Функції чутливості uij(t) визначаються як

?uij(t)/?t = ?nм=1(?Fi/?Iм)Huмi(t)+(?Fi/?Aj)H, uij(0) = 0. (51)

В матричній формі запису рівняння (18) будуть мати вигляд

I(t) = IH(t) + u(t)?a; ?u(t)/?t = ?F/?I ? u(t)+ ?F/?A; u(0) = 0. (52)

Номінальний рух IH(t) визначиться із рівняння

dIH(t)/dt = F(IH, AH, t), IH(0) = 0. (53)

У процесі спільного розв`язання рівнянь (19), (20) розраховується номінальний рух IH(t) і матриця чутливостей u(t) в множині точок t1, t2, …, tr. Далі, на основі отриманих даних про IH(t), u(t) і результатів спостережень I(t) в точках t1, t2, …, tr визначаються невідомі значення всіх компонент вектора а.

Використано квадратичний критерій якості ідентифікації

Q = ?rk=1[Ii(tk) - IiH(tk) - ?lj=1uij(tk)aj]2, (54)

і необхідну умову мінімуму Q

dQ/daм = 2?si=1 ?rk=1[Ii(tk)-IiH(tk)- ?lj=1uij(tk)aj] ? uiм(tk)=0; м = 1, 2, …, l,9 ,(55)

де s - кількість виміряних ДП, що забезпечують можливість знаходження всіх компонент вектора а із системи лінійних рівнянь

?3i=1?3j=1[?rk=1uij(tk)uiм(tk)]aj = ?5i=1?rk=1[Ii(tk) - IiH(tk)]uiм(tk), м = 1, 2, …, l. (56)

Реальні значення ДП розраховуються як A = AH + a. У [1] наведено аналітичні вирази відносно ДП, отримані з рівняння (23). Аналіз результатів роботи методу ідентифікації за допомогою функцій чутливості показує:

1. Ідентифікація проводиться досить швидко, оскільки в процесі ідентифікації необхідно проводити обчислення лише за формулами (23). Підрахунки IH(t), uH(t) здійснюються попередньо.

2. Залежності відносних похибок ідентифікації від відносних відхилень параметрів носять суттєво нелінійний характер. Це пояснюється мультимодальністю цільової функції ідентифікації і великою жорсткістю математичної моделі СЕМП.

3. Найменша похибка ідентифікації наявна при ідентифікації Lm (0.3%). Похибки ідентифікації Rr та Lr мають більші значення (40% та 10% відповідно).

Вдосконалено метод інваріантного поглиблення для ідентифікації ДП СЕМП. Для підвищення точності ідентифікації виведено рівняння похибки, яке дозволяє контролювати збіжність процесу ідентифікації (похибку оцінювання). Даний метод ідентифікації забезпечує збіжність і достатню точність для широкого діапазону початкових значень ДП ротора з використанням малого кроку дискретизації за часом, що сприяє підвищенню інструментальної складової достовірності діагностування СЕМП. Вважається, що проведені спостереження одної чи кількох компонент вектору стану І протягом часу Т, які вміщують похибки. Для цих спостережень і динамічних рівнянь процесу

dI/dT = g(I), (57)

де g - вектор правої частини рівнянь ДМ СЕМП.

Для проведення ідентифікації необхідно визначити: оптимальну оцінку стану в час t; поліпшення цієї оцінки в міру збільшення кількості спостережень.

Константи (ДП СЕМП) ai можна включити в розширений вектор стану. Фільтр розширеного вектору стану дає не тільки оптимальну оцінку вектору стану, а й оптимальну оцінку вектору а - основну мету ідентифікації. Розв'язується задача фільтрування, використовуючи ідеї інваріантного поглиблення. Визначимо вектор спостережень w та розширений вектор стану u:

w = [w1; w2; w3; w4]T = [iA; iB; iC; щr]T = ГI + з, (58)

u = [u1; u2; u3; u4; u5; u6; u7]T = [isб; isв; irб; irв; щr; Rr; Lr]T, (59)

du/dt = g(u, usб, usв), u, (60)

де Г - прямокутна матриця повного рангу; з - вектор похибок спостережень; іА, іВ, іС - струм в обмотках статора СЕМП; isб, isв, irб, irв - струм в обмотках статора і ротора в системі координат бв0.

На основі цих спостережень в інтервалі [0; T] визначається оптимальна оцінка вектору стану І при t=T така, щоб мінімізувати функцію квадратичної похибки f(I(T), T), задану у вигляді:

f(I(T), T) = ?T0(w-ГI, w-ГI)dt + (I(0)-b, -Л(I(0)-b)), (61)

де b - найкраща апріорна оцінка I(0); Л - невироджена матриця, яка встановлює міру впевненості у даній оцінці.

Мінімізація (26) досягається при розв'язанні диференціальних рівнянь оптимального нелінійного фільтру

de/dT = g(e) + Q(T)ГT(w - Гe); e(0) = b, (62)

а матриця коригуючих коефіцієнтів Q(T) задовольняє рівнянню

dQ/dT = gc(e)Q + QgcT(e) - QГTГQ; Q(0) = Л-1, (63)

де c=I(T); e = argmin f(c, T); gc(e) - якобіан g(e) по с; “Т” - знак транспонування. Задача ідентифікації зводиться до розв'язання системи із двох диференціальних рівнянь (27) і (28).

