Комп’ютерно-вимірювальна система та її компоненти для оцінювання моменту інерції роторних систем - Автореферат

В таких режимах роботи змінюється динамічний момент електроприводів, який залежить як від кутового прискорення роторної системи, так і від моменту інерції. Так, наприклад, інформація про точні значення моменту інерції роторної системи під час її проектування і експлуатації дозволяє, визначивши інерційні властивості такої системи, скорегувати динамічні характеристики та оптимізувати режими роботи, що приводить до зменшення енергоспоживання. Розробити нові та вдосконалити існуючі методи та засоби вимірювального перетворення моменту інерції роторних систем. Розробити програмно-апаратне та метрологічне забезпечення компютерно-вимірювальної системи (КВС) моменту інерції роторної системи. Наукова новизна результатів роботи полягає в обґрунтуванні та розробці методів вимірювання моменту інерції тіл обертання роторних систем на основі інформації тахометричних перетворювачів; у розробці та дослідження метрологічних моделей КВС моменту інерції та синтезі структур її компонентів.На основі результатів розвязку досліджено процес виникнення крутильних коливань ротору та отримано аналітичний вираз, що звязує його момент інерції з амплітудою крутильних коливань. Вираз (4) дає змогу реалізувати спосіб вимірювального контролю моменту інерції ротора, заснований на вимірюванні амплітуди крутильних коливань, який має більш високу швидкодію у порівнянні з відомими. У третьому розділі розроблено методи вимірювання моменту інерції ротних систем, що побудовані на основі функції кута повороту в режимі самогальмування, на основі залежності моменту опору від кутової швидкості, емпірико-теоретичний метод вимірювання моменту інерції тіл обертання, а також досліджено статичні та динамічні метрологічні характеристики тахометричного перетворювача, що використовується для вимірювання моменту інерції в КВС. Розроблений метод вимірювання моменту інерції ротних систем, що побудований на основі функції кута повороту в режимі самогальмування відрізняється тим, що він дозволяє підвищити точність вимірювання моменту інерції в 3-5 раз за рахунок переходу від неточного цифрового диференціювання до рівняння вигляду: IMG_573a677d-b433-4571-bf6b-04b323c39266 , (5) де ?ном - робоча кутова швидкість обертання ротора; J - момент інерції ротора; а - тангенс кута нахилу усередненої характеристики моменту опору; Мном - момент опору поблизу робочої кутової швидкості; t - час. Значення моменту інерції J усереднюються на проміжку часу, що розглядається і кутова швидкість ?r(t) перераховується в кут повороту ротора ?г(t) і знаходяться J(?г).На основі виконаних автором досліджень започатковані нові та розвинуто відомі теоретичні, метрологічні, інженерно-технічні основи побудови КВС моменту інерції РС та вимірювального перетворення кутової швидкості. Одержано рівняння для визначення моменту інерції РС за кутовою швидкістю. Розроблено ряд методів вимірювання моменту інерції ОВ на основі використання ТВП. Порівняльний аналіз запропонованих методів показує, що для визначення моменту інерції РС необхідно здійснювати цифрове диференціювання, що призводить до великих похибок (>1%). Розроблено новий метод вимірювання моменту інерції РС, що базується на вимірюванні коливань кутової швидкості, який має більш високу точність через відсутність цифрового диференціювання.

Основний зміст роботи

На основі виконаних автором досліджень започатковані нові та розвинуто відомі теоретичні, метрологічні, інженерно-технічні основи побудови КВС моменту інерції РС та вимірювального перетворення кутової швидкості.

В теоретичному аспекті: 1. Розроблено математичну модель електромеханічного перетворювача з газомагнітним підвісом як обєкта вимірювання. Одержано рівняння для визначення моменту інерції РС за кутовою швидкістю.

2. Розроблено ряд методів вимірювання моменту інерції ОВ на основі використання ТВП. Порівняльний аналіз запропонованих методів показує, що для визначення моменту інерції РС необхідно здійснювати цифрове диференціювання, що призводить до великих похибок (>1%).

