автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Система и методы анализа параметров периодически нестационарных случайных процессов

РГб од

- 1 ПНВ 1996

На правах рукописи

ЧЕРНОВ ВАЛЕРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

СИСТЕМА И МЕТОДЫ АНАЛИЗА ПАРАМЕТРОВ ПЕРИОДИЧЕСКИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.13.14 "Системы обработки информации

и управления"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог - 1995 г.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете и Таганрогском государственном радиотехническом университете.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - доктор технических наук, профессор

- Измайлов РА

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор

Самойлов Л.К, / кандидат технических наук, доцент Маловичко Ю.В.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - АО "Кировский завод", заюд,,Энершмаш"

Защита'состоится" "- 1996 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д063.13.02 в Таганрогском государственном радиотехническом университете по адресу: 347928, г. Таганрог, ТРТУ, Некрасовский пер., 44, ауд, Д-406. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 19 декабря 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

А.Н.Целых

- в -

ОВЩДИ ХАРАКТЕРИСТИКА' РАШТН '

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕШ. Обновление методологии научных исследований и совершенствование техники измерений происходит на базе применения информационно-измерительных систем (ИйС);' состоящих из универсальных микро-,мини- и персональных 9ВМ, измерительных блоков в различных стандартах (КЛМАК, Вектор, ДСВТ и т.н.) и специализированных приборов, и■соответствующего программного обеспечения исследовании..................- , ,.■„■..■■ -

При создании ШС мало разработанными являются вопросы создания первичных'преобразователей (датчиков), что приводит к снижению достоверйсстйтголучааш результатов.

Организация' всё 'более тонких экспериментов, способных "улав-ливатб" МйШество■влияющих факторов, заставляет относить исследуемые процессы к случайным, а в более общем случае - Кнестационарным случайным' процессам. Подобным характёрнЖ^ пр1шёро>Г ' могут являться аэродинамическиегнестационарные процессы в проточной части центг^ежного;кошрессора;!',: которые и представляют собой предмет исследования данной работы'

КомпрессорОстрОйние, являяськрупной отраслей- "производства, райвйваётсй "быстрыми темпами. Широкая номенклатуры центробежных компрессоров применяется 'на'мягистралъ'ных газопроводах, в металлургическом производств«," в' Дййгателйстроении; "центробежные компрессоры вклтчаптся в сложные технологически» циклы. Обеспечение конкурентоспособности," связанное с качеством производства и эксплуатации, ' требует от разработчиков компрессоров Обеспечений'высокой степени сжатия перекачиваемых сред1,"повышения окружных скоростей вращения колеса компрессора при минимальных габаритах и массе компрессора. Для значительного повышения всех этих 'Технологических параметров необходимо проводить исследования аэродинамических процесеов'в"проточной части компрессора.

Существу*«^*- кд.^пификация и описание процессов в компрессоре дает' йбйможностт; "проводить лишь их качественный анализ . Построение же модели сигналов, соответствующих аэродинамическим процессам, на основе которых разрабатываются методы анализа/'в свею очередь зависит от полученных в ходе эксперимента параметров процессов. При этом модели сигналов зависят от' режимов" -Выбор модели определяет использование ИИО с переменной конфигурацией, что значительно усложняет проведение эксперимента.

ЦЕЛЬ К ЗАДАЧИ КС0Л£Д01ЩШЯ. Целью настоящей работы является разработка ИИС для детального исследования случайных процессов в проточной части центробежного компрессора аэродинамического происхождения, разработка методов и устройств • диагностики компрессора для повышения надежности и расширения зоны его„устойчивой работы. Реализация поставленной цели потребовало решения следующих задач:

1.Разработки модели аэродинамических процессов.

'¿.Выбора параметров характеристик аэродинамических процессов.

8.Выбора методики исследования.

4.Разработки методов анализа и обработки характеристик.

5.Разработки системы сбора и обработки информации.

6.Метрологического обеспечения проводимых измерений.

'/.Разработки методов и устройств диагностики режимов работы

компрессора. '

НЕПЩЙСА ИССЛЕДОВАНИЙ базируется на теории случайных.процессов и аппарате математической статистики для оценки вероятностных характеристик и использует системный подход с учетом специфики объекта и процессов, порождаемых этим объектом.

НАУЧНАЯ К0ВЙЗНА работы заключается в следующем:

-обоснован выбор методов исследования с учетом вида нестаци-онарностей процессов по сигналу неподвижного датчика;

-обоснован выбор способов представления результатов исследования;

-впервые использован в качестве информативного параметра процессов текущий третий центральный момент с теоретическим анализом погрешностей его определения, доказана существенная периодическая нестационарность процессов по этому моменту^,.

. -разработаны четыре метода анализа процессов с учетом режима работы компрессора; «•., ...у«*.^,.

