CC BY
30
Робота присвячена питанню викори-стання еталонних моделей при синте-3i оригтальних пристрогв дiагностуван-ня електромехатчного устаткування на транспортi i рiзних об'ектах комуналь-ного господарства. Розглянутi прикла-ди комп'ютерного проектування систем автоматичного дiагностування електромехатчного устаткування з коректуван-ням параметрiв еталонног моделi i варiант експериментального пристрою дiагносту-вання за допомогою windows-додатка до
оригтальног програми Sinsys
□-□
Работа посвящена вопросу использования эталонных моделей при синтезе оригинальных устройств диагностирования электромеханического оборудования на транспорте и различных объектах коммунального хозяйства. Рассмотрены примеры компьютерного проектирования систем автоматического диагностирования электромеханического оборудования c корректировкой параметров эталонной модели и вариант экспериментального устройства диагностирования с помощью Windows-приложения к оригинальной программе SinSys
□-□
Work is devoted a question of use of reference models at synthesis of original devices of diagnosing of the electromechanical equipment on transport and various objects of municipal services. Examples of computer designing of systems of automatic diagnosing of the electromechanical equipment c by updating of parametres of reference model and a variant of the experimental device of diagnosing by means of a Windows application to original program SinSys are considered
УДК 518.5(07)
ПРИМЕНЕНИЕ ЭТАЛОННОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ НА ТРАНСПОРТЕ
С.М. Есаулов
Кандидат технических наук, доцент* Контактный тел.: 8 (0572) 707-30-07, 707-31-14 Е-mail: ut9li@kharkov.ua
О.Ф. Бабичева
Кандидат технических наук, доцент* Контактный тел.: 8 (0572) 707-30-07, 754-46-58
А. В. Будченко
Студент*
*Кафедра электротранспорта Харьковская национальная академия городского
хозяйства
ул. Революции, 12, г. Харьков, Украина, 61002
Постоянное совершенствование средств диагно- теров часто синтезируются на основе использования
стирования электромеханического оборудования на эталонных моделей локальных технологических объ-
электрическом транспорте и других объектах комму- ектов (ЛТО) [3], разработка и отладка которых требует
нального хозяйства заслуживает особого внимания, большого внимания. Всегда следует помнить, что при-
поскольку, используемая в них цифровая техника меняемая в компьютерной системе диагностирования
позволяет вести многомерный контроль технологиче- эталонная модель ЛТО всегда отличается от реального
ских величин, своевременно обнаруживать возникаю- объекта диагностирования. Причиной тому являются
щие неполадки в эксплуатируемых устройствах и фор- стохастический характер износа однотипных деталей
мировать экспертные заключения о целесообразности ЛТО, взятых для диагностирования с однотипных
тщательной проверки, ремонта или замены отдельных блоков подвижного транспорта, нестабильность ди-
компонентов сложных технических решений [1,2]. намических свойств компонентов схемы устройства
Средства автоматического диагностирования экс- диагностирования, воздействие неконтролируемых
плуатируемого оборудования с помощью программи- внешних факторов на приемные элементы системы и
руемых микроконтроллеров или бытовых компью- многие другие. В этой связи реальная система диагно-
стирования может функционировать с существенными ошибками, что недопустимо.
Применяя к системе диагностирования подвижного транспорта высокие требования, очевидно, что функционирующая система если не все, то большую часть выше отмеченных факторов должна обязательно учитывать. В этой связи, была разработана компьютерная модель адаптивной системы диагностирования с компенсацией запаздывания т и корректировкой параметров эталонной модели путем компенсации отклонения е(^) выходной ординаты контроля Y(t) от ее заданного значения Yз(t)
Т * тно > т2 ,
(5)
e(t) = Y Yз(t)
без использования дополнительных средств контроля изменяющихся величин.
