автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Повышение эффективности информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов

005008812

На правах рукописи

Новиков Александр Анатольевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ АГРЕГАТОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (промышленность)

Автореферат ,

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

005008812

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Слепцов Владимир Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Данилин Николай Семенович

кандидат технических наук Тарасенков Георгий Андреевич

Ведущая организация: ОАО «Центральный научно-

исследовательский технологический институт» (ЦНИТИ)

Защита диссертации состоится «27» декабря 2011 г. в 12 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.119.01 в Московском государственном университете приборостроения и информатики по адресу: 107996, г. Москва, ул. Стромынка, д. 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет приборостроения и информатики».

Автореферат разослан «23_» ноября 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.119.01 доктор технических наук, профессор

В.В. Филинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

В энергообеспечении автономных объектов (АО) одно из важнейших мест занимают агрегаты бесперебойного электропитания (АБП), входящие в состав информациошю-измерительных и управляющих систем (ИИУС). В отличие от неавтономной энергетической системы, энергосистема любого АО является системой конечной мощности, сопоставимой с мощностью потребителей. Поэтому потребители в силу своего многообразия и характера действия могут оказывать определяющее влияние на отдельные показатели качества электроэнергии в ИИУС АБП АО.

Характеристики современных АО определяют, в первую очередь, жесткие требования, предъявляемые к ИИУС АБП АО, которые образованы совокупностью взаимосвязанных источников электроэнергии, преобразователей, распределительных, регулирующих и управляющих устройств, соединительных кабелей и потребителей, объединенных процессом производства, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.

Ужесточение требований к АБП, как составной части ИИУС АБП АО, определяет повышение уровня их функциональности, точности, быстродействии надежности, КПД, качества выходных параметров (стабильность характеристик, бесперебойность работы, отсутствие шумов, вибрации и радиопомех), а также способности их работы в условиях экстремального воздействия внешних факторов, электромагнитной совместимости и т.п.

Повышение качества электроэнергии, питающей ИИУС, является одним из основных факторов эффективности использования этих систем, что, в свою очередь, определяет тех1шческие характеристики АО в целом.

В свою очередь, комплексная автоматизация АО приводит к появлению на АО достаточно мощной электронной нагрузки, представленной, прежде всего системами управления техническими объектами различтго назначения.

Питание таких ответственных потребителей должно осуществляться от специальных устройств электропитания, вырабатывающих электроэнергию с заданным видом и качеством напряжения. Вопрос качественного энергоснабжения еще более обостряется с введением в состав комплексов бортовых компьютеров.

Анализ состояния и опыт эксплуатации устройств автоматизации АО показывает, что основным направлением развития автоматизации перспективных АО должно быть повышение эффективности ИИУС АБП АО.

Вместе с тем, проведенный анализ показал, что в настоящее время вышеперечисленные задачи недостаточно проработаны. В этих условиях первостепенное значение приобретает совершенствование и дальнейшее развитие методов и алгоритмов повышения эффективности ИИУС АБП АО.

Разработка новых ИИУС АБП АО требует формирования нового подхода к систематизации методов их проектирования, т.е. создания новых структур и методик проектирования адаптивных ИИУС АБП, как проблемно-ориентированных комплексов систем электроснабжения АО, нового алгоритмического и программного обеспечения ИИУС АБП.

В связи с этим, разработка новых более эффективных методов и алгоритмов, обеспечивающих повышение эффективности ИИУС АБП АО является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является совершенствование агрегатов бесперебойного электропитания для электронных комплексов и технических систем АО за счет повышения эффективности их информационно-измерительных и управляющих систем.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

• на основе анализа показателей качества электроэнергии важных для различных электронных комплексов и технических систем АО необходимо разработать структурные решения модульного построения АБП, соответствующих этим показателям, с обеспечением унификации модулей по типу, мощности и назначению;

• разработать обобщенную структуру ИИУС АБП для электропитания систем АО;

• провести синтез типовых технических решений, обеспечивающих регулирование величины значений определенных параметров и управление силовыми узлами АБП в различных режимах, включая защитные, с учетом их особенностей;

• разработать базовую математическую модель ИИУС АБП на основе теоретического анализа функциональной схемы;

• разработать компьютерную модель ИИУС АБП на основе полученного математического описания структуры;

• формализовать методику выбора параметров регулятора адаптивной ИИУС АБП АО на основе полученной модели;

• разработать методику проектирования интегрированного АБП АО, как систему проблемно ориентированных компонентов;

• разработать и практическая реализовать структурно - алгоритмические и схемотехнические решения новых АБП и выработать дополнительные рекомендации по проектированию на основе полученных результатов практических исследований.

Методы исследования

Для достижения поставленной цели в качестве аппарата исследований использованы: теория систем, теория автоматического управления, теоретическая электротехника, электроника и микропроцессорная техника, теория автоматизированного электропривода, теория вероятностей, прикладная комбинаторика.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана универсальная обобщенная структура информационноизмерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающая ее построение на основе унифицированных функциональных узлов и адаптацию к различным режимам работы.

2. Разработана структура математической модели информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, позволяющая с помощью имитационного моделирования определять параметры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающая заданные показатели качества выходного напряжения.

3. Разработан алгоритм и даны рекомендации по определению параметров контура регулирования информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающий требуемые показатели качества выходного напряжения при переходном процессе переключения питания и в стационарном режиме при заданном диапазонном изменении входного напряжения.

4. Разработан метод и алгоритм обработки интегральных характеристик данных по мгновенным значениям электрических параметров информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

5. Разработан алгоритм идентификации структуры информационноизмерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

6. Разработан алгоритм стабилизации постоянного и синусоидального напряжения информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

7. Разработана структура информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

8. Разработан алгоритм обработки данных и управления агрегатом бесперебойного питания для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.

Практическая значимость работы заключается в том, что: на основе научных результатов, полученных в диссертационной работе, разработана методика проектирования информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающих заданные показатели качества электроэнергии в разных режимах (рабочих, перегрузочных, аварийных), адаптированных к заданным диапазонным изменениям входного напряжения. Предложены структуры новых ИИУС АБП, адаптированных к различным видам нагрузки в АО.

Достоверность результатов работы подтверждается:

• совпадением расчетных результатов с экспериментальными;

• положительным опытом работы разработаншй ИИУС АБП АО.

Реализация и внедрение результатов работы: .

На основе принципа интегрированности функциональных задач с применением разработанной методики проектирования, включающей в себя компьютерное моделирование, созданы и внедрены в промышленное производство агрегаты бесперебойного электропитания (АБП) нового поколения серии АБП-Л, имеющие в своем составе микропроцессорные ИИУС, которые прошли успешную апробацию на действующих объектах ВМФ

АБП применены в разработках и изделиях ОАО «Концерн «Моринформсистема-Агат» (г. Москва) и имеют высокие технико-экономические показатели, что подтверждено соответствующим актом внедрения.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на кафедре «Приборы и информационно-измерительные системы» Московского государственного университета приборостроения и информатики, в ОАО ЦНИТИ, на отраслевых совещаниях в концерне «Моринформсистема-Агат», международных научно-технических конференциях в г. Таба, Египет, Сочи, VIII Всероссийской НПК, Новокузнецк.

Личный вклад автора

Основные научные результаты, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. В работах, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежит ведущая роль в постановке задач, выборе и обосновании методов их решения, интерпретации полученных результатов.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ в виде статей в журналах, трудах международной конференции, из них 2 работы в изданиях, рекомендованном ВАК РФ для опубликования научных положений диссертационных работ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 170 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 121 наименования и приложения, а также включает рисунки и таблицы в количестве 65 шт.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, позволяющая с помощью имитационного моделирования определять параметры информационноизмерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания

автономных объектов, обеспечивающая заданные показатели качества выходного напряжения.

2. Алгоритм определения параметров контура регулирования информационноизмерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающий требуемые показатели качества выходного напряжения при переходном процессе переключения питания и в стационарном режиме при заданном диапазонном изменении входного напряжения.