-разработана ИЙС, состоящая из специализированных (датчик, усилитель, адаптер) и стандартных (измерительная аппаратура) устройств и соответствующего программного обеспечения эксперимента;

-предложены четыре метода диагностики компрессора, причем, один способ и одно устройство защищены авторскими свидетельства-

'МИ; ............,

- раз работай - измеритель кнй интерфейс, расширяющий возможности эксперимента и ^ реализующий»! предложенный принцип настраиваемости системы. ^

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Возможность использования предложенной методики проверена на практике в реальных условиях работы и-ЩС. Полученные вероятностные характеристики Шйнтифицированы с

• •режимами работы шлпрессора. *йид рёгйстрйции полученных характеристик позволяет осуществлять последующее машинное управление работой центробежного компрессора"й строить ситёмы защй№.-;

РЕАДШАЦНЯ ИАУ'ЩО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕЗУЛЬТАТОВ. Материалы диссертации внедрены в Таганрогском государственном радиотехническом университете, АО МОВЕН (г.Клюква). Реву.льтаты диссертации используются при экспериментальных исследованиях центробежных томп-рессоров на кафедре компрессоростроения СПбГ^У (ранее ЛГИ им.М.И.Калинина).

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты научных исследований по теме диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация; экспериментальных исследовании" (г.Куйбышев, 1978), 6 Всесоюзной научно-тонической конференщто по компрессоростроению (г.Москва, 1978г.), Всесоюзном научно-техническом семинаре "Нестационарные процессы в проточной части тур-бомашин" (г.Ленинград, 1980г.), \ Всесоюзной школе-семинаре "Распараллеливание обработки информации" (г.Львов, 1983г.), Всесоюзной конферентщи "Теория адаптивных систем и ее применение" (г.Ленинград 1983г.), 4 Всесоюзном симпозиуме "Системы и теоретическое программирование" (г.Кишинев, 1983г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Развитие теории и техники хранения информации " (г.Пенза, 1УВЯг.), Всесоюзном тучно-техническом совещании "Микропроцессорные средства вн'шслительной техники в системах связи и управления" (г.Москва, 1984г.), на К?...31 научно-технических конференциях радиотехнического института (г.Таганрог, 1981...85*годы ), Всесоюзной научно-технической конференции "Методология1 измерений" (г.Ленинград, 1991г.),

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание диссертации изложено в 19 опубликованных работах. Результаты исследований вошли в два отчета по НИР. Но результатам исследований получено два авторских

• свидетельства.

СТРУКТУРА Н ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений; содержит <>.17 страниц машинописного текста, включая 4 таШпп^ы й' 82 иллгаст-: рации, - — - ■> -р- " -11 !

- 6 -СОДЕРЖАНИЕ РЛВОТЫ

ВО ВВЗДЕНМ обосновывается актуальность теш диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ проведен анализ особенностей аэродинамических процессов, протекающих в центробежном компрессоре,, и основных методов оценки их параметров.

Основными параметрами перекачиваемой среды в проточной части компрессора, являются поля давления (.полного и статического), скоростей, температуры и плотности, связанных меяеду собой аэродинамическими соотношениями. Для преобразования параметров б электрический сигнал применяются датчики давления с различными чувствительными элементами, лазерные доплеровские измерители скоростей и время - пролетные анемометры, термоанемометрн.

Основной частью компрессора является рабочее колесо, вращение которого определяет периодический характер всех параметров. При исследованиях определены характерные сечения проточной части компрессора и режимы работы, описываемые такими характеристиками как степень повышения давления, коэффициент напора и к.п.д. в зависимости от давления и температуры потока, расхода и частоты вращения колеса.

Имеющаяся классификация аэродинамических процессов, разработанная на основе экспериментально-теоретического анализа, определяет детерминированные процессы, вызванные неравномерностью распределения параметров потока по окружной координате и имеющие вид вынужденных колебаний с основной частотой вращения колеса, и случайные процессы, имеющие широкий спектр и проявляющиеся в виде туроулентностей и хаотических крупномасштабных флуктуаций при отрыве потока. Для.детерминированных выделяют переходные и периодические процессы, вызванные глобальной потерей устойчивости движения в проточной части (вращающийся срыв) или во всей системе "компрессор-сеть" (помпаж).

Анализ процессов затрудняется невозможностью исследования влияния отдельных процессов.

При оценивании параметров процессов решаются задачи измерения аэродинамических нагрузок (проблема аэроупругости), расширения диапазона устойчивой работы и построения систем диагностики и защиты.

Лэроупругне явления, описываемые матричными уравнениями дни-жйяия лопаток, наиболее полно Исследованы в части свободных, коле-, баний лопаток и бее учета взаимодействия со средой. Менее изучен-, ннми являются вовоуждаюшяй силы и особенно те высокочастотные составляющие, н основном определяемые турбулентностью. Имеющиеся,, исследования показывают, что помимо изотропной (однородной) турбулентности возможно существование турбулентности с поперечным сдвигом, которая характеризуется более организованной структурой и для пульсаций скорости и температуры потока имеет распределение вероятностей отличное от нормального закона.