Поскольку параметр Y(t) зависит от динамических свойств Y1 (t) и запаздывания Y2 объекта управления
Y(t) = f [Y1 (t)] ,
Ь4 (t) = -т),
где т1, т0, т2 - максимальное, минимальное и нормированное значения времени запаздывания объекта, соответственно;
Т Тно, Т2 - максимальный, минимальный и нормированный периоды тестового сигнала, соответственно.
Формирование скорректированного периода ТП тестового сигнала от рассогласования Дт
Дт = т - т0,
тп = то +ат
(1)
(6) (7)
позволяет учесть полученные данные в модели запаздывания объекта управления, выполнить компенсацию этого параметра и устранить влияние величины Y1
% М = f (т),
(8)
(2)
то при формировании сигналов коррекции модели учитывались изменения этих факторов.
Оценка влияния переменных Y1 (t) и Y2 выполняется в системе с помощью периодического тестирования объекта диагностирования.
Реализация режима тестирования объекта осуществляется с помощью периодических тестовых сигналов Т заданной продолжительности, контролируя которые можно определять параметры компонента диагностирования и использовать их для определения % М и ^ (t) .
Период тестового сигнала Т выбирается таким, чтобы можно было определить отклонение реального времени запаздывания т от нормированного значения и устранить возникающее несоответствие.
Поскольку заданный период Т0 тестового сигнала должен быть согласован с реальным временем транспортного запаздывания объекта т , в системе следует использовать блок перестройки тестового сигнала, который точно определяет реальное транспортное запаздывание по сигналам от исполнительного устройства Тк на входе тестируемого объекта и дифференциатора ТД, подключенного к выходу объекта контроля или управления. В результате этого формируется период ТП с учетом обнаруженного отклонения времени транспортного запаздывания т от ее нормированной величины т0.
Полученные данные позволяют идентифицировать запаздывание переходной характеристики Ь4 объекта управления вида
зависящей от т.
При формировании скорректированного периода ТП используется масштабирование величин т и т0, и учитывается взаимосвязь постоянной времени реального объекта управления Тр с временем транспортного запаздывания, чтобы исключить реализацию условия
Н> 2Тр,
(9)
когда система становится неустойчивой.
Контроль динамических свойств объекта управления осуществляется путем анализа интегральной ХИ
л
Хи = тр | ydt
Ти
и дифференциальной ХД составляющих Х - Т ^
(10)
(11)
где ТИ - время интегрирования; ТД - время дифференцирования переходного процесса реального объекта, при реализации тестового режима; у - выходная величина; t - время.
Поскольку величины ТИ и ТД при определении ХИ, ХД выбираются постоянными, то, очевидно, что при отклонении переходного процесса в реальном объекте управления от аналогичного - в нормированных условиях будет наблюдаться варьирование значений ХИ и ХД в некоторых пределах
(3)
ЛХи - ХИ - ХИО
АХД - ХД - ХДО
(12) (13)
где t - реальное время, которое используется для корректировки модели транспортного запаздывания объекта диагностирования.
Перестройки периода Т0 в параметр ТП предусмотрены при отклонениях нормированного значения запаздывания т0 в известном интервале
Т1 — Т0 — Т2 ,
(4)
где ХИ0 , ХД0 - интегральная и дифференциальная компоненты тестового переходного процесса при нормированных условиях эксплуатации технологического объекта;
ДХИ , ДХД - отклонение интегральной и дифференциальной составляющих в реальных условиях по сравнению с нормированными условиями эксплуатации объекта.
Различные переходные характеристики Ьобъ-екта диагностирования используются системой для формирования величин ДХИ , ДХД , когда
ХИ1 > ХИО > ХИ2
ХД1 > ХД0 > ХД2 .
(14)
(15)
Очевидно, что полученные параметры ДХИ и ДХД можно использовать для идентификации переходной характеристики Ь2 (t) объекта [3], например, вида
Ь2 (t)= кр - ехР
Т
(16)
где кр, Тр - коэффициент усиления и постоянная времени реального объекта, соответственно.