Виведено рівняння для похибки оптимального нелінійного фільтра (27). Позначимо через I = I - e похибку оцінки фільтра. Підставимо в рівняння (24) замість вектора спостережень w його вираз (25) і вирахуємо з рівняння (26) рівняння (27). Тоді похибка оцінки фільтра I має динаміку

dI/dT = -Q(T)ГТГI + g(I) - g(e) - Q(T)ГTз(T), (64)

з нульовою початковою умовою, оскільки . Лінеаризуючи вектор-функцію g в точці е в рівнянні (29), приходимо до виразу

dI/dT = - [Q(T)ГTГ - gc(e)]I - Q(T)ГTз(T), (65)

Загальний розв`язок рівняння (29) має вид:

I = ?0TX(T)X-1(S)Q(S)ГTз(S)dS, (66)

де X(T) - розв`язок рівняння

dX(T)/dT = - [Q(T)ГTГ - gc(e)]X(T). (67)

Таким чином, задача ідентифікації ДП з одночасним знаходженням похибки ідентифікації полягає у розв'язанні системи рівнянь (27), (28), (31), (32). Запропонований підхід до ідентифікації ДП за рахунок постійного контролю похибки оцінювання дозволяє при досягненні нормованого значення похибки зупинити процес ідентифікації, що суттєво зменшує час обчислень.

За аналізом результатів ідентифікації ДП роторного кола за допомогою методу функцій чутливості та методу інваріантного поглиблення, запропоновано алгоритм поетапного визначення ДП СЕМП [1].

Спочатку проводиться пуск СЕМП і в динамічному режимі вимірюються струми в обмотках статора, напруги на обмотках статора і кутова швидкість щrп(t). По закінченні перехідного процесу СЕМП вимикається і в процесі її самогальмування проводяться вимірювання кутової швидкості щrг(t). Після повної зупинки СЕМП проводиться визначення моменту інерції ротору J і моменту механічних втрат M0(щr).

Після визначення J і M0(щr) проводиться ідентифікація Rr, Lr i Lm за допомогою функцій чутливості. Ідентифікований параметр Lm приймається як знайдений, а ідентифіковані параметри Rr, Lr приймаються як початкова оцінка для їх подальшої ідентифікації за методом інваріантного поглиблення.

Після ідентифікації проводяться фільтрація і диференціювання кутової швидкості щrп(t) і визначення: електромагнітної динамічної механічної характеристики; динамічної механічної характеристики; втрат в обмотках статора і ротора; електромагнітної потужності; потужності в обмотках статора; потужності, що передана на ротор; коефіцієнта корисної дії; параметрів дисбалансу ротора.

Запропоновано метод частотних відліків для визначення залежності M0(щr). Даний метод на відміну від існуючих дозволяє вилучити систематичну складову похибки з результату вимірювання M0(щr), що значно підвищує точність вимірювань та дозволяє підвищити інструментальну складову достовірності діагностування СЕМП. В режимі самогальмування кутова швидкість знаходиться із розв'язку диференціального рівняння руху ротора

J ? dщr/dt = -M0(щr). (68)

Для опису залежності моменту сил опору від параметрів руху використані такі моделі:

1. В обмеженому діапазоні кутових швидкостей вважається, що момент опору лінійно пов'язаний з кутовою швидкістю

M0(щr) = a ? щr, (69)

де а - тангенс кута нахилу усередненої характеристики опору.

2. При лінійній апроксимації ділянки характеристики M0(щr) поблизу робочої кутової швидкості щном в лінійній моделі враховується також постійна складова моменту опору Mconst

M0(щr) = Mconst + a ? (щr - щном). (70)

3. У широкому діапазоні зміни кутових швидкостей момент опору пов'язаний з кутовою швидкістю залежністю, наближеною до квадратичної

M0(щr) = b ? щr2. (71)

4. Узагальнена модель самогальмування

M0(щr ) = Mп + (Mном - Мп) ? (щr /щном)n, (72)

де n - показник, що залежить від конструкції механізму; n=1..2.

Залежно від обраної моделі, проводиться обчислення моменту інерції за результатами вимірювання кутової швидкості в режимі самогальмування (t=tmin…tmax):

1. Лінійна: J = at/ln(щном/щr(t)).

2. Лінеаризована поблизу робочої точки: J = at/ln(щr(t)-щ0)?a/Mconst+1).

3. Квадратична: J = щr(t)?b?t/(1-щr(t)/щном).

4. Узагальнена (n=1): J = (Mном - Мп)?t/ln(Мном/(Мном - Мп)?щr(t)/щном + Мп)).

5. Узагальнена (n=2):

, (73)

Запропоновано метод фазових зсувів для вимірювання добротності обмоток. Даний метод на відміну від існуючих, дозволяє визначати добротність обмоток окремо від добротності магнітопроводу, що сприяє підвищенню інструментальної складової достовірності діагностування СЕМП.

Вдосконалено метод функцій чутливості для ідентифікації ДП обмоток СЕМП, що дає змогу суттєво скоротити об'єм обчислень при визначенні цих ДП.

