Автоматизация поиска неисправностей с самонастройкой на оптимальный способ поиска

Препис

1 ИЗВЕСТИЯ ТОМ СКОГО О Р Д Е Н А Т РУ Д О В О ГО К РАС Н О ГО ЗН А М Е Н И П О Л И Т Е Х Н И Ч Е С К О Ю И Н С Т И Т У Т А имени С. М. К И Р О В А Том І В Л И Я Н И Е П О М Е Х НА С Т А Т И Ч Е С К И Е И Д И Н А М И Ч Е С К И Е С В О Й С Т В А Э Л Е К Т Р О П Р И В О Д О В М У С -Д С П П У В. А. С Е В А С Т Ь Я Н О В, А. П. И Н Е Ш И Н, В. П. С И Б И Л Е В (П р ед ст а в л ен о научны м сем инаром каф едры «Э лек тр оп р и в од и автом атизация промы ш ленны х у ст а н о в о к» У л ь я н о в ск о го п о л и т ех н и ч еск о го института) К регулируем ы м электроприводам ш ирокого диап азон а п р е д ъ я в ляю тся требования: высокая с т а т и ч е с к а я то ч н о с ть р е г у л и р о в а н и я, стабильность характеристик, оптим альное быстродействие и н а д е ж ность р а б о т ы. Ч а с т и ч н о эти к а ч е с т в а о б ъ е д и н я ю т в с е б е си стем ы, п о с т р о е н н ы е на б а з е и с п о л н и т е л ь н о г о э л е к т р о д в и г а т е л я п о с т о я н н о го т о к а ( И Д ), с и л о вого м а г н и т н о г о у с и л и т е л я ( М У С ), п р е д в а р и т е л ь н о г о к а с к а д а у с и л е ния на п о л у п р о в о д н и к о в ы х э л е м е н т а х ( П П У ) и д а т ч и к а с к о р о с т и т а х о г е н е р а т о р а (ТГ'). И з п р и в о д о в п о д о б н о го т и п а, п о л у ч и в ш и х п р и м е н е н и е в м е т а л л о р е ж у щ и х с т а н к а х, н а и б о л е е и зв е с тн ы П М У П Э Н И М С. О ни о б ъ е д и н я ют лучш ие качества сущ ествую щ их к аск ад о в усиления, вопрос с о гл а с о в а н и я к о т о р ы х в C A P и м е е т о д н о из п е р в о с т е п е н н ы х зн а ч е н и й. О бщ им недостатком приводов М У С -Д с П П У яв л яется чувстви те л ь н о с т ь к п о м е х а м, о к а з ы в а ю щ и м с у щ е с т в е н н о е в л и я н и е на в е л и ч и ну о б щ е г о к о э ф ф и ц и е н т а у с и л е н и я, с т а т и ч е с к и е х а р а к т е р и с т и к и, б ы с тр о д е й с т в и е и н а д е ж н о с т ь р а б о т ы п р и в о д а. П о э т о м у при п р о е к т и р о ва н и и си стем а в т о м а т и ч е с к о г о р е г у л и р о в а н и я ( С А Р ) с М У С - Д н е о б хо д и м о и м ет ь п о л н о е п р е д с т а в л е н и е о при ч и н е в о з н и к н о в е н и я пом ех, с о с т а в е с п е к т р а их ч ас т о т, ве л и ч и н е а м п л и т у д ы и др. А н а л и з с о с т а в а п о м ех и их в л и я н и я в с и с т е м а х Э М У - Д с П П У п р о в е д е н в [2]. О д н а к о п р и м е н и т е л ь н о к п р и в о д а м М У С - Д с П П У э тот во п р о с и зу ч ен н е д о с т а т о ч н о и т р е б у е т д о п о л н и т е л ь н о г о и с с л е д о в а н и я. П р о и з в о д с т в е н н ы е и с п ы т а н и я П М У П - 9 М на с т а н к а х У З Т С [3] и и с с л е д о в а н и е его в о т р а с л е в о й л а б о р а т о р и и У П