Полученные параметры кр, Тр используются в системе диагностирования для корректирования модели технологического объекта без запаздывания, что способствует устранению ошибки выходной ординаты объекта от Y2 (t)
Y1 (t) = f(ДХИ,ДХд) ,
(17)
Формирователь 1 включает тестовый режим системы диагностирования и подает периодические тестовые сигналы на реальный технологический объект (ТО) 2 и модель ТО, состоящей из звена запаздывания 3 и динамического звена 4. В анализаторе 5 выполняется сравнение выходных сигналов с ТО Y(t) и его модели Yз(t).
Если в результате сравнения Y(t) и Yз(t) имеет место разница между величинами, то формируется сигнал ошибки е(^), который дополнительно анализируется, в результате чего блоком 6 формируется сигнал компенсации запаздывания, а блоком 7 - сигнал корректировки параметров динамического звена модели, которые поступают в соответствующие звенья системы.
Сигналы коррекции параметров 3 и 4 звеньев являются косвенными информационными величинами для оценки исправности конкретной диагностируемой детали или блока транспортного средства. Применение двухтонального модулирования информационных сигналов в модуляторе 8 позволяет вести визуальный контроль, например, износа оборудования. На рис. 2 представлен компьютерный прибор для визуального контроля различных диагностических величин.
t
связанной с неадекватностью модели объекта без транспортного запаздывания реальному объекту диагностирования.
Вся совокупность формируемых в системе информационных сигналов и связей позволяет устранить динамическую ошибку, обусловленную запаздыванием и переменными динамическими свойствами объекта диагностирования, что достигается корректированием модели объекта, идентифицированная переходная характеристика которой Ь
Ь = кр - ехр
t-т
Рис. 1. Блок-схема автоматической системы диагностирования электромеханического оборудования
Я
.А* ■ О!» ■ 1. 1. • К Ш Мс1
П11Е]П|,д|Ь 1 б Я 1*
т^л^Ънйче V нВВ
..................
1 * н<|
■ ^.лто^гср
ТОТ ОД с
И 1 та г*Д ии
В 0 Г 1И1№ 1111111111111111111IIИ1Ш1 N111111IIНПМИНШ1111111НIII « Г #
(18)
должна быть адекватна реальному объекту.
На рис. 1 изображена блок-схема системы диагностирования, которая работает следующим образом [4-6].
Рис. 2. Интерфейс прибора двухтонального диагностического контроля параметров оборудования
Особенностью рассмотренного подхода является возможность создания микропроцессорной многомерной системы диагностирования электромеханического оборудования подвижного транспорта [7]. На рис. 3 представлен интерфейс опытного варианта такого Windows-приложения, входящего в пакет оригинальной учебной программы SinSys. Данное техническое решение в автоматическом или ручном режимах обеспечивает предварительную диагностику, например, электрооборудования, системы тормозов, пневматического оборудования, узлов трансмиссии и др. во время обслуживания подвижной единицы в моечно-убороч-ном корпусе депо.
Результаты сравнения заданных контролируемых величин с их нормированными значениями регистрируются в электронном журнале, выводятся на экран монитора или на печать в виде «Справки экспресс-диагностирования». Очевидно, что «Справка» - бумажный фрагмент электронных записей вместе с конкретной ПЕ передается в депо, где при ежедневном техническом обслуживании записи анализируются и учитываются при обслуживании ПЕ соответствующим образом.
Т
р
ЧДОШДМЯМ|Ш- START 447
Диагностика о&орудоиаиня ПЕ ■■•-■■■■""*-—■"
* EUMaewsfis» "
.......<10) ПОТЕНЦИАЛ >»
