Содержание к диссертации
Введение
1. Математические модели и алгоритмы диагностирования основных элементов электропривода 12
1.1. Обобщенная математическая модель непрерывных последовательностных объектов диагностирования 12
1.2. Математические модели и алгоритмы диагностирования электрических машин постоянного тока 22
1.3. Математические модели и алгоритмы диагностирования типовых регуляторов электропривода 42
Выводы 54
2. Математические модели и алгоритмы диагностирования систем регулирования электропривода 56
2.1. Математические модели и алгоритмы диагностирования разомкнутых систем регулирования электропривода 57
2.2. Математические модели и алгоритмы диагностирования замкнутых систем регулирования электропривода 69
2.3. Математические модели и алгоритмы диагностирования типовых систем регулирования электропривода 79
Выводы 107
3. Технические средства диагностирования автоматизированного электропривода 108
3.1. Технические требования к внешним средствам диагностирования 109
3.2. Основные характеристики электропривода, определяющие его техническое состояние III
3.3. Устройства диагностирования на базе бытового магнитофона 118
3.4. Внешнее микропроцессорное средство диагностирования электропривода 132
Выводы 139
4. Программное обеспечение технических средств диагностирования 141
4.1. Программные сети микропроцессорного комплекта диагностирования 142
4.2. Алгоритм работы МПКД при определении частотных характеристик объекта диагностирования 151
Выводы 170
5. Примеры технического диагностирования промышленных электроприводов 171
5.1. Техническое диагностирование электропривода стана 2500 холодной прокатки ММК 171
5.2. Техническое диагностирование электропривода стана 720 холодной прокатки Ашинского меткомбината 186
5.3. Техническое диагностирование электроприводов рольгангов стана 2000 горячей прокатки ММК 194
Выводы 208
Заключение 209
Литература 212
Приложение I. Справки о внедрении результатов работы 227
- Математические модели и алгоритмы диагностирования электрических машин постоянного тока
- Математические модели и алгоритмы диагностирования замкнутых систем регулирования электропривода
- Устройства диагностирования на базе бытового магнитофона
- Алгоритм работы МПКД при определении частотных характеристик объекта диагностирования
Введение к работе
Современные прокатные станы являются наиболее мощными и высокопроизводительными технологическими агрегатами в металлургической промышленности и характеризуются высокой сложностью установленного электрооборудования. Так, непрерывный стан 2Q00 горячей прокатки имеет несколько сотен электрических машин с установленной мощностью в десятки МВт и несколько тысяч километров силовых цепей и проводов связи. В этих условиях весьма остро встает проблема обеспечения работоспособности автоматизированного электропривода (АЭП) прокатных станов в промышленных условиях его эксплуатации. Одним из путей решения этой проблемы является техническое диагностирование (ТД) АЭП.
Теоретические основы диагностирования технических систем весьма полно отражены в трудах П.П. Пархоменко , Е.С. Согомоня-на, А.В. Мозгалевского, Д.В. Гаскарова, Л.П. Глазунова и ряда других авторов [13, 17, 22, 24, 51, 70, 84, 85, 99]. При этом основное внимание, как правило, обращено на решение проблем диагностирования комбинационных и последовательностных дискретных устройств систем автоматики и вычислительной техники.
В электроприводах прокатных станов элементная база отличается насыщенностью аналоговых устройств с различными мощностями входных и выходных сигналов управления, многообразием систем управления, относящихся к классу непрерывных последовательност-ных объектов диагностирования. Публикации по диагностированию подобных систем весьма ограничены [4, 22, 24, 36, 38, 39, 70]. Многообразие функций устройств диагностирования, необходимость обработки большого числа анализируемых координат, имеющих детерминированный или случайный характер, остро ставят вопрос о раз
работке конкретных алгоритмов диагностирования АЭП, методов и технических средств, обеспечивающих выделение дефектов как отдельных элементов, так и систем управления АЭП в промышленных условиях их эксплуатации. В частности, отсутствуют математические модели и алгоритмы диагностирования наиболее распространенных в АЭП элементов (типовых регуляторов, электрических двигателей и т.п.) и многоконтурных систем регулирования. Нет ясности с определением необходимого числа и перечня контролируемых координат в системах АЭП.