Четвертий розділ присвячено оцінюванню метрологічних характеристик ВП ДП та визначенню достовірності діагностування. Отримав подальшого розвитку підхід до визначення статичних метрологічних характеристик за допомогою розкладання функції ВП в ряд Тейлора для опосередкованих вимірювань, що дозволило узагальнити отримання аналітичних залежностей для визначення таких основних статичних метрологічних характеристик: номінальний коефіцієнт ВП (чутливість вихідного параметра ВП по інформативному вхідному параметру); зміна чутливості по діапазону ВП; коефіцієнти впливу впливних величин на вихідний параметр ВП; коефіцієнти впливу впливних величин на номінальну чутливість ВП; абсолютна похибка нелінійності номінальної функції ВП; відносна похибка нелінійності номінальної функції ВП; абсолютна мультиплікативна похибка ВП; абсолютна адитивна похибка ВП.

Приклад визначення статичних метрологічних характеристик засобу ВП моменту інерції ротора СЕМП в обмеженому діапазоні кутових швидкостей при самогальмуванні ротора, де момент опору M0 лінійно пов'язаний з кутовою швидкістю щr: M0 = a? щr (38).

При використанні фотоелектричного сенсора і частотоміра миттєвих значень рівняння (38) набуває остаточного вигляду

J(t) = at/ln(N(t)/Nном), (74)

де N(t) - кількість імпульсів на вході в лічильник в момент часу t; Nном - кількість імпульсів на вході в лічильник при номінальній кутовій швидкості.

Для спрощення рівняння (43) введемо коефіцієнт k(t) = N(t)/Nном. В динамічному режимі роботи засобу вимірювань N(t) = +?…Nном, тобто k(t)=+ ?…1. Тоді рівняння (43) запишеться

J(t) = at/ln(k(t)). (75)

Для статичного режиму роботи засобу вимірювань (t=t*) момент інерції визначається

J = at*/ln(k*). (76)

Рівнянню (45) відповідає схема ВП, наведена на рис. 5 (x[k*, t*], f [a], J = f(k*, t*, a)).

Розклавши (45) в ряд Тейлора в точці Ф = (kн, tн, aн), матимемо

J=J(Ф)+?J/?k*?(k*-kH)+?J/?t*?(t*-tH)+?J/?a|Ф?(a-aH)+?2J/(2?k*2)|Ф?(k*-kH)2+?2J/(2?k*?a)|Ф?(k*-kH)(a-aH)+?2J/(2?t*?a)|Ф(t*-tH)(a-aH)+?2J/(2?t*2)|Ф(t*-tH)2+?2J/(2?a2)|Ф(a-aH)2+?J/(2?k*?t*)|Ф(k*-kH) (t*-tH)+… (77)

Приймемо такі позначення: Sk=?J/?k*|Ф - номінальний коефіцієнт ВП або чутливість J по k*; St=?J/?t*|Ф - номінальний коефіцієнт ВП або чутливість J по t*; S'k=?2J/(2?k2*)|Ф - зміна чутливості Sk у діапазоні ВП; S't=?2J/(2?t2*)|Ф - зміна чутливості St у діапазоні ВП; г=?2J/(2?k*?t*)|Ф - коефіцієнт спільного впливу параметрів k* і t* на швидкість зміни J; в=?J/?a|Ф, в'=?2J/(2?a2)|Ф - коефіцієнти впливу а на вихідний параметр J; бk=?2J/(2?k*?a)|Ф - коефіцієнт впливу а на номінальну чутливість Sk; бt=?2J/(2?t*?a)|Ф - коефіцієнт впливу а на номінальну чутливість St.

Із врахуванням прийнятих позначень рівняння (46) записується у вигляді

J = J(Ф)+Sk?(k*-kH)+St?(t*-tH)+Sk'(k*-kH)2+St'(t*-tH)2+г(k*-kH)(t*-tH)+бk(k*-k)(a-aH)+бt(t*-tH)(a-aH)+вk(a-aH)+вk'(a-aH)2+ (78)

J = J(Ф)+Sk?(k*-kH)+St?(t*-tH)+Sk'(k*-kH)2+St'(t*-tH)2+г(k*-kH)(t*-tH)=

aHtH/ln(kH)-aHtH(k*-kH)/(ln2(kH)kH)+aH(t*-tH)/ln(kH)+aH(t*-tH)/ln(kH)+ aHtH[1/ln(kH)+1/2]/( ln2(kH)kH2)?(k*-kH)2-aH(k*-kH) (t*-tH)/(2ln2(kH)kH) - номінальна функція ВП; (79)

ДJH=aHtH[1/ln(kH)+1/2](k*-kH)2/(ln2(kH)kH2)-aH(k*-kH)(t*-tH)/(2ln2(kH)kH) - абсолютна похибка нелінійності номінальної функції ВП; дH=ДJH/(Sk(k*-kH)+St(t*-tH))=ДJH/(-aHtH(k*-kH)/ln2(kH)kH+aH(t*-tH)/ln(kH))=(tH(k*-kH)2/ln(kH)kH2?[1/ln(kH)+0.5]-(k*-kH)(t*-tH)/(2ln(kH)kH))/(-tH/ (ln(kH)kH)?(k*-kH)+(t*-tH)) - відносна похибка нелінійності номінальної функції ВП; (80)

ДJM=бk(k*-kH)(a-aH)+бt(t*-tH)(a-aH)=-tH(k*-kH)(a-aH)/(2ln2(kH)kH)+(t*-tH)(a-aH)/(2ln(kH)) - абсолютна мультиплікативна похибка ВП за рахунок зміни a; ДJa = в(a-aH)+в'(a-aH)2=tH(a-aH)/ln(kH) - абсолютна адитивна похибка ВП за рахунок зміни а. (81)

З використанням даного підходу визначено також статичні метрологічні характеристики ВП таких ДП СЕМП: крутного моменту, добротності обмоток, ковзання. Отримані результати дозволяють побудувати ВК даних ДП з нормованими метрологічними характеристиками і, відповідно, з нормованою інструментальною складовою достовірності діагностування.