И с ц е л ь ю в ы я в л е н и я в о з м о ж н о с т и п р и м е н е н и я в них У М З П и р а с ш и р е н и я д и а п а з о н а р е г у ли рован и я скорости и с п о л н и т е л ь н о го электродвигателя позволили о д н о в р е м е н н о в ы я в и т ь в л и я н и е п о м ех в п р и в о д а х М У С - Д с П П У на их с т а т и ч е с к и е и д и н а м и ч е с к и е п о к а з а т е л и, а т а к ж е на н а д е ж н о с т ь р а б о ты п р и в о д а. П р и н ц и п и а л ь н а я с х е м а в ход н ой цепи п р и в о д а М У С - Д с П П У д а н а на рис. 1. З д е с ь д л я с т а б и л и з а ц и и п р и м е н я е т с я и з в е с т н а я цепь RC, п е р е д а ю щ а я с и г н а л к о р р е к ц и и на с о п р о т и в л е н и е R8. В ы н у ж д е н н ы й о х в а т 146 I

2 этой ц еп ью п р е о б р а з о в а т е л я (з в е н ь е в с н а и б о л ь ш и м к о э ф ф и ц и е н т о м у с и л е н и я ) п р и в о д и т к п о я в л е н и ю на в х о д е П П У з н а ч и т е л ь н о г о у р о в н я п ом ех. В табл. 1 п р и в е д е н ы э к с п е р и м ентальны е данны е амплитудного Rq /» -о н + Uяа и д е й с т в у ю щ е г о УЯД з н а ч е Y " h Y 4 TO + T O - 0 Ih TO ний п е р е м е н н о й с о с т а в л я ю щ е й н а h J f. п р я ж е н и я Uя я к о р я от т о к а / я при работе И Д на скорости м8 30 об/мин, то е с т ь D = 100. В елиsodi v Р и с. I. В х о д н а я ц р п ь пр ивода М У С -Д с ППУ. Р ис. 2. В арианты к о р р ек т и р у ю щ и х ц е пей и их частотны е х а р а к т ер и ст и к и. ч ина и м п у л ь с о в G Ha, с л е д у ю щ и х с ч ас т о т о й 300 гц, б ы с тр о р а с т е т при з а г р у з к е д в и г а т е л я и д о с т и г а е т б о л е е д е с я т и вол ьт. Таблица I 2 в «0,8 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 1 2,0 1 5,0 TOa «2.8 4,0 4,8 6,5 8,6 9,0 11, 0 1 2,5 1 3,5 1 3,6 14, 0 1 4,0 1 4,0 Т О д«0,7 1,3 1,6 1,8 2,3 2,8 2,8 3,0 3,6 3,8 4,2 4,4 4,6 Ц е п ь RC не и м ее т ж е л а е м о й ч ас т о тн о й и з б и р а т е л ь н о с т и при в ы б р а н н ы х по у с л о в и я м у с то й ч и во с ти C A P п а р а м е т р а х P k = 1,2 ком, Ck = 4 0 мкф, что вид но из А Ф Ч Х рис. 2, б ( к р и в а я 1) это го з в е н а. В п о л о с е п р о п у с к а н и я C A P (0 + 5 гц) п е р е д а ч а п о л е зн о го с и г н а л а н е з н а ч и т е л ь н а, а и яа к а к о с н о в н а я п о м е х а п е р е д а е т с я ц еп ью RC в к о н т у р с р а в н е н и я п р а к т и ч е с к и б ез с д в и г а ф азы с м аксим альны м коэф ф ици ен то м п е р е д а ч и р а в н о м : K rc = = 0,11, (J) где в ел и ч и н ой е м к о ст н о го с о п р о т и в л е н и я на ч ас т о те гц м о ж н о пренебречь. Т а к и м о б р а з о м, на вх о д е П П У д а ж е при р а б о т е п р и в о д а при у с т а н о в и в ш е м с я р е ж и м е, к р о м е с и г н а л а о ш и б к и Uy = U U74 д е й с т в у е т з н а ч и т е л ь н о е п е р е м е н н о е н а п р я ж е н и е Uu = K rc U"* пом ехи П р и в е д е н н а я на рис. 3 у п р о щ е н н а я х а р а к т е р и с т и к а в х о д -в ы х о д о д н о т а к т н о г о П П У с н а с ы щ е н и е м в о т н о с и т е л ь н ы х е д и н и ц а х позво10* 147

