автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Применение математических методов при совершенствовании микропроцессорных устройств в коммунально-бытовых предприятиях

На правах рукописи

КУРЬЯНОВ Анатолий Георгиевич

РГБ ОД

ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ В КОММУНАЛЬНО-БЫТОВЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

05.13.16- Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

05.14.02- Электрические станции (электрическая часть), сети, электрические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ШАХТЫ - 2000

Работа выполнена в Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Сапронов Анатолий Георгиевич

доктор физико-математических наук, профессор Фетисов Валерий Георгиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Надтока Иван Иванович

кандидат технических наук, доцент Мешков Владимир Евгеньевич

Ведущая организация:

ОАО «РОСТОВЭНЕРГО»

Защита состоится 12 июля 2000 года на заседании специализированного совета Д 063.30.04 Южно-Российского государственного технического университета по адресу: 347900, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, ауд. 107.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (Россия, 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132).

Автореферат разослан 10 июня 2000 года.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим выслать по адресу: Россия, 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132 к. 110, ученому секретарю специализированного совета.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент

А.Н. Иванченко

1 П -0l6c.il 6. о

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы заключается в применении математических методов с целью совершенствования электронных и микропроцессорных устройств в коммунально-бытовых предприятиях. В этой связи первостепенное значение приобретает совершенствование существующих и разработка новых методов математического моделирования. При этом большое значение представляет идентификация технических систем и автоматизация численных расчетов обработки измерений некоторых физических, в частности, электрических величин в условиях стационарных и переходных процессов.

Научное развитие и техническая вооруженность оказывают значительное влияние практически на все сферы человеческой деятельности и выдвигает задачи, решение которых требует новых подходов с применением математического моделирования. Одной из задач является автоматизация инженерного труда с применением математического моделирования с целью совершенствования электронных и микропроцессорных устройств. Это позволит обеспечить выполнение возрастающего объема научно-исследовательских, проектно-конструкторских и технологических работ в приемлемые сроки при ограниченных людских и материальных ресурсах.

Задачи эффективного проектирования новых электронных и микропроцессорных устройств в коммунально-бытовых предприятиях связаны с особенностями их применения. В условиях априорной неопределенности качество управления достигается на основе математического моделирования поведения систем и обеспечивается степенью точности проделанных измерений физических величин и результатом их предварительной обработки. В отдельных автоматизированных или автоматических системах управления технологическими процессами объем перерабатываемой информации невелик и требует отработки управляющих воздействий в реальном масштабе времени при значительной скорости протекания процессов в объекте управления.

Технологические объекты и процессы, происходящие в них, при проектировании и эксплуатации в коммунально-бытовых предприятиях, требуют современного уровня автоматического или автоматизированного управления и совершенствования электронных и микропроцессорных устройств. Большое значение приобретает точность расчетов в условиях установившихся и переходных процессов, которые имеются в случаях аномальных явлений, в результате исполнения управляющих воздействий, в экстремальных и аварийных режимах. Математические модели таких технологических объектов и процессы, происходящие в них, как правило, описываются системами дифференциальных уравнений, которые относятся к классу прямых задач, для которых весьма редко существуют точные аналитические решения. Задачи, связанные с обработкой измерений физических величин и численных результатов эксперимента, являются обратными и относятся к классу некорректно поставленных задач.

Цель работы. На основе современных математических методов разработать и апробировать на практике отыскание и прогнозирование по измерениям характеристик исследуемых электротехнических объектов применительно к электронным и микропроцессорным устройствам в коммунально-бытовых предприятиях.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1. Выявить зависимости, определяющие связь характеристик (амплитудной, частотной, переходной, импульсной) электротехнических объектов, описываемых переменной величиной х(/), с результатами совокупности проделанных измерений *(/,) на основе математических методов.

2. Проделать сравнительный анализ известных методов математического моделирования электрических величин и сигналов, рассматриваемых электротехнических объектов и систем управления.

3. Предложить вычислительный алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрации для микропроцессорных устройств:

• автоматизированного контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммуналыю-бытовогс назначения;

• токовых релейных защит электроэнергетических.

4. Разработать электронные устройства и микропроцессорную систем) для коммунально-бытовых предприятий.

Метод исследования. Исследования, главным образом, базируются нг применении вычислительной техники, математического моделирования, ма тематических методов, в частности, численного анализа, методов идентифи кации систем, теории конечных элементов, теории автоматического управле ния и регулирования, вариационных методов оптимального управления, тео ретических основ электротехники, теории информации и кодирования, тео рии алгоритмов и программ, методов структурного и системного программи рования, методов технической кибернетики и теории управления техниче сними системами.

Новые научные результаты н положения. На защиту выносятся:

1. Метод расчета амплитудной, частотной, переходной и импульсно! характеристик электротехнических объектов, описываемых дифференциапь ным уравнением связи с переменной физической величиной х((), совокуп ность значений которой получена в результате измерений х(1,).

2. Вычислительный алгоритм обработки совокупности результатов из мерений переменной величины для управления (наблюдения) на основе ди намической фильтрации.

3. Алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрацш и формирования входных величин для применения в микропроцессорны; устройствах:

• контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммунально-бытсвого назначения;

• токовых микропроцессорных релейных защит электроэнергетических объектов.

4. Электронные устройства:

• источники опорного напряжения повышенной стабильности для применения в микроэлектронных стабилизаторах;

• непрерывные стабилизаторы с нелинейной коррекцией для электропитания радиоэлектронной аппаратуры;

• быстродействующий операционный усилитель для использования в аналоговых вычислительных системах и устройствах.

5. Микропроцессорная система управления конвейерными установками.

Обоснованность и достоверность. Научные положения, выводы и рекомендации определяются использованием современных методов математического и численного анализа, методов идентификации систем и метода конечных элементов. Кроме того, применяются достоверные методы технической кибернетики, теории управления техническими системами, теории автоматического управления и регулирования, вариационные методы оптимального управления и методы электротехники. В работе используются теория информации и кодирования, теория алгоритмов и программ, методы структурного и системного программирования. Научные положения, выводы и рекомендации подтверждаются сопоставительным анализом результатов теоретических и экспериментальных научных исследований, выполненных в промышленных и лабораторных условиях, на математических и физических моделях электронных устройств и микропроцессорных систем коммунально-бытовых предприятий.

Практическое значение. На основе выполненных в работе исследований:

1. Предложен математический метод обработки измерений для управления (наблюдения) техническими системами и технологическими объектами. Вычислительный алгоритм функционирования на основе динамической фильтрации такого математического метода предназначен для обработки измерений переменных величин. Этот алгоритм рассчитан на применение современных ЭВМ общего назначения, специализированных микро-ЭВМ н Р1С-контроллеров. Алгоритм на основе динамической фильтрации позволяет с высокой степенью быстродействия и достаточной для практики точностью обнаруживать амплитудные, частотные и импульсные характеристики при ограниченном объеме априорной информации.

2. Разработан вычислительный алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрации и формирования входных величин для микропроцессорных устройств:

• контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммунально-бытового назначения;

• токовых микропроцессорных релейных защит электроэнергетических объектов.

3. Разработаны источники опорного напряжения с термокомпенсациег для применения в электротехнических устройствах и микроэлектронных стабилизаторах.

4. Разработаны эффективные схемы непрерывных стабилизаторов с нелинейной коррекцией для электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

5. Разработан быстродействующий операционный усилитель для использования в аналоговых вычислительных системах и устройствах.

6. Разработана микропроцессорная система управления конвейерным! установками.

7. Реализованные в конструкциях новые технические решения, воплощенные в электронных устройствах и микропроцессорной системе и предназначенные для использования в промышленных и коммунапьно-бытовы* предприятиях, защищены авторскими свидетельствами.

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методы, методики и рекомендации по исследованию, расчету и проектировании: электронных устройств и микропроцессорных систем для промышленных I коммунально-бытовых предприятий, а также новых технических решений ш протяжении последних 20 лет являются основной научной базой для созда ния эффективных и производительных электронных устройств и микропро цессорных систем.

Результаты научной работы внедрены в Южно-Российском государст венном университете экономики и сервиса и производственно-техническш объединением «Коммутатор».

