Технічне діагностування аналогових систем керування електропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вінницький національний технічний університет

УДК 681.518.54:62-8

Автореферат

Технічне діагностування аналогових систем керування електропривода

Бабій Сергій Миколайович

Вінниця - 2009

Дисертація є рукописом

Робота виконана у Вінницькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Грабко Володимир Віталійович, Вінницький національний технічний університет, завідувач кафедри електромеханічних систем автоматизації в промисловості і на транспорті

Офіційні опоненти: заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Родькін Дмитро Йосипович, Кременчуцький державний політехнічний університет імені Михайла Остроградського, завідувач кафедри систем автоматичного управління та електропривода технічних наук, професор Садовой Олександр Валентинович, Дніпродзержинський державний технічний університет, завідувач кафедри електромеханіки

Захист відбудеться “_12_” _червня_ 2009 р. о _12⁰⁰_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 05.052.05 у Вінницькому національному технічному університеті за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95, ауд. 210, ГУК.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Вінницького національного технічного університету за адресою: 21021, м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95.

Автореферат розісланий “ _06_ ” _травня_ 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.Ц. Зелінський.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Відомо, що кожен елемент електрообладнання має відповідний робочий ресурс, який в процесі експлуатації нерівномірно витрачається, а тому рівень надійності обладнання і якість виконуваних ним функцій безупинно зменшуються. Отже, рано чи пізно настає момент виходу з ладу окремого елемента, що може призвести до зупинки цілого виробничого механізму, або до роботи в аварійному режимі.

Саме тому виникає необхідність діагностування обладнання, що дасть можливість підвищити надійність його роботи та здійснити перехід до більш раціонального способу експлуатації - експлуатації за фактичним технічним станом.

Технологія сучасного виробництва вимагає забезпечення оптимальних параметрів виробничого процесу та законів їх зміни в часі, що є досить складною задачею, вирішення якої покладено на системи автоматичного керування електротехнічними комплексами в цілому і зокрема на системи керування електроприводами.

Регульовані електроприводи використовуються майже у всіх галузях промисловості і їх кількість стрімко збільшується. Так, в найближчі десятиліття передбачається збільшення їх частки в загальному парку електроприводів від 5-10 %, які є на сьогодні, до 40-50 %.

Незважаючи на значне використання останнім часом електроприводів з мікропроцесорними системами керування, досить поширеними є електроприводи з аналоговими та цифро-аналоговими системами керування, які дозволяють поєднати переваги аналогових та цифрових систем. Зазвичай такі електроприводи використовують на відповідальних ділянках з важкими умовами роботи. Як наслідок, на систему електропривода впливає ряд збурюючих дій, які зумовлюють відхилення рівнів сигналів в контурах регулювання від номінальних значень для заданого режиму роботи. Причому, особливо відчутним є цей вплив в контурах аналогових блоків керування, оскільки вони є менш завадостійкими в порівнянні з цифровими блоками. В результаті відбувається порушення нормального режиму роботи такого обладнання, зокрема не забезпечується бажана статична точність швидкості обертання, що є неприйнятним, оскільки зумовлює зміну параметрів виробничого процесу та призводить до значних фінансових збитків. Тому виникає необхідність відслідковувати технічний стан систем електропривода в цілому і зокрема їх аналогових блоків керування не лише під час планових перевірок, але і безпосередньо в процесі експлуатації.

Вирішення цієї задачі є надзвичайно складним без використання сучасних засобів технічної діагностики і неруйнівного контролю.

Відомі на даний момент підходи та засоби діагностування не дозволяють в повній мірі розв'язати зазначену задачу. Тому актуальною науковою задачею є підвищення надійності регульованих електроприводів за рахунок удосконалення елементів та структур засобів діагностування їх аналогових систем керування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основний зміст роботи складають результати досліджень, що проводились протягом 2005-2008 років. Науково-дослідна робота проводилась відповідно до наукового напрямку «Розробка математичних методів та моделей процесів, що протікають в енергетичних та електромеханічних системах, синтез інформаційно-вимірювальних систем автоматичного і автоматизованого керування цими процесами» кафедри «Електромеханічні систем автоматизації в промисловості і на транспорті» у ролі виконавця за держбюджетною темою «Розробка математичних моделей і засобів підвищення надійності систем контролю та керування в електроенергетиці» (номер державної реєстрації 0104U010158) та у ролі відповідального виконавця за держбюджетною темою «Розробка математичних моделей і засобів підвищення надійності та енергозбереження в транспортних системах» (номер державної реєстрації 0107U002089).

