Бесконтактная параметрическая идентификация вращающихся машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Богатырев Владимир Анатольевич - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, доктор технических наук, профессор, [email protected] Попова Марина Викторовна - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студент, [email protected] Богатырев Станислав Владимирович - EMC2, ст. инженер, [email protected]

Кудрявцева Вероника Юрьевна Викторовна - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студент, [email protected]

Фокин Андрей Борисович - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, аспирант, [email protected]

УДК 62-83:501.1

БЕСКОНТАКТНАЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ МАШИН А.Е. Сеферян, А.Ю. Топчий, А.В. Нестеров

Предложен метод параметрической идентификации математической модели ротора двигателя бесконтактным способом, основанный на акустических измерениях. Экспериментально показано, что точность предложенного метода является приемлемой для инженерной практики.

Ключевые слова: идентификация, MATLAB, шум, выбег ротора двигателя, момент инерции, постоянная времени.

В современной технике известны три способа определения момента инерции ротора двигателя: метод маятниковых колебаний раскачивания ротора двигателя; метод падающего груза; метод свободного выбега с записью осциллограммы скорости при самоторможении. Названые методы сложны в подготовке и проведении измерений [1]. Авторами предложен усовершенствованный метод свободного выбега, в основе которого лежит запись и последующая обработка звука выбегающего ротора. Метод реализован на программно-аппаратном комплексе, состоящем из персонального компьютера (ПК) го звуковой картой и динамического микрофона. Математическая обработка сигналов проведена с использованием пакета MATLAB с пакетами расширения Control System Toolbox, Signal Processing Toolbox и Statistics Toolbox.

Свободный выбег двигателя в соответствии с [2] можно описать дифференциальным уравнением

0 = k ■ w + jdw, где k - коэффициент сопротивления вращению; j - момент инерции ротора. Этому dt

K j

уравнению соответствует передаточная функция W (s) =-, где T =--постоянная времени; s -

Ts +1 к

оператор Лапласа; K = — - статический коэффициент передачи.

к

Определение этих параметров проводилось экспериментально на стенде, состоящем из двигателя постоянного тока с контрольным тахогенератором и динамического микрофона. Выходной сигнал тахо-генератора через делитель напряжения подавался на первый канал звуковой карты, выходной сигнал микрофона - на второй канал звуковой карты [3]. Одновременно фиксировались угловая скорость и амплитуда звука (громкость). Найденная таким образом зависимость между угловой скоростью и амплитудой звука при выбеге ротора двигателя позволяет определить постоянную времени по звуку выбегающего ротора. При выбеге двигателя сигнал со звуковой карты записывался командой WAVRECORD [4]. На рис. 1 представлены полученные сигналы.

13 2 15 3

а б

Рис. 1. Сигналы со звуковой карты: выход первого канала (а); выход второго канала (б)

В результате регрессионного анализа установлено, что огибающая временной зависимости сигнала с тахогенератора является экспоненциальной (рис. 2) и описывается уравнением V = к ■ ехр / Т).

Огибающая временной зависимости сигнала микрофона - линейная (рис. 3), описывается уравнением А = -Ъ ■ t + а , где А - звуковое давление (дБ); Ъ - коэффициент изменения звукового давления с течением времени; а - начальное звуковое давление. Адекватность регрессионных моделей проверена по критерию Фишера.

Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2011, № 6 (76)

Рис. 3. График уменьшения амплитуды звука при выбеге А(?)

Связав громкость звука с угловой скоростью через масштабные коэффициенты ц,х: А = ц- 1пw +т , получим

А = ц- 1пк-ц-Т + х , Т = Ь -ц .

При проведении эксперимента на стенде с двигателем постоянного тока «Динамо сливен» были получены следующие величины: Т=2,267 с; ./=0,0059 кг - м2; к=0,0026; д=0,0283; т=88,275. Сравнение с паспортным значением /=0,0043 кг - м2 показывает состоятельность предложенного метода, поскольку ошибка не превышает 7%.

Таким образом, предложен усовершенствованный метод свободного выбега, основанный на акустических измерениях. Экспериментально показано, что точность предложенного метода является приемлемой для инженерной практики.

1. Борцов Ю.А., Суворов Г.В., Шестаков Ю.С. Экспериментальное определение параметров и частотных характеристик автоматизированных электроприводов. - Л.: Энергия, 1969. - 105 с.

2. Вольдек А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1974. - 84 с.

3. ГОСТ 11929-87. Машины электрические вращающиеся. - Введ. 01.01.1988. - М.: Стандартинформ, 2009. - 35 с.

4. Лазарев Ю.Ф. Ма^АВ 5.x . - Киев: Ирина, ВИУ, 2000. - 384 с.

Сеферян Артур Ефремович - Кубанский государственный технологический университет, студент, [email protected] Топчий Александр Юрьевич - Кубанский государственный технологический университет, студент, [email protected]

Нестеров Александр Владимирович - Кубанский государственный технологический университет, кандидат технических наук, доцент

Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, 2011, № 6 (76)