оа оп вп эм пл

J = J +

"л

м = м + м

II пл II оп

3 в

оп эм - + -

I • Т)

Г + ДМ

а

к

М

Р

де мэм - електромагниний момент АД, який виражено через потокозчеплення мпд - обертовий момент приводного

двигуна; м - обертовий момент на виход! редуктора; и - введений' момент гнерцп ротора ОВ Joв та муфти спряжения

- момент 1нерцп приводного двигуна; мр - обертовий момент на виход! хвильового редуктора, зведений до приводного двигуна; ь>пд- частота обертання виходного валу редуктора приводного двигуна; ир- частота обертання ротора а'синхррн'ого привода; 1 - передаточне число редуктора; т) - коефЩ!ент

корисног дп редуктора; дм' = м" + мп + мп + мпс оз вп зм пд

момент опору, що викликають дисипативн! момента ОВ, вим!-рювального перетворювача, муфти спряжения та приводного двигуна.

Ргшення систем р1внянь (39) для р1зних об'ект!в вимгрювання наведен! на Рис.2.. Анал!з одержаних результат!в. .показуе, що математична модель вим!рювального перетворювача

ПУСКОВОГО моменту 3 ВИС0К0Ю ТОЧН!СТЮ В1ДТВ0рЮе ф!ЗИЧН!

процеси розглянутого засобу вим1рювання. Похибка модел! не пзревищуе 2,5%.Встановлено, що перех1дний процес у ВППМ суттево впливае на величину Iнформативного параметра Мп. В зв'зку з цим визначено час перех!дного процесу перетворювача 1 одержано р1вняння перетворення в статичному режим1 роботи.

Ып = Мзм + Мп ов • (1 + 1 ' "»> + ДЫс • (40)

Визначеш числов1 значения гу, як! для АД мало! та середньог потужност1 складають (0.2-0.4)сек. Запропоновано час вилучати 13 загалыюго часу вим!рювання пускового моменту.

Ощненб вплив методично! похибки на результата вим!рю-вання МГ1> що виникае за рахунок в!дхилення ковзання приводного двигуна в1д ном!нального значения (з„=1). В залеж-ност! в! д вид!в . випробовувань ОВ вид1 лено дв! зони робота приводного двигуна : . приймальм 0.986 < э < I; прий--мально-здавальн1 0.972< 5 < I, Встановлено, що в1дносна методична похибка шд час роботи приводного двигуна в зон! 0.986 < б < I не перевищуе 0.5^ 1 суттево не впливае на значения пускового моменту ОВ.

В усталеному режим1 роботи вим!рювальний перетворювач пускового моменту описусться р1внянням (3). Процес зна-ходження М„ ОВполягае у вим!рюваннг залежност! М„=г(а) за один повний оберт його ротора з наступним вйзначенням екс-тремуму (М„ „,„). В зв'язку з цим визначено момент часу (кутове положения), в якому значения пускового моменту буде м!н1мальним

М„ в1в = —-—- - ^ л> + В' . (41)

ГП

де с - конструктивн! параметри ОВ в режим! короткого зами-кання; А,В - параметри математично1 модел! (38) пускового моменту.

Анал!з (41) показуе, що для допустимих (ДЕСТ 16264.0-85) в1дхилень напруги исп ! 'частота гсп промислово1 ' м*ереж1 живлення ОВ в!дносна похибка вим1рювання пускового моменту складас (1.1-2.1)«. Для нормування випадково! похибки запропоновано зм!нювати частоту дискретизац!I з урахуваиням зм1 ни частоти обертання ротора приводного двигуна, що викликан! в!дхиленнями и,п 1 {гп в!д ном!нальних значень.

Досл!дження метролопчних характеристик вимгрювалыюго перетворювача пускового моменту дозволили зробити наступний висновок. На вим!рюванн1 значения М„ суттево впливають сл!дуюч1 фактори: перех!дний процес у вим!рювальному пере-творювач!; випадковий характер моменту опору дМс; в!дхилення параметр!в исп I тсп в!д ном!нальних. Тому запропоновано новий спос!б' вим1рювання пускового моменту ЕМПЕ. Ф1зична суть способу полягае у тому, що' ротор ОВ обертають з ранние визначеною швидкютю согш за допомогою приводного двигуна' I одночасно вим!рюють кутове положения та обертовий момент. На протяз! першого оберту ОВ обезструмлений, а на протяз! другого оберту живиться в!д стаб!л!зовано1 елктрично1 мере-ж1 зм1иного струму.