Мета і завдання дослідження. Метою даної дисертаційної роботи є підвищення рівня надійності регульованих електроприводів за рахунок удосконалення елементів та структур засобів діагностування їх аналогових систем керування.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати такі завдання:

проаналізувати існуючі підходи і засоби діагностування аналогових систем керування електропривода;

розробити математичні моделі діагностування аналогових систем керування електропривода;

синтезувати структурні схеми пристроїв діагностування аналогових систем керування електропривода;

розробити алгоритми функціонування та структурні схеми мікропроцесорних засобів діагностування аналогових систем керування електропривода;

оцінити помилки вимірювань синтезованих пристроїв.

Об'єктом дослідження є процеси, що протікають в контурах аналогових систем керування електропривода.

Предметом дослідження є засоби діагностування аналогових систем керування електропривода.

Методи дослідження. В дисертації для аналізу і вирішення поставлених завдань використані такі методи дослідження: методи теорії технічної діагностики - для побудови діагностичних моделей; кінцевих автоматів - для синтезу цифрових частин структур пристроїв діагностування аналогових систем керування електропривода; теорії автоматичного керування - для визначення параметрів, що характеризують роботу електромеханічної системи в перехідних режимах роботи; нечітких множин - для побудови діагностичної моделі, яка забезпечує оцінку технічного стану систем електропривода в перехідних режимах роботи; генетичних алгоритмів - для налагодження роботи нечіткої моделі; аналітичні можливості комп'ютерної алгебри - для моделювання процесів діагностування.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

удосконалено метод діагностування аналогових систем керування електропривода, який дозволяє, на відміну від існуючих методів, основаних на використанні класичної теорії надійності, використовувати миттєві значення параметрів, що характеризують об'єкт діагностування як в стаціонарних, так і перехідних режимах роботи;

вперше на основі теорії нечітких множин розроблено математичну модель для діагностування аналогових систем керування електропривода за перерегулюванням, тривалістю перехідного процесу та кількістю коливань параметра за час перехідного процесу, що дозволяє визначати технічний стан аналогових систем керування електропривода в перехідних режимах роботи та здійснювати тонку настройку такої математичної моделі шляхом застосування генетичного алгоритму;

удосконалено математичні моделі для діагностування аналогових систем керування електропривода в стаціонарних режимах роботи, які, на відміну від відомих, спрощують процедуру аналізу рівнів діагностичних параметрів, реалізовують прискорений пошук вимірювального каналу, в колі якого виявлено екстремальний рівень сигналу, що дозволяє зменшити тривалість одного циклу діагностування та підвищити надійність систем керування і електропривода в цілому;

отримав подальший розвиток метод синтезу структурних схем пристроїв діагностування на основі математичного апарату секвенцій, що дозволяє за мінімізованими виразами безпосередньо реалізувати структури пристроїв діагностування електрообладнання, а також сформувати програми функціонування промислових контролерів.

Практичне значення одержаних у роботі результатів полягає в наступному:

синтезовано структурні схеми пристроїв діагностування аналогових систем керування електропривода, які, на відміну від відомих, забезпечують коректну роботу при короткотривалих збоях в роботі об'єкта діагностування, а також, за рахунок реалізації алгоритму прискореного пошуку екстремальних рівнів сигналів, дозволяють зменшити тривалість одного циклу діагностування та підвищити надійність функціонування систем керування і електропривода в цілому;

створено пакет прикладних програм у середовищі Matlab 6.5 Fuzzy Toolbox, який дозволяє оцінити технічний стан аналогових систем керування електропривода за значеннями показників, які характеризують динаміку їх роботи;

розроблено алгоритми функціонування та структурні схеми мікропроцесорних засобів діагностування аналогових систем керування електропривода, що дає можливість розширити функціональні можливості засобів діагностування, збільшити їх гнучкість при переналагодженні, покращити енергетичні показники та підвищити надійність роботи.

Результати, отримані в дисертаційній роботі, впроваджено на ДТГО «Південно-Західна залізниця» локомотивне депо Жмеринка та в навчальний процес Вінницького національного технічного університету.