Работы автора по исследованию, проектированию и расчету электрон пых устройств и микропроцессорных систем промышленных и коммунально бытовых предприятий на основе математических методов используются I учебном процессе на механико-радиотехническом факультете ЮРГУЭС пр! подготовке инженеров по специальностям «Проектирование и сервис быто вых машин и приборов» и «Сервис и техническая эксплуатация транспорт ных и технологических машин и оборудования».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались:

■ на республиканской научно-технической конференции «Синтез сис тем управления в электроэнергетике на базе микро-ЭВМ» (г. Киев, 1981 г.);

■ на республиканской научно-технической конференции «Диагности ка неисправностей устройств релейной защиты и автоматики электрически) систем» (г. Жданов, 1982 г.);

■ на научном семинаре «Прикладная математика и программирова нпе» (г. Рига, 1981, 1983, 1986 г.г.);

■ на научно-методической конференции «Научная организация учебного процесса» (г. Рига, 1983 г.);

■ на второй республиканской научно-технической конференции «Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике» (г. Харьков, 1985 г.);

■ на семинаре-совещании Московского Дома научно-технической пропаганды (г. Москва, 1990 г.);

■ на ХХП-ом международном конгрессе по применению математики в технических вузах (ГДР, г.Веймар, 1990 г.);

■ на 2-х международных семинарах, ежегодных виутривузовских научно-технических, научно-методических конференциях и семинарах, организованных на базе ЮРГУЭС (г. Шахты, 1980 - 2000 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 научные работы. Общее число опубликованных и представленных в печати научных и научно-методических работ составляет 41.

Вклад аптора состоял в формировании идей и гипотез, выборе методов исследований и в их выполнении, анализе полученных результатов и подготовке на их основе методик и рекомендаций. В целом в соавторстве подготовлены и опубликованы 36 научных и научно-методических работ.

При разработке алгоритма расчета показателей качества электроэнергии автор пользовался консультациями В.Ф. Ермакова.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации приведен обзор микропроцессорных устройств и систем, которые используются в технике коммунально-бытовых предприятий, в релейной защите и электроавтоматике электрических станций, сетей и электроэнергетических систем. Показано, что современная элементная база позволяет решать в реальном времени задачи управления техническими системами. Рассмотрены математические методы, используемые в программных средствах микропроцессорных систем управления техникой коммунально-бытовых предприятий, релейной защиты и электроавтоматики объектов электроэнергетики. Установлено, что требуется разработка новых математических методов обработки информации при решении задач управления техникой коммунально-бытовых предприятий и противоаварийного управления объектами электроэнергетики.

Вторая глава посвящена исследованию математических моделей электрических величин. В ней анализируются методы дискретизации по времени электрических величин и сигналов, численные методы аппроксимации производных применительно к разработанному алгоритму на основе динамической фильтрации. Рассматривается математический метод обработки измерений электрических величин.

При решении задачи математического моделирования выделены следующие основные этапы: построение математической модели, разработка математического метода, составление алгоритма и программирование. Алгоритм решения поставленной задачи составляется с использованием программно-алгоритмических языковых компьютерных средств и компиляцией в конечный вариант программы.

В результате сформулирована научная задача построения нового метода расчета амплитудной, частотной, ступенчатой и импульсной характеристик электротехнических объектов, описываемых дифференциальным уравнением связи с переменной физической величиной л(0, совокупность значений которой получена в результате измерений х((,). Задача относится к обработке измерений и заключается в определении неизвестной функциональной зависимости и технических параметров по экспериментальным данным при анализе и синтезе технических систем управления. Искомую функцию можно описать эмпирически, например, общим квадратическим дифференциальным уравнением связи

¿711л*~ + <7|:хл' + а22х2 + йг|3х + а1Ъх + я33 = 0 . (1)

При этом задача обработки измерений сводится к отысканию неизвестных коэффициентов. Однако на практике требуется нахождение технических

параметров: амплитуды, круговой частоты и т.д. Для решения такой задачи необходимо разработать соответствующий метод.

Технические параметры {Д со, х0 , х0 , /} переменной физической величины исследуемого объекта, подлежащие определению в интервале дискретизации обозначим как соответствующие координаты вектор-функции

М = М {А со, до , х0 , /},

где И - амплитуда переменной физической величины; со - угловая (круговая) частота; х0, - начальные фазовые координаты.

С целью определения коэффициентов дифференциальное уравнение связи (1) запишем в виде:

X2 X х2 X

Х, Х1 . 1 Х\~ Х, х\

Х2 х2 Х2 . ~> Х2~ Х-, Х2

*з хз • 2 хз Ъ

"4 ■ 2 *4 Х4 Х4

Х5 Х5 Х5 • 2 Л-5 Xí

(2)

О

Здесь х, , х2, х3, х4, х5, х:, х2,х3,х4,х5 - численные отсчеты переменной физической величины и его производных измеренные в некоторые моменты времени (V / = 1,5) с дискретностью /И = - /,.,. Коэффициенты «ц , а12 , а22 , а13 , а2з , а33 определяем из дифференциального уравнения связи (2) как соответствующие алгебраические дополнения. Производные ^,л-,,л'3,л-4,л'5 определяем известными численными методами.

Решение задачи описывается следующей системой уравнений

где an , ai2, а2г , ап , а2з , Дзз - коэффициенты уравнения связи, вычисляемы« по результатам измерений переменных физических величин х, = x(t,) и х, =

х,(/,) исследуемого объекта в некоторые моменты времени t, (V /= 1,5) с дис кретностыо At = /, -1,.\.

При измерении имеют место ограничения физической величины х е X ее производной ieX и времени t е Т, где X, X и Т - соответственно множества возможных произведенных измерений, которые зависят от применяемы* аппаратных и программных средств измерения. Введем функцию управленщ (наблюдения) а(х0 , х0), которая воздействует на объект в интервале дискретизации At.

Предельным переходом от дискретной формы управления (наблюдения) объектом исследования к непрерывной при At —> 0 имеем:

ам ,. AM{D,iü,x0,i0,/}

-= lim-1--—-—-.

dt А1-+0 д t

Общее решение задачи в результате интегрирования вектор-функцш

*

М {D, со, х0, х0 , /} получим в виде

. 30 —>

S = {м {D,co,x0,x0,t}dt.

-X

Данное выражение является интегральной формой динамического управления (наблюдения) объектом исследывания.

При осуществлении управления (наблюдения) на интервале времен! контроля fe[0, Т] выражение принимает следующий вид

т

Jm {D,co,x0,x0,t}dt.

о

Таким образом, установлены математические выражения для дискретного и непрерывного управления (наблюдения) исследуемым объектом.

В качестве одного из подходов к обработке измерений при анализе и оценке систем рассматривается алгоритм основанный на динамической фильтрации. Исследование алгоритма динамической фильтрации для определения параметров некоторых электрических величин, в частности, функции напряжения n{t), по результатам их измерений для определения показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего назначения и комму-

налыю-бытовых потребителей, требуют численной аппроксимации производных.

В проведенных машинных экспериментах моделировались и исследовались следующие способы вычисления конечных разностей для нахождения производной напряжения г/'(/,) в некоторый момент времени (V/ = 1, 5): с

помощью левых разностей Аг/, = и, - и,А, н( « —-—; с помощью правых

разностей Аи, = г/,+1 - г/,, г/,.»——-с помощью центральных разностей

К

. , »,41 - ",-1

Дн, =н,+1 -г/,ч, г/, ~ —^—

Для улучшения аппроксимации и повышения точности практических результатов при отыскании производных можно пользоваться интерполяционным многочленом Лагранжа, методом Рунге-Ромберга и другими известными методами. В разработанном алгоритме динамической фильтрации применена формула вычисления производных, полученная дифференцированием многочленов с учетом наилучшего среднеквадратического приближения, что, конечно, уменьшает случайные ошибки опытных данных. Формула для производных напряжения и' имеет следующий вид

At п(п + \){2п + 1)

Для каждой итерации вычисления, в частности, амплитуды Um и частоты «напряжения u{t) по результатам измерений последнее выражение применялось при п = 2, и имело вид:

1

(-2н,_2 -г/,_, + г/,+| +2г/,+2).

Ю- At

Ограничение на число узлов интерполяции при каждой итерации в общем случае составляет 2 п < / ^ 2 п + 3 и, в частности, 4 < / ^ II при п = 2.

Третья глава содержит исследования, теоретические разработки построения математических моделей и вычислительных алгоритмов электрических величин. Рассмотрен алгоритм обработки измерений электрических величин для микропроцессорных устройств определения показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего назначения и коммунально-бытовых потребителей, токовых микропроцессорных релейных защит электроэнергетических объектов. Приведено описание алгоритма на основе динамической фильтрации.

В современных условиях с помощью новых микропроцессорных устройств возможно решить обеспечение требуемого контроля качества электроэнергии (ПКЭ) в электрических сетях общего и коммунально-бытового назначения. Одной из задач является создание вычислительных алгоритмов для устройства автоматизированного контроля ПКЭ. Для производства расчетов ПКЭ необходимо обеспечить измерение и обработку изменяющихся во времени электрических величин. Переменное напряжение и(1) в месте (точке) подключения устройства контроля ПКЭ является функцией времени (, т.е. любому значению времени t из интервала времени контроля (наблюдения) t 6 Тк поставлены в соответствие измеренные численные значения и(1,). Следует отметить, что на практике часто имеют место случаи, когда отсутствует связь между величиной напряжения и и временем / в явном виде.