3 л я е т в ы я в и т ь в л и я н и е п о м ех и ф и к с и р о в а н н о й ч а с т о т ы с а м п л и т у д о й U n. П о м е х а в ы б р а н н о й т р е у г о л ь н о й ф о р м ы почти э к в и в а л е н т н а ; по д е й с т в и ю с и н у с о и д а л ь н о й, но з н а ч и т е л ь н о у п р о щ а е т а н а л и з с о в м е с т ного д е й с т в и я п о м ех и и с и г н а л а п о с т о я н н о г о т о к а U c. П р и Uc = 0 п о м е х а л ю б о й а м п л и т у д ы в р е з у л ь т а т е ограничения д е т е к т и р у е т с я, о т к р ы в а я ГІГІУ. При м алы х амплитудах пом ехи (0 < U n ^ l ) о г р а н и ч е н и е ее п р о и с х о д и т л и ш ь снизу, по н у л е в о й л и н и и (рис. 3) и с р е д н е е з н а ч е н и е в ы х о д н о г о с и г н а л а о п р е д е л я е т с я в ы р а ж е н и е м (в о т н о с и т е л ь н ы х д о л е в ы х е д и н и ц а х ) : U1 % (2) П р и б о л ьш и х з н а ч е н и я х а м и л и т у д ы п о м ех и ( U n > 1) н а б л ю д а е т с я д в у х с т о р о н н е е ее о г р а н и ч е н и е и среднее значение вы хо д н о го с и г н а л а с о с т а в ляет: U1 Рис. 3. Х а р а к т е р и с т и к а в х о д вы ход ного П П У с н асыщ ением. однотакт- IUn- X 4( / (3) П р и Un = O O и ЕЫх с т р е м ится к максимальной в е л и ч и н е р а в н о й 0,5. Н а рис. 4 п р и в е д е н ы эквивалентные характе ристики вход выход П П У д л я р а зл и ч н ы х в е л и ч и н U n пом ехи. В р е альном приводе уровень помех U n > 1 и э к в и в а лентные характеристики при э т о м почти л и н е й н ы. В с о о т в е т с т в и и с рис. 3, з а д а в а я с ь п р и р а щ е н и е м Д U c м о ж н о н а й ти з а в и с и м ость величины эквивар и с. 4. Эквивалентны е х а р а к т е р и с т и к и вход вылентного коэффициента ход ПРИ разли ч н ы х в е л и ч и н а х пом ехи. у с и л е н и я К = f (Un ). Д л я э т о ю в е л и ч и н ы з а ш т р и х о в а н н ы х п л о щ а д о к S (рис. 3 ), соответствую щ и х п р и р а щ е н и ю в ы х о д н о г о с и г н а л а, с л е д у е т отн е с ти к времени T п е р и о д а д е й с т в и я пом ехи : / K= A Uвых. _ ср _ 2S MJcT V TAUc \ 4ип J TdUc 1 2 U1 (4) С ледовательно, коэф фициент усиления П П У в результате дей ст в и я п о м ех и и п о с л е д у ю щ е г о н а с ы щ е н и я у м е н ь ш а е т с я о б р а т н о п р о п о р ционально амплитуде U n Н а рис. 5 п о с т р о е н ы в о т н о с и т е л ь н ы х е д и н и ц а х и т о г о в ы е з а в и с и м ости R = / ( U C, U n ). З д е с ь ж е п р и в е д е н а и с х о д н а я х а р а к т е р и с т и к а K = I ( U c)1 при U n = O (ж ирно), п о с т р о е н н а я с о г л а с н о в ы р а ж е н и ю (5) [4], с п р а в е д л и в о м у в н аш ем с л у ч а е при Uc > 0 : 148