Підтвердженням впровадження результатів дисертаційної роботи є наявність відповідних актів.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. В роботі [1] запропоновано математичну модель для визначення технічного стану аналогових блоків керування розімкнених систем керування електропривода в усталених режимах роботи. Розроблено граф функціонування [2] пристрою діагностування аналогових систем керування електропривода та здійснені математичні перетворення по мінімізації секвенціальних виразів. Запропоновано алгоритм роботи [3] мікропроцесорного пристрою діагностування аналогових систем керування електропривода в усталених режимах роботи. Запропоновано математичну модель [6] на основі теорії нечітких множин для оцінки технічного стану аналогових систем керування електропривода в перехідних режимах роботи і показано можливість тонкої настройки моделі за допомогою генетичного алгоритму. У роботах [7 - 12] автором запропоновані компоненти структур пристроїв діагностування аналогових систем керування електропривода, які дозволяють розширити функціональні можливості структур.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати виконаних у дисертації досліджень доповідались та обговорювались на VІІІ Міжнародній конференції «Контроль і управління в складних системах», (Вінниця, 2005 р.), Міжнародній науково-технічній конференції «Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації», (Кременчук, 2006 р.), XIII Міжнародній конференції з автоматичного управління, (Вінниця, 2006 р.), Міжнародній науково-технічній конференції «Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації», (Кременчук, 2007 р.), ІІІ Міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування», (Вінниця, 2007 р.), Міжнародній науково-технічній конференції «Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації», (Кременчук, 2008 р.), щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, співробітників та студентів університету з участю працівників науково-дослідних організацій та інженерно-технічних працівників підприємств м. Вінниці та області на базі ВНТУ в 2005-2008 роках.

Публікації. Основний зміст роботи опублікований в 13 друкованих працях, в тому числі 6 статей в наукових журналах, що входять до переліку ВАК України, 3 тез доповідей у збірках праць науково-технічних конференцій різного рівня, 4 патенти України на корисну модель.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел (117 найменувань), трьох додатків. Основний зміст викладений на 105 сторінках друкованого тексту, містить 48 рисунків, 6 таблиць. Загальний обсяг роботи 149 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність досліджень, зазначено зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Вказано мету та задачі досліджень. Приведено характеристику наукової новизни та практичного значення одержаних результатів, а також описано їх апробацію, публікації та впровадження.

У першому розділі проведено огляд та аналіз існуючих підходів та засобів діагностування аналогових систем керування електропривода.

Відзначено, що існуючі підходи та засоби діагностування не враховують взагалі або враховують в неповній мірі можливість виникнення короткотривалих збоїв в роботі електропривода, параметри перехідних процесів, які мають місце в динамічних системах, а також часто потребують виведення об'єкта з експлуатації для проведення його випробовувань. Як наслідок, зменшується надійність функціонування системи керування електропривода, що може призвести до порушення нормального режиму роботи електропривода та обслуговуваного ним обладнання, що є не неприйнятним. Тому перспективним є напрямок розвитку засобів діагностування систем керування електропривода під час їх експлуатації.

На підставі проведеного аналізу сформульовано мету і задачі дисертаційної роботи.

У другому розділі розроблено математичні моделі для діагностування аналогових систем керування електропривода в стаціонарних режимах роботи, математичну модель на основі теорії нечітких множин із застосуванням генетичного алгоритму для її тонкої настройки, яка дозволяє визначати технічний стан аналогових систем керування електропривода в перехідних режимах роботи.