Таким образом, задача заключается в построении численного алгоритма определения амплитудно-частотных параметров £/„,, и со, конечного ряда Фурье по совокупности измеренных численных значений a(l,) V / = 1, п.

В качестве иллюстрации рассмотрим одно из характерных функциональных изменений напряжения в зависимости от двух переменных z/(i,, <ц). Для расчета напряжения n(t„ ц) в пределах изменений времени t, и круговой частоты ft} предварительно выбираем:

■ действующее напряжение U— 220 В;

■ диапазон изменений круговой частоты от нижней а>„ = 282,743 с"' (fH = 45 Гц) до верхней границы о\ = 345,575 с'1 (/"„ = 55 Гц);

■ число шагов в диапазоне изменения круговой частоты равное ha= 50;

■ интервал изменений времени от = 0, с, до /к = 100-10 "3, с;

■ число шагов в интервале изменения времени равное Л, = 20.

Значения каждого шага частоты и времени рассчитаны по формулам:

К = '„ + i'-f^;Vi = 1Л;л, = 20; /,„ = *>„ + j^^; vy = ¡X;К = 50.

График, полученный по результатам численных расчетов на ЭВМ, изображен на рисунке 1.

Одной из задач является создание вычислительных алгоритмов динамической фильтрации для обработки измерений, в частности, автоматизированного контроля показателей качества электроэнергии изображен (рисунок 2), микропроцессорной токовой релейной защиты энергообъектов и других прикладных задач, рассчитанных на применение современных вычислительных средств, специализированных микро-ЭВМ и Р1С-контроллеров.

На практике, как правило, аппроксимируют измеряемую величину напряжения и(1) частичной суммой ряда Фурье

п

«(О^о+^С/^тСй^ + р,).

1 = 1

При этом задача обработки заключается в построении численного алгоритма вычисления амплитудных гармонических составляющих II, напряжения и круговых частот со,, частичной суммы ряда Фурье по совокупности измеренных численных значений функции напряжения ;/(/",) V /' = !,/?.

Рисунок 1 - Расчетный график изменения напряжения в точке контроля электрическом ссги коммунально-бытового назначения

С другой стороны, измеряемую величину напряжения в точке контроля для определения ПКЭ можно описывать дифференциальным оператором

а* и сГ'и а„ -^г + я„-1 + - + «I» + ао>

где и - измеряемая функция напряжения; а0, а|, ..., ап - неизвестные коэффициенты.

Величина напряжения и и его производные определяют состояние системы, геометрический аналог которого есть /7-мерное пространство с п-мерной системой координат, являющееся фазовым пространством.

Неизвестные коэффициенты а0, а..., а„ можно определить из системы п уравнений в случае, когда известны измеренные численные значения функции напряжения и(1) и ее производных в некоторые моменты времени 4 при к = \,п. По найденным коэффици-

ентам а0, а|,

определяются

искомые гармонических составляющих (У, напряжения и круговые частоты со, частичной суммы ряда Фурье (¿ = 1,и). Полагаем, что измеряемое напряжение и(1) описывается частичной суммой ряда Фурье в моменты времени \/к = 1 ,п, т.е. на интервале времени контроля ТК.

В работе исследован алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрации и для микропроцессорной токовой релейной защиты электроэнергетических объектов. Известно, что по сравнению с электромеханическими и полупроводниковыми реле цифровая защита работает с большей точностью и быстродействием. Дальнейшее совершенствование цифровых, в частности, токовых релейных защит и автоматики связано с внедрением современных микропроцессорных аппаратно-программных средств. Это обуславливает требование к более детальному количественному и качественному исследованию переходных процессов и синтезу принципиально новых информационно-измерительных преобразователей с применением современных математических методов.

Рисунок 2 - Алгоритм па основе динамической фильтрации обработки измерений напряжения для определения ПКЭ

п

В качестве примера исследуемого электроэнергетического объекта можно рассмотреть модель, представляющую активно-индуктивную электрическую ЯЬ цепь с источником ЭДС е(0, которая коммутируется ключом К. Величина переменного тока /(О с частотой /= 45+55 Гц до и после замыкания ключа К фиксировалась с помощью осциллографа.

Осциллограмма переходного процесса мгновенного тока /(/), иллюстрирующая один из экспериментов до и после замыкания ключа К в электрической цепи приведена на рисунке 3.

40

20

0

-20

-40

-40 -20 0 20 40 60

Рисунок 3 - Осциллограмма величины мгновенного тока /(/) при переходном процессе о электрической цени: / - величина мгновенного тока ¡(1) до коммутации; 2 - апериодическая составляющая мгновенного тока ¡(1) после коммутации; 3 - величина полного мгновенного тока ¡(1) после коммутации

Измеренные цифровые значения мгновенного тока /(/) поступают в ЭВМ через устройство связи с объектом со встроенным 16 разрядным АЦП. Частота дискретизации по времени варьировалась в пределах от 0,1x10° с до 4x10"3 с.

В качестве иллюстрации на рисунке 4 приведен выполненный на ЭВМ расчет годографа фазового вектора тока I {/(/), /'(/) } ПРН переходном процессе в электрической цепи.

С применением предложенного алгоритма динамической фильтрации (рисунок 2) построена математическая модель. Варианты программ составлены на языках ФОРТРАН и ПАСКАЛЬ. Эксперимент имитационного моделирования выполнен на ЭВМ общего назначения. Обработка измерений величины тока /(/) в электрической цепи с учетом переходных процессов осуществлялась программно по формулам:

/,„ =.

/" \ 2 ( \ 2

-«13 + "23 + «33 ; со

^ «и

/о + =

-а,-

В результате обработки экспериментальных данных на ЭВМ по предложенному алгоритму динамической фильтрации получены зависимости амплитудных (рисунок 5) и частотных (рисунок 6) характеристик тока /(О в условиях переходных процессов в электрической цепи.

20

10

-10

-201

— х 103,А Л •с1

1 ■ 1(0, А

-60 -40 -20 0 20 40 60

Рисунок 4 - Расчет годографа при переходном процессе в электрической цени: 1 - фазовый вектор тока I {/(/), /'(/) | до коммутации; 2 - фазовый вектор тока I {/(/)> '"'(')} непосредственно после коммутации

Анализ этих амплитудных и частотных зависимостей показывает, что при использовании современных микропроцессорных средств, обладающих большой вычислительной мощностью, возможно увеличить быстродействие обработки измерений переменного тока и обеспечить их обработку в условиях переходных процессов.

В частности, по измерениям величины полного тока /(/) при дискретизации Л? = 0,5 мс после начала переходного процесса:

- амплитуда /„, определяется через 2,2 мс с погрешностью менее 10% и через 10 мс с погрешностью менее 1%;

- круговая частота со определяется через 2,2 мс с погрешностью не более 2%.

Л

/

■ /ч / х10-2, с

-2 -1 0 1 2 3 4 5

Рисунок 5 - Зависимости при переходном процессе в электрической цепи: I — теоретическая амплитуда тока 1„М\ 2 -амплитуда тока 1,„(пА1), рассчптаппап иа ЭВМ по измеренным значениям тока ¡{I) с дискретизацией Ах = 0,5 мс (н = 1,100)

Из полученных расчетов амплитудных, частотных и других зависимостей для разнообразных задач видно, что использование алгоритма на основе динамической фильтрации является эффективным быстродействующим средством при обработке измерений переменных физических величин исследуемых электротехнических объектов в условиях стационарных и переходных процессов._

сох ¡О3, с -'

2 ; N \

* ч " 1

1 X ю-1-, с

-2 -10 1 2 3 4 5

Рисунок 6 - Зависимости при переходном процессе в электрической пени: / - теоретическая круговой частоты со(1); 2 -круговая частота со{пА1), рассчитанная на ЭВМ по измеренным значениям тока /(/) с дискретизацией М = 0,5 мс (и = 1,100)

Четвертая глава включает в себя исследования и разработку ряда электронных устройств, и микропроцессорной системы для применения в промышленных и коммунально-бытовых предприятиях, таких, как: источники опорного напряжения; непрерывные стабилизаторы компенсационного типа; операционный усилитель; микропроцессорная система управления конвейерными установками для автоматического поиска и выдачи изделий.

Источники опорного напряжения, находят применение в электротехнических устройствах и микроэлектронных стабилизаторах. В результате проведенных научных исследований выявлено, что к недостаткам этих источников можно отнести сложность и низкую стабильность опорного напряжения. С целью упрощения и повышения надежности разработаны новые источники опорного напряжения повышенной стабильности. При этом нестабильность опорного напряжения при изменении питающего напряжения уменьшена примерно от 10 до 100 раз.

