CC BY
34
14. Tariq AL-Kadia, Ziyad AL-Tuwaijrib, Abdullah AL-Omran (2013). Arduino Wi-Fi network analyzer // Procedia Computer Science, 21. - Pp. 522-529.
Надтшла до редакцп 25.10.2016р.
Береговский В.В., Теслюк В.М., Денисюк П.Ю., Теслюк Т.В. Методы и модели автоматизированного проектирования системы "интеллектуального дома" на базе нейроконтроллеров
Рассмотрены особенности подходов к проектированию "интеллектуальных зданий". Предложено ввести интеллектуальный аспект при использовании блочно-иерархичес-кого подхода для проектирования систем "интеллектуального дома" (ИД). Разработана структура системы "интеллектуального дома" на базе нейроконтроллеров. Представлена структура подсистемы климат-контроль и приведена структура типового нейрокон-троллера системы ИД. Представлены модели на основании цветных сетей Петри для анализа работы системы, позволяющие исследовать динамику работы. Построены модели, основанные на искусственных нейронных сетях, позволяющие обработать нечеткие и неструктурированные данные от подсистемы датчиков ИБ.
Ключевые слова: интеллектуальный дом, цветная сеть Петри, искусственные нейронные сети, блочно-иерархический подход, нейроконтроллер.
Berehovskyy V. V., Teslyuk V.M., Denysyuk V.M., Teslyuk T. V. Methods and Models of Automated Design of Smart House System Based on Neurocontrollers
We described some features of the design approaches of smart house systems. During the design of smart house (SH) system, it is proposed to use the intellectual aspects with the block-hierarchical approach. The structure of smart house system based on the neuro controller was designed. Climate control subsystem structure as a typical neurocontroller for SH system was described. Models based on colored Petri Nets were used for analysis of the system. They allow exploring the dynamics of the system. Models based on artificial neural networks that allow working out fuzzy and unstructured data from a sensor SH subsystem were designed.
Keywords: smart house, colored Petri Nets, artificial neural networks, block-hierarchical approach, neurocontroller.
УДК 621.[825+3.04]
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ДИНАМ1ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК МУФТИ З
Д1ЛЯНКОЮ КВАЗШУЛЬОВО'1 ЖОРСТКОСТ1 З УРАХУВАННЯМ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕКТРОДВИГУНА С.М. Комаров1, В.Р. Паста1,1.О. Романчук3, Н.О. Гембара4
Дослщжено динашчш процеси в електромехашчнш двомасовш систем приводу тех-нолопчних машин та впливу податливост пружно! нелшшно! муфти з дшянкою квазь нульово! жорсткост на його динамжу. Розглянуто уточнену двомасову модель з ураху-ванням електричних параметрiв асинхронного електродвигуна. Розроблено спецiалiзо-вану комп'ютерну програму, яка дае змогу вводити i модифшувати параметри мехашч-но! частини, муфти i електродвигуна та штегруе отримаш диференцшш рiвняння методом Ейлера. Доведено, що дослщжувана нелшшна муфта з дщянкою квазшншно! жорсткостi ефектившша вiд втулково-пальцево!.
Ключовi слова: електромехашчна система, двомасова динамiчна модель, пружна нелшшна муфта, коефiцiент динашчносй.