Математична модель для діагностування розімкнених аналогових систем керування електропривода, яка дозволяє враховувати короткотривалі збої в роботі привода, стан кіл живлення елементів системи керування та забезпечує перевірку на наявність обривів в колах вимірювальних каналів де n - кількість вимірювальних каналів по числу діагностованих блоків; - значення діагностичного параметра на виході і-того вимірювального каналу; - значення діагностичного параметра в і-тому вимірювальному каналі по відношенню до граничного поля допуску; - значення діагностичного параметра в (і-1) вимірювальному каналі по відношенню до граничного поля допуску; - верхнє допустиме значення діагностичного параметра в (і-1) вимірювальному каналі по відношенню до граничного поля допуску; - нижнє допустиме значення діагностичного параметра в (і-1) вимірювальному каналі по відношенню до граничного поля допуску; - значення діагностичного параметра в і-тому вимірювальному каналі по відношенню до основного поля допуску; - значення діагностичного параметра в (і-1) вимірювальному каналі по відношенню до основного поля допуску; - верхнє допустиме значення діагностичного параметра в (і-1) вимірювальному каналі по відношенню до основного поля допуску; - нижнє допустиме значення діагностичного параметра в (і-1) вимірювальному каналі по відношенню до основного поля допуску; m - кількість перевищень діагностичним параметром меж основного поля допуску протягом часу, який відведено на діагностування одного вимірювального каналу; q - граничне значення, яке визначає необхідну кількість перевищень діагностичним параметром меж основного поля допуску (для виявлення несправності) протягом часу, що відведений на діагностування одного вимірювального каналу; k - сигнал з виходу сенсора комутації, що свідчить про положення комутаційного апарата, яким подається напруга живлення; v - сигнал з виходу сенсора живлення блоків системи керування електропривода.

Перше та друге рівняння системи (1) описує випадок, коли діагностичний параметр виходить за межі граничного поля допуску і не змінюється при зменшенні або знятті вхідного сигналу (рис. 1, а), а третє та четверте рівняння забезпечує перевірку на збій. Слід зазначити, що несправність типу const 1 (констітуєнта одиниці) фіксується, якщо на виході і-того вимірювального каналу з'являється сталий максимально можливий вихідний сигнал, а несправність типу const 0 (констітуєнта нуля) - мінімально можливий або взагалі відсутній вихідний сигнал.

Для діагностування замкнених аналогових систем керування електропривода запропоновано математичну модель, яка додатково, завдяки переходу в площину відносних одиниць, дозволяє спростити процедуру аналізу рівнів діагностичних параметрів реалізує прискорений пошук вимірювального каналу, в колі якого виявлено екстремальний рівень сигналу, що дозволяє зменшити тривалість одного циклу діагностування та підвищити надійність системи керування і електропривода в цілому.

В роботі запропоновано математичну модель на основі теорії нечітких множин, за допомогою якої оцінюють технічний стан аналогових систем керування електропривода в перехідних режимах роботи за перерегулюванням, тривалістю перехідного процесу та кількістю коливань параметра за час перехідного процесу. У випадку необхідності в математичну модель можна вводити і інші додаткові змінні, які характеризують роботу системи електропривода.

Кожній комбінації значень вхідних параметрів ставиться у відповідність одне із значень вагового коефіцієнта .

Нечітка база знань представляється системою нечітких логічних рівнянь знаходження вагового коефіцієнта d.

Фіксуючи конкретні значення вхідних змінних та застосовуючи запропоновану модель, визначаємо значення показника, який дає можливість характеризувати технічний стан аналогових систем керування електропривода.

Для оптимізації роботи даної моделі необхідно здійснити її тонку настройку. Для цього застосовано генетичний алгоритм, який при наявності вибірки дозволяє налагодити раніше розроблену нечітку модель для роботи з конкретним об'єктом.

У третьому розділі обґрунтовано вибір математичного апарату секвенцій для синтезу цифрових компонент структурних схем пристроїв діагностування. Відповідно до математичної моделі граф функціонування блока підрахунку та прийняття рішень пристрою діагностування аналогових систем керування електропривода.

Позначення: ШВ (ШН) - діагностичний параметр перевищив верхню межу (вийшов за межі нижньої) ГПД; ВВ (ВН) - діагностичний параметр перевищив верхню межу (вийшов за межі нижньої) ОПД; СК - сигнал сенсора комутації, який спрацьовує при пуску привода і показує положення комутаційного апарата; СЖ - сигнал сенсора живлення, який відслідковує стан кіл живлення елементів системи керування електропривода; НС - сигнал формувача сигналу, який відслідковує наявність в вимірювальному каналі сигналу відмінного від нульового рівня. Символи свідчать про наявність нульового рівня сигналу на виходах відповідних блоків, тобто про невиконання зазначеної умови.

Логічна зміна виходу: q₀=1 означає наявність несправності типу const 1 або const 0; q₁=1 означає наявність обриву в вимірювальному каналі; q₂=1 означає наявність обриву кіл живлення елементів системи керування електропривода.

Зазначимо, що - стани системи, якими характеризується робота блока підрахунку та прийняття рішень пристрою діагностування аналогових систем керування електропривода.