Отримано аналітичні залежності для визначення перехідної та імпульсної характеристик у ВК моменту, що дозволяє аналізувати перехідні процеси у ВК моменту. Встановлено, що у ВК моменту виникає перехідний процес, тривалість якого досягає 1 сек. Показано, що найкращим способом нормування динамічних характеристик ВК моменту є вказання тривалості перехідного процесу, що дозволяє підвищити інструментальну складову достовірності діагностування за даним ДП.

Для оцінювання динамічних метрологічних характеристик ВК ковзання запропоновано використати лінеаризовану математичну модель у вигляді диференційного рівняння другого порядку, що суттєво спрощує методику їх знаходження та дозволяє нормувати метрологічні характеристики ВК ковзання та інструментальну складову достовірності діагностування за даним ДП.

Для визначення помилок першого та другого роду в ІВС ТД СЕМП запропоновано використати функцію Іордана, за допомогою якої можна описати практично всі симетричні закони розподілу. У відомих методиках визначення цих помилок використовується лише нормальний закон розподілу, що значно звужує сферу використання цих методик. Використання функції Іордана дозволяє узагальнити методику отримання помилок, необхідної точності вимірювань ДП та достовірності діагностування. На рис. 7 показано приклад моделювання за допомогою функції Іордана законів розподілу ДП СЕМП (?=20) та його похибки вимірювання (?=2.95). На рис. 8 наведено розрахунок помилок, інструментальної складової достовірності діагностування в функції заданої похибки вимірювань.

Запропоновані методи визначення ДП у поєднанні із моделями інструментальної складової достовірності діагностування в функції похибки вимірювань дозволяють нормувати інструментальну складову достовірності діагностування шляхом оптимізації метрологічних характеристик ВК.

У п'ятому розділі наведені рекомендації щодо проектування ІВС ТД СЕМП та проведено експериментальні дослідження.

Розроблено ВК кутової швидкості СЕМП та алгоритм його роботи для вимірювань як в динамічному, так і в усталеному режимах. Даний алгоритм також використовує у своєму складі автоматичне слідкування за похибкою квантування, що дозволяє нормувати інструментальну складову достовірності діагностування. За допомогою даного алгоритму може бути реалізовано також ВП інших ДП СЕМП (момент інерції, момент механічних втрат, параметри дисбалансу ротора та інш.), тому він є основним у ІВС ТД СЕМП.

Розроблено ВК ковзання та алгоритм його роботи. Особливість запропонованого алгоритму - нормування похибок квантування при вимірюванні ковзання.

Розроблено автоматизовану ІВС ТД СЕМП (рис. 9) та алгоритм його роботи, яка містить ВК кутової швидкості, моменту, струму та напруги в мережі живлення, та на відміну від існуючих дозволяє визначати більшість ДП СЕМП. ІВС ТД СЕМП вміщує трифазне регульоване джерело живлення, яке через сенсори струму підключено до електричних контактів СЕМП, що діагностується. До електричних контактів СЕМП, також підключені силові входи блоку вимірювання напруги. Електромагнітна муфта складається з рухомої та нерухомої частин. Рухома частина електромагнітної муфти закріплена на допоміжному валу, нерухома - встановлена з можливістю обертання в підшипнику, що закріплений на станині. Рухома частина електромагнітної муфти з'єднана з сенсором сили (моменту) за допомогою механічного ричагу. На станині закріплені підшипники, в яких з можливістю обертання встановлений допоміжний вал, який з'єднаний з валом СЕМП, за допомогою МС. Допоміжний вал змонтований з можливістю обертання всередині нерухомої частини електромагнітної муфти і з'єднаний з валом сенсора кутової швидкості.

Виходи блоків вимірювання напруг і струмів, сенсорів моменту та кутової швидкості підключені до мікроконтролерної системи MCU. Мікроконтролер також керує регульованим джерелом живлення та через цифро-аналоговий перетворювач ЦАП - блоком керування електромагнітною муфтою. Мікроконтролер також підключений через інтерфейс RS-232C до персонального комп'ютера. ІВС ТД СЕМП проводить вимірювання та регістрацію характеристик СЕМП у такій послідовності:

1. Вимірювання в динамічному режимі кутової швидкості, миттєвих значень струмів та напруг, запам'ятовування цих значень в ЕОМ.

2. Після переходу СЕМП в усталений режим роботи проводиться дослід холостого ходу, в якому вимірюються миттєві значення напруг та струмів, запам'ятовування цих значень в ЕОМ.

3. Здійснюється дослід самогальмування СЕМП, в якому визначаються момент інерції та момент механічних втрат.

