CC BY
3
6. Матвеев В.В., Лихошерст В.В. Влияние перекрестной связи на динамику кориолисового вибрационного гироскопа // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 8. С. 22-29.
7. Бурдинов К.А., Шашкина К.М., Шагхаей Э. Исследование системы автоматического управления стабилизации изображения бортовых оптико-электронных приборов наведения и слежения // Advanced Engineering Research. 2022. №22(2). С. 150-160. DOI: 10.23947/2687-1653-2022-22-2-150-160.
8. He C., Xu L., Zhang Yu. Compensation methods for backlash nonlinear characteristics of servo systems // IFAC Proceedings Volumes. vol 32. 1999. P. 4336-4340.
9. Ошер Д.Н., Малинский В.Д., Теплицкий Л.Я. Регулировка и испытание радиоаппаратуры. Ошер Д.Н., Малинский В.Д., Теплицкий Л.Я., М., Энергия, 1971. 304 с.
10. Киттель Ч., Найт У., Рудерман М. Механика. Берклеевский курс физики. Физматлит, 1971.
480 с.
Кисловский Евгений Юрьевич, аспирант, kislovskiy@bk.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Волкова Анастасия Александровна, аспирант, nasty1998.nasty@mail.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Таран Владимир Николаевич, д-р физ.-мат. наук, профессор, vladitaran@rambler.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет
TESTING TECHNIQUE FOR THE VALUE CROSS COUPLING OF THE SYSTEM OF TRACKING MOVING
OBJECTS
A.A. Volkova, V.N. Taran
The testing technique for the value of cross coupling of the indicator system of tracking moving objects is considered. The impact of the testing angular velocity on the controlled parameters is analyzed. Recommendations aimed to compensating for such impact are given.
Key words: cross coupling, indicator tracking system, centrifuge, tests.
Kislovsky Evgeniy Yuryevich, postgraduate, kislovskiy@bk.ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Volkova Anastasia Alexandrovna, postgraduate, nasty1998.nasty@mail.ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Taran Vladimir Nikolaevich, doctor of physical and mathematical sciences, professor, vladitaran@rambler.ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University
УДК 004
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-125-129
РАЗРАБОТКА ФОРМИРОВАТЕЛЯ ТЕСТОВЫХ СИГНАЛОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
А.С. Бордюг
В состав цифровых измерителей показателей качества электроэнергии для контроля их работоспособности часто включают блок формирования тестовых сигналов применяемый либо в специальном тестовом режиме работы устройства, либо в основном режиме в виде отдельного канала контроля. При этом в качестве тестовых сигналов используются напряжения специальной формы с заранее известными действующим значением и гармоническим составом. Для этого удобно применять напряжения прямоугольной, трапецеидальной или треугольной формы.
Ключевые слова: цифровой измеритель, качество электроэнергии, формирователь импульсов.
Любой цифровой измеритель показателей качества электроэнергии (ПКЭ) включает аналого-цифровую измерительную (как минимум трехканальную для контроля трех напряжений промышленной сети) и цифровую обрабатывающую части, в которых вычисляются все ПКЭ численным методом. Для оценки работоспособности устройства необходимо охватить контролем обе указанные части цифрового измерителя, для чего на измерительные входы устройства необходимо подключить напряжения с заранее известными параметрами (тестовые сигналы).
Материалы и методы. Контроль работоспособности цифровых измерителей ПКЭ может быть частичным или полным. При реализации частичного контроля можно использовать одиночное напряжение прямоугольной, трапецеидальной или треугольной формы, подаваемое на один из измерительных входов устройства. Недостаток такого варианта тестирования устройства — то, что контролируется только один из трех каналов аналого-цифровой части измерителя и все ПКЭ достоверно вычислены быть не могут. Следовательно, такой вариант тестирования недостаточно полный и его нельзя считать приемлемым [1-2].