4 arcsin _ + _ (5) С о г л а с н о [1] в п р и в о д а х П М У П д и а п а з о н а до 100:1 д л я о б е с п е ч е ния с та б и л ь н о с т и скорости в р а щ е н и я при и зм ен е н и и н а г р у з к и, н а п р я ж е н и я сети, т е м п е р а т у р ы о к р у ж а ю щ е й с р е д ы в п р о ц е с с е р а б о т ы п р и в о д а и др. о б щ и й к о э ф ф и ц и е н т у с и л е н и я р а з о м к н у т о й C A P д о л ж е н / Ри с. 5. Зависим ость коэф ф ициента усил ения П П У о т ам плитуды пом ехи. б ы ть не м енее 1000, a Knny= У м е н ь ш е н и е Rnny и з-за д е й с т в и я п о мехи (5 вм е с то и сход н ы х ) п р и в о д и т к с н и ж е н и ю ж е с тк о с ти с та ти ч е с к и х х а р а к т е р и с т и к, с н и ж е н и ю д и а п а з о н а р е г у л и р о в а н и я с к о рости и в ы з ы в а е т д о п о л н и т е л ь н ы е нел инейн ости х а р а к т е р и с т и к. Явление детектирования в зам кнутой C A P пом ехи п р о я в л я е т с я п р а к т и ч е с к и в ви д е н е ж е л а т е л ь н о г о «с а м о х о д а» п р и в о д а ( в р а щ е н и ю п р и в о д н о го э л е к т р о д в и г а т е л я при снятии з а д а ю щ е г о с и г н а л а ). У с т р а нение «с а м о х о д а» м о ж н о д ости гн уть, н а п р и м е р, в в е д е н и е м з а п и р а ю щ его н а п р я ж е н и я Un (рис. 1), з а счет п р и м ен е н и я д о п о л н и т е л ь н о й ступени з а д а т ч и к а скорости, или за в ы ш е н и е м т о к а с м е щ е н и я, к а к это п р е д у с м о т р е н о в р а с с м а т р и в а е м о м П М У П (400 в м е с то 250 ма). П о сл ед н и й в а р и а н т п р и в о д и т к д о п о л н и т е л ь н о м у с н и ж е н и ю о б щ е го к о э ф ф и ц и е н т а у с и л е н и я и не и с к л ю ч а е т р е ж и м а с а м о х о д а при н а л и ч и и н а гр у зк и на в а л у э л е к т р о д в и г а т е л я. П р и н а и б о л е е в е р о я т н о й н е и с п р а в н о с т и о б р ы в е вход ной цепи (щ етка тахогенератора, контакт д в и ж к а зад ат чи к а скорости), н ап р и мер, в точ ке 1, н е с к о м п е н с и р о в а и н а я п о м е х а м о ж е т в ы з в а т ь «р а зн о с» п р и в о д а, что особо в е р о я т н о при п а р а л л е л ь н о м вв о д е с и г н а л а к о р р е к ции (то ч к а 3 ). Д е й с т в и е пом ехи в ы з ы в а е т т а к ж е и с к р и в л е н и е с т а т и ч е с к и х х а р а к те р и с ти к [3], п р и в о д и т к н е р а в н о м е р н о с т и с т а ти ч е с к о й о ш и б к и, н е у с тойч ивой р а б о т е п р и в о д а на н и зк и х с к о р о с т я х и в ы з ы в а е т н е о б х о д и м ость р е г у л и р о в а н и я к о э ф ф и ц и е н т а у с и л е н и я C A P по д и а п а з о н у. С ц е л ь ю оцен ки д и н а м и ч е с к и х свойств М У С при р а б о т е его в р е а л ь н ы х у с л о в и я х и с с л е д о в а л с я п е р е х о д н ы й п роц есс при с к а ч к е с и г н а л а у п р а в л е н и я в р а з о м к н у т о й системе. Д л я этого во вход ной цепи П П У б ы л с о з д а н у р о в е н ь п о м ех ч ас т о ты 300 гц с а м п л и т у д о й, с о о т в е т ств у ю щ е й у с л о в и я м р а б о т ы р е а л ь н о г о п р и в о д а. В п ро ц е с се н а р а с т а ния т о к а в о б м о т к е у п р а в л е н и я в ы ход н ой т р и о д П Т у с и л и т е л я п е р и о 149