4. За допомогою керування електромагнітною муфтою здіснюється вимірювання пускового моменту в функції кутового положення ротора. Визначається мінімальний пусковий момент і відповідний йому кут повороту ротора.

5. Ротор СЕМП встановлюється в кутове положення, що відповідає мінімальному пусковому моменту. Здійснюється дослід короткого замикання з вимірюванням миттєвих значень струмів та напруг у всіх обмотках статору.

6. Здійснюється обробка результатів вимірювань (ідентифікація ДП, діагностування СЕМП).

Здійснено метрологічну атестацію ВК частоти, що є основною складовою засобу вимірювання кутової швидкості СЕМП, застосувавши при цьому метод зразкових сигналів. Запропоновано структурну схему мікропроцесорного задавача кутової швидкості з використанням двигуна постійного струму. Експериментальні дослідження дозволили: визначити основні метрологічні характеристики засобу вимірювального перетворення кутової швидкості; розрахувати імовірності помилок першого і другого роду, інструментальну складову достовірності діагностування за даним ДП. Проведено експериментальні дослідження ВК моменту інерції, застосувавши при цьому метод зразкових мір, за допомогою задавача взірцевого моменту інерції, виконаного у вигляді тіла обертання (зразкова міра моменту інерції). При цьому вимірювання моменту інерції виконані як опосередковані, через виміряні значення кутової швидкості. Розраховано імовірності помилок першого і другого роду, інструментальну складову достовірності діагностування за даним ДП (табл. 4).

Проведено експериментальні дослідження ВК добротності обмоток СЕМП, що підтвердили добру збіжність теоретичних і експериментальних результатів. Розраховано імовірності помилок першого і другого роду, інструментальну складову достовірності діагностування за даним ДП (табл. 5).

Отримано експериментальну статичну характеристику ВК крутного моменту. Показано, що в результатах вимірювань присутні адитивна і мультиплікативна складові похибок. Розраховано імовірності помилок першого і другого роду, інструментальну складову достовірності діагностування за даним ДП (табл. 6).

ВИСНОВКИ

На основі виконаних автором досліджень започатковано нові та розвинуто відомі теоретичні, метрологічні, інженерно-технічні основи побудови ІВС технічного діагностування СЕМП та вимірювального перетворення діагностичних параметрів, завдяки чому вирішена науково-прикладна проблема, яка має важливе економічне значення і полягає у розробці концептуальних засад і науково обґрунтованих методів підвищення рівня достовірності діагностування на всіх етапах життєвого циклу СЕМП з комплексною зміною ДП при виникненні несправності.

В теоретичному аспекті розвинуто засади технічного діагностування СЕМП, методи вимірювального перетворення діагностичних параметрів, що включають: ієрархічну структуру СЕМП як об'єкту діагностування; показники технічного стану СЕМП, розбиті на функціональні групи; єдині правила формування показників технічного стану, які дозволили евристично синтезувати загальну функцію ТС СЕМП; показники ДП, що визначаються за допомогою функції Іордана; метод логічних функцій для діагностування СЕМП; метод діагностування СЕМП на основі автоматичного класифікатора на базі нечітких множин; метод вейвет-діагностування; методи вимірювального перетворення основних діагностичних параметрів СЕМП.

В метрологічному аспекті запропоновано підхід до визначення статичних метрологічних характеристик за допомогою розкладання функції вимірювального перетворення в ряд Тейлора для опосередкованих вимірювань, що дозволило узагальнити методику отримання аналітичних залежностей для оцінки основних статичних метрологічних характеристик ВК ІВС ТД СЕМП; отримано аналітичні залежності метрологічних характеристик для вимірювального перетворення основних ДП; розглянуто питання визначення необхідної точності вимірювань ДП, в якій для визначення помилок першого і другого роду запропоновано використати функцію Іордана (як апроксимуюча функція законів розподілу); розв'язано задачу математичного, алгоритмічного і апаратного забезпечення автоматизованого здійснення метрологічної атестації і повірки ВК кутової швидкості.

В інженерно-технічному аспекті розроблено нові алгоритми, структурні, функціональні схеми ВК основних ДП, ІВС ТД СЕМП. Розроблено пакети прикладних програм для ідентифікації внутрішніх ДП СЕМП, які неможливо виміряти безпосередньо.

При цьому експериментальні дослідження, що виконано на базі метрологічно атестованих засобів, дозволили підтвердити коректність постановки задачі і математичних методів, використаних при доведенні основних наукових положень, порівняти результати, отримані за допомогою методів, викладених у роботі з відомими раніше, співставити результати математичного і фізичного моделювання.

Отже, основні наукові та прикладні результати роботи є такі:

1. Проаналізовано відомі методи, ІВС ТД СЕМП та вимірювального перетворення ДП, теоретичні підходи, що покладені в основу їх побудови. Встановлено, що на сучасному етапі розвитку теорії і техніки актуальним і перспективним є створення нових методів і засобів ТД СЕМП з підвищеною достовірністю діагностування, які засновані на формуванні комплексних діагностичних ознак, сучасних представленнях і методах обробки даних, сучасних комп'ютерних технологіях.

2. Розвинуті теоретичні засади технічного діагностування СЕМП на основі ієрархічної моделі показників технічного стану СЕМП.