Для реализации полного контроля работоспособности указанных измерителей следует с помощью напряжений специальной формы имитировать трехфазную систему напряжений промышленной сети. Достоинство такого варианта тестирования устройства — то, что полностью контролируется измерительная аналого-цифровая и цифровая обрабатывающая части устройства по полной программе вычислений ПКЭ.
Рис. 1. Формирователь тестовых сигналов трехфазной сети прямоугольной формы: а — функциональная схема; б — временные диаграммы выходных напряжений
При этом возможны два подхода. При первом совокупность тестовых напряжений формируется искусственно с помощью аппаратных средств без использования напряжений промышленной сети. Такой формирователь тестовых сигналов должен иметь три напряжения какой-либо формы строго фиксированной частоты с постоянными сдвигами фаз, не обязательно номинальными.
Функциональная схема простейшего формирователя тестовых сигналов такого типа для получения напряжений прямоугольной формы приведена на рис. 1а. В его состав входят генератор импульсов G, делитель импульсов на счетчике СТ1, двоичный счетчик импульсов СТ2. дешифратор DС, три RS-триггера Т1, Т2 и Т3, три компаратора на операционных усилителях DА1, DА2 и DАЗ, и три повторителя на операционных усилителях DА4, DА5 и DА6 с диодными ограничителями амплитуды на уровне опорных напряжений, задаваемых разнополярными источниками.
Чтобы получить частоту формируемых напряжений f=50 Гц делитель импульсов СТ1 должен снизить частоту импульсов генератора G до 300 Гц. Счетчик импульсов СТ2 должен иметь коэффициент пересчета К=6. RS-триггеры Т1, Т2 и ТЗ подключены к дешифратору ОС таким образом, что своими состояниями имитируют напряжения трехфазной системы, сдвинутые по фазе на номинальные углы. Необходимость использования компараторов DА1, DА2 и DАЗ вытекает из требования получения разно-полярных напряжений. Ограничение по амплитуде необходимо для согласования с диапазоном измеряемых напряжений устройства. Временная диаграмма выходных напряжений формирователя приведена на рис. 1б. Недостаток такого формирователя тестовых сигналов — его сложность, требующая значительных аппаратных затрат и ограниченные возможности, так как могут формироваться только прямоугольные напряжения.
В качестве второго подхода к рассматриваемой задаче можно предложить способ формирования тестовых сигналов с использованием напряжений промышленной сети. В этом случае также выполняется полное тестирование, но недостатком будет то, что заранее неизвестны сдвиги по фазе между напряжениями (они являются реальными) и отклонение частоты (тоже реальное). Тем не менее тестирование можно считать достоверным, так как все ПКЭ, кроме отклонения частоты, определяются через амплитуды и действующие значения напряжений по фазам [3], которые вычисляются по измеренным мгновенным значениям контролируемых напряжений. При этом полностью задействованы аналого-цифровая измерительная и обрабатывающая части устройства. Аргументировать целесообразность такого подхода к построению формирователя тестовых сигналов можно простотой технической реализации формирователя.
Результаты. Функциональная схема формирователя тестовых сигналов с использованием напряжений промышленной сети приведена на рис. 2а. В его состав входят три нормирующих операционных усилителя DА1—DАЗ, понижающие фазные напряжения промышленной сети до рабочего диапазона входных напряжений цифрового измерителя ПКЭ. На операционных усилителях DА4-DА6 реализованы повторители напряжения с диодным ограничением амплитуды формируемых напряжений на уровнях опорных источников +ЕОП и —ЕОП.
Такой формирователь может образовать два вида тестовых сигналов. При разомкнутых выключателях В1-В3 операционные усилители DА1-DАЗ работают как компараторы, в результате формируются три тестовых напряжения ИАТ,ивти ист прямоугольной формы. Если выключатели В1-В3 находятся в замкнутых состояниях, то на выходах DА1-DАЗ образуются синусоидальные напряжения, которые затем подвергаются ограничению диодной схемой с последующим повторением. В результате получаются три напряжения в виде усеченных синусоид. Временная диаграмма формируемых напряжений показана на рис. 1б.