3. Метод и алгоритм обработки интегральных характеристик данных по мгновенным значениям электрических параметров информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

4. Алгоритм идентификации структуры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

5. Алгоритм стабилизации постоянного и синусоидального напряжения информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

6. Методика проектирования информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

7. Структура информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

8.Алгоритм обработки данных и управления агрегатом бесперебойного питания для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, формулируются цель и основные направления научного исследования, отмечаются новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе диссертации рассмотрено современное состояние вопросов построения структур информационно - измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного питания автономных объектов (ИИУС АБП АО). Определены принципы построения, основные свойства и характерные особенности ИИУС АБП АО. Проведен анализ структур и определены основные требования к современным ИИУС АБП АО.

Показано, что в энергообеспечении АО одно из важнейших мест занимают АБП, входящие в состав ИИУС. Характеристики современных АО определяют, в первую очередь, жесткие требования, предъявляемые к ИИУС АБП АО, которые образованы совокупностью взаимосвязанных источников электроэнергии, преобразователей, распределительных, регулирующих и управляющих устройств, соединительных кабелей и потребителей, объединенных процессом производства, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.

Определено, что в отличие от неавтономной энергетической системы, энергосистема любого АО является системой конечной мощности, сопоставимой с мощностью потребителей. Поэтому потребители в силу своего многообразия и характера действия могут оказывать определяющее влияние на отдельные показатели качества электроэнергии в ИИУС АБП АО. Повышение качества электроэнергии, питающей ИИУС, является одним из основных факторов эффективности использования этих систем, что, в свою очередь, определяет технические характеристики АО в целом.

Установлено, что ужесточение требований к АБП, как составной части ИИУС АБП АО, определяет повышение уровня их функциональности, точности, быстродействия, надежности, КПД, качества выходных параметров (стабильность характеристик, бесперебойность работы, отсутствие шумов, вибрации и радиопомех), а также способности их работы в условиях экстремального воздействия внешних факторов, электромагнитной совместимости и т.п.

Показано, что разработка новых ИИУС АБП АО требует формирования нового подхода к систематизации методов их проектирования, т.е. создания новых структур и методик проектирования адаптивных ИИУС АБП, как проблемно-ориентированных комплексов систем электроснабжения АО, нового алгоритмического и программного обеспечения ИИУС АБП.

На основе проведенного анализа предложена классификация ИИУС АБП АО. По виду конечного потребителя ИИУС АБП АО предложено разделить на преобразователи в составе электроприводов, питающие электродвигатели электромеханических устройств электроэнергией требуемого вида, и преобразователи для статической нагрузки, снабжающие электроэнергией, например, термоэлектрические устройства различного назначения, схемы их управления и электронные системы корабля электроэнергией требуемого вида и др.

Принципиально эти два вида преобразователей могут работать, замещая друг друга. Это возможно в случае, когда ИИУС содержит в своем составе микроконтроллер, реализующий соответствующие виду нагрузки алгоритмы регулирования и управления силовой частью.

По способу преобразования преобразователи можно разделить на электромашинные, имеющие механически движущиеся части, и статические, в которых электроэнергия преобразуется без механического перемещения.

Аналогично наземным потребителям электроэнергии, ИИУС АБП АО можно разбить на потребителей у которых, например, допускается пропадание питающего напряжения, и для питания потребителей особой группы - ответственных потребителей, которые должны питаться от АБП.

По количеству входных питающих сетей преобразователи разделяются на преобразователи, питающиеся от одной сети - односетевые, и от нескольких сетей -многосетевые.

Организация питания ИИУС АБП АО от нескольких сетей требуется, как правило, для повышения надежности работы ответственных потребителей,

Многосетевые ИИУС АБП АО, в свою очередь, разделяются по степени ответственности потребителей. Так, к категории малоответственных потребителей, которые допускают кратковременную потерю питания, можно отнести системы поддержания микроклимата, размагничивания и другие инерцщпшые системы.

К категории потребителей, допускающих кратковременный провал с неразрывностью кривой питающего напряжения, можно отнести системы освещения, радиосвязи, эхолокации и тому подобные.

К категории особо ответственных потребителей, которые не допускают даже кратковременных перерывов в питании, можно отнести системы жизнеобеспечения АО, системы управления АО и т.д., словом те системы, которые обеспечивают живучесть АО.

Такие потребители должны получать питание от специальных электротехнических комплексов - АБП, которые характеризуются не только высоким уровнем качества преобразуемой энергии, но и наличием встроенных схем защит, сигнализаций и управляющих воздействий.

Показано, что наилучшим вариантом ИИУС АБП АО в соответствии с приведенной классификацией представляется многосетевой АБП, снабжающий энергией локальную сеть, обеспечивающий выполнение всех типов функций, включая питание обмоток электрических машин их состава корабельных электроприводов.

В этом случае становится очеввдной необходимость создания интеллектуальной ИИУС, способной адаптировать функционирование АБП по типу выполняемых функций, с учетом особенностей структуры ИИУС АБП АО (рис. 1).

Рисунок 1 - Структурная схема АБП

где АВ1, АВ2 - автоматические выключатели;

БПС - блок переключения сетей;

АП - автономный преобразователь.

Установлено, что для создания ИИУС современных АО требуется разработка принципиально нового поколения АБП с резким уменьшением их габаритных размеров и повышением удельной мощности преобразования и удельного показателя количества выполняемых функциональных задач. При создании таких АБП необходимо обеспечение многофункциональности составляющих узлов, то есть принципа интеграции функций.

Показано, что применение принципа интеграции функций позволило бы создать такой АБП, который будет удовлетворять достаточно широкому диапазону. В свою очередь, такой универсальный АБП, как автономный преобразовательный модуль, позволил бы проводить эффективное построение схем электропитания для вновь возникающих требований при внедрении новых ИИУС АБП АО.

Вторая глава посвящена разработке обобщенной структуры ИИУС АБП АО, а также разработке и формированию математической модели ИИУС АБП АО.

Показано, что ИИУС АБП АО относится к классу структурно и функционально сложных систем, поскольку состоит из большого числа подсистем и разнородных взаимосвязанных элементов, обладает свойствами робастности и интегративности (целостности). Под робастностью в данном случае понимается способность сохранять частичную работоспособность при отказе отдельных элементов или подсистем. Интегративность проявляется в свойствах системы, которые отсутствуют у любой из составляющих ее частей.

Определено, что ИИУС АБП АО представляет собой множество элементов, связанных между собой процессами генерирования, распределения и потребления электрической энергии. Она предназначена для обеспечения электроэнергией заданного качества и в необходимом количестве всех установленных на АО комплексов электрооборудования и технических средств во всех режимах эксплуатации.

Помимо основной функции ИИУС АБП - бесперебойного обеспечения электроэнергией потребителей - система должна обеспечивать коммутации электрических цепей, которые необходимы для изменения режима работы, защит ИИУС АБП от перегрузки и коротких замыканий, контроля состояния электрооборудования, аварийнопредупредительной сигнализации.

Конкретизация основной функции ИИУС АБП позволяет выделить следующие основные свойства и требования к ее конкретной реализации; бесперебойность функционирования, надежность, живучесть, безопасность, маневренность, виброшумовые характеристики, ударо- и вибростойкость, требования к стоимости, удобство технического обслуживания и ремонта, унификация и стандартизация.

Различают три основных режима работы ИИУС АБП АО:

• нормальный установившийся режим - характеризуется неизменностью его параметров;

• переходный режим - характеризуется изменением параметров системы, во время которого система переходит от одного установившегося состояния к другому;

• послеаварийный режим - наступает после аварийного отключения отдельного элемента или ряда элементов системы. В этом режиме параметры системы отличаются от параметров нормального режима.

Функциональная декомпозиция ИИУС АБП АО разделяет ее на следующие компоненты (рис. 2):

• источники электроэнергии;

• подсистема распределения и преобразования электроэнергии;

• потребители электроэнергии;

• система дистанционного управления и контроля.

Компонентная декомпозиция (по виду элементов и физическому процессу) разделяет источники электроэнергии на дизель - генераторные агрегаты, аккумуляторные батареи и электрохимические генераторы. Потребность в разных источниках обусловлена как требуемыми режимами работы, так и специфическими свойствами самих источников.