1 доц. С.М. Комаров, канд. техн. наук - Украшська академш друкарства;
2 проф. В.Р. Паска, д-р техн. наук - НУ "Льв1вська полггехнжа";
3 асист. 1.О. Романчук - Украшська академш друкарства;
4 доц. Н.О. Гембара, канд. техн. наук - Украшська академш друкарства
За останн десятирiччя iнтенсивно розвиваються методи теорп нелiнiйноí динамiки та стiйкостi руху мехашчних систем. Гасiння динамiчних процеав у нелiнiйних механiчних системах вщбуваються за допомогою динамiчних нель тйних гасителiв коливань. Вони iстотно розширюють можливосп ефективного гасiння коливань. Динамiчнi навантаження значною мiрою визначають мщтсть елементiв конструкций. Механiчнi коливання, що виникають пiд час перех1дних процеав, призводять до нагромадження втомних пошкоджень, що знижуе ресурс елементiв приводу. Важливим е аналiз процесiв пуску привщних систем, якi у багатьох випадках можна звести до двомасово! дииамiчноl моделi. Для забезпе-чення достатньо! точностi розрахункiв потрiбно враховувати пружно-дисипатив-нi характеристики кiнематичного ланцюга приводу та динамiчнi властивостi електродвигутв i виконавчого органу. Механiчнi вiбрацií у приводi потрiбно дослiджувати у взаемозв'язку з електромагнiтними процесами в електродвигуш, що ускладнюе завдання дослщження. Такий пiдхiд забезпечуе високу ефектив-нiсть проектування приводу i потрiбний динамiчний стан виконавчого органу.
Вщомо, що крутний момент вiд електродвигуна до виконавчого органу пе-редаеться через кшематичний ланцюг, що складаеться з механiчних передач i муфт. У приводах виникають значт динамiчнi навантаження, особливо в перь од пуску i гальмування. Для зменшення цих навантажень застосовують пружнi муфти. Муфти з дiлянками квазiнульовоi жорсткосп здатнi ефективно гасити коливання у широкому частотному дiапазонi, зменшуючи амплггуди динамiч-них навантажень [7, 8]. Мехашчну систему приводу технолоично! машини та и двомасову модель наведено на рис. 1.
Рис. 1. Структурна схема приводу технологiчно'i машини (а) та п динаммчна
модель (б)
Привщ складаеться з електродвигуна, муфти, редуктора, пружно! муфти та виконавчого мехашзму (див. рис. 1, а), де: JE, МЕ та а - вщповщно момент шерцп, електромагштний момент та кутова швидюсть ротора електродвигуна; и - передатне число редуктора; /- нелшшна мехашчна характеристика муфти у функцп кута закручування; J2 - момент шерцп виконавчого мехашзму; М0 - момент сил корисного опору. Для анатзу динамки приводу вико-наемо зведення мас i жорсткостей до веденого вала. Моменти шерцп ватв, муфт та iнших деталей приводу не враховуемо, оскшьки 1'х значения iстотно менш^ порiвняно з моментами шерцп ротора. Вали i муфту приводу вважаемо абсолютно жорсткими, оск1льки 1'х жорстюсть набагато перевищуе жорсткiсть пружно! муфти. Також приймемо до уваги дисипащю в муфтi. Дисипативнi си-
ли вважаемо лiнiйними. Внаслiдок приходимо до класично! двомасово! схеми (див. рис. 1, б) з вiдповiдними параметрами:
• J1 = и 'гJE - зведений момент шерцп ротора електродвигуна;
• М1 = иМЕ - рушшний момент приводу;
• Л - коефщент дисипацп;
• Й,ф2 - узагальнет координати;
• с = /(ф-ф) - нелiнiйна механiчна жорсткiсть муфти.