Значения ' пускового момента мп в заданому кутовому положенн! ротора визначають як р!зницю

Мп = Мк - дМс (42)

де Мк - обертаючий момент на ротор! об'екта вим!-рввання; дМс - момент опору вимгрювального перетворювача.

Для зменшення похибки в!Д в!д випадкового характеру моменту опору, в межах кожного кутового положения ротора, зд!йснюеться к вим1рювань дМс I визначаеться середне значения в кожному заданому кутовому положенн!

к

ДМС, = ~ ' I *МС1 • (43)

В Ш0СТ1Й глав! описан! основн! компоненти I ВС характеристик АД - засоби вим1рювання механ!чно1 та пусково1, характеристик, а також приводиться узагальнена функцюнальна схема системи (рис.3).

- по -

Оск1льки ! нфор:,птивн1 параметра, що визначають як!сть АЛ- це перважно неелектричн! величини, то в дисертац!йн!й робот! розроблене метролоПчне забезпечення вим!рювальних канал!.в I ВС, яке включае як методики метролог!чно! атестацп та перев!рки, так ! засоби вим!рпвання, стенди, що викорис-товувались для II проведения.

г.

Для атестацп каналу кутово! швидкост! розроблено ори-г!нальну схему програмно керованого генератора 1мпульсно1 посл1довност1, сигнал на виход1 якого 1м1туе вих1дний сигнал ТП. Програмно змпшеться як частота 1мпульс!в. так 1 швид-к!сть II зм1ни. Кр!м методу зразкових сигнал!в у робот! використовувався метод зразкових М1 р. Започатковано новий спос1б та зас1б його реал!зацИ тар1ровки ЗВ момента 1нерцп. Д|апазон зм1ни зразкових мае, моменти 1нерц11 яких в!дом|-(5-60)кг.м2-10-"

Запропоновано новий спос!б метролог!чно1 атестацп за-собу вим!рювання пускового момента ЕМПЕ.

За розробленими методиками метролопчно! атестацп та з використанням техн!чних засоб!в для II зд!йснення у В1Н-ницькому центр! метрологи та стандартизацн було проведено метролог!чну атестац!» вимрювальних канал1в.

В робот! представлен! результата метролог!чних досл1д-жень та в!дпов.1дн1 св!доцтва. .. ■

ОСНОВН1 РЕЗУЛЬТАТА РОБОТИ В дисертатйшй робот1 на п!дстав! виконаних автором дос.л1джень розв'язано значну науково-техн!чну проблему, що мае важливе народногосподарське значения I полягае у вир!-

шенн! задач 1нтелектуал1заци вим1рювань характеристик елек-тромехашчних перетворювач!в енергп.

Основш науков! та практичн! результати роботи поля-гають у наступному.

1. Розроблена нова концепт я 1нтелектуал!зац!I ви-М1рювань характеристик асинхронних двигушв, як найб1льш розповсюдженого р!зновиду ЕМПЕ, ■ в основу яко1 .покладено використання принцип!в едност!, ц!леспрямованост!, моде-лювання та розвйтку.

Практична щнн!сть результату полягае у тому, що в! н е основою для анал!зу взаемодп шдсистем 1ВС з метою виз-начення вс!х складових результуючо1 похибки, розробки вимог до складових вим!рювально1 шдсистеми IВС, а також синтезу IX структур.

2. Для об'екту вим!рювання виведен! р1вняння чут-ливост1, що дало змогу при розроблешй програмн!й шдтримц! визначити найб!льш !нформативн! параметри, як! вим!рю-ватймуться. До таких параметр!в в!дносяться добротнють обмоток статора, струми в обмотках статора, кутова швидк!сть ротора, а також пусковий момент. Вперше методом чисельного експерименту визначен! репрезентат'ивн1 д!лянки механ!чно1 характеристики иг=гш з точки зору можливост! !дентиф1кацп параметр!в роторного кола та моменту IнершI. Для оц!нки момента !нерци найб!льш Iнформативним е режим виб!гу АД, а режими ударного навантаження та розгону е найб!льш покаэ-никовими для ощнки ¡мпедансу роторного кола i взаемно! Iндуктивност!.

Практична цтшсть результат!в полягак у тому, що вони е методолог!чною основою для розробки математичного забез-'-печення I ВС ХАД - метод!в 1дентиф1кацп, а також обгрун-товують необх!дн1сть вим!рювання-механ!чно1 характеристики у динам!чному режим! роботи АД.