Показано, что основным источником на АО является аккумуляторная батарея (АБ), что накладывает существенный отпечаток на структуру системы электродвижения (СЭД) и ИИУС АБП АО в целом. АБ (ее энергоемкость) определяет длительность пребывания АО в подводном положении, а также мшимальное время нахождения в надводном положении в режиме работы дизеля под водой (РДП) при проведении заряда АБ, коэффициент скрытности АО в режимах переходов и теоретическую дальность плавания.

При структурной декомпозиции структура силовой части ИИУС АБП АО в основном определяется числом основных источников электроэнергии и конфигурацией подсистемы распределения и преобразования электроэнергии. Подсистема распределения и преобразования электроэнергии сосгоит из силовой сети постоянного тока и распределительных устройств (щитов), содержащих защитно-коммутационную аппаратуру.

По структурному признаку распределительная система построена по параллельнопоследовательному соединению. Переключения в структуре осуществляются с помощью специального элемента - переключателя параллельно- последовательного соединения (ППС) аккумуляторных батарей.

Источники электроэнергии'.

дизель-генерзторные афвгагы аккумуляторные батареи электрохимические генераторы

±2.

Подсистема распределения и преобразования электроэнергии:

• распределительные щиты

• силовые кабели

• электрические преобразователи

-----------------------------------

Подсистема дистанционного управления и контроля

Потоебителм электроэнергии: система элеюродэижения вспомогательные электроприводы гидроакустические системы радиотехнические средства штурманское вооружение, комплекса минно-торпедного вооружения

боевая информационно-упрзвляющэя система и др.

Рисунок 2 - Укрупненная схема ИИУС АБП АО

Информапионно-управляющие связи в ИИУС АБП АО имеют однонаправленный характер и соединяют силовые компоненты системы с устройством и щитами управления. Обобщенная структурная схема АБП, отвечающая выше перечисленным требованиям, приведена на рис. 3.

К дистанционному пу^ту управления и сигнализации

Рисунок 3 - Общая структурная схема ИИУС АБП

ИИУС АБП АО, используя сигналы датчиков тока ДТ и напряжения ДН (как входных, так и выходных), реализует алгоритм регулирования и стабилизации заданных параметров. Вместе с этим, ИИУС реализует алгоритмы защит, используя сигналы от преобразователей, и является инициатором приема и передачи сигналов управления и индикации.

ИИУС может быть построена разными способами. Основной функцией, безусловно, является реализация регулятора. Эта задача, как правило, решается правильным выбором пропорциональных, интегральных и дифференциальных звеньев в цепях обратной связи системы управления.

При построении математической модели пользуются известным подходом, когда при решении одной и той же задачи на разных этапах принимают разную математическую модель: начинают с простейшей модели, а затем ее постепенно усложнят, с тем, чтобы учесть дополнительные явления и связи, которые на начальном этапе были отброшены как несущественные.

Эго обусловлено тем, что к математической модели предъявляются противоречивые требования: она должна с одной стороны отражать как можно полнее свойства оригинала, а с другой стороны, быть по возможности простой, чтобы не усложнять исследование.

С учетом этого для построения и анализа математической модели ИИУС АО в составе структуры АБП проведено построение функциональной схемы интегрированного статического преобразователя (ИСП) как основного составляющего элемента АБП.

На рис. 4 представлена обобщенная функциональная схема статического преобразователя, отвечающая требованиям к АБП, сформулированным выше.

Рисунок 4 - Функциональная схема ИСП

Такая схема спроектирована на основе общей структуры АБП с учетом требований, предъявляемых к параметрам питания ответственных потребителей:

• низкий уровень пульсаций выходного параметра - напряжения постоянного тока,

• устойчивость к импульсным перенапряжениям на входе преобразователя;

• устойчивость к внешним коротким замыканиям, малые значения постоянных времени и отклонений стабилизируемого параметра переходных процессов при различных коммутационных режимах;

♦ защита от превышения напряжения величины заданного значения как на входе, так и на выходе.

При этом необходимо иметь в виду временные задержки прохождения сигнала управления и сигнализации как местного, так и дистанционного характера.

Эти задержки будем считать пренебрежимо малыми по сравнению с достаточным временем преобразования сигнала управления, то есть ими можно пренебречь.

Такое допущение можно сделать, благодаря применению современных микроконтроллеров с развитой периферической структурой и мощным логикоматематическим ядром. Допущение является первым из нескольких, которые будут сформулированы несколько позже.

На схеме обозначены: 1 - входной фильтр, 2 - инвертор, 3 - силовой трансформатор, 4 - трансформатор тока, 5 - выпрямитель, 6 - выходной фильтр, 7 - датчик напряжения, 8 -датчик тока, 9- система управления, 10-блок драйверов, 11 - драйвер.

С использованием такой функциональной структуры можно проводить построение комплексных устройств.

Как можно увидеть, функциональная схема на рис. 4 получается достаточно сложной для непосредственного перехода к структуре математической модели.

Используя некоторые допущения и пользуясь математическим аппаратом теории автоматического управления получим следующую обобщенную схему математической модели ИИУС АБП АО (рис. 5):

Рисунок 5 - Обобщенная структура математической модели ИИУС АБП АО

Считаем, что напряжение, прикладываемое к входу преобразователя, является идеальным, т.е. напряжение имеет строго постоянный характер без отклонений и без импульсных перенапряжений.

Элементы, составляющие инвертор, а также силовой трансформатор: силовые ключи, активные и реактивные элементы, - идеальные, вебер-амперная характеристика сердечника линейна (трансформатор не насыщается, индуктивность рассеяния отсутствует), таким образом, инвертор через трансформатор полностью дублирует сигналы управления, усиливая их по амплитуде.

Диоды выпрямителя - идеальные, т.е. не имеют потерь и реактивных параметров.

В третьей главе рассмотрены методы и алгоритмы обработки данных в ИИУС АБП АО. Разработан метод и алгоритм обработки интегральных характеристик данных по мгновенным значениям электрических параметров. Разработана классификация основных методов измерения интегральных характеристик данных по отдельным мгновенным значениям, не связанным с периодом сигнала.

В основу классификации положено временное и пространственное разделение мгновенных значений сигналов, а также связь измеряемых мгновенных значений сигналов с характерными точками сигнала.

Показано, что пространственное разделение мгновенных значений сигналов обеспечивает сокращение времени измерения. Связь измеряемых мгновенных значений с характерными точками сигнала (например, переходами через нуль) наоборот увеличивает время измерения интегральных характеристик данных.

Анализ моделей и гармонического состава сигналов АО показал, что в сетях с номинальным напряжением 110 кВ и выше модель сигналов близка к синусоидальной и коэффициенты искажения синусоидальности не превышают 2%, а коэффициенты гармонических составляющих - 1,5%. Таким образом, установлено, что в АО модели сигналов близки к синусоидальным. Следовательно, для измерения интегральных характеристик в таких электрических сетях можно применить аппроксимационный подход и воспользоваться синусоидальной моделью сигналов, оценив погрешность, обусловленную несоответствием модели виду реального сигнала.

Рассмотрим некоторые разработанные методы измерения ИХСС:

а) метод измерения ИХСС по отдельным мгновенным значениям напряжения и тока, связанным с переходами через нуль - в этом случае выражения для определения ИХСС имеют следующий вид:

где її - мгновенное значение тока, взатое в момент перехода сигнала напряжения через нуль;

II2 - мгновенное значение напряжения, взятое в момент перехода сигнала тока через

нуль;

V; - мгновенное значение напряжения, взятое через промежуток времени, равный интервату времени между моментами перехода через нуль сигналов напряжения и тока;

Р, 0 - активная и реактивная мощность.

----2 .

2 У]

(1)

I

2-1,-иг

(2)

Р= ііцпЩ-ііМи,)-

(3)

(4)

|1, если и2 > О Э1вп(и2) = |о, О, = О ; Цги(1/3) = \ О, Ь\ = О

1-1, с/3<0 1-1, Е/3<0

б) метод измерения ИХСС, по напряжениям, сдвинутым по фазе на 90°, и мгновенному значению тока, связанным с переходами через нуль, в этом случае выражения для определения ИХСС имеют следующий вид:

Л-АЧ -

и]+и

Г,-т!и1 + Ц;

и,-42

Р = э11п(из)

0 = -

1,-из^и;+и2,

2-и2

(6)

(7)

(В)

(9)

где I] - мгновенное значение тока, взятое в момент перехода сигнала напряжения через нуль;

£/? - мгновенное значение напряжения, взятое в момент перехода сигнала тока через нуль;

1?з' мгновенное значение напряжения, сдвинутое относительно и2 на 90°.