Диференцiйнi ршняння руху двомасово!' системи у функцн часу запишемо в такому виглядi:
^л.^-^+ф-^м,; (1)
J +л( ф-ф)+Гф-ф)=М 0
Рушiйний момент на електродвигуш е величиною змшною. Дослiдження багатьох авторiв довели, що без врахування електромеханiчних характеристик двигуна у процесi розгону неможливо отримати достовiрну картину динамiч-них навантажень у кшематичному ланцюгу привода [1-4]. Диференцшш р1в-няння електромагнiтного стану асинхронного електродвигуна без врахування насичення у магштопроводах запишемо у такому виглядi [5]:
^ = А ' { ит + 100р - [(¿-у + ¿Ку)- Ьт + ¿-у - Ь- ] - Я-■ ¿5x1 + +Вэ - { (100Р - рою) - [(¿-у + ¿Ку) - Ьт + ¿Ку'Ьк ] - Як ■ ¿Кх} ^ = 4 - {- 100Р - [(¿Их + ¿Кх)- Ьт + ¿Эх-Ьэ ]- Яэ ■ ¿Эу} +
+Вэ - { (Р0Ю -100Р) - [(¿5Х + ¿Кх) - Ьт + ¿Кх - Ьк]- Як - ¿Ку}
= Ак - {(100р - Р0Ю) - [(¿-у + ¿Ку) - Ьт + ¿Ку -Ьк] - Кк ^кх} + а I (г )
+Вк { ит + 100Р - [(¿-у + ¿Ку)- Ьт + ¿Эу - Ь ] - Я-■ ¿Эх}
= Ак -{ (Р0Ю- 100Р) - [(¿-х + ¿Кх) - Ьт + ¿Кх-Ьк] - Як - ¿Ку} +
+Вк - { 100Р - [(¿Эх + ¿Кх) - Ьт + ¿Кх - Ьк] + Яэ - ¿Эу} ,
де: ¿эх, ¿эу, ¿кх,¿Ку - проекцц струмiв статора i ротора на координатш осц Ьэ,ЬК, Ьт - шдуктивносп розсдавання статора, ротора i робоча вдуктившсть двигуна; Яэ, ЯК - активш опори обмоток статора i ротора; ит - амплiтуда нап-руги живлення; р0 - кшьккть пар магнiтних полюсiв; ю - кутова швидккть ротора; Аз, АК, Вэ, ВК - сталi величини, що розраховуються з вiдповiдних iндуктив-ностей:
4 = ЬК + Ьт . а = ЬЭ + Ьт . в = В = ~Ьп
ЬпЬт + ЬзЬт + ЬпЬз ЬпЬт + Ь-Ьт + ЬпЬз ЬпЬт + ЬзЬт + ЬпЬз
Електромагнiтний момент двигуна знаходимо за формулою
Ме = 1,5 Р(Ьт(Шчу - г&яу) ■ (3)
Зв'язок з рiвняннями руху двомасово1 механiчноí системи з нелшшною муфтою (1) здайснюемо за допомогою кутово!' швидкосп, передатного числа i електромагнiтного моменту
М1 = Мец ; а=р ■ и ■ (4)
&
Для дослiдження руху електромеханiчноí системи, що описуеться системою нелiнiйних рiвнянь (1)-(4), розроблено спецiалiзовану комп'ютерну програ-му У дiалоговому режимi користувач задае ус параметри механiчноí та елек-тромеханiчноí системи вiдповiдно до ршнянь [7, 8]. Параметри електро двигуна взято з [6]. Момент сил корисного опору можна задавати у виглядi стало! i гар-мошйно! складових з довiльною частотою i амплiтудою■ 1нтегрування диферен-цiйних рiвнянь здiйснюеться методом Ейлера. Для цього рiвняння (1)-(2) подано у нормальнш формi Кошi за допомогою постановок:
( = &2р = &а-. = &2( = & ' &2 & ' & ' &
Крок iнтегрування i початковi умови можна задати довшьно. 1нтегрування здiйснювали за нульових початкових умов, що вiдповiдають пуску електродви-гуна при нерухомому механiзмi приводу технолопчних машин. Вивiд результа-пв можливий як у графiчнiй форм^ так i у виглядi таблиц iз заданим кроком часу. Як показуе досввд роботи з програмою, досить високо! швидкостi, стiйкостi i точностi розв'язку можна досягнути за кроку iнтегрування 0,00001... 0,00002 с. Загальний час перехiдного процесу не перебiльшуе 5 с.