Даному графу відповідає секвенційний опис, який після мінімізації приймає вигляд (4), в якому тригер T₁ реалізує генератор тактових імпульсів з часовими затримками ф₁ - тривалість імпульсу і ф₂ -тривалість паузи (ф₁< ф₂), тригери Т₂ і Т₃ забезпечують врахування можливих збоїв в роботі об'єкта діагностування, тригер Т₄ фіксує вихід діагностичного параметра за граничні межі, тригери Т₅ - Т₈ визначають цикл роботи пристрою при перевірці одного вимірювального каналу, тригер Т₉ фіксує обрив в колах між блоками керування об'єкта або в колах вимірювальних каналів, а тригер Т₁₀ - несправність кіл живлення елементів системи керування електропривода.

На основі системи секвенцій синтезована структурна схема блока підрахунку та прийняття рішень пристрою діагностування розімкнених аналогових систем керування електропривода.

Алгоритм роботи пристрою наступний. В момент подачі напруги живлення на систему електропривода спрацьовує сенсор комутації 20 та сенсор живлення, вихідний сигнал якого зумовлює формування одиничного імпульсу для обнулення всіх необхідних елементів пам'яті. Робота пристрою розподілена по тактам, що виробляються розподілювачем тактів реалізованим на базі блоків. Пристрій одночасно забезпечує аналіз кожного з діагностичних параметрів по відношенню до основного (реалізовано на блоках) і граничного (реалізовано на блоках) полів допуску з врахуванням можливості виникнення короткотривалих збоїв (реалізовано на основі блоків), перевіряє наявність живлення елементів системи керування та обривів в каналах вимірювання. У випадку перевищення діагностичним параметром меж граничного поля допуску він одразу вважається таким, що не відповідає нормі, а при перевищенні меж основного поля допуску спочатку відбувається перевірка на збій і лише після цього робиться висновок про відповідність нормі. Остаточно характер несправності визначається з врахуванням реакції формувача сигналу, який відслідковує наявність сигналу нульового рівня на своєму вході, що свідчить про обрив в колах системи керування електропривода або вимірювальних каналів, та сенсора живлення. Блок індикації забезпечує індикацію несправності та коду дефектного вимірювального каналу, записаного в регістр. Аналогічним чином синтезовано структуру пристрою діагностування замкнених аналогових систем керування електропривода.

У четвертому розділі запропоновано мікропроцесорні реалізації пристроїв діагностування аналогових систем керування електропривода та розроблено алгоритми їх функціонування.

Робота пристрою полягає в циклічному опитуванні стану сенсорів вимірювальних каналів та опрацюванні сигналів відповідно до запропонованої математичної моделі. Клавіатура та матричний програмований індикатор 6 необхідні для візуального контролю та керування роботою пристрою. Перетворювач рівнів сигналів 8 забезпечує зв'язок з ЕОМ верхнього рівня.

Алгоритм роботи пристрою містить такі складові: в блоці 3 реалізовано обнулення вмісту регістру, в якому зберігається фактична кількість циклів зчитування з портів РВ0 та РВ1 в процесі запуску в роботу пристрою діагностування; в реалізовано зчитування інформації з виходу сенсора комутації, що є першою з передумов для запуску в роботу пристрою діагностування; в блоках реалізовано обмеження кількості циклів зчитування з портів РВ0 та РВ1, що необхідно для нормального запуску пристрою діагностування, якщо виконується умова закладена в блоці, то пристрій автоматично перейде в режим розпізнавання дефекту, такого як обрив кіл живлення елементів системи керування електропривода; в блоках реалізовано зчитування інформації з виходу сенсора живлення, що є другою передумовою для запуску в роботу пристрою діагностування; блок забезпечує затримку часу, яка враховує час необхідний приводу для виходу на номінальний режим роботи; в блоках реалізовано зчитування інформації з першого вимірювального каналу; блок забезпечує вибір необхідної кількості операцій перевірки; в блоках проводиться перевірка діагностичного параметра відносно меж граничного та основного полів допуску; блок реалізує перевірку на збій в роботі об'єкта діагностування, яка полягає в проведенні циклу послідовних зчитувань інформації з вимірювального каналу в колі якого виявлено невідповідність параметра межам основного поля допуску, лише після цього формується остаточний результат перевірки по даному параметру; в блоках реалізовано перевірку умови переключення на наступний етап або цикл діагностування; в блоках відбувається переключення на наступний вимірювальний канал при умові наявності сигналу на виході сенсора комутації; блоки забезпечують розпізнання та індикацію станів системи при виході параметра за встановлені межі, при виникненні обривів в вимірювальному каналі та обривів кіл живлення блоків системи керування, а також при відключенні привода в нормальному режимі.