Решение задач диагностики и защиты компрессора основывается , на различных признаках и параметрах потойа при помпаже, получаемых с помощью малоинерционннх датчиков, манометров или механических устройств. Более сложные и надежные признаки требуют измет рения дополнительных параметров (скорости изменения или разности давлений, скорости вращения колеса) с нескольких датчиков или использования специализированных анализаторов (например, спектра сигнала).

Достаточно аффективным для защиты является выявление пред-помпаиного режима (враяртищшея срыв), что пока не находит надежного решения ввиду малой протяженности соответствующего участка характеристики компрессора и сложности получения амплитудных, .или, г частотных (фазовых) признаков в широком диапазоне окружных ско- .. ростей компрессора.

Анализ известных методов и средств исследования аэродинамических процессов показан, что основным методом являлась визуализация потока, позволившая определить устойчивые и неустойчивые режимы работы компрессора. Применение датчиков потока и последующая запись сигналов таете дает качественную картину и простейшие характеристики типа размаха с погрешностями не лучше 15%. Использование устройств первичной обработки и методов синхронного накопления позволило выделять периодические сигналы типа вращающийся срыв. Использование измерительно-вычислительных комплексов, состоящих из стандартных измерительних блоков и блоков сопряжения и предварительной обработки с выводом результатов на специализированную ЭВМ, расширяет возможности измерений га счет вторичной (с разделением времени) программной обработки.

Использование ИИС на баае П9ВМ , имеющих достаточную вычислительную мощность,требует дополнительных исследований и раз-

работки высокоскоростных блоков сопряжения (контроллеров), дополнительно выполняющих функции управления процесса измерения. При этом решается новая задача поиска соотношения программных и аппаратных средств с целью упрощения аппаратной части ва счет специализированных блоков.

Анализ метрологической модели измерительного канала (ПК) определил в качестве основной динамическую погрешность, зависящую от характеристик датчиков, скорости потока, погрешности восстановления, и для определения которой требуются экспериментально-аналитические методы.

¡Значительной также является погрешность систем обработки, обусловленная конечным объемом и временем накопления выборок, продолжительностью времени обработки и особенностями формирования ансамбля реализаций.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ диссертации, исходя из анализа применимости и информативности моделей случайных процессов, осуществлен выбор моделей процессов в центробежном компрессоре, учитывающих режимы работы.

Существующий подход для первичной классификации процессов (Бендат Д., Пирсол А.) использует учет основных физических факторов и практическую проверку имеющихся реализаций путем визуального просмотра или детального исследования различных вероятностных характеристик (ВХ). Исходя из этого, при построении модели учитывалось наличие идентичных по физическим параметрам каналов колеса, наличие шумовых составляющих, вызванных турбулентностью и периодический характер процессов, обусловленный вращением колеса. Предварительно проведенный спектральный анализ с помощью аналогового спектроанализатора указал на наличие , полигармонических составляющих до 3-5 гармоники, перекрываемых сплошным спектром. Тем самым обосновывается использование модели нестационарного случайного процесса, при которой учитывается более тонкая структура потока, так как выявляются и описываются составляющие сигнала, соответствующие прохождению каналов колеса.

В общем случае можно полагать, что образуется смесь полигармонического детерминированного сигнала, соответствующего следам лопаток, и случайного сигнала, вызванного турбулентностью. Это позволяет отнести случайный процесс для устойчивых режимов работы к периодически нестационарному случайному процессу по математическому ожиданию и дисперсии типа

хг^,)!(»••.' ++ ^о^ или. :

где я,2 (и -1ХЧ1; .... . , ■

Ф1 (<"•).Ф2(Ь) - периодические функции времени, имеющиесоизме-римне периоды неотяцибнярности.

Для более детального анализа' предлагается модель ,с....фазо-во-временной дискретизацией потока и представления его в виде вращающейся системы векторов относительно неподвижной системы координат, когда фаза х-того вектора равна

Ф^а) - 4 ^¡ (Ц, где Ф8^ - фаза вектора во вращающейся системе координат (привязка к колесу).

Фиксируя приход 1-того вектора, преобразуем его пространственное фазово- временное положение во временное положение по оси времени.

Данное представление позволяет для измерений использовать неподвижно установленный датчик в диффузоре при получении как реализаций сигналов, так и выборок при временной синхронизации.

Тем самым, "-модель процесса при"' устойчивых режимах работы компрессора имеет следующий вид:

•'и - ¡и 00 е У

где (<••) - случайный процесс.

Случайный процесс (1), описывающий поведение модуля вектора, имеет свои различные по каналу колеса ЕЖ, но для разных каналов НХ сходных векторов должны совпадать.