3. Розроблено новий метод вимірювання моменту інерції РС, що базується на вимірюванні коливань кутової швидкості, який має більш високу точність через відсутність цифрового диференціювання.

4. Розроблено метрологічні моделі статичного та динамічного режимів роботи тахометрів. Аналіз характеристик показує, що суттєву похибку вносять муфти спряження валів ОВ та ТП (до 3%).

5. Розроблено новий спосіб ТП, у якого модулятор механічно наноситься на валу ОВ, а також нове рівняння перетворення. Така побудова ТП зменшує похибку в 3 рази.

6. Розроблено новий метод вимірювання інерції РС з використанням перетворювача час-цифра, що не потребує цифрового диференціювання, що дає змогу підвищити точність.

В технічному аспекті

1. Розроблена класифікація вимірювання моменту інерції РС без розбору механічної системи. Встановлено, що найбільш інформативним параметром є кутова швидкість

IMG_0561ef6b-ebd1-435a-b9e8-72095795ef1d РС.

2. Розроблено класифікацію частотних ТП, для яких найбільш інформативним параметром є крутизна статичної характеристики ТП (

IMG_2ce6cd53-da3a-4df6-b0b5-d78622bcb1d9 ), а точніше час ?t.

3. Розроблено структурну схему КВС моменту інерції ОВ, а також програмно-апаратні засоби, що дало змогу автоматизувати визначення моменту інерції для ЕМП з газомагнітним підвісом.

4. Розроблено та впроваджено безконтактний ТП з модулятором на валу ОВ, що дозволяє підвищити точність ТП в 3 рази із-за відсутності муфти спряження.

5. Розроблено методику метрологічного забезпечення КВС моменту інерції РС ОВ та у Вінницькому центрі метрології, стандартизації та сертифікації проведена повірка КВС (свідоцтво про державну метрологічну атестацію №11/42 від 30 липня 2009р.)

В метрологічному аспекті

1. Вперше розроблено програмне та апаратне забезпечення взірцевої тахометричної установки, яка на відміну від існуючих працює в статичному та динамічному режимах роботи.

2. Розроблено методику метрологічної атестації засобів вимірювання моменту інерції, яка атестована у Вінницькому центрі метрології, стандартизації та сертифікації.

1. Поджаренко В.О. Пристрої вимірювання та контролю характеристик електричних машин з газомагнітним підвісом: [ Монографія ] / В.О. Поджаренко, П.І. Кулаков, В.Ю. Кучерук, А.В. Поджаренко. - Вінниця: УНІВЕРУМ - Вінниця, 2004. - 154 с.

2. Поджаренко В.О. Експериментально-теоретичний метод визначення моменту інерції тіл обертання / В.О. Поджаренко, Ю.В. Шабатура, А.В. Поджаренко // Вісник Хмельницького нац. університету. - 2007. - №3. -Т 1 - C. 157-161.

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

4. Поджаренко В.О. Оцінка метрологічних характеристик сенсорів кутової швидкості з аналоговим вхідним сигналом / В.О. Поджаренко, В.Ю, Кучерук, А.В. Поджаренко // Вісник "ВПІ". - 2003. - №6. - С. 117 - 122.

5. Кухарчук В.В. Аналіз динамічних властивостей тахометричних перетворювачів / В.В. Кухарчук, В.Ю. Кучерук, А.В. Поджаренко. // Технічна електродинаміка. - 2000. - Ч.1. - С. 103-107.

6. Дудикевич В. Інформаційно-вимірювальна система визначення маси утфеля в центрифузі / В. Дудикевич, О. Васілевський, А.Поджаренко // Вимірювальна техніка та метрологія. - Львів: Національний університет "Львівська політехніка". - 2006. - № 66. - С. 161-164.

7. Кулаков П. Мінімізація похибки дискретного диференціювання при вимірюванні швидкості переміщення / В. Марущак, П. Кулаков, А. Поджаренко // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №3. - C. 85-88.