Реалізовано аналогічний пристрій на базі типового промислового контролера фірми Siemens.

При цьому для програмування контролера мовою функціональних блоків FBD було використано мінімізовану систему секвенцій (4), що дозволило одразу отримати готовий до експлуатації пристрій діагностування вже на стадій процедури синтезу, що суттєво зменшує затрати часу на його реалізацію і збільшує надійність функціонування самого пристрою діагностування. Здійснено оцінку помилок першого і другого роду вимірювального каналу напруги. Отримано номограми для визначення імовірності помилок для заданого середньоквадратичного відхилення: б(у_вим) = 0,015839; в(у_вим) = 0,01025. У додатках наведено оцінку похибок першого і другого роду; ілюстрацію процесу моделювання в середовищі Matlab 6.5 по визначенню технічного стану аналогових систем керування електропривода за значеннями показників, які характеризують динаміку їх роботи; акти впровадження результатів дисертаційної роботи.

Висновки

В дисертаційній роботі наведено нове вирішення наукової задачі підвищення надійності регульованих електроприводів шляхом діагностування їх аналогових систем керування, що відрізняється від відомих розв'язанням задачі діагностування аналогових систем керування електропривода в режимі експлуатації з використанням алгоритмів прискореного пошуку екстремальних рівнів параметрів, врахуванням можливих збоїв в роботі електропривода та параметрів, які характеризують роботу системи в динаміці.

У галузі теоретичних та експериментальних досліджень:

1. Проаналізовано відомі підходи та засоби діагностування аналогових систем керування електропривода. Зроблено висновок, що на сучасному етапі розвитку теорії та техніки актуальним і перспективним є створення нових підходів та засобів діагностування аналогових систем керування електропривода.

2. Розроблено математичну модель для діагностування розімкнених аналогових систем керування електропривода в стаціонарних режимах роботи, яка враховує короткотривалі збої в роботі електропривода, стан кіл живлення елементів систем керування, забезпечує перевірку наявності обривів в колах вимірювальних каналів, що дозволяє підвищити надійність системи керування і електропривода в цілому.

3. Розроблено математичну модель для діагностування замкнених аналогових систем керування електропривода в стаціонарних режимах роботи, яка дозволяє спростити процедуру аналізу рівнів діагностичних параметрів, реалізує прискорений пошук вимірювального каналу, в колі якого виявлено екстремальний рівень сигналу, що дозволяє зменшити тривалість одного циклу діагностування та підвищити надійність системи керування і електропривода в цілому.

4. На основі теорії нечітких множин розроблено математичну модель, яка дозволяє оцінити технічний стан аналогових систем керування електропривода за перерегулюванням, тривалістю перехідного процесу та кількістю коливань параметра за час перехідного процесу.

5. На основі апарату генетичних алгоритмів розроблено математичну модель, яка дозволяє здійснити тонку настройку нечіткої моделі діагностування аналогових систем керування електропривода за значеннями перерегулювання, тривалості перехідних процесів та кількості коливань параметра за час перехідного процесу, що дає можливість підвищити надійність роботи систем керування і електропривода в цілому.

6. Отримав подальший розвиток метод синтезу структурних схем пристроїв діагностування аналогових систем керування електропривода на основі математичного апарату секвенцій, що дозволяє за мінімізованими виразами безпосередньо реалізувати структури пристроїв.

7. Показана можливість використання мінімізованої системи секвенціальних виразів для програмування промислових контролерів, що дозволяє отримати пристрій діагностування вже на стадії процедури синтезу, що суттєво зменшує час на його реалізацію.

8. Отримали подальший розвиток алгоритмічне та апаратне забезпечення систем діагностування аналогових систем керування електропривода, що дає можливість розширити функціональні можливості засобів діагностування.

У галузі практичного застосування:

1. За розробленими математичними моделями синтезовано структурні схеми пристроїв діагностування аналогових систем керування електропривода з використанням промислової елементної бази.