__________НОРМА..........
_____(11) Системы ТОРМОЗОВ и БЕЗОПАСНОСТИ >»
ПРОВЕРИТЬ-------
___(12) ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ оборудование ?»
„,„„__г„ РЕМОНТ —
.......<13) Умы ХОДОВОЙ чип »>
........НО Р M А-------
-----<14) С плов« ОБОРУДОВАНИЕ. а»то-ЗАЩ«ТА
------НОРМА--------
--<!*> ОСВЕЩЕНИЕ, О»« < ИГ НАЛЫ »>
..............ПОВЕРИТЬ--------
......416) Лыпиага-кспй ПРИВОД ДВЕРЕЙ »>
_________H0ï M А----*-
(ET.JSUueHfe) < 0:00:04:. "ETrJPWSBftS&G* 672
Днахиас ткка : S op vjgbth ня тракшарп " ----- -
"ElcctricTrwiS: Djaçnpstic" ^»f Г1T Ее avion
______<17) Система a*TilJJ«rxa ПАССАЖИРОПОТОКА »>
..............НО Р M А--------
[ГТ = 0:00:05 >
"ЕЕдашшДО 734
Диагностика оборудования транспорта ■■■■—» 'Uectjlc'lraju-UiatïiDsJM:' ^ffPRW - Есаулов
.......<1 В) Аппаратура СИСТЕМНОГО ВРЕМЕНИ <СИ) >»
_______НОРМА ——
III 0>atn»SOCI с 0:00:04 > "ET CgKmtôg* RTJ 1
Диагностика оЬоруданияя ipiirctpn ■ tieçtiTiTraJIS -D ja^n05lie" Supti-vfcsor ■ Ее аулов ___<19) Аппаратура транспорта GPS-CBSFJ И з »
h M.UliTTDia£nOStic < EMD ' 1734:44 ¿0:00:29 >
'SXJttmuKtfc' Ml?
Рис. 3. Интерфейс экспериментальной программы экспресс - диагностирования подвижного
транспорта и справка отчетности
Поскольку программа экспресс - диагностирования может изменяться или задаваться по выбранному алгоритму вручную, то принцип создания такой системы пригоден для широкого распространения на любых диагностических установках.
Выводы
* Рассмотрен пример использования эталонной модели локального технологического объекта для диагностирования компонентов реального оборудования путем анализа тест-сигналов, формируемых генератором автоматической системы диагностики.
* Предложен вариант адаптивной системы диагностирования электромеханического оборудования, обеспечивающей достижение адекватности реального ЛТО и его эталонной модели путем корректировки динамических параметров последней.
* Иллюстрируется экспериментальное программное обеспечение для экспресс - диагностирования подвижного транспорта с помощью компьютера, которое в автоматическом или ручном режимах реализует контроль нескольких технологических величин и формирует заключение об исправности различных узлов и механизмов подвижного транспорта в виде справки перед выполнением ежедневного технического обслуживания.
Литература
1. Харазов А.М. Диагностическое обеспечение технического обслуживания и ремонта автомобилей. - М.:Высш. шк., 1990. -208 с.
2. Браун М., Раутани Д., Пэтил Д. Диагностика и поиск неисправностей электрооборудования и цепей управления.
- М.:Додэка-ХХ1, 2007. - 327 с.
3. Есаулов С.М., Бабичева О.Ф., Шавкун В.М. Проектирование эталонной модели для системы диагностирования оборудования на транспорте. // Восточно-европейский журнал. - 2008. - Вып. 6/2 (36). - С. 39-42
4. Патент Украша №65746 А 7 G01J 1/44 Фотометр. // есаулов С.М., Осадчш Р.М., Таран О.А. - 15.04.2004. - Бюл.№4.
5. А.с. СССР №1112342 G 05 B 11/01 Система управления для объектов с запаздыванием. // Есаулов С.М.
- 07.09.1984.- Бюл.№33.
6. Патент Украша № 41820 U G05B13/02 Система керу-вання технолопчним об'ектом. // есаулов С.М., Бабь чева О.Ф., Шавкун В.М., Бабаков С.В., Севостьян О.С.
- 10.06.2009. - Бюл.№11.
7. Есаулов С.М., Бабичева О.Ф., Шавкун В.М. Автоматизация установок диагностирования электромеханического оборудования // Коммунальное хозяйство городов: На-уч.-техн. сб. Вып. 86. - К.: Техшка, 2009. - С. 325 - 338