Для дослщження взято пружну муфту з далянкою квазiнульовоí жорсткостi (рис. 2), вшьш i вимушенi коливання яко1 дослiджено в роботах [7, 8]. Крутний момент муфти Т складаеться iз суперпозицií моментiв основних пружин з жорсткктю с1 i компенсуючих з жорсткiстю с2 Т = Т1 + Т2, [8]
¿0+ь
де Т (р) = 2с1г2л; Т2 (р) = -с^ЯЩ эт (р)
-I--1
^/Щ + Щ - 2ДЩ2со8 (р)
Р=Р-(2
деформация пружно1 ланки муфти, ¿0 - попереднш стиск компенсуючих пружин, Ь = К2 + Щ . Iншi параметри наведено на рис. 2. Крутний момент, який передае муфта, становить
Т (р) = 2с1г 2р - с2Я1Я2 8т (рр)
¿0 + Ь__1
д/щ12 + Щ - 2^1^2008 (р)
Проаналiзуемо вплив параметрiв електромеханiчноí системи на вiброна-вантаженiсть ведено1 маси 72 динамiчноí моделi (див. рис. 1) при нелМйнш муфтi з дшянкою квазiнульовоí жорсткостi (див. рис. 2). Зауважимо, що досль джувана муфта без компенсуючих пружин е лшшною i передае тiльки крутний момент Т1. Для порiвняння взято муфту пружну втулково-пальцеву (МПВП), жорстккть яко1 можна вважати лiнiйною [9].
Геометричш параметри подано у безрозмiрних одиницях вщносно оди-ничного радiуса г = 1. Тодi радiуси точки кр^ення нижнього i верхнього кiнцiв компенсуючих пружин вщпо-вiдно становлять: Лт1 = т1 / г ° Я1 i Лц2 = т2 / г ° т2, вiдносна початкова де-формацiя компенсуючих пружини: Лз = Зо / г ° Зо.
У розроблену комп'ютерну прог-раму вводили наведенi вище електрич-ш параметри асинхронного двигуна та характеристики нелшшно'* муфти: ве-личини жорсткостей с1, с2, безрозмiрнi геометричш параметри, коефщент за-тухань т, передатне число i момент шерцп ведено'' маси.
Для МПВП задавали максимальний крутний момент Мкр, який може пере-дати муфта i жорсткiсть пружних елементiв с9. За введених даних на екраш от-римуемо вiкно з результатами розрахунку, яю можна отримати у виглядi графь кiв (рис. 3) або таблиць. Вивести на екран можна проекцп струмiв статора i ротора, кутовi перемщення i швидкостi обох пiвмуфт, момент на валу електрод-вигуна та вщновлювальний момент у муфтi, а також 'х екстремальнi значення.
".у.-,"! М з м1и11и^ И ^ * - ,а1 Е ^ ОI □ О --- л 1Па~ |Е«||. »щ«»В ин»
Рис. 3. Робоче втно результатiв роботи програми
Рис. 2. Структурна схеми пружно'1 муфти з дтянкою квазшульовоИ
жопсткост1
Для кращо! вiзуалiзацii результатiв дослiджень i для nopÍB^H^ рiзних ви-вiдних величин за однакових вхiдних величин числовi данi iмпоpтувались у програму MATLAB i виводились у виглядi графтв. На рис. 4-6 наведено деяю результати проведених дослiджень. У виглядi гpафiкiв подано зм1ну в чаа моменту на валу двигуна Мдв, вiдновлювального моменту Мвд та кутово! швид-костi а>2 для piзних дослiджуваних муфт залежно вiд моменту шерцп ведено! маси J2.
У роботi аналiзуeмо результати на перехiдному процесi. Аналiз отриманих графiкiв (див. рис. 4-6) показав, що час перехiдного процесу для обох муфт принципово не вiдрiзняeться та становить приблизно вщ 0,2 до 0,4 с i зростае зi збiльшенням зведеного моменту шерцп ведено! ланки 32. Але для нелМйно! муфти графж кутово! швидкостi а б1льш плавно шдходить до зони усталеного руху. Коефiцieнт динамiчностi кд для уах значень моменту шерцп кращий (бшьший) для нелшшно! муфти, нiж для лшшно'!. Його значення виведено на графшах. Хочемо зауважити, що вибраний електродвигун двополюсний з номь нальною частотою щ = 3000 хв.
