Введение к работе
Актуальность проблемы Во многих отраслях промышленности производительность технологического процесса определяется уровнем работоспособного состояния отдельных узлов электротехнического комплекса Основным элементом, осуществляющим перемещение исполнительных механизмов электротехнических систем, явчяется электродвигатель На железнодорожном транспорте движение тяговых электровозов и электропоездов обеспечивается также электродвигателями Любой двигатель, а особенно тяговый, подверженный при эксплуатации воздействию множества вредных факторов, требует постоянного контроля за его техническим состоянием Своевременное диагностирование тяговых электродвигателей является актуальным направлением исследования
Определению неисправностей в электродвигателях посвящено значительное число публикаций Среди них следует отметить работы Глуценко М Д, Дурандина М Г , Попова В Н , Серебрякова А С , Шантаренко С Г , в которых рассмотрены проблемы эксплуатационной диагностики тяговых электродвигателей В работах Авилова В Д, Исмаилова Ш К, Мельникова Е Н , Попова Д А , Смирнова В П, Харламова В В рассмотрены вопросы, связанные с надежной работой коллекторно-щеточного аппарата В работах Кучерова С В , Осяева А Т представлены новые подходы к диагностированию якорных узлов
В современных системах технического диагностирования широко применяются микропроцессорные вычислительные средства, как правило, используемые в автоматизированных режимах Разработка для них специальных алгоритмов формирования управляющего воздействия должна повысить уровень автоматизации приемо-сдаточных испытаний тяговых электродвигателей
Цель диссертационной работы заключается в выборе оптимального алгоритма управления приводом для повышения эффективности методов и средств диагностирования технического состояния тяговых электродвигателей
Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи
Структура комплекса технического диагностирования тяговых электродвигателей постоянного тока представлена как цифровая система автоматического управления
С помощью экспериментального анализа систем управления различными объектами обоснован выбор алгоритма с наилучшими показателями устойчивости и качества
Проведены исследования работы выбранного алгоритма для задачи оптимального по быстродействию управления приводом постоянного тока с помощью имитационного моделирования на ЭВМ и натурных испытаний на лабораторном стенде
На основе выбранного алгоритма цифрового нелинейного управления разработано программное обеспечение для лабораторного комплекса
Построена математическая модель режима диагностирования тягового электродвигателя постоянного тока методом взаимной нагрузки как объекта регулятора состояния
Путем имитационного моделирования проведены исследования выбранного алгоритма цифрового нелинейного управления для диагностирования технического состояния тягового электродвигателя постоянного тока
Методы исследования. Поставленные в работе задачи по поиску необходимого управляющего воздействия при диагностировании объекта были решены с пОлМощью численных методов, расчеты по которым проводились в пакете математического моделирования Matlab 7 0В этом же программном пакете было проведено моделирование по исследованию предлагаемой математической модели тягового электродвигателя В процессе расчета и анализа математических зависимостей дополнительно использовалась прикладная система MathCAD 13 Разработка программного обеспечения для управления аппаратной части проводилась с применением компилятора WinAVR и отладочной среды AVRStudio на языке программирования C++, Разработка системы синтеза программных траекторий производилась в пакете программирования Boiland Delphi 7
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем
1 Представлен алгоритм синтеза управляющего воздействия для сис
темы диагностирования на основе методов полиномиальной аппроксимации
первой и второй форм
2 Разработана структурная схема устройства управления с алгорит
мом синтеза управляющего воздействия на основе метода полиномиальной
аппроксимации
3 Выбрана математическая модель тяговых электродвигателей, диаг
ностируемых по методу взаимной нагрузки как объекта регулятора состоя
ния, адекватно отражающая нелинейности электродвигателей
Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждена проверкой результатов моделирования с экспериментальными показателями лабораторного стенда привода постоянного тока Проведены исследования предлагаемой модели тягового двигателя постоянного тока, подтверждающие применение выбранного метода расчета управляющего воздействия Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 3 %
Практическая ценность работы заключается в следующем
Проведен анализ алгоритмов синтеза управляющего воздействия на основе классического метода и полиномиальной аппроксимации первой и второй форм на ряде типовых примеров для нелинейных по управлению объектов Получены характеристики, демонстрирующие преимущество алгоритмов на основе полиномиальной аппроксимации первой формы перед другими рассматриваемыми методами
Разработан лабораторный комплекс для проведения натурных испытаний выбранного на основе проведенного анализа алгоритма синтеза управляющего воздействия
Разработано программное обеспечение для управляющего устройства лабораторного комплекса в соответствии с выбранным алгоритмом синтеза управляющего воздействия
Результаты работы использованы в Омском центре внедрения новой техники її технологии «Транспорт» (ЦВНТиТ) На основе алгоритма цифрового нелинейного управления приводом постоянного тока разработаны предложения по испытаниям тяговых двигателей в локомотивном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на десятой международной научно-практической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2004), двенадцатой международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2004), седьмой международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Новосибирск, 2004), третьей межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Молодежь, наука, творчество» (Омск, 2005), одиннадцатой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2005), всероссийской научно-практической конференции «Транспорг-2005» (Ростов-на-Дону, 2005), шестой научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту» (Екатеринбург, 2005), четвертой всероссийской конференции «Математика, информатика, управление» (Иркутск, 2005), всероссийской научно-практической конференции ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки «Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке» (Чита, 2006), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути нх решения в науке, транспорте, производстве и образовании-2006» (Одесса, 2006)
Публикации. По материалам диссертации опубликована двадцать одна печатная работа и одна работа в электронном виде размещена на сайте Иркутского РЦГТ при СО РАН
Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений Общий объем составляет 132 страницы, включая 65 рисунков, 16 таблиц, 116 источников и шести приложений