Многообразие функций устройств диагностирования (измерение контролируемых сигналов, анализ их допустимых уровней, принятие решений о техническом состояний объекта, представление результатов диагностирования и т.п.), необходимость обработки большого числа анализируемых координат, имеющих детерминированный или случайный характер, при стремлении к портативности и высокой надежности остро ставят вопрос о необходимости специализированных средств диагностирования в системах АЭП прокатных станов.
Разработка математического и программного обеспечения средств диагностирования, привязанная к технической его реализации, относится к числу наиболее ответственных и сложных этапов при построении систем диагностирования АЭП. Она требует как теоретического обоснования программных решений, так и апробации их на реальных объектах диагностирования.
Проблема диагностирования АЭП часто обостряется из-за недооценки ее со стороны специалистов, отвечающих за разработку АЭП. Технические и коструктивные решения устройств АЭП, как правило, не учитывают потребности их диагностирования, затрудняя доступ к наиболее информационным сигналам управления и снижая
тем самым возможность оперативного выделения дефектов АЭП. В результате решение проблем диагностирования АЭП практически переносится на период их наладки или интенсивной эксплуатации, когда при ограниченных сроках и технических возможностях приходится обеспечивать работоспособность АЭП не лучшими мерами, часто снижая эксплуатационные характеристики и надежность электропривода. При этом серьезно растут материальные, трудовые и интеллектуальные затраты на обеспечение работоспособности АЭП.
Диссертационная работа направлена на создание и совершенствование методов и средств технического диагностирования элементов и систем управления АЭП прокатных станов и в итоге на повышение их эксплуатационной надежности. Она выполнялась в соответствии со следующими координационными планами: комплексным планом КНП-2000 по приказу Минвуза СССР N485 от 6.07. 1987г. по проблеме 05.21 - "Разработка методики и средств диагностирования вентильных преобразователей и электроприводов технологических объектов и технических средств обучения"; планом НИР и ОКР по автоматизации технологических процессов и управлению производством в черной металлургии на І987-І988Г. по проблеме "Техническое диагностирование вентильных электроприводов прокатных станов с применением внешних автоматизированных средств на ЭЦВМ".
Цель работы - разработка методов, алгоритмов и технических средств диагностирования АЭП постоянного тока прокатных станов, способствующих повышению их работоспособности и эксплуатационной надежности.
Исходя из указанной цели, в работе решались следующие основные задачи:
- разработка математических моделей, методов и алгоритмов тестового диагностирования типовых звеньев электроприводов про катных станов (аналоговых регуляторов, электрических машин постоянного тока);
- разработка математических моделей, методов и алгоритмов тестового диагностирования многоконтурных систем регулирования АЭП;
- разработка аппаратной части технических средств диагностирования промышленного электропривода;
- разработка программного обеспечения внешних технических средств диагностирования;
- экспериментальное исследование и диагностирование промышленных АЭП прокатных станов с использованием разработанных методов, алгоритмов и внешних технических средств диагностирования.
Основные проблемы диагностирования АЭП, решаемые в работе, представлены на рис.В.1.
Идея работы заключается в том, что в электроприводах прокатных станов, характеризующихся многосвязностью и многоконтур-ностью, для достижения высокой эффективности поиска неисправностей целесообразно воспользоваться математическими моделями диагностирования в форме таблиц логарифмических амплитудных частотных характеристик относительных чувствительностей функций передач (ЛАЧХ ТЧФП) замкнутой системы электропривода.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна.
1. Математические модели основных непрерывных объектов диагностирования (ОД) электроприводов прокатных станов, позволяющие в логической форме оценить техническое состояние ОД и облегчающие последующее составление алгоритма поиска неисправностей.
2. Методы технического диагностирования многосвязных, многоконтурных электроприводов прокатных станов, позволяющие выде
Техническое диагностирование АЭП прокатных станов
/
ч
Объекты ТД:
элементы и системы регулирования
Алгоритмы ТД
Внешние средства ТД
Математические модели непрерывных последовательностных объектов ТД
Методы построения
Аппаратная часть
Программное обеспечение
Экспериментальное исследование и диагностирование АЭП прокатных станов
Рис. B.I. Проблемы диагностирования непрерывных
последовательностных АЭП постоянного тока
лить место дефекта и его характер без нарушения нормального хода технологического процесса и с минимальными временными затратами. Методы основаны на анализе ЛАЧХ ТЧФП замкнутых систем регулирования электроприводов. Установлена однозначная связь частот тестового гармонического сигнала с обобщенными параметрами замкнутой системы электропривода (постоянными времени звеньев, частотами среза контуров регулирования). Определен минимальный перечень координат диагностируемого электропривода.
