CC BY
79
Министерство образования и науки РФ
Правительство Пензенской области Академия информатизации образования Академия проблем качества РФ Российская академия космонавтики им. К.Э.Циолковского Российская инженерная академия Вычислительный центр РАН им. А.А.Дородницына Институт испытаний и сертификации ВВТ ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л.Минца» ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «РУБИН» ОАО «НИИФИ», ОАО «ПНИЭИ», ФГУП ФНПЦ «ПО СТАРТ», НИКИРЭТ, ЗАО «НИИФИиВТ» ОАО «ППО ЭЛЕКТРОПРИБОР», ОАО «РАДИОЗАВОД» Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС» ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА» Пензенский государственный университет
АадижУ{%шсж
ТРУДЫ
МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА
НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО
II то^
ПЕНЗА 2015
УДК 621.396.6:621.315.616.97:658:562 Т78
Труды Международного симпозиума «НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО»:
T78 в 2 т. - Пенза : ПГУ, 2015. - 2 том - 384 с.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
В сборник трудов включены доклады юбилейного ХХ-го Международного симпозиума «Надежность и качество», проходившего с 25 по 31 мая 2015 г. в городе Пензе.
Рассмотрены актуальные проблемы теории и практики повышения надежности и качества; эффективности внедрения инновационных и информационных технологий в фундаментальных научных и прикладных исследованиях, образовательных и коммуникативных системах и средах, экономике и юриспруденции; методов и средств анализа и прогнозирования показателей надежности и качества приборов, устройств и систем, а также анализа непараметрических моделей и оценки остаточного ресурса изделий двойного назначения; ресурсосбережения; проектирования интеллектуальных экспертных и диагностических систем; систем управления и связи; интерактивных, телекоммуникационных сетей и сервисных систем; экологического мониторинга и контроля состояния окружающей среды и биологических объектов; исследования физико-технологических процессов в науке, технике и технологиях для повышения качества выпускаемых изделий радиопромышленности, приборостроения, аэрокосмического и топливно-энергетического комплексов, электроники и вычислительной техники и др.
Оргкомитет благодарит за поддержку в организации и проведении Международного симпозиума и издании настоящих трудов Министерство образования и науки РФ, Правительство Пензенской области, Академию проблем качества РФ, Российскую академию космонавтики им. К. Э. Циолковского, Российскую инженерную академию, Академию информатизации образования, Вычислительный центр РАН им. А. А. Дородницына, Институт испытаний и сертификации ВВТ, ОАО «Радиотехнический институт имени академика А.Л. Минца», ОАО «УПКБ ДЕТАЛЬ», ОАО «НИИФИ», ФГУП «ПНИЭИ», ОАО «РУБИН», ОАО «РАДИОЗАВОД», ОАО «ППО ЭЛЕКТРИПРИБОР», ФГУП «ПО «СТАРТ», НИКИРЭТ - филиал ФГУП «ПО «СТАРТ», Пензенский филиал ФГУП НТЦ «АТЛАС», ОАО «ТЕХПРОММАШ», МИЭМ НИУ ВШЭ, Евразийский Национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Сургутский институт мировой экономики и бизнеса «ПЛАНЕТА»,Пензенский государственный университет.
Сборник статей зарегистрирован в Российском индексе научного цитирования (РИНЦ) с 2005 г.
Р е д а к ц и о н н а я к о л л е г и я :
Юрков Н. К. - главный редактор Трусов В. А. - ответственный секретарь Баннов В. Я. - ученый секретарь Волчихин В. И., Абрамов О. В., Авакян А. А., Дивеев А.И., Иофин А. А., Каштанов В. А., Майстер В. А., Острейковский В.А., Петров Б. М., Писарев В. Н., Роберт И. В., Романенко Ю. А., Северцев Н. А., Садыков С. С., Садыхов Г. С., Увайсов С. У.
ISBN 978-94170-818-5(т.1) ISBN 978-94170-818-8
© Оргкомитет симпозиума, 2015 © ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», 2015
р - иИЬ
г<П и Пр К -—тг,-
1ПРНОМ
где ЕП - напряжение источника питания относительно общего провода (т. Б на рис.2); и^р, -прямое напряжение на светодиоде HL; 1%^нОМ -прямой номинальный ток НЬ.