Висновки:
1. Розроблено комп'ютерну програму для анашзу динамiки приводу виконавчих MexaHi3MiB з урахуванням електромеханiчних характеристик електродвигуна i механiчних характеристик пружно! нелшшно! (лiнiйно'í) муфти.
2. Для уих значень зведеного моменту шерци виконавчого мехашзму J 2 = 0,01 - 0,05 - 0,1 кгм2 коефщент динамiчностi кращий для нелшшно! муфти.
3. З ростом моменту шерци виконавчого механiзму коефщент динамiчностi на перiодi перехiдного процесу зменшуеться.
Лiтература
1. Вейц В.Л. Динамика управляемого электромеханического привода с асинхронными двигателями / В.Л. Вейц, П.Ф. Вербовой, А.Е. Кочура и др. - К. : Изд-во "Наук. думка", 1988. -272 с.
2. Харченко С.В. Розрахунок динамiчних процеив в електромехашчнш привщнш системi з пружною муфтою / С.В. Харченко, К.К. Колесник // Науковий вiсник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : Вид-во УкрДЛТУ. - 2001. - Вип. 11.1. - С. 124-129.
3. Харченко С.В. Математичне моделювання гальм1вних режимв роботи привщно! систе-ми пасажирського лiфта / С.В. Харченко, Б.В. Бондарчук // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Украши. - 2012. - Вип. 22.13. - С. 294-301.
4. Лютенко В.С. Математична модель для дослщження електромехашчних процеов у п1дйомниках для складання бурових вишок / В.С. Лютенко // Системи управлшня, навк-аци та зв'язку : зб. наук. праць. - 2013. - Вип. 1. - С. 59-64.
5. Чабан В.И. Основы теории переходных процессов электромашинных систем / В.И Чабан. - Львов : Изд-во "Вища шк.", 1980. - 200 с.
6. Кравчик А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А : справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболевская. - М. : Изд-во "Энергоиздат", 1982, 504 с.
7. Паска В.Р. Побудова скелетних кривих пружно! муфти з дшянкою квазшульово! або вщ'емно! жорсткост / В.Р. Паска, 1.О. Романчук // Вiсник Национального ушверситету "Л^всь-ка полiтехнiка". - Сер.: Динамка, мiднiсть та проектування машин i прилад1в. - Льв1в : Вид-во НУ "Льв1вська поли-ехнжа". - 2013. - № 759. - С. 79-84.
8. Паска В.Р. Вимушеш коливання пружно! муфти з дшянкою квазшульово! жорсткостi / В.Р. Паска, 1.О. Романчук // Вiбрадil в технiдi та технологшх : Всеукр. наук.-техн. журнал. - Вш-ниця. - 2014. - № 4(76). - С. 24-33.
9. Харченко С.В. Розрахунок жорстюсних характеристик пружних втулково-пальцевих муфт / С.В. Харченко, К.К. Колесник // Вюник Нацюнального ун1верситету "Л^вська полггехш-ка". - Сер.: Оптимiзадiя виробничих процеов i технiчний контроль у машинобудуванш i прила-добудуванн1. - Льв1в : Вид-во НУ "Льв1вська полiтехнiка". - 2000. - № 412. - С. 96-100.
Надтшла доредакцп 05.10.2016р.
Комаров С.М., Пасека В.Р., Романчук И.А., Гембара Н.А. Исследование динамических характеристик муфты с участком квазинулевой жесткости с учетом характеристик электродвигателя
Исследованы динамические процессы в электромеханической двухмассовой системе привода технологических машин и влияния податливости упругой нелинейной муфты с участком квазинулевой жесткости на его динамику. Рассмотрена уточненная двухмас-совая модель с учетом электрических параметров асинхронного электродвигателя. Разработана специализированная компьютерная программа, которая позволяет вводить и модифицировать параметры механической части, муфты и электродвигателя и интегрирует полученные дифференциальные уравнения методом Эйлера. Доказано, что исследуемая нелинейная муфта с участком квазинулевой жесткости эффективнее втулочно-пальцевой.