3. Алгоритмы поиска неисправностей в сложной многосвязной системе электропривода, в которой с целью достижения наименьшего возможного числа элементарных проверок ОД, впервые предложено дополнить таблицами покрытий общепринятые модели диагностирования электроприводов, которые представлены таблицами логарифмических амплитудных частотных характеристик относительных чувстви-тельностей функций передач объекта диагностирования к отклонению его параметров и таблицами отклонений коэффициентов передаточных функций (ТОКП) ОД на фиксированном наборе частот тестового гармонического сигнала.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием известных методов теории электрических цепей, операторного метода, аппарата передаточных функций и частотных характеристик, функций чув-ствительностей, аппарата булевой алгебры и методов математической статистики. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена экспериментальными исследованиями на лабораторных стендах и промышленных. АЭП при их наладке и эксплуатации.
Значение работы. Научное значение работы заключается в развитии теории и методов технического диагностирования сложных многосвязных непрерывных ОД электроприводов прокатных станов, позволяющих обеспечить их работоспособность и повысить надежность .
Практическое значение работы заключается в разработке инженерных методов и алгоритмов тестового диагностирования типовых аналоговых элементов электроприводов и их систем регулирования; в разработке программного обеспечения и аппаратной части средств технического диагностирования промышленных электроприводов прокатных станов; в внедрении разработанных методов в практику наладки и эксплуатации ряда предприятий металлургической промышленности.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные научные положения и практические рекомендации диссертационной работы внедрены в практику работы наладочных организаций и эксплуатационного персонала энергетических служб промышленных предприятий и установок: пятиклетевого стана "630", станов "2500" холодной прокатки и "2000" горячей прокатки Магнитогорского меткомбината (ММК), электроприводов стана "720" холодной прокатки и толстолистового стана "2850" горячей прокатки Ашинского метзавода (АМЗ).
Разработанные средства диагностирования внедрены в практику работы Пуско-наладочного управления треста Южуралэлектромонтаж Минмонтажспецстроя, электротехнических лабораторий ММК, АМЗ, Орско-Халиловского меткомбината (0ХМК), специального конструкторского бюро ОКБ "Ротор". Эффективность методики и технических средств диагностирования электроприводов подтверждена соответствующими актами внедрения.
Технические средства и методы диагностирования электроприводов используются на кафедре электропривода и автоматизации промышленных установок Южно-Уральского государственного университета в курсе "Специальные вопросы АЭП" в ходе чтения лекций и при выполнении лабораторных работ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на XI Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода ( Суздаль, 1991); Всесоюзных научно-технических конференциях "Методы и средства технической диагностики высокоавтоматизированного технологического оборудования" (Ленинград, 1989, 1991); Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение качества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения" (Куйбышев, 1989); III Всесоюзной научно-технической конференции "Силовая полупроводниковая техника и ее применение в народном хозяйстве" (Миасс, 1989); Республиканской научно-методической конференции "Применение ЭВМ в учебном процессе высших и средних учебных заведений" (Душанбе, 1987), а также на региональных конференциях, семинарах и совещаниях.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 12 печатных работах, в том числе II статьях и докладах, I авторском свидетельстве.
Структура и объем работы, диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 128 страниц основного машинописного текста, 75 рисунков, 31 таблицу, список использованной литературы из 133 наименований, I приложение.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту доктору технических наук, профессору Ю.С. Усынину за постоянное внимание и поддержку при выполнении работы.
Математические модели и алгоритмы диагностирования электрических машин постоянного тока
Разработка методов и алгоритмов диагностирования электродвигателей постоянного тока представляет собой наибольший интерес как с теоретических, так и практических позиций. В [156] дан пример диагностирования электродвигателя постоянного тока (ДПТ) с независимым возбуждением. При этом были сделаны допущения об отсутствии влияния вихревых токов, потоков рассеяния и реакции якоря двигателя на его динамические и статические свойства. Ниже рассматриваются методы и алгоритмы диагностирования электродвигателей постоянного тока с различными способами возбуждения, более глубоко учитывающие свойства электрических машин.