В работе проведены исследования и предложены различные варианты выполнения источника опорного напряжения при использовании следующих элементов: двухполюсника термокомпенсации и вспомогательного двухполюсника, выполненного на резисторах; двухполюсника опорного напряжения, выполненного на стабилитроне; дополнительного двухполюсника опорного напряжения, выполненного на р-п переходе транзистора; вспомогательного двухполюсника, выполненного на р-п переходе транзистора; двухполюсника термокомпенсации, выполненного в виде источника тока на транзисторе; двухполюсника опорного напряжения, выполненного на эмиттерно-базовом переходе биполярного транзистора.

В процессе исследований разработаны непрерывные стабилизаторы с нелинейной коррекцией для электропитания, например, микропроцессорных систем, аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, цифровых измерительных устройств, аналоговых и комбинированных вычислительных машин и специализированных микроконтроллеров; электропитания дисплеев и др.

В работе исследовались схемы компенсационных стабилизаторов. В результате проведенных научных исследований выявлено, что одним из недостатков является невысокое быстродействие. С целью повышения быстродействия компенсационного стабилизатора применен транзистор в цепи нелинейной коррекции. Такие изменения в схеме компенсационного стабилизатора способствуют более быстрой перезарядке корректирующего конденсатора, что уменьшает время переходного процесса в сотни раз. Разработаны варианты схем.

В предложенном устройстве устраняется один из недостатков компенсационных стабилизаторов с корректирующим конденсатором в цени базы регулирующего транзистора. Учитывая перспективность этого класса вторичных источников питания, можно сделать вывод о том, что предлагаемое тех-

ническое решение позволяет улучшить параметры сравнительно большой группы радиоэлектронных устройств.

Экспериментальные исследования компенсационного стабилизатора, проведенные при типовых параметрах элементов показывают, что введение дополнительного транзистора улучшает время переходного процесса с 1,5 мс до 20 мкс, т.е. в 75 раз.

Математически подобные модели выполняются из элементов и устройств иной физической сущности, например, на базе аналоговых вычислительных машин (ADM). Основным решающим элементом АВМ является операционный усилитель (ОУ). Недостатком операционных усилителей является невысокое быстродействие, которое определяется сравнительно невысокой скоростью нарастания выходного напряжения, ограниченного величиной

К = 2 7rfcfU,

где^р - частота среза ОУ; U - напряжение ограничения входного каскада.

С целью повышения быстродействия разработан новый операционный усилитель. При малом напряжении смещения нуля, характерном для входных каскадов операционных усилителей в разработанном устройстве на биполярных транзисторах, достигается высокая скорость нарастания, такая же, как в усилителях на полевых транзисторах.

В результате научных исследований была разработана с участием автора микропроцессорная система управления конвейерными установками. Микропроцессорная система управления конвейерными установками предназначена для выполнения операций управления автоматизированными установками с числом секций до 100, которые используются для складирования, хранения и доставки изделий к месту выдачи.

Заключение н основные выводы

Результаты выполненных исследований и разработок позволяют сделать следующие выводы:

1. Предложен метод расчета амплитудной, частотной, переходной и импульсной характеристик электроэнергетических объектов, описываемых дифференциальным уравнением связи с переменной величиной x(t), совокупность значений которой получена в результате измерений x(t,) через заданные интервалы времени At.

2. Установлены математические выражения для дискретного и непрерывного управления (наблюдения) исследуемым объектом.

3. Предложен вычислительный алгоритм реализации метода, позволяющий путем динамической фильтрации переменной величины, рассчитывать амплитудную, частотную, ступенчатую и импульсную характеристики элек-

троэнергетических объектов с одной переменной величиной. Указанный алгоритм не требует применения табличных методов и вычисления специальных функций. Алгоритм позволяет вычислять характеристики периодического процесса за время меньше периода основной гармоники.

4. Разработанный алгоритм предварительной обработки информации целесообразно применить для микропроцессорных устройств, например:

• показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммунально-бытового назначения;

• релейных защит электроэнергетических объектов с одной подведенной величиной.

5. Разработаны новые источники опорного напряжения повышенной стабильности для применения в электротехнических устройствах и микроэлектронных стабилизаторах, в которых нестабильности опорного напряжения при изменении питающего напряжения уменьшены в 10-100 раз.

6. В результате схемотехнических решений улучшены следующие параметры непрерывных стабилизаторов: коэффициент стабилизации, коэффициент сглаживания пульсаций, динамика переходных процессов, возникающая, например, при выключении стабилизатора по командам из какого-либо цифрового управляющего устройства (защиты). Экспериментальные исследования стабилизатора показывают, что предложенные решения улучшают время переходного процесса в 75 раз.

7. Разработан новый быстродействующий операционный усилитель, в котором при малом напряжении смещения нуля, характерном для входных каскадов операционных усилителей на биполярных транзисторах, достигается высокая скорость нарастания выходного напряжения, такая же, как в операционных усилителях на полевых транзисторах.

8. В результате научных исследований с участием автора разработана микропроцессорная система управления конвейерными установками, предназначенная для выполнения операций управления автоматизированными установками с числом секций до 100, которые используются для складирования, хранения и доставки изделий к месту выдачи.

Основные печатные работы по теме диссертации:

1 Курьянов А.Г., Гемст В.К. Методы и алгоритмы релейной защиты и автоматики энергосистем с использованием микро-ЭВМ // Синтез системы управления в электроэнергетике на базе микро-ЭВМ: Тезисы докл. - Киев, КПИ, 1981,- С. 31-32.

2 Гемст В.К., Кивланс И.С., Курьянов А.Г. Методические проблемы широкого применения ЭВМ студентами электрических специальностей в вузе // Формирование мировоззрения студентов в процессе преподавания электрических дисциплин в вузе: Тезисы докл. Республиканской науч.-методич. конференции. - Уфа, 1981. - С. 78 - 79.

3 A.c. №922691 СССР, МКИ3 G 05 F 1/56. Стабилизатор постоянного напряжения /М.Т. Бабаев, А.Г. Курьянов, H.H. Прокопенко (СССР). № 2899179/24-07; Заявл. 26.03.80; Опубл. 23.04.82, Бюл. №15. - 2 с.

4 Гемст В.К., Кивланс И.С., Курьянов А.Г., Роганов В.Р. Диагностика микропроцессорных средств защиты и автоматики энергосистем // Диагностика неисправностей устройств релейной защиты и автоматики электрических систем: Тезисы докл. Республиканской науч.-техн. конферен. - Жданов, 1982.-С. 53 - 55.

5 A.c. №838678 СССР, МКИ3 G 05 F 1/56. Стабилизатор постоянного напряжения / М.Т. Бабаев, М.В. Капитонов, А.Г. Курьянов, H.H. Прокопенко (СССР). - №2823640/24-07; Заявл. 03.10.79; Опубл. 15.06.81, Бюл. №22. - 3 с.

6 A.c. № 953641 СССР, МКИ3 G 06 G 7/12. Операционный усилитель / В.В. Голованов, С.Н. Гусев, А.Г. Курьянов, H.H. Прокопенко (СССР). -№3215585/18-24; Заявл. 15.12.80; Опубл. 23.08.82, Бюл. №31.-3 с.

7 Гемст В.К., Кужеков C.JL, Курьянов А.Г., Розов С.С. Использование современных средств вычислительной техники в релейной защите и автоматике энергосистем // Учебное пособие - Конспект лекций. - Рига: Рижский политехи, ин-т, 1982.-66 с.

8 Гемст В.К., Кужеков С.Л., Курьянов А.Г., Розов С.С. Использование современных средств вычислительной техники в релейной защите и автоматике энергосистем // Моделирование и автоматизация электрических систем.-Рига: Рижский политехи, ин-т, 1983. - С. 99-117.

9 Гемст В.К., Курьянов А.Г. О методе построения алгоритмов микропроцессоров в задачах релейной защиты и автоматики энергосистем // Научная организация учебного процесса: Тезисы докл. науч.-методической конференции. - Рига: Рижский политехи, ин-т, 1983. - С. 39-40.

10 A.c. № 989543 СССР, МКИ3 G 05 F 1/56. Источник опорного напряжения /А.Г. Курьянов, H.H. Прокопенко, Е.И. Старченко (СССР).- №2930996/ 24-07; Заявл. 26.05.80; Опубл. 15.01.83, Бюл. №2. - 3 с.

11 Гемст В.К., Кужеков С.Л. Курьянов А.Г. Микропроцессорная токовая релейная защита на основе динамической фильтрации // Микропроцессорные системы контроля и управления: Сб. науч. трудов. - Рига: Рижский политехи, ин-т, 1984.-С. 30-38.

12 Гемст В.К., Курьянов А.Г. Алгоритм быстродействующего цифрового релейного измерительного органа токовой защиты // Известия вузов СССР. Энергетика. - Минск, 1984. - №1. - С. 44-48.

13 Гемст В.К., Курьянов А.Г. Цифровой измерительный орган токовой релейной защиты на основе динамической фильтрации // Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике: Тезисы докл. науч. техн. конференции. - Харьков, 1985. - С. 161-162.