Из (1) хорошо видно, что схема будет корректно индицировать отказ только при верности соотношения:
I
ИЬ
.I
ИЬ
ПРНОМ ••• 1 ПР.МАКС
вид:
Для 1 ПР.МИН
Для IИ
Для граничных значений R примет
Е -К- ЕПг,
(3)
. Е - и
К — ДП иПР
I
Е - иИЬ К + Кн < ЕПИгиПР
(4)
ПР.МАКС
0 Ом, тогда мак-
(2) 1 ПР.МИН
где 1Ц^МИН - минимальный прямой ток протекающий через НЬ при котором будет наблюдаться его свечение.
Если же соотношение (2) не соблюдается, то через НЬ будет протекать прямой ток IПР <1ИрМИН который уже не вызовет свечение светодиода. Однако не всегда при выходе из строя тех или иных внутренних цепей КН , её внутренне сопротивление со стороны источника питания будет стремиться к нулю.
Улучшить работу схемы рисунок 3 можно с помощью оценки диапазона внутреннего сопротивления КН при котором будет наблюдаться свечение
НЬ. Для данной схемы этот диапазон условно назовём "рабочим". После оценки рабочего диапазона понадобится и коррекция соотношения (1).
Для решения поставленной выше задачи уточним
Приняв нижнюю границу R, симальное внутреннее сопротивление, КН МАКС при
котором будет наблюдаться свечение НЬ определяется по формуле:
КН.МАКС — К- К (5)
Отсюда рабочим диапазоном внутреннего сопротивления нагрузки после отказа, можно считать диапазон от КН =0 Ом до КН МАКС
Зная рабочий диапазон КН фары можно скорректировать формулу (1) . Фактически значение К — К" т.е.:
Я--
ИЬ
(6)
границы для I
ИЬ ПР
1 ПР.МАКС
Расчет приведен в общем виде. В результате свечение того или иного светодиода означает отказ предохранителя в электрической цепи фары. Аналогичным образом организованна диагностика остальных цепей питания роботизированной платформы.
это диапазон токов I
ПР.МИН —
Юрков Н.К., КоС. 377-379. П. П. Пархомен-— 672 с.
ЛИТЕРАТУРА
1. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. - М.: «Три Л», 2000. - 400 с.
2. Гришко А.К. Методология управления качеством сложных систем / Гришко А.К., чегаров И.И. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2.
3. Клюев В. В. Технические средства диагностирования: Справочник/В. В. Клюев, ко, В. Е. Абрамчук и др.; под общ. Ред. В. В. Клюева. — М.: Машиностроение, 1989.
4. Горячев Н.В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78-79.
5. Белов А.Г. Влагозащитное покрытие печатных узлов в датчике утечки воды / Белов А.Г., Баннов В.Я., Трусов В.А., Кочегаров И.И., Лысенко А.В., Юрков Н.К. // Современные информационные технологии. 2014. № 19 (19). С. 265-272.
6. Артемов И.И. Исследование влияния дефектной структуры материала болтового соединения на процесс ослабления затяжки / Артемов И.И., Кревчик В.Д., Суменков С.В. // Новые промышленные технологии. 2002. № 5-6. С. 67.
7. Дивеев А.И. Синтез системы управления мобильным роботом методом интеллектуальной эволюции / А.И. Дивеев, Е.Ю. Шмалько // Надежность и качество сложных систем. 2013. № 3. С. 52-59.
УДК 004.02 ДоросинскиЙ А..1
2 1 Винчаков А.Н., Недорезов В.Г.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», Пенза, Россия 2ОАО «Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов», Пенза, Россия ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ НЕЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ КОНТРОЛЯ УГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ
Большинство современных телеметрических систем анализа информации об угловом перемещении, систем программного управления промышленными роботами и автоматами, а также систем дистанционной передачи угла повышенной точности в электромеханических вычислительных устройствах, предназначенных для решения тригонометрических задач и преобразования координат, используют при построении каналов измерения угла поворота преобразователи «угол-параметр-код» [1-3].