Диагностирование электродвигателей постоянного тока независимого возбуждения На рис.1.1 представлена электрическая схема замещения электродвигателя постоянного тока независимого возбуждения при питании от источника напряжения неограниченной мощности [14, 97].
Здесь: Ufl, 1д, Ия, Ья, Е_ - напряжение питания якоря двигателя, ток, активное, индуктивное сопротивление якоря двигателя и ЭДС двигателя; w , Lg - число витков и индуктивность цепи обмот - 24 ки возбуждения двигателя; R ., Rg - активное сопротивление контура намагничивания якоря и обмотки возбуждения двигателя; I -источник тока размагничивания якоря двигателя; UB, ів 1ц, Ik -напряжение питания, ток цепи обмотки возбуждения, ток намагничивания и вихревой ток двигателя; к_ - коэффициент, учитывающий влияние реакции якоря двигателя.
На основании схемы замещения составлена система уравнений, характеризующих работу ДПТ независимого возбуждения:
Здесь п(р), Ф(р), Мс(р) - частота вращения, основной поток, статический момент на валу двигателя.
В соответствии с системой уравнений составлена полная структурная схема электродвигателя (рис.1.2), учитывающая влияние размагничивающего действия реакции якоря двигателя, потоки рассеяния машины, размагничивающее действие вихревых токов. Трансформаторная ЭДС в обмотке якоря двигателя в структурной схеме не учитывалась, а индуктивность якорной цепи принималась неизменной.
Кф - равен тангенсу угла наклона касательной к кривой
намагничивания машины в точке IBH; J - момент инерции двигателя; Пц, п0 - частота вращения, соответственно, номинального и идеального холостого хода двигателя.
В соответствии с предложенной методикой диагностирования замкнутых непрерывных систем управления (п.1.1.) разработан алгоритм диагностирования двигателя постоянного тока независимого возбуждениия. В табл.1.4 дана ТЧФП такого двигателя при возможном изменении ряда параметров и, в частности, RH, Ъя, J_, Lg, передаточных функций соответственно по п и 1я. Аналитические соотношения, характеризующие чувствительности передаточных функций по отношению к различным параметрам электродвигателя, представлены в соответствующих столбцах таблицы.
Качественный анализ ТЧФП двигателя независимого возбуждения можно показать на примере диагностирования двигателя постоянного тока типа ДП-72 номинальной мощности Рн=67 кВт, номинальными напряжением питания иян=220В, током якоря 1ЯН=338А, током возбуждения 1ВН=4,ЗА и частотой вращения п бЭОоб/мин. Указанный двигатель имеет номинальный поток Фн=0,057Вб, момент инерции J=8,25K] M2, активные сопротивления якорной цепи, включая дополнительные полюса, R =0,0204 Ом, параллельной обмотки возбуждения Rg=36 Ом. Число активных проводников N=186, число параллельных
Математические модели и алгоритмы диагностирования замкнутых систем регулирования электропривода
Анализ математических моделей диагностирования замкнутых одноконтурных систем регулирования в форме их ТЧФП и ТОКП показывает, что для выделения в них дефекта наряду с проверками выходных координат звеньев прямого канала системы требуются проверки сигналов ошибки S системы. При этом результаты проверок
не отличаются между собой и мало информационны для составления алгоритма диагностирования. Они фиксируют лишь факт наличия или отсутствия дефекта в системе.
На рис.2.II,а,...,и представлены различные варианты структурных схем замкнутых одноконтурных систем регулирования. Даны соответствующие им алгоритмы диагностирования (рис.2.II,к,...,т), полученные на основе их ТЧФП и ТОКП. В структурных схемах (рис.2.II,а, ...,з) принято Т., Т2; для структурной схемы (рис.2.II,и) - Т3 Т2 Т1.