3. Розроблен! та досл1джен! методи !дентиф!кащI внут-р!шн!х параметр!в АД, проведено !х пор!вняльний анал!з ! установлено, що найб!льш ефективним в план! його реал!зац!1 е нел!н!йний ф!льтр И. Дистефано. Детальне досл!дження останнього методом обчислювал.ьного експеркмснту дае змогу д!йти висновку, що процеси ударного навантаження та розгону АД однаково репрезентативш з точки зору 1лентиф! кац! I опору ротора йг. Сл!л в!дм!тити, що ' в цих випадках спостер!гаеться пов!льна 30!кн1сть алгоритму ф!льтраШ1, в результат!.чого рекомендусться посл!довно-1.чтеративний алгоритм ф!льтрац!1. Початков! умови для наступко! ]терацн в! дпов! дають ■ ф1 нальним значениям ошнок попередньо! !тера-ц! I. Проведен! експерименти дозволяють рекомендувати К1ль-к!сть !терац!й не мецьшу чотирьох-п'яти.

Новизна методу 1дентиф1кацН полягае у тому, що вперше алгоритм Я. Дистефано використовуеться для оц!нки параметр!в техшчних систем. як1 описуються системою нел!н!йних жорст-ких р1ВНЯНЬ.

Практична ц! нш сть полягае у можливост1 застос-ування алгоритму для визначення параметр!в АД. як! неможливо безпосередньо вим!ряти. У пор!внянн! з {снуючими методами алгоритм Н. Дистефано дас змогу Шдвищити точн!сть визначення параметр!в АД при неловкому вектор! спостережень.

4. Досл!дження ОВ-АД-та визначення його тформативних параметр!в створили передумову. для гюбудовц структурно! схеми IBC ХАД, основними вим!рювальними каналами яко! е канал вим1рювання кутово1 швидкост! та канал вим!рювання пускового момента, Розроблено комплекс засоб!в вим!рювання, як! працюють у склад1 IBC ХАД. Розроблеш елементи тео'рп "цифрово1 тахометр!i на основ! побудови метролог!чно1 модел! вим:рювального каналу кутово1 швидкост! IBC ХАД.В основу побудови модел1 покладен! посл1довшсть вим!рювальних перетво-рввач1в та структура з'еднань bhmiрввальних перетворювач!в з елементами ix спряжения. Проведений анал!з основних скла-дових похибок, що виникають .у вим!рювальному канал!.

5. Установлено, що при цифровому вим1рюванш кутово1 швидкост! на ochobi перетворення частота i часового !нтер-валу сигналу ТП у цифровий екв!валент метролог!чний анал!з сл!д проводите в1дносно 3mihhoi XGTf. Ця змшна мае piBi.o-

М! рну Щ!ЛЬН1СТЬ Р03П0Д1ЛУ iíMOBIpHOCTI при Ц!Л0МУ (ТГ)„ИХ I

розпод1л Tf одержаний як сума декиькох випадкових величин, одна 13 яких мае р1вном1рний закон розпод!лу при тлому Tf. Якщо середне квадратичне biдхилення Tf набагато б!льше за одиницю, то закон розпод/лу похибки квантування наближаеться до закону С!мпсона. Також встановлено, що похибка квантування некорельована 13 вх1дною вим! ркязаною величиною.

Одержано р!вняння похибки цифрових засоб1в вим1рювання кутово! швидкост!, анал!з якого показав, що функтя похибки мае екстремум по аргументу z (стало! Til) i оптимальне число z необх!дно зм!нювати з метою нормування похибки.

■6. За результатами анал!зу похибок цифрових засоб!в вим1рювання кутово1 швидкост1 синтезовано ряд структур 1 адаптивних алгоритм1в !х функциэвання з урахуванням дина-М1чних властивостей ОВ. 3 метою шдвищення точност1 вим! рв-вання.при збереженн! швидкодп запропоновано використовувати метод вагових коеф!Щент1в з формуванням оптимальних ступе-, невих в1кон, що у пор1внянн! з використанням в!кна Д!р!хле (П-под1бна ВФ) дало змогу зменшити середньоквадратичну по-хибку квантування в К/6 раз1в. Для одержання додатково1 1нформацП про зм!ну фази 1 нформативного сигнала сенсора кутово1 ивидкост1 на протяз1 одного пер!оду розроблено метод Шдвищення розр1знювально1 здатност! вих|дного сигналу сенсора, що водночас призводить до зменшення динам!чно! похибки вим!рювання.