14 Курьянов А.Г. К вопросу о методе диагностики и принятия решений микропроцессорных систем контроля аварийных состояний энергообъектов // Тезисы докл. науч.-техн. конференции. - Ростов н/Д, 1985. - С. 42-43.

15 Курьянов А.Г., Роганов В.Р. Использование микропроцессорных средств в Шахтинском технологическом институте // Микропроцессорные системы контроля и управления: Сб. науч. трудов. - Рига: Рижский политехи, ин-т, 1985.-С. 63-71.

16Валюкевич Ю.А., Елисеев И.Н., Курьянов А.Г., Прокопенко H.H. Микропроцессорная система управления автоматизированной конвейерной установкой АКУ // Аннотированный перечень научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, рекомендованных к внедрению: Сб. / ШТИБО. - Шахты, 1989. - Вып. №5.

17 Валюкевич Ю.А., Елисеев И.Н., Курьянов А.Г., Прокопенко H.H. Микропроцессорная система управления автоматизированной конвейерной установкой АКУ // Математика: Сб. реф. НИР / ВНТИ Центр. - 1989. - №17. -С. 22.

18 Валюкевич Ю.А., Елисеев И.Н., Курьянов А.Г., Прокопенко H.H. Система оперативного управления для автоматизированных складов с конвейерными установками // Тезисы докл. / Московского Дома научно.-техн. пропаганды. - М., 1990.

19 Валюкевич Ю.А., Елисеев И.Н., Курьянов А.Г., Прокопенко H.H. Система для управления автоматизированными конвейерными установками при автоматическом поиске и выдаче изделий // Известия вузов. Технология легкой промышленности. - М., 1991. - №1. - С. 137-138.

20 Валюкевич Ю.А., Елисеев И.Н., Курьянов А.Г., Прокопенко H.H. Система оперативного управления для автоматизированных складов с конвейерными установками // Сборник / МДНТП. - М., 1991. - №9.

21 Курьянов А.Г., Коханенко В.Н. Управление техническими системами: Электр, уч. пособие. - Шахты: ДГАС, 1999. - 318 с. - Per. №СЭАС 001.

22 Курьянов А.Г. Микропроцессорные алгоритмы на основе динамической фильтрации для контроля качества электроэнергии в коммунально-бытовых сетях // Сборник ИВУЗ Северо-Кавказкий регион. - 1999. - №47. - С. 83-86.

В процессе выполнсння научной работы получены 4 авторских свидетельства: A.c. № 838678 (СССР). Стабилизатор постоянного напряжения // Б.И. 1982, №15. A.c. № 922691 (СССР). Стабилизатор постоянного напряжения, Б.И. 1981, №22. A.c. № 953641 (СССР). Операционный усилитель// Б.И.

1982, №31. A.c. № 989543 (СССР). Источник опорного напряжения // Б.И.

1983, №2.

Введение.

1 Анализ использования средств вычислительной техники в автоматике электроэнергетических систем и сетей.

1.1 Метод исследования и математическое моделирование.

1.2 Развитие энергетики, энергосистем и сетей.

1.3 Основные направления использования средств вычислительной техники в релейной защите и автоматике.

1.4 Микропроцессорные средства в автоматике энергосистем.

2 Исследование математических моделей электрических величин электротехнических объектов.

2.1 Общая характеристика электрических величин.

2.2 Квантование по времени.

2.3 Метод расчета параметров и характеристик электрических величин

2.4 Аппроксимация производных применительно к алгоритму динамической фильтрации электрических величин.

3 Исследование и разработка алгоритмев обработки измерений электрических величин.

3.1 Общие положения о формировании электрических величин для определения показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего назначения и коммунально-бытовых потребителей.

3.2 Алгоритмы дискретного преобразование фурье.

3.3 Алгоритмы цифровых фильтров.

3.4 Алгоритмы на основе динамической фильтрации.

4 Исследование и разработка электронных устройств и микропроцессорных систем.

4.1 Исследование и разработка электронных устройств.

4.2 Однокристальные рю-микроконтроллеры.

4.3 Микропроцессорная система управления автоматизированными конвейерными установками.

Актуальность работы заключается в применении математических методов с целью совершенствования электронных и микропроцессорных устройств в коммунально-бытовых предприятиях. В этой связи первостепенное значение приобретает совершенствование существующих и разработка новых методов математического моделирования. При этом большое значение представляет идентификация технических систем и автоматизация численных расчетов обработки измерений некоторых физических, в частности, электрических величин в условиях стационарных и переходных процессов.

Научное развитие и техническая вооруженность оказывают значительное влияние практически на все сферы человеческой деятельности и выдвигает задачи, решение которых требует новых подходов с применением математического моделирования. Одной из задач является автоматизация инженерного труда с применением математического моделирования с целью совершенствования электронных и микропроцессорных устройств. Это позволит обеспечить выполнение возрастающего объема научно-исследовательских, проектно-конструкторских и технологических работ в приемлемые сроки при ограниченных людских и материальных ресурсах.

Задачи эффективного проектирования новых электронных и микропроцессорных устройств в коммунально-бытовых предприятиях связаны с особенностями их применения. В условиях априорной неопределенности качество управления достигается на основе математического моделирования поведения систем и обеспечивается степенью точности проделанных измерений физических величин и результатом их предварительной обработки. В отдельных автоматизированных или автоматических системах управления технологическими процессами объем перерабатываемой информации невелик и требует отработки управляющих воздействий в реальном масштабе времени при значительной скорости протекания процессов в объекте управления.

Технологические объекты и процессы, происходящие в них, при проектировании и эксплуатации в коммунально-бытовых предприятиях, требуют современного уровня автоматического или автоматизированного управления и совершенствования электронных и микропроцессорных устройств. Большое значение приобретает точность расчетов в условиях установившихся и переходных процессов, которые имеются в случаях аномальных явлений, в результате исполнения управляющих воздействий, в экстремальных и аварийных режимах. Математические модели таких технологических объектов и / процессы, происходящие в них, как правило, описываются системами дифференциальных уравнений, которые относятся к классу прямых задач, для которых весьма редко существуют точные аналитические решения. Задачи, связанные с обработкой измерений физических величин и численных результатов эксперимента, являются обратными и относятся к классу некорректно поставленных задач.

Цель работы. На основе современных математических методов разработать и апробировать на практике ^юкание и прогнозирование по измерениям характеристик исследуемых электротехнических объектов применительно к электронным и микропроцессорным устройствам в коммунально-бытовых предприятиях.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

1 Выявить зависимости, определяющие связь характеристик (амплитудной, частотной, ступенчатой, импульсной) электротехнических объектов, описываемых переменной величиной х(/), с результатами совокупности проделанных измерений на основе математических методов.

2 Проделать сравнительный анализ известных методов математического моделирования электрических величин и сигналов, рассматриваемых электротехнических объектов и систем управления.

3 Предложить вычислительный алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрации для микропроцессорных устройств: автоматизированного контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммунально-бытового назначения; токовых релейных защит энергообъектов.

4 Разработать электронные устройства и микропроцессорную систему для коммунально-бытовых предприятий.

Метод исследования. Исследования, главным образом, базируются на применении вычислительной техники, математического моделирования, математических методов, в частности, численного анализа, методов идентификации систем, теории конечных элементов, теории автоматического, управле—ч ния^ и .регулирования, вариационных методов оптимального управления, тео- I I ретических основ электротехники, теории информации и кодирования, тео- | рии алгоритмов и программ, методов структурного и системного программи- | рования, методов технической кибернетики и теории управления техниче- J скимисистемами,.

Новые научные результаты и положения. На защиту выносятся:

1 Метод расчета амплитудной, частотной, ступенчатой и импульсной характеристик электротехнических объектов, описываемых дифференциальным уравнением связи с переменной физической величиной х((), совокупность значений которой получена в результате измерений х(7,).

2 Вычислительный алгоритм обработки совокупности результатов измерений переменной величины для управления (наблюдения) на основе динамической фильтрации.

3 Алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрации и формирования входных величин для применения в микропроцессорных устройствах: контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммунально-бытового назначения; токовых микропроцессорных релейных защит энергообъектов.

4 Электронные устройства: источники опорного напряжения повышенной стабильности для применения в микроэлектронных стабилизаторах; непрерывные стабилизаторы с нелинейной коррекцией для электропитания радиоэлектронной аппаратуры; быстродействующий операционный усилитель для использования в аналоговых вычислительных системах и устройствах.

5 Микропроцессорная система управления конвейерными установками. Обоснованность и достоверность. Научные положения, выводы и ре/ комендации определяются использованием современных методов математи-] ческого и численного анализа, методов идентификации систем и метода ко-| нечных элементов. Кроме того, применяются достоверные методы техниче- \ ской кибернетики, теории управления техническими системами, теории автоматического управления и регулирования, вариационные методы оптимального управления и методы электротехники. В работе используются тео-у рия информации и кодирования, теория алгоритмов и программ, методы структурного и системного программирования.Научные положения, выводы теоретических и экспериментальных научных исследований, выполненных в промышленных и лабораторных условиях, на математических и физических моделях электронных устройств и микропроцессорных систем коммунально-бытовых предприятий.