Одним из важных и сложных вопросов измерения является осуществление фазовой привязки, т.е. определение Ф11!<.*•)• '

Аналогичная модель возможна и для вращающегося срыва в не-,, подвижной системе координат для вектора, вращающегося с угловой скоростью равной скорости вращения зон срыва:

где ^(Ь) - случайный процесс;

«з - угловая скорость вращения зон.

Предварительные даннйе- о возможной нестационарности по дисперсии для вращающегося срыва отсутствуют и, потоку, можно описать ¥1 (Г.) как ПНГП1 по математическому ожиданию.

второй составной частью разработки теоретических основ экспериментального'исследования является айалиа погрешностей оп-

ределения ВХ для выбранных моделей, разделяемых на аппаратурные и методические.

Аппаратурные погрешности зависят от условий проведения эксперимента, вызываются нелинейностью характеристик входных устройств, их недостаточной тирокополосностью, несовершенством усредняющих устройств, точностью регистрирующих устройств и многими другими.

Среди методов измерение ВХ ПНСП выделены основные:

- осциллографические;

- основанные на внделении, и компенсации периодической составляющей нестационарности;

- анализа по сечениям;

Для этих методов в качестве основных недостатков определены низкая точность получения ВХ, сложность выделения составляющих нестационарное™ или накопления ансамбля реализаций.

Особое место занимает использование для получения ВХ, имеющее явное преимущество по программной гибкости организации эксперимента, но ограниченное скоростью ввода аналоговой информации.

В качестве основных методических погрешностей определены статистические (конечное время усреднения, объем выборки), неидеальность операторов преобразования и .усреднения, погрешность классификации.

Особенно выделяются погрешности для,, методов анализа по ансамблям реализаций, связанные с, разбросом начала реализаций, для уменьшения которых обычно рекомендуется использовать визуальный контроль.

Для диагностики неустойчивых режимов работы компрессора были получены первичные спектральные и амплитудные признаки, основанные на анализе временных, реализаций. Возможности построения систем диагностики ограничен^ отсутствием количественных параметров и показателей надежности их определения.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ проведена разработка . методов определения ВХ режимов работы компрессора, основанная на получении первичной измерительной информации с помощью разработанной ИИС и других анализаторов. ;

Все методы были разделены надае группы, ¡.соответствующие устойчивым и неустойчивым режимам работы компрессора.

Для устойчивого режима, исходя.из. анализа методов исследова-

ния периодически нестационарных процессов,; основным был- выбран последовательный метод анализа по сечениям, особенностью применения которого являлось формирование массива'-"выборочных данных и использование операторов усреднения.' '" ■"■:''■ ■ '

Использовались три принципа формирования массива данных "путем варьирования временными интервалами по одном реализации, реализациями при заданном интервале и одновременно интервалами и реализациями. 'Усреднение проводилось по времени и по номеру выборки. ■■"' ' 1

Старт измерений осуществлялся с жесткой привязкой к элементам конструкции колеса. ••:• '

' При реализации метода синхронного накопления'было выделено текущей математическое -ожидание, что позволила .сравнивать процессы' при различных расходах и была'показана устойчивость этой уврактериотики,

Метод анализа по сечениям требовал значительное время для накопления результатов, но при последующей обработке позволил получить текущие математическое ожидание,' дисперсию и третий центральный момент.

. Для анализа по сечениям били разработаны последовательный и параллельные методы и определены основные временные ограничения для получения ВХ в "реальном времени.

Для неустойчивых режимов разработан метод условного синхронного накопления, для которого аналитически; получены-оценки погрешностей, вызванных нестабильностью формирования старта анализа.

Проведенный спектральный и корреляционный 'анализ показал наличие информативных- признаков в виде спектральных"' соотношений и формы корреляционных функций, что позволило предложить методы об-" нарушения предпомпажного режима работы компрессора.

Проведенная оценка достоверности выявления неустойчивых режимов показала возможность использования амплитудных и- спектральных признаков. ■■ " >"> '

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ описан разработанный измерительного канала ЧИК) ИИС, состоящий из датчика давления, схем сопряжения, аппаратуры синхронизации и обработки. ■

Исходя из анализа ИК, предназначенного для измерения аэродинамических параметров в компрессоре, основным элементом определен датчик давления, измеряемые метрологические характеристики (Ж) которого используются для доработок-конструкции й' для построения

блоков сопряжения. Для получения МХ был выбран ИК, состоящий из -датчика с' прёодолённым блоком питадМ"%' цифрового вбльтаётра. Для ■"данного' ИК были получены градуйровочные характерШ^йки датчика, оценены температурные погрешности, проведена отладка технологии

изготовления датчика, ' .....

' Для измерения Динамических погрешностей в ИК был включен : усилителей осциллограф. Данный ЙК с регистрацией переходных характеристик, задаваемых * ударной трубе, позволил оценить качест-••'во'' конструкции' датчиков и исследовать ИК с целью обеспечения требуемого подавления наводок при соединительных линиях до 15 м.