7. Розроблено алгоритм визначення момента 1нерцп ротора ОВ на основ! використання 1нформацП про зм!ну кутово! ШВИДК0СТ1 в режим1 його самогальмування. Використання 1нформацП про зм!ну кутово! швидкост! в режим! розб!гу АД та знания моменту терцп його ротора дало змогу з використанням числового вим!рювального перетворювача зд!й-снити вим1рювання механ!чно! характеристики динам!чного режиму. Синтезована структура частотного вим!рювального каналу I ВС ХАД та розроблена його програмна шдтримка.

8. За результатами теоретичних та експериментальних досл!джень ОВ, що е складовою частиною вйм!рювального перетворювача пускового момента Мп уточнена математична модель пусково! характеристики Мп =- г(«). Проведено анал1з та одержан! анал!тичн! залежност!, що однозначно визначають

- ;й -

зв'язок ВХ1ДНО! та вих!дно1 величин вкм1рюеального пертво-рювача пускового моменту. Проведено метролопчний аналхз та одержан! анал!тичн1 залежност! .ощнки основних складових похибок вим!рювального перетворювача пускового моменту. Установлено, що на вим!рювальне перетворення пускового момента в електричний сигнал сутт-ево впливае нестаб! льшсть джерела живлення як ОВ, так I ПД, при цьому похибки вим1рю-вального перетворення можуть перевершувати десятки В1д-. сотк1в. Обгрунтовано вплив дисипативних сил на результата вишрювального перетворення пускового моменту в електричний сигнал 1 за результатами експериментальних досл!джень вим!-рюЕального перетворювача започатковано новий спос!б вим!рю-вання пускового момента.

9. Розроблено метролог!чне забезпечення IВС ХАД, основою якого е нов! способи тар1ровки ЗВ механ!чних характеристик АД; практична IX реал!защя та методики метролог! чно1 атес-тащ I.

10. Метролог!чно атзстован! засоби вим1рювання та IВС* в

Ц1лому впроваджен! на ряд! провгдних шдприемств Укра1ни, що

дало змогу автоматизувати процес випробування ЕМПЕ та

шдвищити його в!ропДН! сть. ■

Результата роботи використовуються також у навчальному

процес1 Вшшцького державного техшчного ун!верситету.

0сновн1 положения дисертацп опубл1козан1 у таких роботах :

1.Под?саренко В.А..Системноз проектирован"* тахо';е; гпв -В сб. Избыточные точные еисте:-,и счисления, моделирован.-.*.

обе.-. -(>.:> . ,v.hiwx и системное проектирование в техн. преобразование информ.': К.' Вища школа, 1990 с.5-61. ( Новое в науке и технике - студентам и учащимся ; Вып. IS).

2.Поджаренко В. А. Оптимизация алгоритма контроля характеристик электродвигателей - В сб проблемы комплексной автоматизации /труды четвертой международной НТК К.,1990 с.75-80

3.Поджаренко В.А. Измерение момента сопротивления на валу электродвигателя // В сб. "Материалы внедрения НИР в практику" // Винницкий региональный межвузовский центр: Винница. 1979 с. 6-8.

4.Поджаренко В.А. Измерение угловой скорости в переходном режиме // В сб/ "Информационные и модулируотие системы в электонике и-электроэнергетике, К.:Наукова думка, 1980. с.85-90 , ' "

б.Поджаренко В.А. Об идентификации электромеханического преобразователя при неполном векторе наблюдений состояния. /•/ В сб. "Адаптивные системы автоматического управления " 1991. Ш.-с.37-43.

6.Podzharenko V. ABOUT ELECTRICAL-TO-MECHANICAL ENERGY CONVERTERS IDENTIFICATION // INTERNATIONAL CONFERENCE Organized by AMSE, Assosiationfor the Advencement of Modolling and Simulation techniques in Enterprises. (Fran) LVIN, 1993, P98-99.

• 7.Маликов В.Т., Поджаренко В.А..Мельничук П.Л..Кухарчук В. В. Микропроцессорный регистратор быстропротекающих процессов И В сб. Микропроцессорные системы, Каунас-Вильнюс, 1985, с.104-I10.

8.Маликов В.Т., Поджаренко В.А. Микропроцессорная система контроля характеристик электродвигателей /В об. докладов III польско-советской НТК "Комплексная автоматизация промышленности" • /часть ' III/ Вроцлав, 1988 с.399-403.