Подобный преобразователь состоит из электромеханического первичного датчика угла поворота, непосредственно воспринимающего измеряемое перемещение, и вторичного преобразователя который является электронным узлом, обрабатывающий полученную информацию и представляющий ее в цифровой форме. Выбор преобразователей «угол-параметр-код» обуславливается в первую очередь целым комплексом требований, к которым относятся: устойчивость к внешним воздействующим факторам (условия сильной вибрации, электромагнит-
ные помехи, ударные нагрузки и пр.) за счет пространственного разнесения первичного датчика и отсчетной части, быстродействие, конструктивное исполнение и т.д.
В качестве первичных датчиков угла поворота используются электрические машины [1,3] как правило: сельсины и вращающиеся трансформаторы. В настоящее время наибольшее распространение в качестве первичных датчиков получили вращающиеся трансформаторы, которые значительно точнее сельсинов. Причем предпочтительным является использование вращающихся трансформаторов работающих в синусно-косинусном режиме (СКВТ), за счет обеспечения этим режимом повышенной помехоустойчивости [2].
Вторичными датчиками, которые выполняют функцию отсчетной части, являются специализированные АЦП сигналов вращающихся трансформаторов (АЦП ВТ) которые изготавливаются в виде интегральных и гибридных схем.
I
Оба этих устройства являются элементами с ярко выраженной нелинейностью из-за чего анализ их технических возможностей путем измерения метрологических характеристик, а значит и повышение тактико-технических параметров является затруднительным.
Отсюда актуальной является задача синтеза математических моделей данных объектов.
Математическая модель идеального СКВТ представляет собой систему модулированных сигналов, амплитуды которых изменяются по законам синуса косинуса (1) [4,5-7].
и0 = А ■ sin(fflг)
и1 = и0 ■ мп(6>) (1)
и2 = и0 ■ соэ(0)
где А - значение амплитуды сигнала возбуждения СКВТ; о - значение угловой частоты сигнала возбуждения СКВТ; 9 - значение угла поворота вала СКВТ.
Являясь важнейшей составной частью цифровых преобразователей угла в телеметрических системах, параметры СКВТ во многом предопределяют параметры преобразователя «угол-параметр-код» такие как точность, быстродействие, линейность управления и т.д. Как элемент автоматики и счетно-решающих устройств СКВТ характеризуется
рядом величин, определяющих возможность его применения в той или иной схеме и точность работы его [4].
Наиболее важными, для СКВТ являяются параметры, характеризующие его точность, так как они определяют насколько реальная машина отличается от идеализированной. Данные параметры также можно условно разделить на две группы. К первой группе относятся параметры изменяющие неинформативную характеристику сигнала, а потому влияющие на точность лишь косвенно. В каждом конкретном случае степень их влияния определяется конструкцией и способом функционирования АЦП ВТ. В данном случае таким параметром можно считать наличие фазовых сдвигов выходных сигналов СКВТ относительно сигнала возбуждения.
Ко второй группе относятся параметры, влияющие на информативные характеристики выходных сигналов СКВТ искажающие либо номинальное значение угла поворота входного вала СКВТ, либо амплитуду выходного сигнала СКВТ по любому из каналов функционально зависимую от углового перемещения согласно (1). Информационная модель для данных параметров типа «объект-свойство», определяющая природу их возникновения и влияния представлена таблицей 1.
Информационная модель параметров характеризующих точность СКВТ Таблица 1
Наименование параметра Свойство параметра Размерность
Асимметрия нулевых положений ротора Погрешность, приведенная к входу, выраженная аддитивным отклонением входного угла от номинального значения. угловые градусы
Неравенство коэффициентов трансформации
Изменение нулевого положения ротора при изменении напряжения возбуждения
Изменение нулевого положения ротора при изменении температуры среды
Погрешность отображения синусной зависимости Погрешность, приведенная к выходу, выраженная относительным отклонением амплитуд выходного сигнала
Остаточная ЭДС
ЭДС квадратурной обмотки
Изменение коэффициента трансформации при изменении напряжения возбуждения
Изменение коэффициента трансформации при изменении температуры среды
Таким образом, математическая модель СКВТ с учетом основных влияющих параметров можно представить в виде:
и1 = А ■ (1 + 8}) зт(# + Д}) ■sin(fflг + ф)
(2)
и2 = А ■ (1 + 8}) соэ(<9 + Д}) ■ sin(fflг + ф)
где 8} и 8} - относительная погрешность, приведенная к выходу и учитывающая ошибку отображения синусной зависимости, наличие остаточной ЭДС и ЭДС квадратурной обмотки, а также изменение коэффициента трансформации при изменении напряжения возбуждения и температуры среды;
Д} и Д} - абсолютные погрешности по синусному и косинусному каналам, приведенные ко входу, учитывающие асимметрию нулевых положений ротора, неравенство коэффициентов трансформации, а также изменение нулевого положения ротора при изменении напряжения возбуждения и температуры среды.