Ієрархічна побудова показників технічного стану дозволяє звести задачу оцінки ТС СЕМП при діагностуванні до визначення впливу певних параметрів СЕМП на узагальнений показник технічного стану при випробовуваннях.

Визначено єдині правила формування показників ТС, що дозволило створити загальну функцію технічного стану СЕМП. Показники ДП СЕМП визначаються за допомогою функції Іордана, що дозволяє формалізувати основні вимоги до них та суттєво підвищити загальну ефективність діагностування СЕМП, проводити їх сортування за категоріями якості, прогнозувати вплив технологічного процесу на якість виготовлення СЕМП.

Запропоновано метод логічних функцій для ТД СЕМП. У порівнянні з відомими методами, даний метод забезпечує підвищення методичної складової достовірності діагностування за рахунок використання комплексних ознак на множині результатів вимірювань та таблиці станів СЕМП.

Запропоновано метод діагностування на основі системи нечіткого логічного висновку Сугено. Виграш, що забезпечується даним методом, досягається завдяки врахуванню вагової інформативності кожного показника технічного стану, який входить в комплексний, що дає змогу визначити вагу поставленого діагнозу. Метод сприяє як зниженню ймовірності пропуску дефекту, так і помилкового його виявлення.

Запропоновано метод вейвлет-діагностування СЕМП на основі дискретних вейвлетів Добеші 4-го порядку, який на відміну від існуючих, не потребує формування великих баз знань про можливі стани СЕМП та дозволяє використати неперервні показники ДП. Можливість неперервного задання показників дозволяє класифікувати СЕМП за категоріями якості та проводити прогнозування зміни технічного стану СЕМП. Запропонований метод може бути узагальнений на вейвлет-діагностування складних технічних об'єктів.

3. Розроблено методи вимірювального перетворення основних ДП СЕМП.

Вдосконалено методи ідентифікації ДП СЕМП з використанням функцій чутливості та інваріантного поглиблення, які забезпечують збіжність і достатню точність для широкого діапазону початкових значень ДП.

Дістали подальший розвиток методи вимірювального перетворення моментних характеристик СЕМП, які на відміну від існуючих мають вищу точність за рахунок виключення операції диференціювання значень кутової швидкості та врахування залежності моменту опору від кутової швидкості, а саме:

Дістав подальшого розвитку метод фазових зсувів для вимірювального перетворення ДП обмоток СЕМП. Даний метод дозволяє визначати добротність обмоток та відносну кількість короткозамкнених витків в обмотках СЕМП. Метод характеризується підвищеною чутливістю до дефектів в обмотках, і сприяє підвищенню інструментальної складової достовірності діагностування обмоток СЕМП, тому його застосування виправдане для виявлення дефектів, що зароджуються.

4. Розроблено ВК кутової швидкості, ковзання та алгоритми їх роботи.

При побудові алгоритму вимірювання частоти використане попереднє поділення частоти квантування за допомогою попереднього подільника таймера/лічильника мікроконтролера. Це дозволяє проводити неперервне спостереження за похибкою квантування та нормувати її у всьому діапазоні зміни кутової швидкості. Розроблений ВК кутової швидкості СЕМП дозволяє проводити вимірювання як в динамічному, так і в усталеному режимах їх роботи. Він також використовує у своєму складі автоматичне слідкування за похибкою квантування, що дозволяє нормувати інструментальну складову достовірності діагностування.

За допомогою даного ВК реалізується також вимірювальне перетворення інших ДП СЕМП (моменту інерції, моменту механічних втрат, механічної характеристики, параметрів дисбалансу ротора та інш.).

Розроблено структурну схему та алгоритм автоматизованої ІВС ТД СЕМП, яка містить ВК кутової швидкості, моменту, струму та напруги в мережі живлення.

5. Проведено експериментальні дослідження засобів вимірювального перетворення ДП СЕМП, що підтвердили добру збіжність теоретичних і експериментальних результатів. Розраховано імовірності помилок першого і другого роду, достовірність діагностування.

6. На основі теоретичних та експериментальних досліджень практично реалізовано та впроваджено зразки ІВС ТД СЕМП для підприємств промисловості України, впровадження яких підтвердило ефективність запропонованих методів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кучерук В.Ю. Елементи теорії побудови систем технічного діагностування електромоторів. Монографія. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2003. - 195 с.

2. Пристрої вимірювання та контролю характеристик електричних машин з газомагнітним підвісом/ Поджаренко В.О., Кулаков П.І., Кучерук В.Ю. та інші. Монографія. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2004. - 154 с.

3. Кучерук В.Ю. Огляд методів математичного моделювання електричних машин // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1999.-№2.- С. 17-23.

4. Кучерук В.Ю. Спосіб визначення моменту опору електричних машин та пристрій для його реалізації //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1999.-№3.- С. 49-52.

5. Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю., Поджаренко А.В. Аналіз динамічних властивостей тахометричних перетворювачів // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. Частина 1. - Київ, 2000.-С.103-107.

6. Кучерук В.Ю., Поджаренко А.В., Селезньова Р.В. Ідентифікація внутрішніх параметрів обмоток електричних машин за допомогою теорії чутливості // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Серія "Автоматика, вимірювання та керування". - 2000. - №389. - С. 72-81.