Практическое значение. На основе выполненных в работе исследований:

1 Предложен математический метод обработки измерений для управления (наблюдения) электротехническими объектами. Вычислительный алгоритм функционирования на основе динамической фильтрации такого математического метода предназначен для обработки измерений переменных веподтверждаются сопоставительным анализом результатов личин. Этот алгоритм рассчитан на применение современных ЭВМ общего назначения, специализированных микро-ЭВМ и Р1С-контроллеров. Алгоритм на основе динамической фильтрации позволяет с высокой степенью быстродействия и достаточной для практики точностью обнаруживать амплитудные, частотные и импульсные характеристики при ограниченном объеме априорной информации.

2 Разработан вычислительный алгоритм обработки измерений на основе динамической фильтрации и формирования входных величин для микропроцессорных устройств: контроля показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммунально-бытового назначения; токовых микропроцессорных релейных защит энергообъектов.

3 Разработаны источники опорного напряжения с термокомпенсацией для применения в электротехнических устройствах и микроэлектронных стабилизаторах.

4 Разработаны эффективные схемы непрерывных стабилизаторов с нелинейной коррекцией для электропитания радиоэлектронной аппаратуры.

5 Разработан быстродействующий операционный усилитель для использования в аналоговых вычислительных системах и устройствах.

6. Разработана микропроцессорная система управления конвейерными установками.

7 Реализованные в конструкциях новые технические решения, воплощенные в электронных устройствах и микропроцессорной системе и предназначенные для использования в промышленных и коммунально-бытовых предприятиях, защищены авторскими свидетельствами.

Реализация результатов работы. Разработанные в диссертации методы, методики и рекомендации по исследованию, расчету и проектированию электронных устройств и микропроцессорных систем для промышленных и коммунально-бытовых предприятий, а также новых технических решений на протяжении последних 20 лет являются основной научной базой для создания эффективных и производительных электронных устройств и микропроцессорных систем.

Результаты научной работы внедрены в Южно-Российском государственном университете экономики и сервиса, и производственно-техническим объединением «Коммутатор».

Работы автора по исследованию, проектированию и расчету электронных устройств и микропроцессорных систем промышленных и коммунально-бытовых предприятий на основе математических методов используются в учебном процессе на механико-радиотехническом факультете ЮРГУЭС при подготовке инженеров по специальностям «Проектирование и сервис бытовых машин и приборов» и «Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических машин и оборудования».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались: на республиканской научно-технической конференции «Синтез систем управления в электроэнергетике на базе микро-ЭВМ» (г. Киев, 1981 г.); на республиканской научно-технической конференции «Диагностика неисправностей устройств релейной защиты и автоматики электрических систем» (г. Жданов, 1982 г.); на научном семинаре «Прикладная математика и программирование» (г. Рига, 1981, 1983, 1986 г.г.); на научно-методической конференции «Научная организация учебного процесса» (г. Рига, 1983 г.); на второй республиканской научно-технической конференции «Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике» (г. Харьков, 1985 г.); на семинаре-совещании Московского Дома научно-технической пропаганды (г. Москва, 1990 г.); 9 на ХХП-ом международном конгрессе по применению математики в технических вузах (ГДР, г.Веймар, 1990 г.); на 2-х международных семинарах, ежегодных внутривузовских научно-технических, научно-методических конференциях и семинарах, организованных на базе ЮРГУЭС (г. Шахты, 1980 - 2000 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 научные работы. Общее число опубликованных и представленных в печати научных и научно-методических работ составляет 41.

Вклад автора состоял в формировании идей и гипотез, выборе методов исследований и в их выполнении, анализе полученных результатов и подготовке на их основе методик и рекомендаций. В целом в соавторстве подготовлены и опубликованы 36 научных и научно-методических работ.

ВЫВОДЫ

1 Разработаны новые источники опорного напряжения повышенной стабильности для применения в электротехнических устройствах и микроэлектронных стабилизаторах, в которых нестабильности опорного напряжения при изменении питающего напряжения уменьшены в 10-100 раз.

2 В результате схемотехнических решений улучшены следующие параметры непрерывных стабилизаторов: коэффициент стабилизации, коэффициент сглаживания пульсаций, динамика переходных процессов, возникающая, например, при выключении стабилизатора по командам из какого-либо цифрового управляющего устройства (защиты). Экспериментальные исследова

120 ния стабилизатора показывают, что предложенные решения улучшают время переходного процесса в 75 раз.

3 Разработан новый быстродействующий операционный усилитель, в котором при малом напряжении смещения нуля, характерном для входных каскадов операционных усилителей на биполярных транзисторах, достигается высокая скорость нарастания выходного напряжения, такая же, как в операционных усилителях на полевых транзисторах.

4 В результате научных исследований с участием автора разработана микропроцессорная система управления конвейерными установками, предназначенная для выполнения операций управления автоматизированными установками с числом секций до 100, которые используются для складирования, хранения и доставки изделий к месту выдачи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты выполненных исследований и разработок позволяют сделать следующие выводы:

1 Предложен метод расчета амплитудной, частотной, ступенчатой и импульсной характеристик электротехнических объектов, дифференциальным уравнением связи с переменной величиной х(/), совокупность значений которой получена в результате измерений х(/г) через заданные интервалы времени Ж

2 Установлены математические выражения для дискретного и непрерывного управления (наблюдения) исследуемым объектом.

3 Предложен вычислительный алгоритм реализации метода, позволяющий путем динамической фильтрации переменной величины, рассчитывать амплитудную, частотную, ступенчатую и импульсную характеристики электротехнических объектов с одной переменной величиной. Указанный алгоритм не требует применения табличных методов и вычисления специальных функций. Алгоритм позволяет вычислять характеристики периодического процесса за время меньше периода основной гармоники.

4 Разработанный алгоритм предварительной обработки информации целесообразно применить для микропроцессорных устройств, например: показателей качества электроэнергии в электрических сетях общего и коммунально-бытового назначения; токовой релейной защиты энергообъектов;

5 Разработаны новые источники опорного напряжения повышенной стабильности для применения в электротехнических устройствах и микроэлектронных стабилизаторах, в которых нестабильности опорного напряжения при изменении питающего напряжения уменьшены в 10-100 раз.

6 В результате схемотехнических решений улучшены следующие параметры непрерывных стабилизаторов: коэффициент стабилизации, коэффици

122 ент сглаживания пульсаций, динамика переходных процессов, возникающая, например, при выключении стабилизатора по командам из какого-либо цифрового управляющего устройства (защиты). Экспериментальные исследования стабилизатора показывают, что предложенные решения улучшают время переходного процесса в 75 раз.

7 Разработан новый быстродействующий операционный усилитель, в котором при малом напряжении смещения нуля, характерном для входных каскадов операционных усилителей на биполярных транзисторах, достигается высокая скорость нарастания выходного напряжения, такая же, как в операционных усилителях на полевых транзисторах.

8 В результате научных исследований с участием автора разработана микропроцессорная система управления конвейерными установками, предназначенная для выполнения операций управления автоматизированными установками с числом секций до 100, которые используются для складирования, хранения и доставки изделий к месту выдачи.

1. Балашов Е.П. Пузанков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы: Учеб. Пособие для вузов/ Под ред. В.Б. Смолова. М.: Радио и связь, 1981.- 328 с.

2. Баумс А.К. Проблемы создания микропроцессорных систем // Синтез управляющих устройств на основе микропроцессоров и однородных сред. -М.: Наука, 1980. С. 3-6.

3. Бондаренко Л.Г. Гитман В.А., Лепеха Ю.И. Автоматизация расчета установок релейной защиты на ЦВМ «Наири-К» // Пробл. техн. электродинамики: Респ. межвед. сб. Киев, 1975: Вып. 56. - С. 67-71. ^

4. Вопросы теории и техники релейной защиты: Обзор докл. Междунар. конф. по релейн. защите /Под ред. В.А.Семенова. М.: Энергия, 1980. - 120 с.

5. Гарке В.Г., Саухатас A.C. Применение метода Монте-Карло для анализа работы устройств релейной защиты // Изв. вузов. Энергетика, 1975. -№7. С. 22-24.

6. Гельман М.М. Схемотехника микро-АЦП системного применения // Электрон, пром-ть, 1980. №7. - С. 18-23.2 А. с. №838678 (СССР).3 А. с. № 587458 (СССР).4 A.c. №714377 (СССР).