8. Поджаренко В.О. Дослідження тахометричних перетворювачів у динамічному режимі / В.О. Поджаренко, В.М. Севастьянов, А.В. Поджаренко // Вісник технологічного університету Поділля. - 2004 - Ч.1. - Т.1. - №2. - С. 101-103.

9. Шабатура Ю.В. Синтез вимірювальних каналів ІВС з часовим представленням інформації для визначення характеристик обертальних рухів / Ю.В. Шабатура, А.В. Поджаренко // Інформаційні технології та компютерна інженерія. -2007. -№1(8). - C. 225 - 230.

10. Шабатура Ю.В. Моделювання вимірювального перетворювача для визначення характеристик обертальних рухів / Ю.В. Шабатура, А.В. Поджаренко // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2005. - № 2(10). - С. 181-186.

11. Поджаренко В.О. Пристрій для вимірювання та контролю кутової швидкості та кута повороту / В.О. Поджаренко, П.І. Кулаков, А.В. Поджаренко // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технолог. процесах. - 1998. - №2. - C. 45 - 50.

12. Поджаренко В.О. Цифровий тахометричний перетворювач із змінною розрізнювальною здатністю / В.О. Поджаренко, П.І. Кулаков, А.В. Поджаренко // Міжвідомчий науково-технічний збірник "Вимірювальна техніка та метрологія". - Львів. - 1998. - Випуск 53. - С.84-89.

13. Поджаренко В.О. Дослідження характеристик сенсора кутової швидкості / В.О. Поджаренко, В.Ю. Кучерук, А.В. Поджаренко // Вісник технологічного університету Поділля. - 2003. - Т 2. - №3 - C. 129 - 133.

14. Кучерук В. Вплив внутрішніх параметрів електромотора на його вихідні характеристики / В. Кучерук, О. Войтович, А. Поджаренко // Вісник нац. універс. "Львівська політехніка", Серія: "Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація". - 2003. - № 476. - С. 10 - 17.

15. Кучерук В.Ю. Підвищення точності вимірювання моментних характеристик електричних машин з використанням моделей самогальмування / В.Ю. Кучерук, О.М. Васілевський, О.М. Наталич, А.В. Поджаренко // Вісник Хмельницького національного університету. - № 2. - 2007. - Т. 2. - С. 137 - 139.

16. Поджаренко А.В. Безконтактне визначення моменту інерції конусного ротору в газомагнітному підвісі / А.В. Поджаренко, О.Г. Ігнатенко, І.В. Коломійчук // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: "Обчислювальна техніка та автоматизація". - Донецьк: ДОННТУ. - 2009. - Випуск 17 (148). - С. 160 - 164.

17. Поджаренко А.В. Метод вимірювання моменту інерції / А.В. Поджаренко // Вісник інженерної академії України. - 2010. - № 3 - 4. - С. 256 - 259.

18. Патент України №24398А. G 01 P 3/486. Частотний датчик кутової швидкості / Кулаков П.І., Поджаренко В.О., Кухарчук В.В., Поджаренко А.В. - опубл. 09.01.98.

19. Патент України №24374А, G 01 P 3/44. Датчик кутової швидкості для динамічних вимірювань / Кулаков П.І., Кухарчук В.В., Поджаренко А.В. - опубл. 17.07.98.

20. Патент України №71265А, G01P 21/00 Установка для перевірки тахометрів // Поджаренко А.В., Кучерук В.Ю., Севастьянов В.М. - опубл. 15.11.2004. Бюл. №11.

21. Патент України №17753, G 01 P 3/44. Датчик кутової швидкості / Кулаков П.І., Гуменюк А.С., Поджаренко А.В. - опубл. 20.05.97.

22. Sokol V.M. Determination of the moment of Inertia of the Rotor System / V.M. Sokol, A.V. Podzharenko // MEASUREMENT’97. International Conference on Measurement Smolenice Castle near Bratislava, Slovak Republic, May 29-31, 1997.

Размещено на .ru