[1, если и3> 0 31&г(иъ) -10, из = 0 .

и, ц<о (10)

в) метод измерения ИХСС по трем мгновенным значениям напряжения и тока, равноотстоящим друг от друга, в этом случае ИХСС определяются согласно следующим выражениям:

и,

2 ■и1г-и,-и,-и; 2 ■иг Л1и‘-и, и1

(П)

(12)

1

г [г-/,

р Идфд-Ь-иІ-и^-Уі) іірУг)-Ь-ІІ -І, • /,-І{) ,!/,■/,.

гф ґ;-(і,+і,)2 2 ’

о 5^(/,)-С/,-(2/,2-/.,-/,-/,2) ііЄп(ЦгУ 1,\2-иІ-иг-Ц1-и^) 2^4І;_-{І} + ІІУ 2-^-и1-(иъ + и,У

(13)

(14)

[ 1, если и2>0 где 5І^(иг) = і 0, и2~ О

-1, и, <0

( І, если /, > О ы&п{12) = 10, /2 = О -1, /, <0

(15)

II, если их > О

О, £/,=0 ; =

-1, У, <0

ї, есуш /, > О

о, А = о -1, /, <0

(16)

На рис. 6 представлена обобщенная схема ИИУС параметров электрических цепей по отдельным мгновенным значениям переходного процесса, которая позволяет реализовать все рассматриваемые методы измерения данных АО.

ИИУС содержит источник напряжения постоянного тока ИН1 или источник опорного напряжения с известным и стабильным значением выходного напряжения ИОН, аналоговый ключ КЛ1, измерительную цепь ИЦ1, аналоговый переключатель ПЕР, аналого-цифровой преобразователь АЦП и контроллер КНТ либо другое вычислительное средство с шинами данных ШД и управления ШУ.

При использовании ИИУС для измерения данных нескольких объектов (например, датчиков) в систему добавляются идентичные измерительные каналы.

Рисунок 6 - ИИУС данных по отдельным мгновенным значениям переходного

процесса

Также в этой главе проведена разработка алгоритма идентификации структуры ИИУС АБП АО по мгновенным значениям и фазовым соотношениям электрических параметров. Установлено, что измерение периода и амплитуды квазигармонического сигнала является важной, но частной задачей, а для комплексного определения

характеристик и сигнала и собственно ИИУС АБП необходимо определить внутренние параметры ИИУС АБП.

Показано, что это можно сделать двумя способами - создать адекватную модель и рассчитать параметры и определить модель, параметры которой будут соответствовать наблюдаемым, при этом структура модели может существенно отличаться от оригинала.

Последний способ называется методом идентификации структуры. Для идентификации параметров АО использовался метод многомерной глобальной оптимизации- метод Холтона.

Определено, что большинство современных методов глобальной оптимизации являются «локальными», так как позволяют определить лишь локальный экстремум функции оптимизации (целевой функции), а метод Холтона является детерминированным аналогом глобального случайного поиска.

В этом случае задача идентификации параметров АО сводится к задаче поиска глобального экстремума (минимума) функции этих параметров, в качестве которой рассматривается сумма квадратов ошибок от измеряемых выходов объекта и модели.

Функциональная схема ИИУС с контуром идентификации параметров методом Холтона представлена на рис. 7.

КИ - контур идентификации параметров АО,

БО - блок обработки, реализующий метод Холтона,

Р - регулятор,

А - вектор пробных вариантов идентифицируемых параметров,

Р и/- квазистационарные аддитивной и мультипликативная помехи соответственно.

При отсутствии действия аддитивной помехи полагается/= 0 и идентифицируется соответственно только вектор параметров А.

Рисунок 7 - Функциональная схема ИИУС с контуром идентификации параметров

Разработан алгоритм стабилизации постоянного и синусоидального напряжения информационно-измерительной и управляющей системы АБП АО (рис. 8).

Рисунок 8 - Структурная схема алгоритма стабилизации

В четвертой главе рассмотрена практическая реализация разработанных алгоритмов и методик информационно - измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

Разработана методика проектирования информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

Показано, что с учетом проведенных выше исследований основные этапы проектирования ИИУС АБП АО можно представить в следующей последовательности:

• проведение расчета основных узлов схемы;

• осуществление компьютерного моделирования ИИУС АБП с учетом взаимодействия аппаратных средств с управляющим микроконтроллером, позволяющее определить расчетным путем параметры переходного процесса при скачкообразном изменении входного напряжения в заданном диапазоне;

• идентификация основных параметров контура регулирования каждого из входящих в ИИУС АБП с использованием параметров схемы, полученных в п. 1, и результатов моделирования для различных режимов функционирования;

• проведение физического моделирования, при котором проводится экспериментальная проверка на макетном образце. При этом проводится корректировка параметров ИИУС АБП для режимов, которые по каким-то причинам не могли быть промоделированы полностью с помощью компьютерной модели (например, режим внезапного короткого замыкания). Проводится моделирование тепловых режимов для длительного функционирования;

• разработка конструкции корпуса (корпусов) и компоновка ИИУС;

• макетирование;

• изготовление полномасштабного опытного образца с учетом выявленных на этапе макетирования недостатков промышленным способом, постановка и отработка технологических вопросов, что может повлечь пересмотр полученных ранее результатов, вплоть до корректировки основной схемы;

• испытания.

При разработке новых ИИУС АПБ на каждом этапе практически всегда приходится возвращаться к одному из предыдущих этапов ввиду выявления новых особенностей

функционирования проектируемой ИИУС в тех или иных режимах, не определенных ранее.

Разработана структура одноуровневой информационно-измерительной и управляющей системы для подводной лодки с дизель-элекгрическим управлением

Разработан алгоритм обработки данных и управления АБП для подводной лодки с дизель-электрическим управлением

В заключении сформулированы основные выводы по диссертационной работе в целом.

В приложении к диссертации представлен акт внедрения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа тенденции развития ИИУС АБП АО для систем автоматики АО сделан вывод о необходимости развития функционально интегрированных АБП, в целях унификации и повышения надежности в качестве одной из основных определена концепция модульности АБП.

2. Анализ вопросов адаптации АБП к видам нагрузки позволяет сделать вывод об эффективности применения АБП со своими защитными функциями в качестве составляющего звена (буфера) в схемах питания ответственных потребителей АО.

3. Разработана универсальная структура ИИУС АБП, удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к ИИУС АБП АО.

4. Разработана структура математической модели ИИУС АБП АО, обеспечивающая применение унифицированных по типу, мощности и назначению функциональных узлов.

5. Предложена классификация методов по функциональной связи времени измерения с временным параметром модели сигнала, позволяющая оценить методы и средства измерения с точки зрения быстродействия.

6. Разработана методика измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов по отдельным мгновенным значениям, не связанным с периодом входного сигнала, значительно упрощающая процедуру и сокращающая время измерения.

7. Решение задачи измерения ИХПС с высокой точностью Разработан метод аналого-дискретного (композиционного) представления и обработки данных, позволяющий реализовать достоинства как аналоговых, так и цифровых методов. 5. 6. Разработанный оригинальный метод измерения ИХСС по отдельным мгновенным значениям напряжения и тока, связанным с переходами через ноль, обеспечивает малое время измерения только при малых углах сдвига фаз между напряжением и током.

8. Разработан метод измерения интегральных характеристик данных по двум мгновенным значениям напряжения, сдвинутым по фазе на 90°, и мгновенному значению тока, связанным с переходами через нуль, позволяющий сократить время измерения.

9. Разработан метод измерения интегральных характеристик данных и частоты по трем мгновенным значениям напряжения и тока, равноотстоящим друг от друга.

10. Разработан метод измерения интегральных характеристик данных и частоты по двум одновременно измеренным мгновенным значениям напряжения и тока, сдвинутым на 90°.

11. Разработан метод измерения интегральных характеристик данных по трем мгновенным значениям напряжения и тока, одновременно измеренным в произвольный момент времени, что исключает влияние частотной погрешности фазосдвигающих блоков и обеспечивает минимальное время измерения.