7. Гельфанд Я.С., Зисман Л.С. Релейная защита и автоматика энергосистем с применением управляющих ЭВМ // Обзор информ. /ЦНТИ по энергетике и электрофикации. М., 1978. - 53 с. (Сер. средства и системы управления в энергетике).

8. Гемст В.К. Алгоритмы проектирования трансформатора напряжения // Сборник алгоритмов и программ. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1972: Вып. 2. -С. 18-28.

9. Гемст В.К. Применение цифровых вычислительных машин в релейной защите энергосистем // Применение ЭВМ и методов прикладной математики для решения научно-исследовательских задач. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1973. - С. 9-22.

10. Гемст В.К, Кирилов Л.И., Розов С.С. Использование ЭВМ в релейной защите и автоматике энергосистем. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1977. - 44 с.

11. Гемст В.К. Принципы машинного проектирования измерительных органов релейной защиты и автоматики. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1974. -45 с.

12. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи: Учеб. Пособие для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. - 360 с.

13. Г.Корн, Т.Корн. Справочник по математике. М.: Наука, 1974.

14. Головкин В.А. Параллельные вычислительные системы. М.: Наука, 1980.- 520 с.

15. Гольденберг Л.М., Левчук Ю.П. Поляк М.Н. Цифровые фильтры. -М.: Связь, 1974.-219 с.

16. Грущенко В.И., Ковженкин B.C. Фомченков А.П. Разработка интерфейсного устройства, реализующего функции пускового органа токовых направленных защит // Тр. / Моск. энерг. ин-та. 1979. - Вып. 5. - С. 102-105.

17. Грущенко В.И., Ковженкин B.C. Фомченков А.П. Реализация структуры релейной защиты и автоматики на подстанции с использованием ЦВМ // Тр. Моск. энерг. ин-та. 1979. - Вып. 5. - С. 88-94.

18. Гуров Н.С., Фабрикант B.JL, Чувычин В.Н. Применение микропроцессоров в устройствах релейной защиты и противоаварийной автоматики энергосистем // Изв. вузов СССР. Энергетика. 1980. - №5. - С. 17-22.

19. Железнов H.A. Некоторые вопросы теории информационных электрических систем. JL: Изд-во ЛКВВИА им. А.Ф.Можайского, 1960.

20. Зейлидзон Е.Д. Противоаварийная автоматика в энергосистемах СССР // Электричество. 1970. - №3. - С. 1-7.

21. Зисман JI.C. Исследование и разработка релейной защиты BJI 330-750 кВ с применением управляющих мини- и микро-ЭВМ // Новые устройства релейной защиты и автоматики энергосистем: Тез. докл. Рига. Лат. НИИ НТИ, 1980.-С. 78-81.

22. Ирлахман М.Я. Специальный комплекс для полуавтоматического выбора уставок релейной защиты // Тр. / Сиб. НИИ Энергосетьпроект. 1972. -Вып. 23.-С. 91-96.

23. Казанский В.Е., Арцишевский Я.Л., Морозов Л.И. Дискретные измерительные трансформаторы тока и напряжения // Тр. / Моск. энерг. ин-та. -1972. Вып. 145. - С. 70-81.

24. Кондалев А.И. Аналогоцифровой преобразователь // Энциклопедия кибернетики. Киев, 1975. - Т1. - С. 123.

25. Котельников В.А. О пропускной способности эфира и проволоки в радиосвязи. М.: Изд-во МГУ, 1933.

26. Кузмин И.В. Кедрус В.А. Основы теории информации и кодирования. Киев: Вища школа, 1977. - 280 с.

27. Кужеков C.JL, Курьянов А.Г. Микропроцессорная токовая релейная защита на основе динамической фильтрации // Микропроцессорные системы контроля и управления: Сб. науч. трудов. Рига: Рижский политехи, ин-т, 1984.-С. 30-38.

28. Курьянов А.Г. Микропроцессорные алгоритмы на основе динамиче^~|ской фильтрации для контроля качества электроэнергии в коммунально-Iбытовых сетях // Сборник ИВУЗ Северо-Кавказкий регион. 1999. - №47. - С jI83.86.

29. Курьянов А.Г. Система управления автоматизированными конвейерными установками при автоматическом поиске и выдаче изделий // Известия вузов. Технология легкой промышленности. М., 1991. - № 1. - С. 137-138. у

30. Макчлин Даниэль Р. Микропроцессоры. Технология, архитектура и применение: Пер. с англ. М.: Энергия, 1979. 224 с.

31. Манов H.A. Научно-технический семинар «Применение управляющих ЦВМ для выполнения функций релейной защиты и противоаварийной автоматики в электроэнергетических системах», Сыктывкар, июнь 1975 г. // Электр, станции. 1975. - №12. - С. 82-84.

32. Манов H.A., Успенский М.И., Полуботко В.А. Программируемые защиты мощных синхронных генераторов. Сыктывкар: Коми фил. АН СССР, 1981.-Вып. 73.- 52 с.

33. Математическая энциклопедия. Т.З / Гл. ред. И.М. Виноградов. М.: Советская Энциклопедия, 1982. - 766 с.

34. Новаш В.И., Королев О.П. Математическое моделирование дистанционной защиты ЛЭП сверхвысокого напряжения // Изв. вузов. Энергетика. -1975.-№12.-С. 12-18.

35. Новаш В.И., Парков Н.Ф. Основные принципы реализации функций релейной защиты стационарных объектов на УЦВМ АСУ ТП // Изв. вузов СССР. Энергетика, 1978.-№Ц. с. 13-18.

36. Новаш В.И., Силаков Е.П. Комплексная математическая модель дифференциально-фазной высокочастотной защиты ЛЭП 33-500 кВ // Изв. вузов. Электромеханика. 1976. -№7. С. 757-761.

37. Новаш В.И., Шевцов Е.И. Анализ возможностей микропроцессорных систем, предназначенных для выполнения функций релейной защиты // Изв. вузов СССР. Энергетика. 1979. - №10. - С. 15-19.

38. Новаш В.И., Шевцов Е.И. О возможности и перспективах использования микро-ЭВМ для выполнения функций релейной защиты // Изв. вузов СССР. Энергетика. 1979. - №5. - С. 10-15.

39. О способах воспроизведения первичных процессов для испытания устройств релейной защиты / СЛ. Кужеков, В.К. Гемст, Л.В. Васина, Г.И.Чмыхалов // Изв. вузов СССР. Электромеханика. 1978. - №9. - С. 983990.

40. Однокристальные микроконтроллеры Microchip: PIC16C5X. Рига: ORMIX, 1996.

41. Патент № 1212342 (Великобритания).

42. Пакулов Н.И., Уханов В.Ф., Чернышов П.Н. Мажоритарный принцип построения надежных узлов и устройств ЦВМ М.: Сов. радио, 1974. - 184 с.

43. Парков Н.Ф. Квопросу распределения функций релейной защиты стационарных объектов между УЦВМ и периферийными устройствами КТС АСУ ТП электрических станций. // Изв. вузов СССР. Энергетика. 1979. -№12. - С. 83-84.

44. Плаксин В.А. Синтез релейно-контактных схем при помощи цифровых вычислительных машин // Изв. вузов. Электромеханика. 1969. - №12. -С.1341-1349.

45. Поляков В.Е., Штейнфер Е.Г. Ситуационная защита электростанций на базе управляющей ЭВМ // Новые устройства релейной защиты и автоматики энергосистем: Тез. докл. Рига: Лат. НИИ НТИ, 1980. - С. 82-83.

46. Поляков В.Е., Штейнфер Е.Г. Применение управляющих ЭВМ для релейной защиты электрооборудования // Изв. вузов СССР. Энергетика. -1980. №8. - С. 25-29.

47. Попов Ю.А. Табличные и логические спецпроцессоры для вычислительных устройств повышенного быстродействия // Синтез управляющих устройств на основе микропроцессоров и однородных сред. М.: Наука, 1980. - С. 73-76.

48. Прангишвили И.В., Стецюра Г.Г. Микропроцессорные системы. М.: Наука, 1980.-252 с.

49. Применение вычислительных методов в энергетике / Ю.Ф.Архипцев,.I

50. Б.И.Головицин, В.А.Веникова. М.: Энергия, 1980. - 216 с. j

51. Полянин К.П. Интегральные стабилизаторы напряжения. М.: Энергия, 1979. - С. 140.

52. Применение цифровой обработки сигналов / Под ред. Э. Оппенгейма. -М.: Мир, 1980.- 552 с.

53. Режимы работы энергетических систем. Планирование и эксплуатация: Пер. докл. XXII сессии Междунар. конф. по большим электр. системам / Под ред. В.А. Веникова. М.: Энергия, 1972. - 185 с.

54. Розов С.С. Микропроцессорная база релестроения // Новые устройства релейной защиты и автоматики энергосистем: Тез. докл. Рига: Лат. НИИ НТИ, 1980.-С. 84-85.