Алгоритмы диагностирования структурных схем (рис.2.II,а,б,г,д) отличаются между собой лишь вариацией параметров К± и Т±, где 1=1,2, и диапазонами частот тестового сигнала относительно сос. Для указанных замкнутых одноконтурных систем число диагностируемых параметров П=2. При этом контролируется лишь одна координата на выходе системы регулирования, число d. тестовых частот, лежащих в диапазоне со1 0,1сос и u2 I0oc, равно двум. Здесь:
сос = К2/Т1 - для структурной схемы рис.2.II,а;
сос = 1/(Кг Ч!1) - для структурной схемы рис.2.II,б;
(ос = ІЦ/Tg - для структурной схемы рис.2.II,г; (2.3)
QC = 1/(К1 Т2) - для структурной схемы рис.2.П,д,
Анализируя соотношения (2.3) можно сделать вывод, что независимо от комбинации двух одинаковых звеньев (интегрального и пропорционального, дифференциального и пропорционального в прямом или обратном канале) замкнутой одноконтурной системы регулирования частоты сос их тестовых возмущений совпадают.
Диагностирование системы регулирования (рис.2.П,в), связанное с выделением дефекта ее параметров К.,, Y , Т1, требует дополнительной контролируемой координаты. В ее роли выступает координата с выходом по ошибке регулирования S. Минимальное число проверок для составления алгоритма диагностирования (рис. 2.11, м) определяв тся из выражения П311Л (П1 t vIL, г). При числе диагностируемых параметров П=3, необходимо К=2 контролируемых координат и d=2 частот тестового сигнала оз ОД (I/T1) и OgSICKK.ji Kg/T.,). Здесь, с учетом допущений (1.4) и (1.5) К1 К2 1. Для K Kg I изменение параметра К1 заметно влияет на отклонение коэффициента передачи K(w1) функции W0 г(р) и на отклонение коэффициента К(со2) функции W0i1(p). Тогда в алгоритме диагностирования (рис.2.II,м) необходимо проверку П3і1 (сигнал по ошибке 6 регулирования) на частоте со1 заменить проверкой П на этой же частоте тестового сигнала, но с выходом звена 2 в обратном канале системы регулирования .
При наличии в обратном канале системы регулирования апериодического звена (рис.2.II,е) логическое выражение для построения алгоритма диагностирования (рис.2.II,п) при К1 К2 1 будет иметь вид (nfii1vn., f1 )Л(П3І1УП1 І2УП., 3). Здесь ng 1 - проверка на частоте co O.KI/Tg); П1л, Щ г, П1 3 - проверки на выходе звена I, соответственно на частотах тестового сигнала со1, Кг)/Тг, и ш3-10(1/Т2Ь Изменение постоянной времени апериодического звена "существенно" влияет только на отклонение коэффициента передачи К(ш2) функции W0 1(р) и на отклонение коэффициента передачи К(со3) функции W0 2(р). Однако на частоте и2
WQ . (pi значения чувствительности Бф (р) могут попасть в область значений, определяемую соотношениями (1.6). Тогда при построе - 77 ний алгоритма диагностирования предпочтительнее пользоваться проверкой Ilg з на частоте со3 с выходом звена 2. Для К., К2 І в алгоритме диагностирования (рис.2.II,п) проверка nSj1 заменяется на проверку rtg 1 на той же частоте.
Для выделения дефекта в системе регулирования, содержащей апериодические звенья в прямом и обратном каналах (рис.2.II,ж), достаточно для П=4 диагностируемых параметров иметь К=3 контролируемых координат. При этом проверки выполняются на двух частотах тестового сигнала (0 0,1(1/ ) и w2 I0V(K1 )/(T T2). При К1 К2 1 первоначально проводится проверка П5 1 на частоте со1. Если при этом имеет место отклонение коэффициента передачи К (со.,) функции WQ g(p) и отклонение коэффициента К(со2) функции W0 1(р)"существенно", то причиной дефекта системы регулирования является изменение коэффициента К1. При этом алгоритм диагностирования (рис.2.II,р) совпадает с алгоритмом (рис.2.II,м) в части выделения дефектов, связанных с изменениями параметров К1, К2, Т1, отличаясь только частотами со2 тестового сигнала. Выделение дефекта, связанного с изменением параметра Т2, осуществляется проверкой Ilg 2 (сигнал с выхода звена 2 в обратном канале системы) на частоте о2 .
Устройства диагностирования на базе бытового магнитофона
диагностирование промышленного электропривода связано в первую очередь со сбором, обработкой и анализом большого числа его информационных параметров. Наибольшее распространение имели механический, осциллографический и магнитный способы записи экспериментальных данных. Самописцы и осциллографы позволяют регистрировать в среднем около 8...10 параметров ОД. При большем числе записываемых параметров возникают трудности с их анализом и дальнейшей математической обработкой.