Каждое из полученных напряжений в виде усеченной синусоиды можно рассматривать как модель трапецеидального напряжения. Для получения количественных характеристик точности моделирования и граничных условий применимости сравним указанные функции напряжения с идентичными параметрами формы (амплитудой и углом разрыва производной) по величине действующего значения напряжения (ДЗН), амплитуды первой гармоники напряжения и коэффициента несинусоидальности (Кнси).
Функция напряжения вида усеченная синусоида на интервале изменения аргумента от нуля до л/2 описывается выражением
Бт( шЬ), если 0 <шЬ <а и^т^а), если а < шЬ (1)
где ит — амплитуда синусоидального напряжения, подвергаемого ограничению; а — угол разрыва производной (излома) функции.
Разложение функции (1) в ряд Фурье принимает вид
= _ ™(№+1)Я) + ^^л хзы(кы) (2)
у ' п ^к-Н 2(к-1) 2(к + 1) & ] у '
Действующее значение напряжения, соответствующее (1),
и = + (3)
Амплитуда первой гармоники напряжения, соответствующая (1),
4 ит Г а хт(2а) г \ у-
ит (1) --^ + 51п(а) С05( а)\ (4)
Моделируемая трапецеидальная функция на том же интервале с идентичными параметрами формы описывается выражением
если 0<М<а
иШ = \" я (5)
[ит 5т(а), если а < шЬ <Разложение функции (5) в ряд Фурье имеет вид [2]
= -к*- (6)
где — к= 1, 3, 5...
Действующее значение напряжения, соответствующее (5),
и =
2 и^ 51П2(а) /п
е-2?) о
Амплитуда первой гармоники напряжения, соответствующая (5),
ита)=4-^5Ы2(а) (8)
Коэффициент несинусоидальности напряжения находим из выражения
"2~итЫ
Кнси --(9)
ит( 1)
Сравнение исследуемых функций по указанным параметрам будем проводить на интервале изменения а от п/18 до п /6 с вычислением относительной погрешности изменения ДЗН, амплитуды первой гармоники и Кнси в процентах. Результаты вычислений с использованием (3), (4), (7)-(9) и последующим сравнением в виде графиков приведены на рис. 3.
Из анализа полученных зависимостей относительных погрешностей определения ДЗН, амплитуды первой гармоники и Кнси при замене трапецеидальной функции напряжения усеченной синусоидой следует, что последняя на интервале изменения о, от нуля до п/6 с точностью не хуже 0,27 % по всем перечисленным параметрам совпадает с трапецеидальной функцией напряжения. Причем с увеличением а погрешности отклонения одноименных параметров монотонно возрастают.
U. щ
«
-Ö-,
£
VD5.6 „
/
а)
VD7-I2
HZZF
ZL
с
-спь
UrA
ЦпМ
U,n
г
J
к
6)1
л
V
>
Рис. 2. Формирователь тестовых сигналов: а — функциональная схема; б — временные диаграммы выходных напряжений при включенных где к=1 3.5, ... Номера нечетных гармоник, так как функция
симметричная
0,30
%
0,25
/
/ /
У
0,15
0,10
10 15 20 25 град 30
Рис. 3. Зависимости относительных погрешностей 8 от а: 1 — действующего значения напряжения А U=f(a), 2 — амплитуды первой гармоники напряжения Um(1)=f(a)
3 — коэффициента несинусоидальности напряжения S Кнси = f{a). при замене
трапецеидальной функции напряжения усеченной синусоидой
Таким образом, для формирования тестовых сигналов в виде трапецеидальных функций напряжения для цифровых измерителей ПКЭ можно воспользоваться близкой функцией напряжения в виде усеченной синусоиды при условии а<п/6 или, что то же самое, уровень ограничения амплитуды формируемого напряжения Е0П < Um/2. При этом для удобства можно использовать расчетные выражения (6)-(8), соответствующие трапецеидальной функции напряжения, так как относительная погрешность расхождения определяемых параметров для большинства разработанных измерителей ПКЭ не превышает погрешности этих измерителей.