Ключевые слова: электромеханическая система, двухмассовая динамическая модель, упругая нелинейная муфта, коэффициент динамичности.
Komarov S.M., Pasika V.R., Romanchuk I.O., Hembara N.O. The Study of Dynamic Characteristics of Clutch with Quazi-Zero Stiffness Area Considering Electric Motor Characteristics
The study of dynamic processes in the electromechanical two-mass system of the drive of technological machines has been done as well as a study of the impact of nonlinear elastic clutch compliance with quasi-zero stiffness area on its dynamics. A revised two-mass model has been considered taking into account electrical parameters of asynchronous motor. Specialized computer software has been developed that allows you to input and modify the parameters of the mechanical parts, the clutch and the electric motor and integrates the received differential equations by Euler method. It has been proved that the studied nonlinear clutch with the quasi-linear stiffness area is more effective than a sleeve-finger one.
Keywords: electromechanical system, two-mass dynamic model, elastic nonlinear clutch, dynamic factor.
УДК 536.2.083
ВИМ1РЮВАЛЬНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ ТЕПЛОФ1ЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ Р1ДИН 1.С. Васильтвський1, В.О. Фединець2, Я.П. Юсик3
Розглянуто теоретичш основи побудови вишрювального перетворювача теплофiзич-них властивостей рщин у процес ламшарно! течи з використанням щ^вняльного методу вишрювання, що дасть змогу шдвищити точшсть i спростити процес вишрюван-ня, пор^вняно з вщомими решениями. Наведено опис принципово! схеми та значения конструктивних параметрiв розробленого перетворювача теплофiзичиих властивостей рiдии. Описано порядок проведення вимiрюваиь та наведено розрахунковi формули для визначення теплопровiдностi i температуропровiдностi рiдии. Наведено результати ек-спериментальних дослiджень теплофiзичиих характеристик рщин з використанням роз-робленого перетворювача.
Ключовi слова: теплофiзичнi властивостi, температуропровiднiсть, теплопровщ-шсть, тепловий опiр, дослiджуваиа та еталонна рiдииа, вимiрювальиий перетворювач.
Постановка проблеми. Потреба вимрювання теплофiзичних характеристик рщин спричинена тим, що у процес проведення наукових дослiджень i пе-ребiгу технологiчних процесiв треба знати властивосп технiчно важливих рь дин, оскшьки досить часто тако1 iнформацií у довiдковiй лiтературi немае або значення параметров наведено зi значною похибкою.
Бiльшiсть технологiчних рщин - це дисперснi системи (суспензп, емульсií або рiдинно-газовi сумiшi), ефективш значення теплофiзичних характеристик яких можна вишряти тшьки пiд час íх перебiгу. У станi спокою вщбуваеться подш технологiчних рiдин на íх компоненти. При цьому твердi частинки сус-пензiй випадають в осад, емульси розшаровуються, дрiбнi бульбашки газiв ви-дiляються з рiдинно-газових сумшей [1, 2].
Аналiз останнгх дослщжень i публiкацiй. Останшм часом для вишрювання теплофiзичних характеристик потоюв технологiчних рiдин значного поши-рення набули т. зв. методи ламшарного режиму, якi полягають у вимiрюваннi
1 доц. 1.С. Васильквський, канд. техн. наук - НУ "Львгвська полггехшка";
2 проф. В.О. Фединець, д-р техн. наук - Ну " Льв1вська полггехнка";
3 доц. Я.П. Юсик, канд. техн. наук - НУ " Льв1вська полггехнгка"
