Введение к работе
Актуальность работы. Современные быстроходные судовые ррбины требуют измерения значительного количества парамет-ов вращения (скорость и направление вращения, разность ско-эстей для двух валов, разность фаз углов поворота двух ва-ов) с высокими быстродействием и точностью в широком диапа-оне измеряемых величин, в связи с чем существует необходи-ость в создании измерительных комплексов для определения араметров вращения валов (тахометрических комплексов) в си-гемах управления, контроля и диагностики судовых механизмов, одобная аппаратура должна иметь высокие метрологические ха-актеристики, надежность, помехоустойчивость, унифицирован-ость, ремонтопригодность, малые габариты, массу, энергопо-ребление, кроме того, решать задачи по обработке результа-ов измерений, их выводу и другие.
Предъявление все более жестких требований к характерис-акам таких комплексов обуславливает применение все более ножных алгоритмов как измерительных процедур, так и общего акционирования измерительного комплекса. При этом решение роблеыы за счет наращивания аппаратных мощностей влечет за эбой снижение надежности комплекса, увеличение массы, габа-jtob, энергопотребления.
Переход от цифровых измерительных средств к процессор-ш измерительным средствам (ПрИС) позволяет успешно решать эдобные задачи. Наличие в структуре ПрИС вычислительной мо-юсти обеспечивает на только автоматизацию управления функ-гонированием, но и реализацию части измерительной процедура і программной основе, что существенно меняет как функциона->нне и предельные возможности измерительных средств, так и )тоды их анализа и синтеза, основанные на формализованном іисании алгоритмов измерений (идеология которого предложена эофессором Цветковым Э.И.). При этом можно выделить два ас-ікта проблемы - системотехнический и метрологический. Раз-іботка метрологических аспектов создания и функционирования )ЙС идет медленнее, чем системотехнических. Поэтому основ-
_ 2 -
ной задачей в этом плане является разработка формализованного описания измерительных процедур и метрологический анализ на базе алгоритмического описания погрешностей, так как ПрИС представляет собой двуединое целое, состоящее из аппаратной и программной частей.
Еще одна важная проблема - поиск, исследование и, если
необходимо, разработка первичного преобразователяШП) , поз
воляющего надежно измерять скорость и направление вращения
вала в широком диапазоне, в том числе и скорости близкие к
нулю, и работающего в тяжелых условиях.эксплуатации судовых
механизмов. Традиционно применяемые для этих целей простыв і
надежные индукционные ІШ не позволяют измерять малые скорос
ти вращения (порядка десятка об/мин), так как амплитуда и
крутизна полезного сигнала этих ПП зависит от скорости вра
щения. **
Из вышесказанного следует, что вопросы разработки и исследования измерительных комплексов для определения парапет-ров вращения валов энергомашин (систематизированное описанні алгоритмов измерений параметров вращения и метрологический анализ на основе формализованного описания измерительной процедуры и алгоритмического описания погрешностей; поиск, исследование, разработка ПП, позволяющего измерять скорость и направление вращения в широком диапазоне, в том числе и скорости близкие к нулю; а также практическая разработка ал паратной и программной частей измерительного комплекса) яб-ляются актуальными, имеющими большое теоретическое и практи ческое значение.
Цель и задачи диссертационной работы.
Целью настоящей работы является разработка и исследова ние измерительного комплекса для определения параметров вра щения валов энергомашин.
Для достижения поставленной цели в работе решаются еле дующие задачи.
-
Анализ цифровых способов измерений и первичных прео бразователей параметров вращения валов.
-
Разработка методики проектирования ыикропроцессорно го измерительного коїділекса для определения параметров вра-
[ения валов энергомашин.
-
На основании разработанной методики - практическое іешение задач для одиночного вала (измеряемые параметры:ско-гасть и направление) и двух турбин (измеряемые параметры: корость каждой турбины, разность скоростей, разность фаз тлов поворота).
-
Разработка и исследование первичного преобразова-
'ЄЛЯ.
5. Метрологический анализ измерительного комплекса.
Методы разработки и исследований базируются на принци-е модульного проектирования, формализованном описании изме-ительных процедур, алгоритмическом описании погрешностей, имитационном моделировании, а также на традиционных экспе-шентальных и расчетных Сна аналитической основе) методах.
Новые научные результаты.
-
Предложена классификация цифровых способов измерения корости вращения по различным признакам на основе система-изированного формализованного описания алгоритмов измерений; писаны пути реализации способов; рассмотрены различные виды даптаций алгоритмов измерений, при этом получены аналитиче-кие выражения, описывающие конкретный вид адаптации, улучающей характеристики способа.
-
Предложена классификация ПП на эффекте Виганда по рем вариантам; предложена методика расчета одного из вари-нтов ПП на этом эффекте.
-
Произведен метрологический анализ измерительного ко-пле'кса для определения параметров вращояш валов на основе ормализованного описания измерительной процедуры и алгорит-ического описания погрепшостей ПрИС{ получеїш аналитические ыражения.
Практическая ценность.
-
Предложенная классификация цифровых способов измере-ия скорости вращения, сравнительный анализ способов по точ-ости, быстродействию и диапазону измерений позволяет разра-отчику тахометрической аппаратуры выбирать адекватно предъ-вленньш требованиям способы измерений и пути их реализации.
-
На основании произведенного анализа ПП предложено
использование ІШ на эффекте Виганда, что позволяет расширить диапазон измеряемых скоростей вращения в сторону их уменьшения почти до нуля.
-
Предложены функциональные схемы измерительных преобразователей на эффекте Виганда, позволяющие измерять скорость и направление вращения, причем две из них защищены авторскими свидетельствами.
-
Предложена методика разработки микропроцессорного измерительного комплекса для определения параметров вращения валов энергомашин.
-
По предложенной методике произведена разработка измерительных комплексов для одиночного вала и для двух турбин; полученные при этом структурные и функциональные схемы, алгоритмы, программные модули, принципы построения, аналитические выражения позволяют разработчику проектировать подобную тахометрическую аппаратуру с минимальными затратами времени.
Реализация результатов.
Результаты диссертационной работы использовались в ходе выполнения НИР ИИТ-І28 на кафедре ИИТ СПбГЭТУ по хоздоговорной тематике. Основные раэультаты работы были внедрены на АЛ ЛПО "Вибратор", г. Санкт-Петэрбург, что подтверждается прит латаемым актом.
Апробаг": работы.
Основные результаты работы докладывались и обсувдались на 46~й и 47-й научно-технических конференциям "Актуальные проблемы развития радиотехники, электроники и связи" г. Ленинград, 1991 и 1992 гг.; семинаре "Микропроцессоры в системах контроля и управления", г. Пенза, 1991 г.; научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ, 1990-1992 гг.; научно-технических семинарах кафедры ПІЇТ ЛЭТИ, 1Э90-1992 гг.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, включая два авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, вклю-
- б -
низшего 66 наименований, и двух приложений. Основная часть работы изложена на 194 страницах машинописного текста. Работа содержит 33 рисунка и 12 таблиц.