Для выбранных устройств первичной обработай' типа многоканальные анализаторы импульсов потребовалось разработка блоков согласования. Данный состав ИК использовался для разработки метода сквозной градуировки, определившего следующие особенности получения МХ;

- корректировка нуля перед и в процессе проведения эксперимента;

- измерение коэффициента чувствительности датчика при реальном сигнале;

- использование конструкции датчика для подачи образцового (компенсирующего) давления;

- выбор точек градуиророчной характеристики при измерении коэффициента чувствительности;

- задание объема выборок; '

- выбор режима работы компрессора;

- использование программных средств ввода коэффициентов;

- выбор линейного участка характеристики;

- контроль нулевого уровня и постоянной составляющей давления;

- учет статистических погрешностей используемых ВХ при измерениях градуировочной характеристики.

Разработанное семейство датчиков давления использует интегральные полупроводниковые тензорезисторы в качестве чувствительных элементов давления (ЧТ-)Д) с размерами мембраны от 1 до 3 ш2 и толщиной от 10 до 40 мкм.

Конструкция и материал корпуса'датчиков обеспечивают неискаженную передачу давления на ЧЙД, прочность и герметичность, возможность подачи образцового давления на работающий датчик.

■ Шя уменьшения температурной погрешности датчика исследова-

-

лись способы крепления чад и способы питания.

Датчики давления тлели следующие технические характеристики:

- коэ#ициент чувствительности от 0,82 до 0,94 мВ/КПа;

- изменение коэффициента чувствительности около 0,1 %/град;

- температурный дрейф начальной точки характеристики около 0,08 мВ/град, ■ (

'Динамическийпогрешности ; датчиков определялись конечными размерами ЧЭД и особенностями 'взаимодействия с потоком. Экспериментально определялась собственная частота датчиков и степень успокоения. Взаимодействие оценивалось аналитически с применением машинного моделирования. Проведанные исследования позволили определить наивысшие частота турбулентности, различимые датчиком с задаваемой погрешностью, для различных окружных скоростей колеса. Важным результатом является отсутствие необходимости получения собственной частоты ЧЭД более 60 кГц. Полученные соотношения позволяют уточнить требования к разрабатываемым, ЧЭД .

Одновременно проведенные исследования влияния конструкции датчика на динамические погрешности позволили свести их до минимума.

При анализе влияющих величин, в качестве основных были определены температура, наводки и нестабильности привода компрессора. Для компенсации температуры и наводок использовались схемные, конструктивны«' и алгоритмические решения. Нестабильность: привода ограничивает возможное время эксперимента и требует дополнительной регулировки. . .,„;,.

оценка результирующей погрешности ИК состоит из.аддитивной и мультпликативной составляющих и получена с учетом законов распределения источников, наличия систематической составляющей и приводится с доверительной вероятностью.

Полученные аддитивная составляющая погрешности не хуже 7 % и мультипликативная не хуже 3 I от номинального давления позволили более чем в Я, раза повысить точность аэродинамического эксперимента в компрессоре.

В ПИТО Г! ГЛАВЕ приводится описание разработанной ШО, реализующей выбранные методы измерения ЬХ случайных процессов в кош-рессоре.

Для решения задачи одновременного анализа периодической и случайной составляющих с помощью метода анализа по сечениям и расчета текущих ВХ ШС имеет следующую структурную схему (рис.1):

Подсистема

градуировки

характеристики

Т

Компрессор

Аналоговая подсистема[— Визуальный контроль

1

Подсистема синхронизации Подсистема предварительного накопления и обработки

Адаптер

Мини-ЭВМ Программное обеспечение Периферийные устройства - дисплей - НГМД - над

Рис, 1..

Основными подсистемами являются: аналоговая, состоящая из датчика, усилителя, устройства согласования, осциллографа; градуировки характеристики, состоящая из манометров и вольтметра; синхронизации, состоящая из отметчика оборотов, устройств задержки, формирователей масоигав и запуска; предварительного накопления и обработки, состоящая из'Многоканальных амплитудных анализаторов (АН); вторичной обработки и представления результатов на ЭВМ с соответствующим программным обеспечением и периферийными устройствами. ' "

Исследования проводились на компрессоре стенда'ЭДК-1 кафедры компрессоростроения С-III'ТУ с максимальной окружной скоростью до ШОм/с. Датчики размещались в покрывающем диске диффуаора.'Усилите-ли,схемы сопряжения, питание, формирователи размещались в стойке.

Отметка оборотов формировалась с помощьюполупроводникового ■лазера и отметки валу колеса. Для'формирователей и задержки использовались промышленные реверсивные счетчики и делители.

' "¡Многоканальные АИ (АИ-12В, АИ-2Ь6) использовались в'режимах амплитудного анализа для метода анализа по сечениям й'"'в 'режиме синхронного накопления для условных методов анализа.