3.Поджаренко В.А., Кухарчук В.В., Дидык А.Н Автоматизированная метрологическая аттестация компьютерно-измерительной системы // В сб. Автоматизация средств метрол. обеспечения народного хозяйства /материалы ВНТК/ Тбилиси 1989 с.55-62.

10.Маликов В.Т., Капицкий Я.И., Поджаренко В.А. Бордю-женко B.C. Измерение параметров закона распределения амплитуд высших гармоник напряжения в электрической сети // "Метрология" №6, 1985, с. 54-60 •■

П.Андреев Н.В., Поджаренко В.А., Скелягин A.B. Задача .идентификации параметров электромеханических систем // "Автоматика" ( АН Украины, "Институт кибернетики"),1993. -с.32--38.

12.Поджаренко В.А., Кучерук В.Ю., Джарадат Райд Хасад. Динамчний метод визначення параметра обмоток електричних машин // Вюник В1нницького пол!техн!чного ¡нституту, «1,1993 с 59-61.

13.Поджаренко В.А., Кучерук В.Ю. До питания про :денти ф1кащю параметра електричних машмн. //Вюник ВШ, №1(2), 1994, с.10-13

14.Поджаренко В.А., Кухарчук В.В. Обзор методой измерения пускового момента электродвигателей // Депон. рук. №1855-кр. 86-рус.УкрНИИНТИ, с.20 Библиогр. 42 назв.

15.Маликов В.Т., Поджаренко В.Л.,' Кухарчук В.В. Имитационное моделирование пускового момента асинхронного электродвигателя/Деп. рукописШ792- 1кр. 87 42с -рус, УкрНИИНТИ.

16.Поджаренко В.А., Кулик А.Я., Обзор методов и средств измерения разности частот вращения / Депонир.рук.Х595-Ук87. Библ. указ.ВИНИТИ "Деп. научн. работы" 1987, №3 /187 б/о 1364/ '

t.

17.Поджаренко В.А., Кулик А.Я. Анализ структур средств . измерений разности частот вращения / Деп.рукоп. #3358-Ук87 библ.указ. ВИНИТИ 1988, #4 /198/ 6/984.

18. Поджарен ко В. А., Кухарчук В. В., Кучерук В.Ю. Автоматизированная система измерения и контроля параметров электродвигателя // . В . сб."Контроль и управление в технических системах": Винница 1992 с.124-125.

19.Поджаренко В.А., Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю. Способ косвенного определения параметров математической модели электромеханических преобразователей с использованием Функций чувствительности // В сб."Контроль и управление в технических системах": Винница 1992.с.I30-I3I.

Г.О.АС #712628, МКИ G 01L 3/22. Устройство для измерения момента на валу электродвигате-ля / Поджаренко В.А., 1978

21. АС #669291, МКИ г. 01р 3/48 Устройство для измерения угловой" скорости / Поджаренко В.А.. Харитонбнко К).П., Лысогор В.Н.. Гомешок A.C..1979..

22.АС #684445. МКИ с 01Р 3/46. Устройство для измерения скорости-вращения вала / Поджаренко В.А.,- Харитоненко В.П., Xсмчук А.Ф., 1979.

ИЗ.AC №1613959, МКИ G 01р 3/489. Устройство д. ■ измерения разности частот вращения / Поджаренко Б,А Кухарчук В.В., Кулик А.Я., ДидыкА.Н., 1986.

24.AC I6I3960, МКИ g 01р 3/56. Устройство для измерение параметров вращения / Маликов В.Т., Поджаренко В. А., Шаповалов А.П., Овчинников B.C., Кулик А.Я., 1986.

25.AC &83Û246 МКИ g OiP 3/48. Датчик скорости вращени-// Поджаренко В.А., Овчинников B.C., Сало B.D., 1981.

26.АС 830243, МКИ g01p 3/481, Устройство для измерени скорости вращения / Поджаренко В.А., Маликов В.T., 1981.

27. АС №1151888 МКИ G013/489 Цифровой тахометр/ Пел жаренко В.А., Мельничук П.Л., 1984.

28.АС №1364992 МКИ G OIP 3/481. Устройство д;ь. измерения скорости вращения / Поджаренко В.А., Кухарчу;. В. В., 1984.

29. АС №1262385, МКИ g 01р 3/489 Устройство для измерения скорости вращения / Карпов Е.А., Поджаренко В.А., Кухарчук В.В., Мельничук П.Л., 1986.

30.АС №1328695, МКИ G 01L 3/10. Способ определения пускового момента электродвигателя / ПодасЕфекко В. А., Кухарчук В.В., 1987.