7. Кучерук В.Ю. Класифікація та аналіз методів оцінки стану електричних машин // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1999.-№4.-С. 56-62.

8. Кучерук В.Ю., Кухарчук В.В., Дудикевич В.Б., Поджаренко А.В. Методологія побудови засобів вимірювання моменту інерції роторів електричних машин // Проблеми створення нових машин і технологій. Наукові праці Кремен-чуцького державного політехнічного інституту.- Випуск 1/2000 (8). - С. 113-118.

9. Кучерук В.Ю. Ідентифікація внутрішніх параметрів роторного кола асинхронних машин за допомогою теорії чутливості // Вісник Вінницького політехнічного інституту.-2000.-№4.-С. 5-10.

10. Кучерук В.Ю. Контроль якості асинхронних двигунів при їх випробовуваннях // Автоматизація виробничих процесів. - № 2 (11) . - 2000. - С. 41-45.

11. Кучерук В.Ю., Поджаренко В.О., Кухарчук В.В., Кулаков П.І. Про доцільність контролю обмоток електричних машин за величиною добротності // Вісник Вінницького політехнічного інституту.-2001.-№2.-С. 13-17.

12. Васілевський О.М., Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю. Метод функцій чутливості для формування діагностичних ознак технічного стану електромеханічних систем // Відбір та обробка інформації.- Випуск 21(97).- 2004.-С. 33-39.

13. Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю., Поджаренко В.О., Білинська М.Й. Оцінка статичних метрологічних характеристик вимірювального каналу зусилля // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія “Обчислювальна техніка та автоматизація”. - Випуск 25. - Донецьк: ДонДТУ. - 2001.- С. 260-268.

14. Кучерук В.Ю., Поджаренко В.О., Кухарчук В.В. Оцінка статичних метрологічних характеристик вимірювального перетворення добротності // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.- №4. - 2000. - С. 51-54.

15. В.В.Кухарчук, В.Ю.Кучерук, В.О.Поджаренко Оцінка статичних метрологічних характеристик опосередкованих вимірювань // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Серія "Автоматика, вимірювання та керування". - 2001. - №420. - С. 37-45.

16. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, В.В.Кухарчук, О.П.Войтович, В.М. Севастьянов Визначення вимог до точності вимірювань в системах технічної діагностики // Вимірювальна техніка та метрологія. - №58. - 2001.-С. 138-147.

17. Кучерук В.Ю. Прогнозування якості технологічного процесу при виробництві та технічній діагностиці асинхронних двигунів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. -№1.-2001.-С. 91-95.

18. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович, В.М.Севастьянов Точність вимірювань в системах технічної діагностики // Вісник Вінницького політехнічного інституту.-2001.-№6.-С. 41-45.

19. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович Принципи побудови системи діагностування стану електричних машин за допомогою нечітких алгоритмів // Вісник Технологічного університету Поділля. - №3. - Том 2. - 2002. - С. 41-45.

20. Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю. Оцінка метрологічних характеристик вимірювального каналу ковзання асинхронних машин // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Випуск 1/2002 (12) . - С. 286-291.

21. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, І.М.Демідов Ідентифікація роторних параметрів асинхронних машин за допомогою методу інваріантного поглиблення // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія “Обчислювальна техніка та автоматизація”. - Випуск 38. - Донецьк: ДонДТУ. - 2002.-С. 92-96.

22. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович, А.В.Поджаренко Дослідження характеристик сенсора кутової швидкості // Вісник Технологічного університету Поділля.- №3.- Том 2.- 2003.- C. 129-133.

23. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович Вейвлет-діагностування електричних машин // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - №2. - 2004.-С. 5-11.

24. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович Контроль якості електромоторів під час їх випробовувань // Вісник Вінницького політехнічного інституту.-2003.-№4.-С. 5-11.

25. Патент 20165А України, МПК G 01 R 31/34. Автоматизована система для випробування асинхронних двигунів/ Поджаренко В.О., Присяжнюк В.В., Кучерук В.Ю. (Україна) - №96124681; Заявлено 17.12.96; Опубл. 25.12.97, Бюл. №6.-7с.

26. Патент 42988А України, МПК G 01 M 1/10. Спосіб визначення приведеного моменту інерції механізму/ Кучерук В.Ю., Кухарчук В.В., Кулаков П.І., Поджаренко А.В. (Україна) - №200105964; Заявлено 23.10.2000; Опубл. 15.11.2001, Бюл. №10.-7с.

27. Патент 57333А України, МПК G 01 P 3/44. Сенсор кутової швидкості /Поджаренко В.О., Кулаков П.І., Кучерук В.Ю., Войтович О.П. (Україна) - №200105964; Заявлено 23.08.2002; Опубл. 16.06.2003, Бюл. №6.-6с.

28. Патент 71265А України, МПК G 01 P 21/00. Установка для перевірки тахометрів /Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю., Севастьянов В.М., Войтович О.П. (Україна) - №2003121553; Заявлено 15.12.2003; Опубл. 15.11.2004, Бюл. №11.-3с.

АНОТАЦІЯ

Кучерук В.Ю. Розвиток теорії та принципів побудови інформаційно-вимірювальних систем технічного діагностування силових електромеханічних перетворювачів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.16 - інформаційно-вимірювальні системи. - Вінницький національний технічний університет, м. Вінниця, 2005.

