CC BY
48
лерометра от температуры, то нельзя исключать влияния температуры на напряжения питания т.к. в дальнейшем при вводе коррекции будет присутствовать ошибка, равная величине
KUT (T- To).
И не будет произведена полная компенсация влияния температуры на показания инклинометра.
Вернемся к полученным результатам. Как ранее было замечено, при линейной аппроксимации данных получается большая ошибка. Линейная аппроксимация является частным случаем полиномиальной интерполяции с помощью аппроксимирующего полинома
П
f(x) = а + ах + ах2 + ... + axn = е ax1.
Таким образом, увеличивая степень полином аппроксимирующей функции, можно добиться уменьшения величины ошибки.
Произведем аппроксимацию выходного напряжения с акселерометра с помощью полиномов первой, второй, третьей и девятой степени рис. 3.
Как и следовало ожидать, с увеличением степени полинома происходит уменьшение ошибки.
Помимо выполнения коррекции, МК выполняет функции преобразования напряжения в величину действующего ускорения или угловые градусы в зависимости от режима работы. Так же производится компенсация нелинейности выходной характеристики для уменьшения погрешности при измерении углов. Все это приводит к ограничению вычислительных мощностей МК. В связи с этим самым опти-
мальным является аппроксимация полиномами, не превышающими третью степень.
Уравнение корректирующей функции для полинома первой степени будет выглядеть
uKopBblx = U(t) - KT(T - To) -
- KAU(U- U - K(T- To)) - So Произведя коррекцию выходного сигнала полиномами разной степени, получили рис.4-7. В таблице приведены результаты коррекции выходного напряжения с микромеханического акселерометра полиномами различной степени.
Как видно из графиков и таблицы, введение коррекции приводит к увеличению стабильности работы прибора, а именно уменьшению среднеквадратической ошибки прибора и величины разброса напряжения. Также разница между использованием корректирующей функции с задействованием полиномов второй и третьей степени не сильно выражена, а значит, большого выигрыша при использовании полинома третьей степени нет. И наиболее выигрышным, с точки зрения сохранения вычислительной мощности МК и быстродействия прибора, является использование полинома второй степени.
Библиографический список
1. Ачильдиев, В.М. Бесплатформенные инерциальные блоки на основе микромеханических датчиков угловой скорости и линейного ускорения: монография / В.М. Ачильдиев. - М.: МГУЛ, 2007. - 223 с.
2. Макс, Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: в 2-х т. / Ж. Макс - М.: Мир, 1983.
3. ADXL 203. http://www.analog.com
МЕТОД КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВТОРИЧНЫХ
источников питания в динамическом режиме
Е.В. ЖЕРДЕВА, ст. неуч. сотр. филиала ФБУ «46ЦНИИМинобороны России», канд. техн. наук,
О.В. ЦАРЕВ, нач. управления филиала ФБУ «46ЦНИИМинобороны России», канд. техн. наук
Современная радиоэлектронная аппаратура в военной технике (РЭА ВТ) характеризуются многофункциональностью и сложностью, которая обусловлена объемом и характером решаемых ими задач с помощью широкого использования разных технических
устройств, которые в своем составе имеют один из важнейших элементов - вторичные источники питания (ВИП).
Анализ развития вооружения РЭА ВТ, как в России, так и за рубежом, показывает, что улучшение тактико-технических и экс-
92
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2012
плуатационных характеристик достигается, как правило, схемным и конструктивным усложнением РЭА ВТ, что ведет к снижению их надежности [1]. Выявленное противоречие возможно устранить за счет улучшения ремонтоспособности, также за счет рациональной компоновки РЭА ВТ, качественного диагностического обеспечения, под которым следует понимать комплекс взаимозависимых правил, методов, алгоритмов и средств, необходимых для совершения диагностирования РЭА ВТ на всех этапах жизненного цикла [2]. В рамках диагностического аспекта надежности должна решаться задача определения технического состояния объектов (образцов, изделий, устройств) РЭА ВТ, то есть организация проверки исправности, работоспособности, правильности функционирования элементов, ключевым из которых являются ВИП.
Актуальность задач технического диагностирования ВИП определяется следующими обстоятельствами:
- количество ВИП в современной РЭА ВТ составляет до 10 % от ее объема [3];
- большое время диагностирования ВИП (до 70 % от общего времени их восстановления), а также высокая стоимость восстановительных работ (до 50 % от стоимости жизненного цикла изделий) [4].