12. Разработан алгоритм идентификации структуры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания по мгновенным значениям и фазовым соотношениям электрических параметров.

13. Разработана методика проектирования информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

14. Разработана структура одноуровневой информационно-измерительной и управляющей системы для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.

15. Разработан алгоритм обработки данных и управления агрегатов бесперебойного электропитания для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации » изданиях, рекомендованных ВАК

1. Новиков А. А. Повышение эффективности комплексных информационноизмерительных и управляющих систем в обеспечении бесперебойного энергообеспечения дизель - электрических подводных лодок // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - Орел: ОрелГТУ, 2011, № 4 (288), С. 121-127.

2. Новиков А.А. Разработка и формирование структуры математической модели информационно-управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - Орел: ОрелГТУ, 2011, № 6 (290), С. 140-146.

Публикации в других изданиях

1. Новиков А.А. Методика проверки работоспособности специальной радиоаппаратуры // Приборостроение. Межвузовский сборник научных трудов. - М.: МГУПИ, 2007, С. 90-99.

2. Новиков А.А., Снедков А.Б. Методы измерения характеристик преобразователей напряжения по мгновенным значениям тока и напряжения // Научные труды Международной НТК «Информационные технологии в науке, технике и образовании». -Таба, Египет.-М.: МГУПИ, 2009, Том 1,- С. 85-88.

3. Новиков А.А. Обеспечение бесперебойного энергообеспечения сложных технических объектов за счет использования комплексных информационноизмерительных и управляющих систем. Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: Труды VIII Всероссийской НПК. - Новокузнецк: СибГИУ, 2011, С. 181-186.

4. Новиков А.А. Вопросы обеспечении бесперебойного энергообеспечения дизель -электрических подводных лодок с использованием комплексных информационноизмерительных и управляющих систем // Научные труды 14-ой Международной НПК «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики». Книга «Приборостроение». - М 2011, С. 160-165.

Подписано к печати 23.11.20 И г. Формат 60x84. 1/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 205. Московский государственный университет приборостроения и информатики 107996, Москва, ул. Стромынка, 20

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ АГРЕГАТОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

1.1. Анализ существующих структур информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

1.2. Анализ основных требований к информационно-измерительным и управляющим системам агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

1.3. Цель и основные задачи исследования.

Выводы.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ АГРЕГАТОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

2.1. Разработка обобщенной структуры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

2.2. Разработка и формирование структуры математической модели информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ В ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМАХ АГРЕГАТОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

3.1. Разработка метода и алгоритма обработки интегральных характеристик данных по мгновенным значениям электрических параметров.

3.2. Разработка алгоритма идентификации структуры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов по мгновенным значениям и фазовым соотношениям электрических параметров.

3.3. Разработка алгоритма стабилизации постоянного и синусоидального напряжения информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

Выводы

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ И МЕТОДИК ИНФОРМАЦИОННО- ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ АГРЕГАТОВ БЕСПЕРЕБОЙНОГО ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

4.1. Разработка методики проектирования информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

4.2. Структура одноуровневой информационно-измерительной и управляющей системы для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.

4.3. Разработка алгоритма обработки данных и управления агрегатов бесперебойного электропитания для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.

Выводы.

В энергообеспечении автономных объектов (АО) одно из важнейших мест занимают агрегаты бесперебойного электропитания (АБП), входящие в состав информационно-измерительных и управляющих систем (ИИУС). В отличие от неавтономной энергетической системы, энергосистема любого АО является системой конечной мощности, сопоставимой с мощностью потребителей. Поэтому потребители в силу своего многообразия и характера действия могут оказывать определяющее влияние на отдельные показатели качества электроэнергии в ИИУС АБП АО.

Характеристики современных АО определяют, в первую очередь, жесткие требования, предъявляемые к ИИУС АБП АО, которые образованы совокупностью взаимосвязанных источников электроэнергии, преобразователей, распределительных, регулирующих и управляющих устройств, соединительных кабелей и потребителей, объединенных процессом производства, преобразования, распределения и потребления электроэнергии.

Ужесточение требований к АБП, как составной части ИИУС АБП АО, определяет повышение уровня их функциональности, точности, быстродействия, надежности, КПД, качества выходных параметров (стабильность характеристик, бесперебойность работы, отсутствие шумов, вибрации и радиопомех), а также способности их работы в условиях экстремального воздействия внешних факторов, электромагнитной совместимости и т.п.

Повышение качества электроэнергии, питающей ИИУС, является одним из основных факторов эффективности использования этих систем, что, в свою очередь, определяет технические характеристики АО в целом.

В свою очередь, комплексная автоматизация АО приводит к появлению на АО достаточно мощной электронной нагрузки, представленной, прежде всего системами управления техническими объектами различного назначения.

Питание таких ответственных потребителей должно осуществляться от специальных устройств электропитания, вырабатывающих электроэнергию с заданным видом и качеством напряжения. Вопрос качественного энергоснабжения еще более обостряется с введением в состав комплексов бортовых компьютеров.

Анализ состояния и опыт эксплуатации устройств автоматизации АО показывает, что основным направлением развития автоматизации перспективных АО должно быть повышение эффективности ИИУС АБП АО.

Вместе с тем, проведенный анализ показал, что в настоящее время вышеперечисленные задачи недостаточно проработаны.

В этих условиях первостепенное значение приобретает совершенствование и дальнейшее развитие методов и алгоритмов повышения эффективности ИИУС АБП АО.

Разработка новых ИИУС АБП АО требует формирования нового подхода к систематизации методов их проектирования, т.е. создания новых структур и методик проектирования адаптивных ИИУС АБП, как проблемно-ориентированных комплексов систем электроснабжения АО, нового алгоритмического и программного обеспечения ИИУС АБП.

В связи с этим, разработка новых более эффективных методов и алгоритмов, обеспечивающих повышение эффективности ИИУС АБП АО является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является совершенствование агрегатов бесперебойного электропитания для электронных комплексов и технических систем АО за счет повышения эффективности их информационно-измерительных и управляющих систем.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

• на основе анализа показателей качества электроэнергии важных для различных электронных комплексов и технических систем АО необходимо разработать структурные решения модульного построения АБП, соответствующих этим показателям, с обеспечением унификации модулей по типу, мощности и назначению;

• разработать обобщенную структуру ИИУС АБП для электропитания систем АО;

• провести синтез типовых технических решений, обеспечивающих регулирование величины значений определенных параметров и управление силовыми узлами АБП в различных режимах, включая защитные режимы, с учетом особенностей режимов работы;

• разработать базовую математическую модель ИИУС АБП на основе теоретического анализа функциональной схемы;

• разработать компьютерную модель ИИУС АБП на основе полученного математического описания структуры;

• формализовать методику выбора параметров регулятора адаптивной ИИУС АБП АО на основе полученной модели;

• разработать методику проектирования интегрированного АБП АО, как систему проблемно ориентированных компонентов;

• разработать и практическая реализовать структурно - алгоритмические и схемотехнические решения новых АБП и выработать дополнительные рекомендации по проектированию на основе полученных результатов практических исследований.

Методы исследования Для достижения поставленной цели в качестве аппарата исследований использованы: теория систем, теория автоматического управления, теоретическая электротехника, электроника и микропроцессорная техника, теория автоматизированного электропривода, теория вероятностей, прикладная комбинаторика.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана универсальная обобщенная структура информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающая ее построение на основе унифицированных функциональных узлов и адаптацию к различным режимам работы.

2. Разработана структура математической модели информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, позволяющая с помощью имитационного моделирования определять параметры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающая заданные показатели качества выходного напряжения.

3. Разработан алгоритм и даны рекомендации по определению параметров контура регулирования информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающий требуемые показатели качества выходного напряжения при переходном процессе переключения питания и в стационарном режиме при заданном диапазонном изменении входного напряжения.

4. Разработан метод и алгоритм обработки интегральных характеристик данных по мгновенным значениям электрических параметров информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

5. Разработан алгоритм идентификации структуры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

6. Разработан алгоритм стабилизации постоянного и синусоидального напряжения информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

7. Разработана методика проектирования информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

8. Разработана структура информационно-измерительной и управляющей системы агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

9. Разработан алгоритм обработки данных и управления агрегатом бесперебойного питания для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.