- lb - . -

Ладная конфигурация ШС обеспечила получение метрологических характеристик ' ИК, 'получение первичной измерительной информации, отработку оинхронива-лШ й проверку предложенных методов анализа. Сановная сложность проведения исследования заключалась, во вторичной обработке и получении текущих характеристик.

Расширение функциональных возможностей было достигнуто применением УНО-4096-90, имеющем на входе блок аналого-цифрового преобразования с временем преобразования 5 мкс.. В данной конфигурации реализовывались режимы цифровой записи, синхронного накопления и вероятностного анализа. ЛИ обеспечил вывод на трехмерный графический-дисплей и связь с микро- и мини-ЗВМ.

Так icaic АИ является специализированным с жесткой программой управления устройство^, ^'реализация разработанных методов привела к расширению номенклатуры используемых приборов, что ограничивало возможности эксперимента.

Важной особенностью проведения исследований являлся поиск соотношения аппаратных и программных средств. Разработанные программы можно разделить на программы реального времени, управляющие вводом и выводом, режимами измерений и первичной обработки,и программы режима с разделением времени спектрального анализа, расчета текущих характеристик, графического представления результатов эксперимента и вторичной обработки и их документирования.

Небходимость получения одновременно информации с нескольких датчиков при Енешней синхронизации, значительные временные диапазоны перестройки управления режимов измерения и реальный масштаб времени вызвали разработку измерительного интерфейса, имеющего следующие основные принципы организации:

- синхронный и асинхронные протоколы обмена данными пословно или блоками произвольной длины;

- регистрово-ориентированная архитектура;

- внешняя синхронизация;

- системный пуск, останов, продолжение и сброс периферийных устройств;

- системная синхронизация с управлением от таймера;

- прием данных через буферное запоминающее устройство;

- адресное-накопление гистограмм;

- развитая система прерываний и арбитража.

Управляющая ЭВМ может иметь системную шину в стандартах UNIBUS и Q • bus или внешнюю пвгау SCSI-2. Этим охватывается широ-

- 16 -

гага круг микро-, мини- и ПЗВМ.

Предложение приняты построения интерфейса позволили разработать ряд контроллеров и блоков, решающих широкий 1фуг задач и имеющий различную мощность И конструктивное исполнение. Возможность адаптации обусловлена внутренней двунаправленной шиной данных, на которую можно подключать произвольное количество регистров и тем самым изменять разрядность шин адреса и данных.

Принципы управления, формат шин и их электрические характеристики позволяют использовать в качестве периферийных устройств простейшие устройства ввода аналоговой информации типа, АЦП ;и устройства с микропрограммным управлением, включаяблоки .стандарта "ВеКТОр". '. V*-

Одновременно были разработаны следующие принципы настраивае-мости интерфейса, позволяющие сокращать сроки разработки систем и повышать"надежность эксплуатации:

- магистрального построения;

- наращиваемости числа и форматов регистров и системных шин;

- унификации устройств и регистров;

- обеспечения программного доступа к шинам адреса и данных;

- совместной отладки программных и аппаратных средств;

-• пошаговой проверки программ; .

- Циклического пуска программ и управляющих сигналов;

- наращиваемости системы формирования векторов прерывания.

Принципы используют автоматизацию отладки и программные

средства для формирования тестов и управления. Принципы реализуются ;на этапах моделирования блоков, отладки разработанной аппаратурой использования МС.

Проведенный метрологический анализ ИИС с учетом аппаратурных, методических и статистических погрешностей определил предельные возможности реализации методов и ограничения по измеряемым характеристикам.

В ВЕСТОЙ ГЛАВЕ проводится анализ полученных с помощью разработанной ИИС характеристик устойчивых и неустойчивых режимов работы компрессора, позволяющих проводить анализ структуры потока и диагностику резншов. .,,,

Экспериментальные исследования состояли в получении временных диаграмм процессов, измерении амплитудных и частотных характеристик в режимах реального и с разделением времени.

' Для устойчивого резала работы компрессора основными ВХ явля-

лиоь текущие математическое ожидание, дисперсия и третий центральный момент.

При измерениях использовалась синхронизация от отметчика оборотов, обеспечивающую точную пространственную привязку к элементам колеса, и от сигналов датчика.

Проведенные исследования при синхронизации от сигналов датчика подтвердили надежность получения текущего математического ожидания и приемлемую точность измерения текущей дисперсии. ,

Критериями качества полученных результатов явились следуюшле показатели: . . ,...... ...

- совпадение сходных точек потока для ближайших каналов не хуже 5 %; ' '7.

- независимость относительных характеристик от частоты вращения, числа лопаток и других условий измерений;

- сравнение абсолютных измеренных параметров с показаниями манометров;

- независимость от условий формирования и величины массива.