Анализ контроля технического состояния ВИП показывает, что качество определения технического состояния (ТС) ВИП непосредственно на объектах РЭА ВТ достаточно низкое. Например, при возникновении сбоев в ВИП в динамическом режиме современные средства контроля не определяют причину этих сбоев. В результате этого снижается коэффициент готовности РЭА ВТ.
Как правило, при эксплуатации ВИП в РЭА ВТ работают в таких условиях, когда нагрузка изменяется в больших пределах. Эти динамические изменения нагрузки приводят к сбоям в работе ВИП, даже в том случае, когда результаты контроля ТС в статическом режиме могут быть положительными.
Существующие системы контроля ТС не могут обеспечить требуемое среднее время восстановления при заданных экономических
затратах (10-15 % от стоимости контролируемого ВИП) и необходимую эффективность контроля [4].
Следовательно, необходимо разработать такие методы контроля ТС, которые позволили бы обеспечить необходимую эффективность этого контроля в динамическом режиме.
Для того чтобы получить заданную достоверность контроля, необходимо правильно определить все признаки, характеризующие исправное и неисправное состояние ВИП; выбрать обобщенные параметры, которые однозначно определяют эти признаки; найти соотношение между точностью измерений контролируемых параметров (КП) и допусками на эти КП.
Предлагаемый метод контроля технического состояния ВИП в динамическом режиме (МКДР), с помощью которого можно получить практически достоверную и полную информацию о качестве контролируемого объекта.
Динамический контроль объекта возможно осуществлять: а) во временной области; б) в частотной области; в) статистическими методами.
В каждом из перечисленных методов с помощью соответствующих зависимостей выбирают контролируемые параметры. На практике, как правило, использование частотного и статистического методов ведет к сложности съема информации и ее обработки. Поэтому для динамического контроля ВИП наиболее приемлемым является контроль объектов во временной области.
В этом случае используется ступенчатая функция, которая подается на вход объекта и является сильно действующим и относительно необычным входным возмущением для ВИП и позволяет проводить контроль технического состояния этих ВИП по переходной функции. Эта переходная функция несет в себе информацию о реакции системы на весь спектр частот.
Как известно, переходной процесс определяется показателями качества (ПК), основными из которых являются следующие: время переходного процесса т и т2, ошибка в установившемся режиме а = 0,05 иуст;
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2012
93
фйстД
То
Рисунок. Определение показателей качества системы по кривой переходного процесса
N - число колебаний в течение времени переходного процесса, AU^ - коэффициент перерегулирования (20 % - 30 % U .), t . - время установления, То - период колебаний.
Для показателей качества графически можно определить область допустимых значений, из которой они не должны выходить при определении работоспособности ВИП. Оценку состояния ВИП по одному из перечисленных выше ПК или их композиции можно назвать прямыми динамическими оценками, так как они характеризуют динамику непосредственно по кривой переходного процесса [5].
Сущность метода контроля технического состояния вторичных источников питания в динамическом режиме. Вторичный источник питания представляет собой автоматическую систему управления (АСУ), при подаче входного воздействия на которую на выходе получается переходный процесс (рисунок).
Постоянная времени Т для каждого ВИП является определенной величиной. Поэтому при подаче максимально допустимого воздействия U (задается паспортом или техническими условиями ВИП) - кривая 1 и минимально допустимого воздействия Цмин (задается паспортом или ТУ ВИП) - кривая 2. Из рисунка видно, что кривые имеют разную скорость нарастания переходного процесса.
Если установить пороговое напряжение ипор., то момент перехода этого порога для кривой 1 происходит в точке 1 (0,85), при этом время задержки переходного процесса (пересечения) равно т , аналогично для кривой 2 соответствует задержка т2 . Величины т и т2, являются диагностическими параметрами. Работоспособность ВИП находится,
если т < тизм < т2 , то ВИП исправен, (1)
если т >тизм > т2, то ВИП не исправен. (2)
Для вычисления т и т2 на этапе проектирования и разработки, используется модель ВИП, которая получена методом пространства состояний для U . и U По этой модели стро-
мин макс. г
ятся переходные процессы 1 и 2 , по которым
1. Задается U^., по которому вычисляется переходный процесс 1.