2. Розроблені структури мікропроцесорних засобів для діагностування аналогових систем керування електропривода, що дає можливість розширити функціональні можливості засобів діагностування, збільшити їх гнучкість при переналагодженні, покращити енергетичні показники та підвищити надійність роботи.

3. Створено пакет прикладних програм у середовищі Matlab 6.5 Fuzzy Toolbox, який дозволяє оцінити технічний стан аналогових систем керування електропривода за перерегулюванням, тривалістю перехідного процесу та кількістю коливань параметра за час перехідного процесу.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Бабій С.М. Математична модель діагностичного контролю діючих систем керування електричним приводом / В.В. Грабко, С.М. Бабій // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. - Вип. 4/2006 (39). Частина 1. - С. 139-140.

2. Бабій С.М. Синтез структури системи для діагностичного контролю систем керування / В.В. Грабко, С.М. Бабій // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2006. - №2. - С. 95-99.

3. Бабій С.М. Синтез структури мікропроцесорного пристрою для діагностичного контролю систем керування / В.В. Грабко, С.М. Бабій // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. - Вип. 3/2007 (44). Частина 1. - С. 137-139.

4. Бабій С.М. Підвищення якості діагностування трактів керування в системах електричного привода / С.М. Бабій // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2008. - №1. - С. 78-83.

5. Бабій С.М. Синтез структури пристрою діагностування трактів керування в системах електричного привода / С.М. Бабій // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського. - Вип. 4/2008 (51). Частина 2. - С. 61-65.

6. Бабій С.М. Математична модель оцінки якості перехідних процесів в системах керування електроприводами / В.В. Грабко, С.М. Бабій // Наукові праці Вінницького національного технічного університету. - 2008. - №2. Режим доступу до журн.:

7. Пат. 13108 Україна, МПК G 05 B 23 / 02. Пристрій для контролю складних об'єктів / Грабко В.В., Бабій С.М.; Вінницький національний технічний університет. - № u200508993; заявл. 23.09.2005; опубл. 15.03.2006; Бюл. №3.

8. Пат. 27785 Україна, МПК G 05 B 23 / 02. Пристрій для контролю складних об'єктів / Грабко В.В., Бабій С.М.; Вінницький національний технічний університет. - № u200708348; заявл. 20.07.2007; опубл. 12.11.2007; Бюл. №18.

9. Пат. 31113 Україна, МПК G 05 B 23 / 02. Пристрій для контролю складних об'єктів / Грабко В.В., Бабій С.М.; Вінницький національний технічний університет. - № u200713442; заявл. 03.12.2007; опубл. 25.03.2008; Бюл. №6.

10. Пат. 35966 Україна, МПК G 05 B 23 / 02. Пристрій для контролю трактів керування / Грабко В.В., Бабій С.М.; Вінницький національний технічний університет. - № u200805828; заявл. 05.05.2008; опубл. 10.10.2008; Бюл. №19.

11. Бабій С.М. Підвищення надійності роботи регулювальних трактів систем керування електроприводами / В.В. Грабко, С.М. Бабій // Контроль і управління в складних системах (КУСС-2005): VІІІ міжнародна наукова-техн. конф., 24-27 жовтня 2005 р.: тези доповідей. - Вінниця, 2005. - С. 136.

12. Бабій С.М. До питання підвищення якості контролю регулювальних трактів автоматизованих систем / В.В. Грабко, С.М. Бабій // Автоматика-2006: XIII міжнародна науково-техн. конф. з автоматичного управління, 25-28 вересня 2006 р.: тези доповідей. - Вінниця, 2006. - С. 146.

13. Бабій С.М. Підвищення якості контролю регулювальних трактів автоматизованих систем / С.М. Бабій // Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування (СПРТП-2007): III міжнародна науково-техн. конф., 31 травня - 2 червня 2007 р.: тези доповідей. - Вінниця, 2007. - С. 61.

Анотація

Бабій С.М. Технічне діагностування аналогових систем керування електропривода. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - Електротехнічні комплекси та системи. - Вінницький національний технічний університет, Вінниця. - 2009.

Дисертація присвячена питанню підвищення рівня надійності регульованих електроприводів за рахунок удосконалення елементів та структур засобів діагностування їх аналогових систем керування.