55. Розов С.С., Гемст В.К. ЭВМ в релейной защите и автоматике энергосистем // Автоматическое управление электроэнергетическими системами в аварийных режимах с применением цифровых вычислительных машин. -Сыктывкар: Коми фил. АН СССР, 1976. С. 27-36.

56. Савченко A.M. Современное состояние и перспективы развития однокристальных микро-ЭВМ // Зарубаж. электрон. 1980. - №5. - С 3-99.• ——

57. Сборник задач по программированию. Элементы устройств релейной защиты и автоматики / Сост. В.К. Гемст. Рига: Риж. политехи, ин-т, 1972. -С. 60.

58. Семенов В.А. Создание АСУ и использование вычислительной техники в энергосистемах// Энергетика. 1976. - №5. - С. 11-13.

59. Справочник по цифровой вычислительной технике. (Электрон, вычислит. машины и системы) / Б.Н. Малиновский, В.Я. Александров, В.П. Бо-юн и др.; Под ред. Б.Н. Малиновского. Киев: Техшка, 198(1 - 320 с.

60. Теоретические основы построения логической части релейной защиты и автоматики энергосистем / В.Е. Поляков, С.Ф. Жуков, Г.И. Проскурин и др.; Под ред. В.Е.Полякова. М.: Энергия, 1979. - 240 с.

61. Тимерманис К.А., Гемст В.К. Об использовании ЦВМ в испытаниях быстодействующих защитных реле // Электроэнергетика. Рига. - 1975. -Вып. 9.-С. 159-164.

62. Успенский М.И., Сунин А.И., Шумилова Г.П. Моделирование цифровых защит синхронных генераторов на УВК М400. Сыктывкар. - 1980. -41 с. / Сер. препринтов науч. докл. / АН СССР, Коми фил.; Вып. 56.

63. Универсальные электронные преобразователи информации / В.Б. Смолов и др. Л.: Машиностроение, 1971. - 312 с.

64. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. М.: Энергия, 1976. - 560 с.

65. Цыгулев H.H. Исследование переходных процессов во входных токовых цепях устройств релейной защиты // Изв. вузов. Электромеханика. -1976. -№7.-С. 812-814.

66. Чайковский В.И. Функциональные особенности цифровых анализаторов спектра, работающих в реальном масштабе времени / Преринт ИК АН УССР, 76-39. -Киев, 1976.--

67. Шверин Н.Г. Расчет установок и выбор реле токовых защит двухоб-моточных трансформаторов при помощи ЭВМ «Наири» // Электр, станции.1975.-№5.-С. 59-60.

68. Штильман В.И. Микроэлектронные стабилизаторы напряжения. Киев: Техника, 1976. - С.86.

69. Юношев И.М., Розов С.С. Опыт эксплуатации информационно-вычислительной машины типа ИВ-500М на Ладыженской ГРЭС // Автоматизация тепловых электростанций и энергосистем. Киев: Наукова думк^,У1975.-Вып. 9. С. 38-40.

70. Аппаратурная реализация дискретного преобразования Фурье / Ю.И. Евтеев, B.C. Пикулин, Б.И. Кущев и др. М.: Энергия, 1978.

71. Электронная техника в автоматике: Сборник / Под ред. Ю.И. Конева.- М.: Советское радио, 1973. Вып. 5. - С. 31-34.

72. Электронная техника в автоматике: Сборник / Под ред. Ю.И. Конева.- М.: Советское радио, 1976. Вып. 8. - С. 85-90.

73. A modern approach to energy management system / T.Cegrell, S.Eklund, U.Hermanson, M.Manson // CIGRE. Intern, conf. large high voltage electric system. Paris, 1980. - N32/01. - P. 13.

74. Bartel E.W., Jordan A.G., Conroy G.J. Locating traingcable faults using automated time-domain reflektometry: Inform, circuit burden mines // U.S. Dep. intern. 1979. - N8799. - P. 51-59.

75. Bibliography of relay literature, 1978-1979 IEEE committee report // ГЕЕЕ Trans. Power apparatus a systems. 1981. - Vol. 100. - N5. - P. 2407-2415. J

76. Bornard P. Utilization des techniques pour la protection des reseaux. Application des techniques numeriques а Г etude d'une protection de distance par mi-crocalkulateur: Rev. gem. electric. 1978. - Vol. 87. - N7-8. - P. 611-616.

77. Chai A.K., Verma H.K. Muhopadhyay P. A microprocessor based-frequency relay with decay retie compensation // J. Institution engineers, Electrical engineering div. India, 1979. - Vol. 59. - N4. - P. 208-211.

78. Cheetham M.J. Computerized protection on not: Primary and local backup protection // Intern, conf. development power system protection. 1975. - London, 1975, p. 291-296.

79. Cheetham M.J. Computerized protection on not: Remote back-up protection// Intern, conf. development power system protection. 1975. - London, 1975. -P. 297-303.

80. Chen M.M., Breingan W.D., Gallen T.F. Field experience with a digital system for transmission line protection // IEEE Trans. Power apparatus a. systems. 1979. - Vol. 98/ - N 5/ - P. 1796-1805.

81. Computer protection for 230 kV substation // Electrical Times. 1972. -Vol. 162.-N 17.-P. 23.

82. Edgley R.K. Whiter transmission protection II Electrical rev. 1972. -Vol. 191.-N 8.-p. 271-273.

83. Favez B.E., Malaval J.R., Orgeret L.M. Perspectives d'evolution du transport d'energie electrique et de son impact sur l'environnement //-In: 9th World energy conf. Detroit, 1974. - New York, 1975. - Vol. 6. - P. 201-221.

84. Fitzgerald C.P., Morrison I.F. Some experimente in power system protection with digital computere // In: Electric energy conf.: Austral, electric rec. Canberra, 1978. - Prepr. Paper Barton, S. a. - P. 100-103.

85. Gallen T.F., Breigan W.D., Chen M.M. A digital system for directional -comparison relaying // IEEE Trans. onPAS-98. 1979. - N 3. - P. 948-956.

86. Gough M.N. The microprocessor's role in power transmission protection // Electrical engineers. 1980. - Vol. 31. - p. 34.

87. Hadzian W. Einsats des Prozesarechnere im Distanz-schutz // Elektrotech-mk u. Maschmenbau. 1979. - Bd 96. - N 3. - S. 112-115.

88. Heller Page R., Russell B. Don. Microprocessor algorithm for over current protection of distributing system // Control power systems conf. a. expos. (Utility a. Supply). Oklahoma City, 1978. - New York, 1978. - P. 80-83.

89. Humpage W. Derek, Cornick K.J., Al-Dabba M.H. Computer simulation of high-speed protection // Intern, conf. development power system protection. -1975. London, 1975. - p. 384-391.

90. Ibrahim M., Horowits S.H., Hlibka T., Phadke A.G. The integrated substation concept opportunities for the future // Proc. amer. power conf. -Chicago, 1979. - III. - Vol. 41. - P. 1085-1092.

91. Linear integrated circuit D.A.T.A. Book, D.A.T.A. Inc A. Cordura Company. USA, 1974. - Model LM 108 A.

92. Microprocessor based digital relaise application in TEPCO /Y.Akimoto, T.Matauda, K.Matsuyawa, M.Yamaura, R.Kondow, T.Matsushima // IEEE Trans. Power apparatus a^systems. 1981. - Vol. 100. - N5. - P. 2390-2398.

93. Ramamoorty M. Application of digital computers to power system protection // J. Institution engineers: Electrical engineering div. India, 1972. -Vol. 52. - N 10. - Pt 5. - P. 235-238.

94. Ramamoorty M., Lall S.N. Computer aided protection of transmission lines // Irrigation a. power. 1979. - Vol. 36. - N2. - P. 149-158.133

95. Review of recent practices and trends in protective relaying IEEE committee report // IEEE Trans. Power apparatus a. system. 1981. - Vol. 100. -N8. - P. 4054-4063.

96. Rockfeller G.D. Computer relay shows Technical worth // Electrical world. 1972. - Vol. 178. - N6. - P. 102-103.

97. Schweitzer E.G., Flechsig A.J. Design and testing of a microprocessor based directional distance relay // IEEE Power engineering Soc. Text j«» /Paper. summer meet. - Los Angeles, California, 1978. - New York, 1978. - P. 1-7.

98. Simon W.P. Computers take the tedium out of relay design // Computer aided des. 1970. - Vol. 2. - N4. - P. 27-30.

99. Yamakoshi Yukinari, Yamaura Mitsuru, Kondo Ryotaro, Matsushima Tetsuo, Hori Masao // Toshiba rev. 1979. - Vol. 34. - N2. - P. 147-150.

100. Yusinari Yamakoshi, Toshiaki Sakaguchi, Shogo Nishida. The development of protection algorifm for power system computer relaying // Toshiba rev. - 1981. - Fasc. 36. - Vol. 3. - N4. - P. 351-363.