РОЗДІЛ 2
МЕТОДИ ПІДВИЩЕННЯ МЕТОДИЧНОЇ СКЛАДОВОЇ ДОСТОВІРНОСТІ КАЛІБРОВКИ ТАХОМЕТРИЧНИХ
ПЕРЕТВОРЮВАЧІВ
Сучасні інформаційно-вимірювальні системи все частіше працюють в динамічних
режимах, що вимагає контролю роботи ТП не тільки в статичному, але й в
динамічному режимах. Проте описані в розділі 1 установки не дозволяють
контролювати параметри ТП в динамічному режимі, а отже і визначити їх динамічні
характеристики. В даному розділі за мету ставиться розробка методів підвищення
методичної складової достовірності контролю параметрів ТП, яка зумовлена
неадекватністю об’єкта контролю його моделі, що прийнята при контролі.
2.1. Узагальнені принципи побудови ІВС контролю параметрів ТП
Для того щоб проводити перевірку (класифікацію об’єктів за принципом
“придатний – не придатний”), ІВС повинна мати властивості, які забезпечують
виконання наступних операцій:
формування еталонних значень контрольованих параметрів;
порівняння фактичних значень контрольованих параметрів з їх еталонними
значеннями;
винесення рішення про стан об’єкта в цілому.
За основу взято установку для повірки тахометрів УТ05-60, яка виконує контроль
на основі методу порівняння з мірою. Запропонована установка задає за допомогою
електродвигуна кутову швидкість, яка вимірюється двома ТП: взірцевим (ВТП), та
ТП, що контролюється (ПТП). Різниця сигналів на виході ТП і є абсолютною
похибкою вимірювання ПТП:
, (2.1)
де fпов, fзр – відповідно частота, виміряна ПТП, та частота, виміряна ВТП.
Функціональна схема ІВС контролю параметрів ТП, що розробляється, представлена
на рис. 2.1.
Рис. 2.1. Функціональна схема ІВС контролю параметрів ТП
ІВС контролю параметрів ТП працює наступним чином. На виході мікропроцесорної
системи МПС формується встановлений (заданий) сигнал частоти, і подається через
частотний регулятор ЧР на вхід електричного двигуна, на виході якого формується
заданий динамічний процес змінення кутової швидкості. Ця кутова швидкість
вимірюється взірцевим тахометричним перетворювачем ВТП та тахометричним
перетворювачем, що контролюється, ПТП (підключений через муфту спряження МС)
[25]. Вимірювальна інформація з виходів ВТП та ПТП поступає до МПС. В МПС
проводиться вимірювання цих процесів та оцінювання відносних похибок ПТП.
Визначаються також прискорення ; . При цьому, на основі проведених вимірювань,
визначаються такі параметри динамічного режиму роботи ПТП, як момент інерції
ротора та момент механічних втрат . По належності цих параметрів до допускової
зони робиться висновок про придатність чи непридатність ПТП.
2.2. Аналіз ІВС контролю параметрів ТП з різними типами двигунів
2.2.1. Двигун постійного струму
Електричні машини, зокрема, машини постійного струму є досить складними
об'єктами., тому для їх моделювання існує декілька підходів [26-31]: на базі
теорії поля, на базі теорії кіл, комбінований підхід.
Найбільш доцільним є комбінований підхід, якій поєднує рівняння поля та
рівняння кіл, коли виходячи з картини поля в повітряному зазорі електродвигуна,
записують рівняння напруг, а через струми та потокозчеплення - рівняння
електромагнітного моменту. При цьому розглядається ідеалізована електрична
машина - симетричний електромагнітний перетворювач, якій має рівний повітряний
зазор, сталеві ділянки з нульовим магнітним опором та синусні обмотки. В такому
випадку рівняння машини постійного струму записується в координатах d і q у
вигляді [26]:
(2.2)
де Usd, Usq, Urd, Urq - проекції напруг статора і ротора на вісі координат
d,q;
isd, isq, ird, irq - струми в обмотках статора і ротора;
rsd, rsq, rrd, rrq - активні опори статора і ротора;
ysd, ysq, yrd, yrq - потокозчеплення статора і ротора в координатах d і q;
wr - кутова швидкість обертання ротора.
Потокозчеплення в (2.2) мають вигляд:
(2.3)
де Lsd, Lsq, Lrd, Lrq - індуктивності в обмотках статора і ротора;
Lm - взаємна індуктивність між обмотками статора і ротора.
Так як повітряний зазор постійний по всій окружності статора і магнітне коло
машини не насичене, то коефіцієнти самоіндукції машини є величини постійні.
Симетрія машини по осям d, q дозволяє зробити допущення: Ls=Lsd=Lsq;
Lr=Lrd=Lrq; rs=rsd=rsq; rr=rrd=rrq. Підставивши (2.3) в (2.2), отримаємо:
(2.4)
Приймаючи електричну машину як систему з зосередженими параметрами, запишемо:
(2.5)
Після відповідних математичних перетворень отримаємо систему рівнянь (2.5) у
матричній формі:
, (2.6)
де .
Рівняння руху ротора ДПС має вигляд [26]:
, (2.7)
де Ме - електромагнітний момент ;
Мо - момент опору на валу;
J - момент інерції ротора;
р - кількість фаз полюсів.
Тоді отримаємо:
. (2.8)
Спільний розв'язок рівнянь (2.6), (2.8), проведений за допомогою пакету
прикладних програм Maple V R5 [32], дозволив розрахувати характеристики розбігу
ДПС.
Модель ІВС контролю параметрів ТП з використаним ДПС, розробленої в середовищі
візуального моделювання Simulink програмного пакету MatLab [33], представлена
на рис. 2.2.
Рис. 2.2. Модель ІВС контролю параметрів ТП з використанням ДПС
В даній моделі: Clock – задавач модельного часу; Gain – підсилювач, виконує
операцію множення сигналу на певний коефіцієнт; Transport Delay – затримка
часу; DC_EP – модель ДПС з частотним перетворювачем (бібліотека Demo Blocksets
середовища MatLab); Fcn – блок математичного виразу; S – підсистеми; Scope –
блок побудови часових діаграм. Модель працює наступним чином. Блоки Clock,
Gain, Transport Delay та суматор 1 задають певну форму заданого (встановленого)
сигналу, який поступає на вхід блоку DC_EP, який моделює частотний перетворювач
та ДПС. На виході блоку DC_EP формується кутова швидкість, яка відтворює форму
заданого сигналу і поступає на входи блоку Fcn, які мо
- Київ+380960830922