К достоинствам аппаратуры магнитной записи относятся:
- возможность одновременной регистрации большого объема информации при сравнительно небольших массе и габаритах аппаратуры;
- возможность дублирования записи наиболее важных экспериментов при проведении одноразовых экспериментов;
- регистрация сигналов в широком диапазоне частот от 0 до 200 кГц и выше;
- высокая скорость ввода информации с магнитного носителя в ЭВМ для последующей обработки;
- возможность длительного хранения, записанной информации, без потери ее качества.
Магнитная запись имеет и ряд недостатков:
- отсутствие визуального наблюдения записанной информации;
сложность аппаратуры, обуславливающая необходимость обслуживания ее высококвалифицированными специалистами.
Указанные недостатки можно устранять за счет переписи информации на графопостроители и узкой специализации аппаратуры.
Однако достоинства магнитной записи позволяют более широко использовать ее в тех областях науки и техники, где требуется регистрировать и обрабатывать большие массивы экспериментальной информации. Этот способ нашел широкое применение в авиации, космонавтике, судостроении и т.п. [21]. К перечисленным областям можно отнести и электропривод.
Существуют две формы записи регистрируемых сигналов на магнитные носители: аналоговая и цифровая. К первой относятся прямая запись сигналов на носитель и модулированная запись с использованием непрерывных и импульсных несущих. При цифровой записи, измеряемый параметр ОД в каждый момент времени характеризуется не одним импульсом, а их совокупностью, образующих код.
Аналоговая запись имеет возможность получить частотный диапазон от 0 до МГц. Это требует применения высоких скоростей движения ленты, большого числа дорожек и высокой точности изготовления аппаратуры. Такая аппаратура имеет большие массо-габаритные показатели. При аналоговой магнитной записи отсутствует непосредственная передача информации в ЭВМ для последующей обработки, для этого необходимы дополнительные устройства преобразования аналоговой информации в цифровую.
Цифровая запись по сравнению с аналоговой имеет ряд преимуществ. К ним относятся, довольно высокая точность передачи информации и помехоустойчивость, а также возможность согласования выходных характеристик аппаратуры цифровой магнитной записи непосредственно с ЭВМ, что обуславливает ее широкое применение в измерительной технике.
Одним из недостатков цифровой записи по отношению к аналоговой является существенно меньшая плотность записи, которая в серийно выпускаемой аппаратуре чаще всего составляет только 10...30 бит/мм. В высококачественных образцах цифровой магнитной записи достигнута плотность 1300 бит/мм [21], современные бытовые магнитофоны с полосой частоты записи до 12 кГц могут обеспечивать скорость записи до 10000 бит/с.
При исследовании электроприводов достаточно регистрировать среднее значение контролируемой величины с интервалом 0,1 с, т.е. для последовательного измерения 30 параметров с представлением их 8 разрядным двоичным числом необходима скорость записи порядка 2400 бит/с. Реально это может быть обеспечено на любом бытовом магнитофоне.
При необходимости анализа работы тиристорних преобразователей возникает необходимость регистрации процессов с интервалом дискретизации порядка 0,1 мс. Для тиристорних электроприводов эту задачу целесообразно решать в два этапа. Первоначально записать информацию на микропроцессорный комплект диагностирования (МПКД), а затем переписать на магнитную ленту бытового магнитофона (магнитографа), либо непосредственно в ЭВМ.