Один из результатов измерений последовательннм методом анализа по сечениям приводится на рис.2 для оптимального расхода.

График построен в осях: относительная координата канала колеса (Ь') - давление (Р) - накопленная частность С гн (Р) ). Первая и одиннадцатая гистограмма соответствуют сходным точкам потока. .. ■ ■

. Рассчитанные по накопленным гистограммам первые три текущие моменты при максимальном, оптимальном и менее оптимального расхо-

1В -

дах приводятся на рис.У: X

I'

О,И 0,4 0,6 0,8 1,0

О 0,Й 0,4 0,6 0,8 1,0

г'

1

1 / л4:1

Л—. Ч.,

^ЛХуы

о 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Рис. У

максимальным оптимальный менее оптимального

Полученные результаты позволяют давать объективные характеристики сложного течения типа струя-след за колесом.

Аналогичные результаты,были получены для различных окружных скоростей, числа лопаток колеса и положения датчика по диффузору.

При инмернении характеристик вращающегося срыва были решены оледущие основные задачи:

- получены оценки размаха иди максимального значения периодических пульса! дои;

- получен амплитудный спектр в низкочастотной области.

Надежность оценок обеспечивалась выбором параметров реализаций (длительность, шаг дискретизации), видом синхронизации и использованием предварительного синхронного накопления.

Основные результаты спектрального анализа сигнала, соответствующего вращающемуся срыву, показали устойчивость Форш спектра для различных окружных скоростей, увеличение ширины спектра при удалении датчика от колеса и устойчивое отношение между некоторыми гармониками.

Полученные характеристики позволили уточнить требования к устройствам диагностики компрессора и разработать спектральные,. корреляционный и амшштиудный методы защиты. Все методы ориентированы на цифровую обработку сигналов.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили обоснованность выбранных моделей нестационарных процессов в проточной части компрессора и обеспечение требуемых погрешностей измерений.

1

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана модель исследуемых аэродинамических процессов в риле периодически нестационарного случайного процесса, учитывающая режимы работы компрессора.

2. Для описания аэродинамических процессов вьюрэны и измерены текущие вероятностные характеристики: математическое ожидание, дисперсия и третий центральный момент, амплитудные и частотные параметры, и использованием теоретического обоснования и машинного моделирования определены интервальные погрешности получения третьего црнтральниго момента. Параметры полученных характеристик едентиФицироьаны с аэродинамическими параметрами процессов и режимами райотн кпмп|жп<эт1'«.

У.Усовершенствованная методика исследований обеспечивает вида кун достоверность полученных результатов. Разработаны конструк-ти семейства миниатюрных датчиков давления с интегральными теп-юревисторами. Определены ограничения для проведения исследовав •ий, вннваннне особенность»» взаимодействия потока с чувствительны ачвмннтом даклнния датчика.

4. Разработаны методы количественного анализа нестационарных роцесоов в компрессоре:

- последовательный по сечениям;

- параллельный по сечениям;

- условный последовательный по сечениям;

- условный синхронного накопления.

6. Разработана ИЙО, состоящая ия аналоговой подсистемы, циф-)вых блоков, устройств и подсистемы синхронизации, измерительный [терфейо, улучшающий технический характеристики ИИС, и ярограмм-« обеспечение проведения (управления) экспериментом, обработки вультатов измерений, проведения метрологической аттестации, стройки иямерительного интерфейса и отладки ИИС.

6. Разработан метод сквозной градуировки измерительного кала, обеспечивающий приведенную погрешность измерения амплитуд льсаций давления не более Оценены влияющие величины: темпе-гура, помехи, нестабильность частоты вращения колеса. Получены грологические характеристики датчиков. Аналитически и экспери-<таиьно получены динамические погрешности преобразования датчи-

7. Разработаны методы выявления неустойчивых режимов работ компрессора:

- корреляционный;

- амплитущнрпектральный;

- амплитудный;'

- модифицированный спектральный; л ..

Для методов предложены возможные технические решения в ьщ

аналоговых и цифровых устройств. Напучены оценки достоверное 'обнаружения вращающегося срыва.

¡Ю ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОНУКШКОВ.ЛНЫ ШЩУЩИК РАШТЫ:

1.Коррелятор для акустических измерений // Прикладш акустика, -Таганрог, 1й7й. -Выл.6. -(,'.106-109 (.в соавторстве).

Информационно-измерительная система. для , исследоваш нестационарных процессов в турбомалданах // Всесоюя. научн. -техз конф. "Автомад-ивалия экспериментальных исследований"' Тез. док; - Куйбышев, |9>'Н, -».!.'¿'¿в (в соавторстве).

м.Методы исследования нестационарных течении в центробежш компрессорах с применением информационно-измерительных систем , V Всесою».научн.-техн.конф. по компрессоростроению: Тез.докл.-М 1Й78.-0.73-74 (а соавторстве).