Практическая значимость работы заключается в том, что: на основе научных результатов, полученных в диссертационной работе, разработана методика проектирования информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов, обеспечивающих заданные показатели качества электроэнергии в разных режимах (рабочих, перегрузочных, аварийных), адаптированных к заданным диапазонным изменениям входного напряжения. Предложены структуры новых ИИУС АБП, адаптированных к различным видам нагрузки в АО.

Достоверность результатов работы подтверждается:

• совпадением расчетных результатов с экспериментальными;

• положительным опытом работы разработанной ИИУС АБП АО.

Реализация и внедрение результатов работы.

На основе принципа интегрированности функциональных задач с применением разработанной методики проектирования, включающей в себя компьютерное моделирование, созданы и внедрены в промышленное производство агрегаты бесперебойного электропитания (АБП) нового поколения серии АБП-Л, имеющие в своем составе микропроцессорные ИИУС, которые прошли успешную апробацию на действующих объектах ВМФ

АБП применены в разработках и изделиях ОАО «Концерн «Моринформсистема-Агат» (г. Москва) и имеют высокие технико-экономические показатели, что подтверждено соответствующим актом внедрения.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на кафедре «Приборы и информационно-измерительные системы» Московского государственного университета приборостроения и информатики, в ОАО ЦНИТИ, на отраслевых совещаниях в концерне «Моринформсистема-Агат», международных научно-технических конференциях в г. Таба, Египет, Сочи, VIII Всероссийской НПК, Новокузнецк.

Личный вклад автора

Основные научные результаты, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно. В работах, выполненных в соавторстве, соискателю принадлежит ведущая роль в постановке задач, выборе и обосновании методов их решения, интерпретации полученных результатов.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ в виде статей в журналах, трудах международной конференции, из них 2 работы в изданиях, рекомендованном ВАК РФ для опубликования научных положений диссертационных работ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 1 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 121 наименований и приложения, а также включает рисунки и таблицы в количестве 65 шт.

Выводы

1. За счет собственных программно-аппаратных средств корабельных АБП реализован регулируемый режим работы при перегрузках и КЗ на выходе, что обеспечивает сохранение их работоспособности при выполнении тактических задач, когда любое прерывание может привести к необратимым последствиям.

2. На основе применения принципа программно-аппаратного дублирования в ИИУС АБП обеспечиваются надёжные и своевременные срабатывания защитных устройств даже при возникновении резонансных эффектов в цепи нагрузки при КЗ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе анализа тенденции развития ИИУС АБП АО для систем автоматики АО сделан вывод о необходимости развития функционально интегрированных АБП, в целях унификации и повышения надежности в качестве одной из основных определена концепция модульности АБП.

2. Анализ вопросов адаптации АБП к видам нагрузки позволяет сделать вывод об эффективности применения АБП со своими защитными функциями в качестве составляющего звена (буфера) в схемах питания ответственных потребителей АО.

3. Разработана универсальная структура ИИУС АБП, удовлетворяющая требованиям, предъявляемым к ИИУС АБП АО.

4. Разработана структура математической модели ИИУС АБП АО, обеспечивающая применение унифицированных по типу, мощности и назначению функциональных узлов.

5. Предложена классификация методов по функциональной связи времени измерения с временным параметром модели сигнала, позволяющая оценить методы и средства измерения с точки зрения быстродействия.

6. Разработана методика измерения интегральных характеристик синусоидальных сигналов по отдельным мгновенным значениям, не связанным с периодом входного сигнала, значительно упрощающая процедуру и сокращающая время измерения.

7. Решение задачи измерения ИХПС с высокой точностью Разработан метод аналого-дискретного (композиционного) представления и обработки данных, позволяющий реализовать достоинства как аналоговых, так и цифровых методов. 5. 6. Разработанный оригинальный метод измерения ИХСС по отдельным мгновенным значениям напряжения и тока, связанным с переходами через ноль, обеспечивает малое время измерения только при малых углах сдвига фаз между напряжением и током.

8. Разработан метод измерения интегральных характеристик данных по двум мгновенным значениям напряжения, сдвинутым по фазе на 90°, и мгновенному значению тока, связанным с переходами через нуль, позволяющий сократить время измерения.

9. Разработан метод измерения интегральных характеристик данных и частоты по трем мгновенным значениям напряжения и тока, равноотстоящим друг от друга.

10. Разработан метод измерения интегральных характеристик данных и частоты по двум одновременно измеренным мгновенным значениям напряжения и тока, сдвинутым на 90°.

11. Разработан метод измерения интегральных характеристик данных по трем мгновенным значениям напряжения и тока, одновременно измеренным в произвольный момент времени, что исключает влияние частотной погрешности фазосдвигающих блоков и обеспечивает минимальное время измерения.

12. Разработан алгоритм идентификации структуры информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания по мгновенным значениям и фазовым соотношениям электрических параметров.

13. Разработана методика проектирования информационно-измерительных и управляющих систем агрегатов бесперебойного электропитания автономных объектов.

14. Разработана структура одноуровневой информационно-измерительной и управляющей системы для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.

15. Разработан алгоритм обработки данных и управления агрегатов бесперебойного электропитания для подводной лодки с дизель-электрическим управлением.

1. Ясаков Г.С. Корабельные электроэнергетические системы. Часть 1. С.-Пб.: Военно-морская академия им. Н. Г.Кузнецова. 1999. - 640 С.

2. Сергиенко Л.И., Миронов В.В. Электроэнергетические системы морских судов. -М.: Транспорт. 1991.

3. Максимов Ю.И. Новые источники и преобразователи электрической энергии на судах. -М.: Транспорт, 1988 174 с.

4. Электрооборудование судов: Учебник для вузов // Авт. Вилесов Д.В., Галка В.Л., Киреев Ю.Н. и др. СПб.: Элмор/Фонд СЭТ, 1996. - 414 с.

5. Парфенов Ю.М. Надежность, живучесть и эффективность электроэнергетических систем кораблей. Л.: BMA. - 1989.

6. Кормилицин Ю.Н., Хализев O.A. Проектирование подводных лодок. Учебник.СПб,: Изд. центр СПб МТУ, 2003, с. 344.

7. Баранов А.П. Судовые системы электродвижения с генераторами прямого преобразования теплоты. -Л.: Судостроение, 1991. 232 с.

8. Электрооборудование судов: Учебник для вузов // Авт. Вилесов Д.В., Галка В.Л., Киреев Ю.Н. и др. СПб.: Элмор/Фонд СЭТ, 1996. - 414 с.

9. Вопросы проектирования подводных лодок. Электроэнергетические системы / Под ред. Соколова B.C. СПб.: Изд. ЦКБ МТ «Рубин», 2000.

10. Губанов Ю.А. Исследование динамики функционирования систем управления корабельными электроэнергетическими системами / Учебное пособие. СПб.: ГМТУ, 1999.-98 с.

11. Петрунин В.В., Жереновский B.C., Захаров Д.А. Автоматизированная система поверки блоков питания // Материалы Международной НТК «Современные информационные технологии» / Пенза: ПГТА, 2004 С. 134-135.

12. Шейнихович В.В., Климанов О.Н., Пайкин Ю.И., Зубарев Ю.Я. Качество электрической энергии на судах: Справочник. Л.: Судостроение, 1988.-160 с.

13. Электрооборудование судов: Учебник для вузов // Вилесов Д.В., Галка В.Л., Киреев

14. Ю.Н. и др. СПб.: Элмор/Фонд СЭТ, 1996. - 414 с.

15. Электротехнические и радиоэлектронные системы дизель-электрических подводных лодок / Соколов B.C., Никифоров Б.В., Забурко A.B., Андреев A.A., Жилич В.Н7/ Под общ. ред. Соколова B.C. СПб.: ЦКБ МТ «Рубин», 2005. - 255 с.

16. Сергиенко Л.И., Миронов В.В. Электроэнергетические системы морских судов. М.: Транспорт. - 1991.

17. ГОСТ 26416—85. Агрегаты бесперебойного питания на напряжения до 1 кВ. Общие технические условия.