Структура системы технического диагностирования электропривода Создание систем диагностирования для промышленных электроприводов имеет свои ограничения:
- период проведения эксперимента для профилактики электрооборудования сравнительно велик, достаточно проводить его один раз в смену и, следовательно, КПД использования систем автоматизации эксперимента (ОАЭ) невысокий [21, 91, 1093;
- САЭ требуют большой информационной сети, что вызывает резкое увеличение материальных затрат, в частности, кабельных линий;
- автоматизация систем контроля электроприводов потребует, в свою очередь, соответствующую систему их контроля и большое число квалифицированного обслуживающего персонала. Учитывая выше изложенное, для диагностирования электропривода предлагается система технического диагностирования с использованием внешних средств, представленная на рис.3.1. Она включает в себя:
- магнитограф, на магнитную ленту которого записываются сигналы Z (потенциально разделенные блоком датчиков) с выхода объекта диагностирования как при естественных (XgX, XgH) возмущениях, так и при тестовых гармонических сигналах Хт, создаваемых генератором синусоидальных колебаний. Тестовый сигнал Хт гальванически разделяется от ОД устройством потенциального разделения. Для измерения синфазных и квадратурных составляющих выходных колебаний применяются синхронные детекторы. На магнитную ленту записываются экспериментальные данные, усредненные за интервал дискретизации;
Алгоритм работы МПКД при определении частотных характеристик объекта диагностирования
. Исследование динамических характеристик электропривода валков стана Целью диагностирования электропривода валков стана являлась оценка динамических свойств его контуров регулирования и возмож - 174 ности повышения их быстродейсвия. Для этого с помощью МПКД по методике, изложенной в п.3.4, определялись ЛАФЧХ контуров регулирования напряженния, тока и скорости двигателя валков клети. Для контроля работоспособности и достоверности определения динамических характеристик электропривода частотные характеристики определялись как для разомкнутой и замкнутой систем, так и с выходом по ошибке регулирования в замкнутой системе регулирования. Суммируя логарифмические частотные характеристики (ЛЧХ) ошибки регулирования и разомкнутой системы, можно проверить по их результату ЛЧХ замкнутой системы регулирования.
При определении характеристик тестовый синусоидальный сигнал Хт, формируемый МПКД, подавался на вход суммирующего усилителя УІ (рис.5.1) совместно с рабочим сигналом XgX системы, не превышая 10% от его номинального значения. Для исключения влияния кинематических зазоров в механических узлах передачи привода на работу стана эксперимент осуществлялся в процессе разгона с заправочной до рабочей скоростей стана.
На рис.5.2 представлены экспериментальные ЛАФЧХ контура регулирования напряжения генератора. ЛАФЧХ разомкнутого (К_н, Ф ) контура регулирования определялись при условии, что входным сигналом системы являлся выход 8 с усилителя У3 ошибки регулирования, а выходом - сигнал 9 с датчика напряжения ДН. ЛАФЧХ замкнутого (Кзн, ФЗН) контура регулирования определялись при условии, что входным сигналом системы являлся выход 7 регулятора тока, а выходом - сигнал 9 с датчика ДН. ЛАФЧХ (KgH, Ф6Н) ошибки регулирования напряжения генератора определялась при входном сигнале 7 регулятора тока и выходном сигнале 8 с усилителя Убн. Как видно из ЛАФЧХ замкнутого КРН частота равномерного пропускания его входного сигнала лежит на уровне 8 рад/с.
На рис.5.3 представлены ЛАФЧХ замкнутого (Кзт, Фзт)5 разомкнутого (К_т, ф_т) контура регулирования тока якоря двигателя и ЛАФЧХ (KfiT, ФЙТ) ошибки регулирования тока двигателя. Частотные характеристики контура регулирования тока якоря двигателя определялись аналогично контуру регулирования напряжения. Частота среза замкнутого контура регулирования тока якоря лежит на уровне 64 рад/с.
На рис.5.4 приведены ЛАФЧХ замкнутого (Кзс, ФЗСК разомкнутого (К_с, Ф_С) контура регулирования скорости двигателя и ЛАФЧХ (Kfic, Ф3С) ошибки регулирования скорости двигателя валка клети стана. В контуре регулирования скорости в отличие от усилителей убн убт оши 3к регулирования контуров напряжения и тока, имеющих коэффициенты усиления равные еденице, усилитель У3с имеет коэффициент усиления равный десяти. Частота среза замкнутого контура регулирования скорости двигателя валка стана лежит на уровне 8 рад/с.
Анализ характеристик показал правильность выбора параметров пропорционально-интегро-дифференциального ІЩ регулятора тока, обеспечивающего дополнительный запас по фазе в области частот 20...200 рад/с, что позволило повысить частоту среза контура регулирования тока до 20 рад/с с удовлетворительным качеством переходного процесса в контуре. Достаточно высока и статическая точность поддержания тока якоря, что подтверждается частотной характеристикой К_ в области низких частот.
Идентичность настройки контуров регулирования скорости клетей стана, необходимая для снижения динамических ошибок в натяжениях полосы между клетями в пусковых и тормозных режимах находится на допустимом уровне (разброс характеристик не выше 15...20%) [76].