Бордюг Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, alexander.bordyug@mail. ru, Республика Крым, Керчь, Керченский государственный морской технологический университет
Список литературы
1. Каханович В.С., Вершинин А.С. Контроль и поддержание качества электроэнергии — важный фактор экономии топливно-энергетических ресурсов // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений). 1984. № 11. С. 7-11.
2. Каханович В.С., Вершинин А.С. Методика оценки погрешности устройств численного определения показателей качества электроэнергии // Энергетика... (Изв. высш. учеб. заведений). 1990. № 1. С. 48-52.
3. Каханович В.С., Ткаченко В.Е., Тюшкевич Н.И., Вершинин А.С. Алгоритмы вычислительного метода определения показателей качества электроэнергии // Системы управления в энергетике. М.: ЭНИН, 1980.
Бордюг Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, alexander.bordyug@mail.ru, Республика Крым, Керч, Керченский государственный морской технологический университет
DEVELOPMENT OF A TEST SIGNAL GENERATOR FOR MEASURING ELECTRICITY QUALITY
INDICATORS
A.S. Bordyug
Digital meters of electric power quality indicators for monitoring their operability often include a unit for generating test signals used either in a special test mode of operation of the device, or in the main mode as a separate control channel. At the same time, special-shaped voltages with a pre-known effective value and harmonic composition are used as test signals. To do this, it is convenient to use rectangular, trapezoidal or triangular shaped stresses.
Key words: digital meter, power quality, pulse generator.
Bordyuk Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, alexander.bordyug@mail.ru, Republic of Crimea, Kerch, Kerch State Marine Technological University
УДК 621.879.064
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-10-129-133
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАСС ГРУНТА, ВЗАИМОДЕЙСТВУЮЩИХ СО ШТАМПОМ
Г.Г. Бурый
В процессе оценки производительности землеройных машин одним из важнейших факторов является объем перемещаемого машиной грунта. Возможности гидропривода ограничиваются силами сопротивления грунта, которые во многом зависят от объемов грунта вовлекаемых в движение с рабочим органом. На данный момент нет четкой методики или устройства, которые позволили бы наблюдать в динамике изменение объемов перемещаемого грунта рабочим органом землеройной машины. В статье приведен экспериментальный стенд, позволяющий в динамике производить наблюдения за массами грунта, перемещаемого штампом.
Ключевые слова: стенд, грунт, строительная машина, штамп, масса.
Добыча полезных ископаемых невозможна без такой операции как перемещение грунта. Процесс перемещения грунта можно условно разделить на внедрение в него рабочего органа машины и сдвиг. Для реализации данных действий используются такие машины как экскаваторы, катки, бульдозеры, скреперы и т.д. Эффективность работы данных машин во многом зависит от их производительности. Производительность машин зависит от объема перемещаемого грунта за один цикл, однако данный объем ограничивается силами сопротивления. Силы сопротивления грунта вынуждают устанавливать на машины гидропривод с минимальными характеристиками необходимыми для преодоления сил сопротивления. Определение сил сопротивления внедрению рабочего органа в грунт побуждает исследователей рассматривать процесс внедрения рабочего органа машины в грунт более детально. Исследователи учитывают свойства грунтов такие как вязкое трение и жесткость. Данные свойства изменяются от таких параметров как влажность и гранулометрического состава грунта. При внедрении рабочего органа в грунт формируются массы грунта, вовлекаемые в движение вместе рабочим органом. Таким образом массы препятствуют внедрению рабочего органа. Данные массы зависят от конструктивных параметров рабочего органа и от свойств грунта. Массы вовлекаемого грунта активно используются исследователями в математическом описании процесса внедрения рабочего органа той или иной землеройной машины в грунт. Долгое время данные массы определяются приближенно. Массы ограничивают углами внутреннего трения грунта по грунту, а также углами трения грунта по стали. [1,2,3] Также были попытки
129