18. Сергеев В.А., Баннов P.A., Петрунин В.В. Система регулировки температуры и влажности на базе ПК // Материалы Международной научно-технической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» / Москва: МЭИ (ТУ), 2005-С. 409-410

19. Петрунин В.В. Построение автоматизированных систем диагностики радиоэлектронной техники // Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество» / Пенза: ПГУ, 2005 С. 373-375.

20. Петрунин В.В. Использование персонального компьютера для проверки параметров радиоизмерительных приборов // Материалы Международного симпозиума «Надежность и качество» / Пенза: ПГУ, 2005 С. 243-245.

21. Петрунин В.В. Кустов Д.А. Метод устранения инструментальной погрешности измерения напряжений // Материалы Межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы науки в России» / Кузнецк: КИИУТ, 2005 С. 178-181.

22. Петрунин В.В. Автоматизированное рабочее место поверки блоков питания // Материалы Международной научно-технической конференции «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации «Измерения 2006» / Пенза: ПГУ, 2006 С. 48-49

23. Батищев В.И., Мелентьев B.C. Измерительно-моделирующие технологии определения параметров энергообъектов // Изв. вузов. Электромеханика. 2003. №4. С.66-69.

24. Батищев В.И., Мелентьев B.C. Измерительно-моделирующий подход к определению интегральных характеристик периодических сигналов // Изв. вузов. Электромеханика. 2003. №6. С.36-39.

25. Батищев В.И., Мелентьев B.C. Процессорные средства измерений характеристик периодических сигналов: Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2002.

26. Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование. М.: Энергоатомиздат, 1985.

27. Добровинский И.Р., Ломтев Е.А. Проектирование ИИС для измерений параметров электрических цепей. М.: Энергоатомиздат, 1997.

28. Информационно-структурные принципы совершенствования средств измерения / Крысин Ю.М., Михеев М.Ю., Семочкина И.Ю., Чувыкин Б.В. Пенза, 1999.

29. Верлань А.Ф., Абдусатаров Б.Б., Игнатенко A.A., Максимович H.A. Методы и устройства интерпретации экспериментальных зависимостей при исследовании и контроле энергетических процессов. Киев: Наук, думка, 1993.

30. Лаппе Р., Фишер Ф. Измерения в энергетической электронике: Пер. с нем. М.: Энергоатомиздат, 1986.

31. Батищев В.И., Мелентьев B.C., Иванов Ю.М. Принципы выбора алгоритма измерения в ИИС интегральных характеристик периодических сигналов// Современные информационные технологии: Труды МНТК, Пенза, 2004. С. 135-137.

32. Иванов Ю.М. Совершенствование метода измерения активной и реактивной мощности по нескольким мгновенным значениям сигналов // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Серия Технические науки. Вып. 32. С. 207-209.

33. Мелентьев B.C. Пространственное разделение сигналов при измерении интегральных характеристик периодических сигналов // Математическое моделирование и краевые задачи: Тр. II Всерос. науч. конф. Самара, 2005, Ч. 2. С. 179-182.

34. Иванов Ю.М. Быстродействующая система для измерения интегральных характеристик периодических сигналов // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2005. Вып. 33. 2005. С. 223-226.

35. Батищев В.И., Мелентьев B.C. Разработка оптимальных алгоритмов обработки сигналов при управлении сложными объектами // Информационные технологии в моделировании и управлении: Тр. II Международной МНПК, СПб., 2000, С. 58-60.

36. Иванов Ю.М. Измерительно-моделирующий подход к определению погрешности метода измерения среднеквадратического значения сигнала // Вестник Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физико-математические науки. 2005. Вып. 34. С. 205-207.

37. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984.

38. Дворников О. Микроэлектронные преобразователи переменного напряжения в постоянное по уровню среднеквадратического значения // Компоненты и технологии. 2005. №2. С. 84-95.

39. Лукашкин В.Г. Автоматизированные средства измерений напряжения и силы тока // Мир измерений. 2005. №4 (50). С. 18-21.

40. Темирев А.П., Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Анучин A.A., Трофимов С.Г., Никифоров Б.В., Байков В.П. Контроллеры МК11.3 для высокопроизводительных систем прямого управления двигателями // CHIP NEWS. -2002. № 4. - С.24- 30.

41. Новиков A.A. Вопросы обеспечении бесперебойного энергообеспечения дизель -электрических подводных лодок с использованием комплексных информационно-измерительных и управляющих систем. СОЧИ, 2011

42. Новиков A.A. Методика проверки работоспособности специальной радиоаппаратуры Сборник научных трудов МГУПИ, Приборостроение, 2007.

43. ГОСТ 19705—89. Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Требования к качеству электроэнергии.

44. Бычков М.Г. Применение промышленных программируемых контроллеров для автоматизации технологических процессов. М.: МЗИ, 1992,- С. 95.

45. Никифоров Б.В., Прасолии А.П., Горовой А.Ф. Перспективы создания судовых электроэнергетических систем на постоянном токе.// Тезисы докладов У1 Международной НТК, изд. ЦНИИСЭТ, 1998,- С.135.

46. Темирев А.П., Федоров А.Е., Маснкж СИ., Юрин A.B. Алгоритм формирования синусоидального напряжения для систем бесперебойного питания// Научно-технический сборник "Электропитание". №5. - 2004. - С.54-63.

47. Апиков В.Р., Темирев А.П., Савченко A.B., Федоров А.Е., Цветков A.A., Никифоров Б.В., Гайдай Б.В., Чугунов В.И. Энергосбережение средствами современного электропривода // Электрическое питание. 2004. - № 2. - С. 67-69.

48. Анисимов Я.Ф., Васильев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. Л.: Судостроение, 1990. - 264 с.

49. Дружинин В.В., Конторов Д.С. Проблемы системологии: Проблемы теории сложных систем. М.: Радио и связь. 1976. - 296 с.

50. Использование новых информационных технологий при создании сложного объекта подводного судостроения / Игнатьев К.Ю., Карпенко Ю.И., Никифоров Б.В., Пироженко П.А.// Судостроение. 2001, № 4.

51. Кормилицин Ю.Н., Хализев O.A. Проектирование подводных лодок / Учебник. СПб.:

52. Изд. центр СПб МТУ, 2003. 344 с.

53. Краснов В.В., Мещанинов П.А., Мещанинов А.П. Основы теории и расчета судовых электроэнергетических систем: моделирование для исследования специальных режимов. -Л.: Судостроение. 1989. 328 с.

54. Максимов Ю.И. Новые источники и преобразователи электрической энергии на судах. -М.: Транспорт, 1988. 174 с.

55. Метод расчета электромагнитных процессов в нелинейных электромеханических системах на основе эквивалентных схем замещения. / Коломейцев Л.Ф., Птах Г.К., Архипов А.Н., Пахомин С.А./ Известия вузов. Электромеханика, 1987, №11, -С. 80-88.

56. Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты / Михайлов В.В., Кириевский Е.В., Ульяницкий Е.М.и др. / М.: Энергоатомиздат, 1988.-240 с.

57. Никифоров Б.В., Прасолин А.П. Концепция построения электроэнергетической системы АПЛ // Вопросы проектирования подводных лодок, Вып. ЦКБ МТ "Рубин", 2000.

58. Никифоров Б.В., Шишкин Д.Ю. Принципы построения ЭЭС перспективных ДЭПЛ // Судостроение. 2000. № 4.

59. Парфенов Ю.М. Надежность, живучесть и эффективность электроэнергетических систем кораблей. Л.: BMA. - 1989.

60. Рябинин И. А. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. СПб.: Политехника. 2000.-248 с.

61. Садовский Л.А., Виноградов В.Л., Максимов A.A., Темирев А.П. Развитие регулируемого электропривода с новыми типами машин переменного тока. Приводная техника. 2001. № 2. - С. 35-44.

62. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы. М.: Наука, 1989. -432 с.

63. Темирев А.П. Теория и практика разработки судовых систем электроснабжения и бортовых блоков управления электродвигателей. Ростов н/Д: Изд-во Рост.ун-та, 2004. -250 с.

64. Темирев А.П., Козаченко В.Ф., Обухов Н.А., Анучин А.А., Трофимов С.Г., Никифоров Б.В., Байков В.П. Контроллеры МК11.3 для высокопроизводительных систем прямого управления двигателями //CHIP NEWS. 2002. № 4. С. 24-30.