2. Находится точка пересечения 1, с помощью которой определятся т.
3. Задается U^., по которому вычисляется переходный процесс 2.
4. Находится точка пересечения 2, с помощью которой определятся т2.
Для вычисления т и т2 на этапе проектирования и разработки используется модель ВИП, которая получена методом пространства состояний для U . и U По этой моде-
мин макс.
ли строятся переходные процессы 1 и 2 , по которым
94
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2012
1. Задается /Умакс., по которому вычисляется переходный процесс 1.
2. Находится точка пересечения 1, с помощью которой определятся т.
3. Задается Цмин., по которому вычисляется переходный процесс 2.
4. Находится точка пересечения 2, с помощью которой определятся т2.
Методика контроля технического состояния состоит из двух этапов.
Первый этап проектирование и разработка, второй - эксплуатация.
На первом этапе определяются диагностические параметры с помощью диагностической модели, полученной методом пространства состояний или по результатам испытаний (предприятий-разработчиков) выполняется п. 1-4.
В диагностический формуляр записываются диагностические параметры: U., т и т2, тип ВИП;
На втором этапе
а) из диагностического паспорта в устройство контроля ВИП (УК ВИП) устанавливаются диагностические параметры ипор ,ij и т2 и тип ВИП.
б) включается устройство контроля ВИП и проверяется неравенство (1 и 2), результат проверки выводится на устройство регистрации.
Этот метод обладает большой чувствительностью и информативностью, так как условия для работы элементов ВИП в этом случае оказываются значительно жестче. Это объясняется тем, что переходной процесс характеризует динамический режим работы ВИП, в котором наиболее полно проявляется его уровень работоспособности [6]. В этом случае элементы, находящиеся в предотказном состоянии и трудно поддающиеся контролю традиционными методами, искажают переходной процесс, изменяют показатели качества, что является первым достоинством метода.
При использовании метода контроля технического состояния ВИП в динамическом режиме удается значительно сократить время, затрачиваемое на контроль ВИП. Это достигается за счет использования одного показателя качества переходного процесса,
который с необходимой достоверностью характеризует техническое состояние ВИП, что является вторым достоинством метода.
В процессе контроля технического состояния ВИП основную трудность представляют элементы обратной связи. Поэтому при контроле таких ВИП при традиционных методах контроля приходится проводить разрыв обратных связей схемными или механическими способами [7]. Это приводит к дополнительным экономическим и временным затратам. При использовании метода МКДР представляется возможность контроля ВИП без разрыва обратных связей за счет использования особенностей работы элементов в переходном режиме, что является третьем достоинством метода.
Минимальное число контролируемых параметров и унификация входных воздействий в методе МКДР позволяет максимально автоматизировать процесс контроля технического состояния ВИП, что является четвертым достоинством метода.
Таким образом, наиболее перспективным методом контроля технического состояния вторичных источников питания РЭА ВТ в настоящее время является метод МКДР, который позволяет существенно сократить число контролируемых параметров и контроль технического состояния проводить по показателю качества переходного процесса.
Библиографический список
1. Буроменский, Н.П. Ремонт радиоэлектронного вооружения в армии США / Н.П. Буроменский, В.И. Минцкер // Техника и вооружение.- 1991. - № 6.
2. Литвиненко, В.В. Техническое обеспечение в армии США / В.В. Литвиненко // Техника и вооружение. - 1990. - № 9.
3. Надежность технических систем: Справочник / Ю.Б. Беляев, В.А. Богатырев, В.В. Болотник и др.; Под ред. И.А. Ушакова. - М.: Радио и связь, 1985.
4. Заковряшин, А.И. Конструирование радиоэлектронной аппаратуры с учетом особенностей эксплуатации / А.И. Заковряшин. - М.: Радио и связь, 1988.
5. Доценко, Б.И. Диагностирование динамических систем / Б.И. Доценко. - К.: Техника, 1983.
6. Технические средства диагностирования. Справочник / В.А. Клюев, П.П. Пархоменко, В.Е. Абрамчук и др. /Под ред. В.А. Клюева - М.: Машиностроение, 1989.
7. Долгов, В.А. Встроенные автоматизированные системы контроля / В.А. Долгов. - М., Энергия, 1967.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2012
95