31.АС 1345827 МКИ g oil 3/10 Устройство для измерении пускового момента асинхронных электродвигателей / Малшсоь В.Т., Поджаренко В.А., Кухарчук В.В., 1987.

32.AC I345I2I, МКИ G 01Р 3/48. Устройство для измерение скольжения асинхронных электродвигателей / Маликов В.Т.', Панов Ю.Ф., Шаповалов А.П., Поджаренко В. А., Кулик A.;i. Кухарчук В.В., 1986. ■

ИЗ.AC 1352371 Ш1 <; oír 3/489. Цифровой тахомптр / Мал wo» В.Т., Панов К).Ф., Поджаренко В.А., Мельничук Ii. Л., Кухарчук В.В., Кобзев А.Г., 1987..

34.АС №11615617 МКИ G 01Р 3/48. Устройство для измерения скольжения/Поджаренко В.А..Кулик А.Я..Присяжнок В.В., 1988.

35.АС «1364992 МКИ G 01Р 3/46. Устройство для измерения скорости вращения / Поджаренко В.А., Кухарчук В.В.,1988.

36.АС №1485131 МКИ г. 01Р 3/48. Устройство для измерения скольжения асинхронных машин / Поджаренко В.А.. Кулик А.Я.. Овчинников B.C., Присяжнюк В.В., 1989.

37. АС П5335П. Устройство измерения пускового момента электродвигателя / Кухарчук В.В., Маликов В.Т., Панов Ю.Ф., Поджаренко В; А... Шаповалов А.П.. 1987.

38.АС «1566237 МКИ С OIL 25/00. Способ градуировки измерителя крутящего момента / Дидык А.Н.. Маликов В.Т.. Поджаренко'В.А.. Шаповалов А.П.. Кобзев А.Г.. 1987.

39.АС■ «1566921 МКИ g 01Р 3/48 Система для испытания асинхронных электрических машин / Поджаренко В.А.. Кулик А.Я.. Трофимов A.B.. 1988.

40.АС 1658098 МКИ g oip 3/48. Устройство для измерения скольжения / Поджаренко В.А., Кулик А.Я.. Мельничук П.Л.. Овчинников B.C., 1988. ■ ■

41.АС «1624330 МКИ g.01p 3/48. Устройство для измерения скольжения / Поджаренко В.А., Кулик А.Я., 1988.

42.Поджаренко В.А. О контроле характеристик электромеханических преобразователей-//В сб. ИИС-85 /тез.докл.ВНТК/ Винница.1985.

Рис. 1.

PlU.?.

1,1 • " ' / tlf /

/ j /

/ i X ; / ll>,¡ _i—

l.F'l 1 спи К

11 il

i ни к/гп

Рис. л.

Поджаренко В.А. Исследование и разработка инте-лектуальных измерительных систем характеристик электромеханических преобразователей энергии.Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.II.16. - Информационно-измерительные системы (в науке и промышленности); Винницкий государственный технический университет, Винница, 1995.

Защищается 89 научных работ и 22 авторских свидетельства, которые содержат теоретические исследования объекта измерения, методов и процессорных средств измерения механических и пусковых характеристик электромеханических преобразователей энергии (ЭШЭ). Разработаны новые .способы измерения угловой скорости, момента инерции, пускового момента; предложена програмно-аппаратная их реализация, а также математическое обеспечение и метрологическая аттестация измерительных каналов интелектуальнои измерительной системы характеристик ЭУЛЭ и осуществлено промышленное внедрение.

PODZHARENKO V.A. The investigation and elaboration of intellektual measuring systor.3 of characteristics of elek-tro-mechanical converters of energy.The thesis for a seeking of the scientific degree of Doktor of technical sciences on speciality 05.11.16 - information - measuring systems (in science and tehnology); Vinnitsa State Technical University, Vinnitsa, 1995.

89 scientific works and 22 author's evidences, wich contain theoretical investigations of the object of measurement, methods and processing means of measurement of mechanical and starting characteristics of elektro-mechanical converters of energy (EMCE) are being supported. New methods of measuring of angular speed, the moment of inertia, the starting torgue moment were proposed; the programme-appa-rating realization of them as well as mathematical provision and metrological certification of measuring channels of intellektual measuring system of characteristics of EMCE, were proposed and their industrial instilation was performed.

КЛЮЧ0В1 СЛОВА: вим1рювальний канал, зас!б вим1рювання, сб'ект вим1рювання, кутова швидк1сть, момент терцп, пусковий момент, 1дентиф1кащя.