65. Темирев А.П., Федоров А.Е., Маснюк СИ., Юрин А.В. Алгоритм формирования синусоидального напряжения для систем бесперебойного питания// Научно-технический сборник "Электропитание". №5. - 2004. -С.54-63.

66. Темирев А.П. Совершенствование комплекса устройств релейной защиты, автоматики и диагностики судовых электроэнергетических систем. -Ростов н/Д: Изд-во Рост. Ун-та, 2005. 150 с.

67. Цыркин М.И., Гольдинер А.Я., Тюляков К.А. Режимы работы и определение оптимальной мощности ДЭС в системе ДЭС-ИБП // Электросистемы. 2001. № 1(3). -С. 811.

68. Цыркин М.И., Гольдинер А.Я., Тюляков К.А., Соколов СВ. Системы «ДЭС-ИБП». Согласование работы дизельной электростанции (ДЭС) и источника бесперебойного питания (ИБП). -Двигателестроение. 2000. № 4 (202). -С 6-7.

69. Blaabjerg F., Kjaer Р.С., Rasmussen P.O., Christensen R., Hansen S., Kristoffersen J.R. Fast Digital Current Control in Switched Reluctance Motor Drive without Current Feedback Filters / EPE'97,1997, Vol. 3, pp. 625-630.

70. Bose B.K., Miller T.J.E, Szczesny P.M., Bicknell W.H. Microcomputer Control of Switched Reluctance Motor // IEEE Transactions on Industry Applications. Vol. IA-22, No. 4. July/August 1986, pp. 708-715.

71. Chan C, Jiang Q. Study of starting performances of switched reluctance motors / in Proc. 1995 Int. Conf. Power Electronics and Motor Drive Systems, vol. l,pp. 174-179.

72. Cheok N. Ertugrul A model free fuzzy logic based rotor position sen-sorless switched reluctance motor drives / Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, vol. 1, 1996, pp. 76.

73. Ehsani M. Position sensor elimination technique for the switched reluctance motor drive/

74. U.S. Patent 5 072 166, Dec. 10,1991.

75. Ehsani M., Fahimi B. Elimination of Position Sensors in Switched Reluctance Motor Drives: State of the Art and Future Trends // IEEE Transactions on industrial electronics, vol. 49, NO. 1, february 2002.

76. Fulton N.N., Lawrenson P.J. SR drives for electric vehicles: a comparative assessment // Intelligent Motion, 1993, pp. 562-579.

77. Gallegos-Lopez G. A New Sensorless Low-cost Methods for Switched Reluctance Motor Drives // University of Glasgow SPEED Laboratory. - August 30, 1997.

78. Harris M.R, Miller T.J.E. Comparison of design and performance parameters in SR and induction motors /ЛЕЕ EMD Conference 1989, pp. 303-307.

79. Inderka R. B. Direkte Drehmomentregelung Geschalteter Reluktanzan-triebe, Doctoral dissertation, ISEA, RWTH Aachen, Aachen, Germany, 2002.

80. Inderka R. В., De Doncker. R.W. DITC-Direct Instantaneous Torque Control of Switched Reluctance Drives //IEEE Transactions on industry applications, vol. 39, no. 4, july/august 2003.

81. Bu J. and Xu L. Eliminating starting hesitation for reliable sensorless control of switched reluctance motors / in Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, vol. 1,1998, pp. 693-700.

82. Laurent. A New Inderect Rotor Position Sensing with Resonant Method for SRM. /Proc. Intel. Motoin. June 1993. p. 324-331.

83. Lawrenson P. J. Brief Status Review of Switched Reluctance Drives. -EPE Journal, Vol.2, No.3, Oct. 1992, p. 133-144.

84. Lipo T. Advanced Motor Technologies: Converter Fed Machines. -IEEE Trans. 1997, No.7, p.204-222.

85. Lopez G., Kjaer P. C, and Miller T. J. E. High-grade position estimation for SRM drives using flux linkage/current correction model / in Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, vol. 1,1998, pp. 731-738.

86. Miller T. J. E. and McGilp M. Nonlinear theory of the switched reluctance motor for rapid computer-aided design / Proc. Inst. Elect. Eng., vol. 137, pt. B, no. 6, pp. 337-347, Nov. 1990.

87. Miller T.J.E. Switched Reluctance Motors and Their Control. Oxford: Magna Physics

88. Publishing and Clarendon Press, 1993. 205 p.

89. Nanayakkard A. Current transformers for protection and metering // Electrical Engineer, 1985, vol. 82, No. 11, pp. 14, 16, 18-20.

90. Radaelli M., Sozzi L., Ehrhart P. Novel Technologies with PM-machines for ship Propulsion. /I International Symposium and Exhibition Civil or Military All ElectricShip, Paris, March 1997.

91. Saha S., Ochiai K., Kosaka Т., Matsui N. and Takeda Y. Developing sensorless approach for switched reluctance motors from a new analytical model /Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, vol. 1,1999, pp. 525-532.

92. Zasipkin A.C., Temirev A.P. Magnetodielektric current transformers of relay protection divices and automation / International Conference on Instrument transformescurrent state and trends of development, 12-14 September, 1990, Lodz Poland.

93. Технические средства диагностирования: Справочник / В.В. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1989. 672 с.

94. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / Под редакцией В.В. Клюева. М.: Радио и связь, 1988. 256 с.

95. Шило В.Н., Дедков В.К. Техническая диагностика. В кн.: Основные вопросы эксплуатации сложных систем. М.: Высшая школа, 1976.

96. Пархоменко П.П., Согомонян Е.С. Основы технической диагностики / (оптимизация алгоритмов диагностирования, аппаратурные средства) / Под ред. П.П. Пархоменко.-М.: Энергия, 1981.-320 с.

97. Фолкенберри JI.M. Справочное пособие по ремонту электрических и электронных систем: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1989. 416 с.

98. Ксенз С.П. Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств. -М.: Радио и связь, 1989. 248 с.

99. Давыдов П.С. Техническая диагностика радиоэлектронных устройств и систем. М.: Радио и связь, 1988. 256 с.

100. Мирский ГЛ. Электронные измерения. М.: Радио и связь, 1986. 440 с.

101. Калашников В. В. Сложные системы и методы их анализа. Сер. «Математика, кибернетика».—М.: Знание, 1980.

102. Нечипоренко В. И. Структурный анализ и методы построения надежных систем.— М.: Сов. радио, 1968.

103. Нечипоренко В. И. Структурный анализ систем (эффективность и надежность).—М.: Сов. радио, 1977.

104. Глудкин О.П. Методы и устройства испытаний РЭС и ЭВМ. М.: Высшая школа, 1991. 336 с.

105. ГОСТ 13109—87. Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения.

106. ГОСТ Р 50627—93. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к динамическим изменениям напряжения сети электропитания. Технические требования и методы испытаний.

107. Лукашкин В. Г., Гарипов В.К., Полываный А.Г., Слепцов В.В. Современные автоматизированные средства измерений, контроля и управления. М.: МГУПИ, МКВИ (филиал) СПбГУКиТ, 2011. 663 с. ил.

108. Гармоники в электрических системах: Пер. с англ./ Дж. Аррихлага, Д. Брэдли, П. Боджер. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 320 с.

109. Шидловский А. К., Козлов А. В., Комаров Н. С, Москаленко Г. А. Транзисторные преобразователи с улучшенной электромагнитной совместимостью. — Киев: Наукова думка, 1993, —272 с.

110. Лукашкин В. Г., Гарипов В.К., Полываный А.Г., Слепцов В.В. Метрологическое обеспечение измерений температуры, давления, расхода и уровня. М.: МГУПИ, МКВИ (филиал) СПбГУКиТ, 2011. 328 с. ил.

111. Статические агрегаты бесперебойного питания/ Г. Г. Адамия, Е. И. Беркович, А. С. Картавых и др.; Под ред. Ф. И. Ковалева. — М.: Энергоатомиздат, 1992. — 288 с.

112. Дикань С. В., Намитоков К. К. Аппараты систем бесперебойного электроснабжения. — К.: Тэхника, 1989. — 174 с.