Розроблено математичні моделі для діагностування аналогових систем керування електропривода в процесі експлуатації, математичну модель для оцінки технічного стану динамічної системи в перехідних режимах роботи. Удосконалено метод синтезу структурних схем пристроїв діагностування електрообладнання. Запропоновано мікропроцесорні реалізації пристроїв діагностування аналогових систем керування електропривода, а також алгоритми їх роботи.

Розробленні підходи та математичні моделі пройшли апробацію і впроваджені на ДТГО «Південно-Західна залізниця» локомотивне депо Жмеринка та в навчальний процес Вінницького національного технічного університету. електропривод аналогова система керування

Ключові слова: технічне діагностування, математична модель, система керування електропривода, електропривод.

Аннотация

Бабий С.Н. Техническое диагностирование аналоговых систем управления электропривода. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы. - Винницкий национальный технический университет, Винница. - 2009.

Диссертация посвящена вопросу повышения уровня надежности регулируемых электроприводов за счет усовершенствования элементов и структур средств диагностирования их аналоговых систем управления.

Обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задания исследований, научная новизна и практическая ценность работы, представлены сведения об апробации, публикациях и реализации работы.

Проведен анализ существующих подходов и средств диагностирования аналоговых систем управления электропривода, что позволило определить основные недостатки существующих разработок и обосновать необходимость поиска новых решений в этой области.

Разработана математическая модель для оценки технического состояния динамической системы в переходных режимах работы за перерегулированием, длительностью переходного процесса и количеством колебаний параметра за время переходного процесса. Показана возможность тонкой настройки разработанной модели при использовании генетического алгоритма.

Усовершенствованы математические модели для диагностирования аналоговых систем управления электропривода в стационарных режимах работы, реализирующие упрощенную процедуру анализа уровней диагностических параметров и ускоренный поиск измерительного канала в цепи которого выявлено экстремальный уровень сигнала, что позволило сократить длительность одного цикла диагностирования. Усовершенствован метод синтеза структурных схем устройств диагностирования электрооборудования.

Разработанные математические модели позволяют повысить надежность работы аналоговых систем управления и электропривода в целом.

Доказана адекватность предложенных математических моделей.

Для синтеза цифровых частей структурных схем устройств диагностирования аналоговых систем управления электропривода применен метод синтеза на основе математического аппарата секвенций. В соответствии с которым построен граф функционирования блока подсчета и принятия решений устройства диагностирования аналоговых систем управления электропривода, выполнены и минимизированы секвенционные описания графов, которые позволяют непосредственно перейти к структурным схемам конкретных устройств.

Показано, что минимизированные выражения позволяют не только перейти к структурным схемам устройств, но и получить формализированные алгоритмы работы этих устройств в микропроцессорном исполнении. Такие алгоритмы содержат минимальное количество шагов и удобны для программирования промышленных цифровых контролеров, что позволяет получить готовый прибор уже на стадии процедуры синтеза.

Предложены технические реализации разработанных моделей в виде структур микропроцессорных устройств для диагностирования аналоговых систем управления электропривода. Разработаны алгоритмы работы для каждого из устройств.

Осуществлена оценка ошибок измерительных каналов устройства диагностирования аналоговых систем управления электропривода.

Разработанные подходы и математические модели прошли апробацию и внедрены на ГТОО «Юго-западная железная дорога» локомотивное депо Жмеринка и в учебный процесс Винницкого национального технического университета.

Ключевые слова: техническое диагностирование, математическая модель, система управления электропривода, электропривод.

Abstract

Babiy S. M. Technical diagnosis of electric drive analog control systems. - Manuscript.

Thesis on the receipt of candidate of technical sciences scientific degree in speciality 05.09.03 - Electrical complexes and systems. - Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia. - 2009.

Thesis is devoted to the matter of reliability level increasing of regulated electric drives due to the elements and structures improvement of their analog control systems.

The mathematical models for diagnostic of electric drive analog control systems on-stream and mathematical model for the estimation of operating conditions of the dynamic system in transient states are developed. The method of structure chart synthesis of devices for diagnosis of electrical equipment is improved. Microprocessor realization of devices for diagnosis of electric drive analog control systems and their operation algorithms are offered.

The developed approaches and mathematical models have passed approbation and are introduced on STPC «South-West Railway» locomotive depot of Zhmerinka and in educational process of Vinnytsia national technical university.

Keywords: technical diagnosis, mathematical model, electric drive control system, electric drive.

Размещено на Allbest.ru