(р3 и фс - фазовые погрешности по каналам синуса и косинуса вызванные задержками выходного сигнала в цепях СКВТ относительно сигнала несущей частоты.
Для получения возможности достаточно гибкого предъявления требований к характеристикам СКВТ для тех или иных его применений необходимо создание единой методологии, которая позволит выражать погрешности информативных параметров СКВТ относительно его входной и выходной величин. Из выражения (2) были получены зависимости, позволяющие привести погрешности информативных параметров к единицам входной величины [7]:
и1 = А ■ 8т(аИ + ф) ■ эт(0 + Д 0) и2 = А ■ $,т(ю1 + ф) ■ соэ(0 + Двс)
где Д93 и Д9с - суммарные абсолютные погрешности СКВТ по каналам синуса и косинуса приведенные к угловым значениям.
Данное выражение удобно использовать при предъявлении к СКВТ требований непосредственно как к самостоятельному датчику угла. При этом суммарная погрешность информативных параметров СКВТ приведенная ко входу определяется как:
Дв. *>tg (0)8?+д} (3)
Двс«-^ (в)8}+Д}
Аналогичным образом из выражения (2) были получены зависимости, позволяющие привести погрешности информативных параметров к единицам выходной величины:
и1 = А ■ (1 + 8А^- $,т(®1 + ф)■ вт(0) и2 = А ■ (1 + 8Ас) ■ 8т(аг + ф) ■ ео8(0)
где 5А3 и 5Ас - суммарные относительные погрешности СКВТ по каналам синуса и косинуса СКВТ приведенные к амплитуде выходного сигнала.
Данное выражение целесообразно использовать при предъявлении требований к СКВТ как к формирователю функциональных сигналов для АЦП ВТ, поскольку в данном случае погрешность нормируется исключительно в относительных отклонениях амплитуд сигналов СКВТ от своих номинальных значений. При этом суммарная погрешность информативных параметров СКВТ определяется как:
¡ЗА, + ^(0)Д£ [ЗА «З - ъ(0)А£
(4)
Анализируя выражения (3) и (4) нетрудно видеть, что суммарные погрешности, приведенные ко входной и выходной величинам связаны между собой следующим соотношением:
ЗА, = оъ (в)Ав, ЗАС = -ъ (в)Аво
Несмотря на то, что данные соотношения не имеют практической ценности, они весьма полезны, поскольку отражают характер и специфику нелинейности СКВТ как первичного датчика угла.
В большинстве своем современные преобразователи АЦП ВТ являются амплитудными, для которых информативным параметром, содержащим информацию об угловом перемещении, является отношение амплитуд огибающих сигналов СКВТ по синусному и косинусному выходу [3,5-9]. Кроме того, данные преобразователи имеют комбинированную структуру [5-7], состоящую из следящей системы и системы непосредственного кодирования угла в большинстве источников называемой селектором октантов. Основываясь на теоретических результатах исследования принципов функционирования АЦП ВТ, представленных в [5-7] обобщенная математическая модель для одноотсчетного АЦП ВТ, определяется выражением (7):
' ' ) и
23- • Е н
N = £
[=1
]=1
• 2" 3+ Е" --агйе
1 45°
йш (в - 45° • а)
сой (в - 45° • а)
(7)
где Е
знак логической операции «исключающее или»; а е1..8 - номер октанта; п - разрядность АЦП ВТ; - функции Лапласа подчиняющиеся зависимости:
н=1( N -и 21)
н2 = 1( 0 - и 2) Нз = 1(0 - и,)
Данная модель справедлива для идеального случая функционирования, т.е. при отсутствии погрешностей прямо или косвенно влияющих на точность преобразования.