5 д и чески п е р е к л ю ч а л с я пом ехой. Т ок у п р а в л е н и я Iy при р а б о т е П Т в р е ж и м е к л ю ч а не м о ж е т д о с т и гн у т ь у с т а н о в и в ш е г о с я з н а ч е н и я з а в р е мя Z0 о т к р ы т о г о с о с т о я н и я П Т, т а к к а к п о с т о я н н а я вр е м е н и цепи у п р а в л е н и я Toy > Z0. З а в р е м я Z3, н е с м о т р я на то, что Z3< Z 0, Ioy з н а ч и т е л ь н о с н и ж а е т с я, т а к к а к п о с т о я н н а я цепи у п р а в л е н и я при о т к р ы в а нии П Т з н а ч и т е л ь н о б о л ьш е, чем при его з а п и р а н и и. Э то с к а з ы в а е т с я на д о п о л н и т е л ь н о м у ве л и ч ен и и о б щ е го вр е м е н и о т к р ы в а н и я М У С. Рассм отренное выш е подтверж дается сравнением осциллограм м п е р е х о д н о го п р о ц е с с а, с н я т ы х в р а з о м к н у т о й C A P при с к а ч к е с и г н а л а у п р а в л е н и я б ез пом ех на в х о д е П П У (рис. 6,а) и при н а л и ч и и п ом ех во вход н ой цепи (рис. 6,6 ), что с о о тв ет с тв у е т у с л о в и я м р а б о т ы р е а л ь ного п р и в о д а. Р и с. б.о сц и л л о гр ам м ы переходны х п р о ц ессо в в р а зо м к н у то й С А Р : а) без помех на входе ППУ, б) при наличии помех во входной ц пи ППУ. Улучш ение показателей приводов М У С -Д ц е л е с о о б р а з н о вести в д в у х н а п р а в л е н и я х : по пути м о д е р н и з а ц и и с у щ е с т в у ю щ е г о в а р и а н та (у л у ч ш е н и я п о м е х о з а щ и щ е н н о с т и и н а д е ж н о с т и р а б о т ы ) и р а з р а ботки нового в а р и а н т а п р и в о д а д л я б о л ее ш и р о к о го д и а п а з о н а р е г у л и р о в а н и я ско р о с ти и с п о л н и те л ь н о го э л е к т р о д в и г а т е л я 200:1 и вы ш е. П р и этом н е о б х о д и м о и сх о д и ть из с л е д у ю щ и х с о о б р а ж е н и й : а ) д е й с т в и е пом ехи на з а к о н р е г у л и р о в а н и я д о л ж н о б ы ть с в е д е но к м и н и м у м у : б) п р и м ен е н и е ПГІУ д о л ж н о с п о с о б с т в о в а т ь с н и ж е н и ю и н е р ц и о н ности си л о во го М У С ; в) н а д е ж н о с т ь П П У д о л ж н а п р и б л и ж а т ь с я к т а к о в о й М У С, ибо в п р о ти в н о м с л у ч а е у т р а ч и в а е т с я с м ы сл з а м е н ы в р е г у л и р у е м ы х п р и водах ЭМ У более надеж н ы м МУС; 150