4.Информационно-измерительная система для исследован: нестационарных процессов в турбомашинах//Автоматиэация э копер: ментальных исследований.-Куйбышев,1980,-0.56-58 (в соавторстве)

-5. А. с. 773314 ССОР, Способ обнаружения предпомпажного реки центробежного компрессора /Опубл.23.10.ВО, йол.N39 (в соавтор» * Фве).

й.Разработка автоматизированном системы для исследован; нестационарных аэродинамических нагрузок, действующих на рабоч: колеса центробежных компрессоров: Отчет / Ленингр. политех: ин-т; -N4256; Инв. N£763443.-Л. ,1979..-Щс.-1980.-276с (в соа

торстве).

7.Разработка информационно-измерительной системы для иссл дования нестационарных процессов в центробежных компрессорах Всесоюз.научн.-техн. семинар "Нестационарные процессы в проточи части турбомашн": Теа.докл. -Л., 1980, С.10-11 (в соавторстве)

8.Использование ИВК для исследования нестационарных случа "ных процессов в турбомашинах. // Автоматизация проектирования

экспериментальных исследований. -Л., 1980, -С.Я6-39 (в соавторстве).

9.А.с.830009 ПССР. Сигнализатор помпажа центробежного компрессора /Опубл.15.05.81, Вюл.N18 (в соавторстве).

10.Измеритель характеристик, случайных процессов //^'¿тройное моделирование, - 1уйн. -36,-0,108 (в соавторстве).

11.Программное обеспечение асинхронного обмена данными "в многопроцессорной вычислительной системе // IV всесоюя. симпозиум "Системное и теоретическое программирование": Тез.доюь -Кишинев, 1983, -0.1Ь0 (н соавт).

12.Отладочные средства многопгюцессорной вычислительной системы на базе операционной системы мини-НИМ // IV всесоюз. школа-семинар "Распараллеливание обработки информации": Тез.докл. -Львов. 1983. -0.99 (в соавторстве).

13.Адаптивный асинхронный интерфейс // Всесоюз.конф. "Теория адаптивных систем и ее применения": Тез, докл. " -М.-Л., 1983', -О.З'ЗН-ЗЗ?.

14.Асинхронный интерфейс канала связи.//Всесоюз,научн.-техн. совещание "Микропроцессорные средства вычислительной техники в системах связи и управления": Тез.докл.-М.,1984.-С.Ий (в соавторстве).

1Ь.Использование ВИС серии КР180^ для встроенного контроля мини-ЭВМ //¡-Электронная прошшленнооть.-1986.-ЗН.-0'ЛН-13(в соавторстве). "' '"""'

16. Использование ШО серии КР180Й для создания адаптера' магистралей СМ УВМ и "ЗлектроНика 60" //Микропроцессорные средства и системы. -1986. -93. -038-39 (в соавторстве).

17.Блок отладки многопроцессорной вычислительной ситемы:Инф. листок / Ростовский межотраслевой территориальный' ЦНЧ'Й'ЙЙГ" -1987. -Э273-87. -4с.

18.Универсальный интерфейс: Инф.листок /Ростовский межотраслевой территориальный ЦНТИиП. -1987. -3274-87. -?.с.

19.Метрологическое обеспечение-измерения текущих вероятностных характеристик нестационарных случайных процессов//Всесоюз.научн. -техн.конф."Методология измерений":Тез.докл.-Л.,1991,-0.141.

- Кй -

В"работах, опубликованных в соавторстве, лично Чернову В.Н. принадлежат следующие результаты:

'■"-в работе П] разработаны!'основные блоки коррелометра (входное устройство, цифровой интегрЪторУ 'йндикащя);

'-в'работе l?.i предложена конфигурация''ЙИО и методика эксперимента;

-в работе 18! предложены модели'процессовГ -ь работе Г.41 предложена конфигурация ЙЙО И меТодика"экспе-рименТа; . --■

-в работе (f 1 ч выбраны информативные параметры и разработано уотрЙЙйтво обнаружения;

"-в" работе Г 61 разработан измерительна'канал и*полечены 'его 'метрологические характеристики; '

-н рябот« ¡VI ииед.пожена конфигурация ИИС и Методика проведении *кои*{1Ймен'та?

-в работе 181 предложены алгоритмы "измерений и 'обработки;'"'"'"' -h работе [у] выбраны информативные параметры, разработаны метод и устройство обнаружения;.

' -в работе L10 J предложены методы измерений; -в работе till разработано программное обеспечение измерительного интерфейса:

-в работе [ 1.21 предложен принцип настраиваемое™ интерфейса; -в'работе ( t4 i разработан' ряд контроллеров измерительного интер(1|ейпа;

; -н~работе 1161 рааработаны схемные решения, обеспечивающие принцип настраиваемо» wh;

-ь работе 1161 разработаны принципы сопряжение с системными магистралями ШМ.