У дисертації започатковано нові та розвинуто відомі теоретичні, метрологічні, інженерно-технічні основи побудови інформаційно-вимірювальних систем технічного діагностування силових електромеханічних перетворювачів (СЕМП) та вимірювального перетворення діагностичних параметрів. Запропоновані нові методи діагностування, що забезпечують підвищення достовірності діагностування на всіх етапах життєвого циклу СЕМП з комплексною зміною діагностичних параметрів при виникненні несправності.

Зроблено аналіз складових похибок вимірювань діагностичних параметрів, які істотно впливають на достовірність діагностування. Зроблено обгрунтування структури, параметрів і керуючих алгоритмів вимірювальних каналів інформаційно-вимірювальних систем технічного діагностування СЕМП і запропоновані варіанти для їх реалізації.

Експериментальні дослідження, що виконано на базі метрологічно атестованих засобів, дозволили підтвердити адекватність розробленої теорії й ефективність запропонованих методів.

Ключові слова: методи і системи діагностування, електромеханічний перетворювач, діагностична модель, достовірність діагностування, похибки вимірювальних перетворень.

Кучерук В.Ю. Развитие теории и принципов построения информационно-измерительных систем технического диагностирования силовых электромеханических преобразователей. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.11.16 - информационно-измерительные системы. - Винницкий национальный технический университет, г. Винница, 2005.

В диссертации основаны новые и развиты известные теоретические, метрологические, инженерно-технические основы построения информационно-измерительных систем технического диагностирования силовых электромеханических преобразователей (СЭМП) и измерительного преобразования диагностических параметров.

Предложены иерархические структуры показателей технического состояния. Определены единые правила формирования интегрального показателя технического состояния, что позволило эвристически синтезировать обобщенную функцию технического состояния СЭМП. Предложена процедура оценивания интегрального технического состояния СЭМП, которая в отличие от существующих, позволяет проводить прогнозирование изменений технического состояния СЭМП на этапе эксплуатации.

Разроботаны методы диагностирования СЭМП, которые в отличие от существующих используют комплексные диагностические признаки, полученные в четырех режимах испытаний (испытания обмоток, динамический режим, режим холостого хода, режим короткого замыкания), и обеспечивают потенциальное повышение методической составляющей диагностирования за счет использования более полной диагностической информации, что содержится в результатах измерений, а именно:

- Метод логический функций для диагностирования СЭМП на основы таблицы диагнозов.

- Метод диагностирования на основе системы нечеткого логического вывода Сугено.

- Метод вейвлет-диагностирования СЭМП на основе дискретных вейвлетов Добеши 4-го порядка.

Усовершенствованы методы идентификации диагностических параметров СЭМП с использованием функций чувствительности и инвариантного углубления, что обеспечивают сходимость и точность для широкого диапазона начальных значених диагностических параметров.

Нашли дальнейшее развитие методы измерительного преобразования моментных диагностических параметров СЭМП, а именно:

- Метод кутовых отсчетов для определения зависимости момента механических потерь от угловой скорости.

- Метод самоторможения для измерения момента инерции ротора СЭМП.

Дальнейшее развитие получил метод фазовых сдвигов для измерительного преобразования диагностических параметров обмоток СЭМП.

Сделан анализ составляющих погрешностей измерений диагностических параметров, которые существенно влияют на достоверность диагностирования. Сделано обоснование структуры, параметров и управляющих алгоритмов измерительных каналов информационно-измерительных систем технической диагностики СЭМП и предложены варианты для их реализации.

Экспериментальные исследования, что выполнены на основе метрологически аттестованных средств, позволили подтвердить адекватность разработанной теории и эффективность предложенных методов.

Ключевые слова: методы и системы диагностики, електромеханический преобразователь, диагностическая модель, достоверность диагностирования, погрешности измерительных преобразований.

Kucheruk V.Yu. Development of the Theory and Constructions Principles of Information-Measuring Test Systems of Force Electromechanical Converters. - Manuscript.

Thesis for a doctor degree on the speciality 05.11.16 - Information-Measuring Systems. - Vinnytsia National Technical University, Vinnytsia, 2005.

Thesis presents the new as well as the developed theoretic, metrologic, engineering and technical principles for construction of information-measuring systems for diagnosing the force electromechanical converters (FEC) and measuring transformation of diagnostic parameters. The had been suggested new methods for diagnosing parameters improvement when failure occurs.

There had been analyzed the measurement errors components, which essentially influence the reliability of diagnosing. The substantiation of structure is made, parameters and managing algorithms of measuring channels of informational-measuring test systems of FEMC and variants for their realization are offered.

Experimental researches that are executed on a basis metrological certificated means, have allowed to confirm adequacy of the developed theory and efficiency of the offered methods.

Key words: methods and systems of diagnostics, electromechanical converter, diagnostic model, reliability of diagnosing, measuring error of transformations.

Підписано до друку 26.11.2005р. Формат 29,7 х 42ј.

Наклад 100 прим. Зам. №2005-194.

Віддруковано в комп'ютерному інформаційно-видавничому центрі

Вінницького національного технічного університету

м. Вінниця, Хмельницьке шосе, 95. Тел.: 58-01-39

Размещено на Allbest.ru

...