6 г) э л е м е н т ы П П У д о л ж н ы б ы ть н а д е ж н о з а щ и щ е н ы о т в л и я н и я п е р е н а п р я ж е н и й, в о з н и к а ю щ и х в О У М У С при в к л ю ч е н и и его в сеть. С н и ж е н и я э ф ф е к т и в н о с т и д е й с т в и я пом ех, п о с т у п а ю щ е й со с т о р о ны я к о р я на вход П П У, м о ж н о д о с ти гн у ть в п ри н ц и п е у л у ч ш е н и е м и зб и р а т е л ь н о с т и Rk Ck путем п р и м е н е н и я п р о с те й ш и х RC ф и л ь т р о в. Н а рис. 2 п р и в е д е н ы с х е м ы и а м п л и т у д н о - ф а з о в ы е ч а с т о т н ы е х а р а к те р и с ти к и Rk Ск, с н яты е э к с п е р и м е н т а л ь н ы м путем при н а л и ч и и о д н о зв е н н о го ( к р и в а я 2) и д в у х з в е н н о г о ( к р и в а я 3) ф и л ь т р о в. О т с ю д а с л е д ует, что их у с т а н о в к а с н и ж а е т ч у в с т в и т е л ь н о с т ь цепи к о р р е к ц и и к с и г н а л а м пом ехи ч ас т о то й 300 гц. П р и ч е м - о д н о з в е н н ы й ф и л ь т р с н и ж а е т пом ехи в д в а, а д в у х з в е н н ы й в 2.5 р а з. К с о ж а л е н и ю, вв е д е н и е ф ильтров о сл аб л яет эф ф ективность диф ф еренцирую щ его действия це пи Rk Ck п о о тн о ш е н и ю к осн овн ой ч а с т о т е п р о п у с к а н и я С А Р. П о в ы ш е н и я з а п а с а устойч ивости в з е р х у д и а п а з о н а м о ж н о д о с т и п іу т ь п р и м е нением нелинейной с т а б и л и з а ц и и или р е г у л и р о в а н и я коэф фициента у с и л е н и я C A P в ф у н к ц и и у с т а в к и ск о р о с ти [3]. Б о л е е п р а в и л ь н ы м, на н а ш взгляд является п остр о е н и е схем М У С - Д с П П У к л а с с а Д с э л е к т р о м а г н и т н о й к о р р е к ц и е й [3]. Выводы 1. П у л ь с и р у ю щ и й х а р а к т е р н а п р я ж е н и я на я к о р е э л е к т р о д в и г а т е л я при отсутстви и ж е л а е м о й и з б и р а т е л ь н о с т и у цепи R k Ck м о ж е т п ри ве с ти к п о я в л е н и ю в з а к о н е р е г у л и р о в а н и я C A P с и г н а л а «пом еха». П р и н а л и ч и и н а с ы щ е н и я это п р и в о д и т к д е т е к т и р о в а н и ю п ом ехи и с н и ж е н и ю /Ce, и с к р и в л е н и ю с т а т и ч е с к и х х а р а к т е р и с т и к, у х у д ш е н и ю с та ти ч е с к о й точности, и я в л я е т с я основной причиной «с а м о х о д а» и а в а р и й н ого «р а з н о с а» п р и в о д а. 2. В р е а л ь н о м п р и в о д е п о м ех а увеличивает время п е р е х о д н о го процесса, сн и ж ая бы стродействие СА Р. ЛИ ТЕРАТУРА 1. А. Я. П е т р о в с к и й, Я. Б. Р о з м а н. Р егулируем ы й эл ек тр оп р и вод с м а г нитными усилителям и. Э нерги я, Я. С. Б р о в м а н, Ф. Д. К о ч у б и е в с к и й, А. В. Ф е л ь д м а н. Усилители на полупроводн иковы х т р и о д а х в р егули р уем ом эл ектр опр иводе. Э лектричество, 5, В. А. С е в а с т ь я н о в, А. П. И н е ш и н. Книга: С истемы эл ек тр оп р и вода е м агнитно-проводниковы м и п р ео б р а зо в а тел я м и М У С -Д с П П У. П р и в о л ж ск о е к н и ж н о е и зд ател ьств о, * 4. Е. П. П о п о в, П. П. П а л ь т о в. П р и бли ж енны е м етоды исследован ия нел и нейны х автом атических систем. Ф и зм атгиз,