На практике, для корректной оценки требуемых параметров при выборе первичного датчика для систем «угол-параметр-код», либо при проектировании АЦП ВТ необходимо оценить как те или иные параметры влияют на точность преобразования. Это обуславливает необходимость построения моделей адекватных реальным режимам работы.
Проведенные исследования в данной области показали, что влияющими факторами на работу АЦП ВТ являются, как погрешности элементов входящих в состав АЦП ВТ, так и погрешности выходных сигналов первичного датчика (СКВТ). Исследование природы собственных погрешностей АЦП ВТ были подробно исследованы в [5-9] и в рамках данной статьи не рассматриваются. Кроме того, их значения существенно меньше совокупных погрешностей возникающих из-за наличия погрешностей СКВТ [9]. Аналитическая зависимость для погрешности всего АЦП ВТ комбинированной структуры определяется как:
Ав = ЗА, -ЗАС (8)
Учитывая, что погрешности коэффициентов деления могут принимать как положительные, так и отрицательные значения, выражение (8) для оценки максимально возможной угловой погрешности целесообразно выразить через модули погрешностей.
В этом случае максимальную погрешность имитатора СКВТ можно определить через сумму модулей относительных погрешностей коэффициентов деления синусного и косинусного каналов:
Ав = \ЗА,\ + |зас| (9)
Выражения (8) и (9) удобны для предъявления требований к источникам входных воздействий АЦП ВТ, когда необходимо обеспечить требуемую точность. Наиболее актуальной данная задача является для тех случаев, когда выполняются измерения погрешности АЦП ВТ в рамках метрологического обеспечения каналов измерения углового перемещения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Домрачев В. Г. Цифровые преобразователи угла: Принципы построения, теория точности, методы контроля / Домрачев В. Г., Мейко Б.С. // М.: Энергоатомиздат, 1989. - 328 с.
2. Домрачев В. Г. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие/ В. Г. Домрачев, В. Р. Матвеевский, Ю. С. Смирнов // М.: энергоатомиздат, 1987. - 392 с.
3. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах / Пер. с англ./ Под ред. А. С. Яроменка. М.: Энер-гоатомиздат, 1981.
4. Щербакова О.И. Методы изготовления многослойных печатных плат / Щербакова О.И., Граб Ю.А., Белов А.Г., Баннов В.Я., Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 154-157.
5. Хрущев В. В. Электрические микромашины автоматических устройств. Учебное пособие для вузов / Хрущев В. В. //. Л.,. «Энергия»,. 1976. - 384 с.
6. Доросинский, А. Ю. Модель погрешности селектора октантов АЦП сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора / А. Ю. Доросинский // Надежность и качество: сб. тр. междунар. симп. : в 2 т. - Пенза : Изд-во ПГУ, 2010. - Т. 2. - С. 323-325.
7. Доросинский А.Ю. Исследование погрешности селектора октантов, входящего в состав АЦП сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора / Доросинский А.Ю. // Измерительная техника. №2, 2011, - С. 29-32.
8. Меркульев А.Ю. Программные комплексы и системы проектирования печатных плат / Меркульев А.Ю., Сивагина Ю.А., Кочегаров И.И., Баннов В.Я., Юрков Н.К. // Современные информационные технологии. 2014. № 19 (19). С. 119-128.
9. Доросинский, А. Ю. Синтез моделей нелинейных элементов и алгоритмов анализа данных в телеметрических системах анализа информации об угловом перемещении объектов / А. Ю. Доросинский, Ю. Л. Арзуманов, М. Ю. Михеев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. - № 2 (22). - С. 81-95.
10. Кочегаров И.И. Системы удалённого рабочего стола при работе с конструкторскими САПР / Кочегаров И.И., Трусов В.А. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 2. С. 406-407.
11. Доросинский А.Ю. Проблемы метрологического обеспечения при производстве АЦП сигналов вращающегося трансформатора // Метрологическое обеспечение измерительных систем. Сборник докладов международной НТК 3-7 октября 2005. С. 263 - 269
12. Доросинский, А. Ю. Метрологическое обеспечение АЦП напряжений вращающегося трансформатора / А. Ю. Доросинский // Надежность и качество : сб. тр. междунар. симп. : в 2 т. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2006. - Т. 2. - С. 281-283.
