CC BY
35
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
Модуль контроля ТС в области «слепой зоны» состоит из двух либо четырех (в зависимости от варианта исполнения) ультразвуковых датчиков, располагаемых на переднем бампере, и видеокамеры. Два датчика устанавливаются под углом около 30° к продольной оси ТС, два дополнительных датчика устанавливаются по направлению движения ТС и контролируют перестроение впереди идущего ТС. Информация с датчиков поступает в микроконтроллер. Для изображения, получаемого с видеокамеры, применяется метод распознавания образов. Распознавание в системе основывается на методе перебора, т.е. производится сравнение с базой данных, где для каждого вида объектов представлены всевозможные модификации отображения. Если образ при сравнении с элементами базы данных окажется ТС, система начнет расчет, попадает ли оснащенный предлагаемой системой ТС в данную «слепую зону» движущегося впереди ТС (рис. 3).
В случае попадания система предупреждает об опасном сближении с помощью индикаторов, расположенных на панели приборов.
Модуль световой индикации состоит из двух светодиодов, располагаемых на приборной панели ТС. Когда ТС попадает в «слепую зону», сигнал с датчиков поступает в микроконтроллер, который анализирует расстояние до этого ТС и информирует посредством светодиодных индикаторов о попадании его ТС в «слепую зону» ТС, движущегося по соседней полосе и немного впереди. Тем самым водитель узнает, что его ТС попало в «слепую зону» другого ТС. Система не реагирует на припаркованные ТС, дорожные ограждения, столбы и другие неподвижные предметы, что позволяет избежать ложных срабатываний. Сама система активируется на скорости свыше 10 км/ч.
Применение подобной конструкции системы контроля «слепой зоны» позволяет значительно снизить вероятность возникновения дорожно-транспортного происшествия при сравнительно небольшой себестоимости самой системы.
В настоящее время проводится экспериментальная отладка информационно-измерительной системы, а также уточнение алгоритма ее работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Крюков А.И., Палагута К.А. Система предупреждения водителя о нахождении его автомобиля в «мертвой зоне». Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 179-180.
2. Юрков Н.К. Безопасность сложных технических систем. Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 3. С. 470-478.
3. Патент RU 2286267, С1 от 09.11.2004.
4. Патент RU 2096202, С1 от 26.08.1996.
5. Патент RU 2127201, С1от 03.04.1995.
6. Патент RU №96822, B60R1/02 от 20.04.2010.
7. Патент RU №2542835, С1 от 27.02.2015.
УДК 681.58
Коковин1 В.А., Дягилев1 В.И., Увайсов2 С.У., Увайсова3 С.С.
Международный университет природы, общества и человека "Дубна"
Протвино, Россия
Московский институт электроники и математики, НИУ ВШЭ, Москва, Россия 3МГТУ им. Н.Э.Баумана, Москва, Россия
РЕГУЛИРОВАНИЕ МОЩНОСТИ ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ПИТАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК БЕЗ ИСКАЖЕНИЯ СИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Генераторы тока высокой частоты (ГТВЧ) синусоидальной формы средней и большой мощности используются в различных технологических процессах для питания пьезоэлектрических преобразователей (ПЭП) при ультразвуковой обработке и очистке различных деталей [1], установок индукционного нагрева [2] и т.п. При регулировании их выходной мощности, как правило, используется метод широтно-импульсного регулирования. В этом случае синусоидальный сигнал на выходе такого генератора сильно искажается. При работе генератора в установке индукционного нагрева это обстоятельство никак не скажется на качестве технологического процесса. С другой стороны, питание ПЭП искаженной синусоидой неизбежно приведет к сокращению его срока службы [1].
1 Я
Для получения чистой синусоиды на выходе генератора при изменения величины сопротивления нагрузки и регулировании выходной мощности предлагается использовать два взаимосвязанных резонансных колебательных контура [3].
Известно [1], что пьезоэлектрический и маг-нитострикционный преобразователи являются резонансными системами. Наибольшая мощность от СП отдается в нагрузку при равенстве частот генератора СП и резонансной частоты пьезоэлектрического преобразователя, когда реактивные составляющие нагрузки (ПЭП) компенсируются и остается только активное сопротивление. Этим фактором и определяется необходимость подстройки частоты генератора СП к изменяющейся частоте нагрузки в процессе использования УТУ.
/
/ 1
Рисунок 1 - Блок-схема генератора: 1- питающая сеть, 2 - тиристорный выпрямитель с фильтром, 3 конвертор (силовой преобразователь), 4 - резонансный фильтр и согласующий трансформатор, 5 -
нагрузка
В работе [5] описана блок-схема генератора, представленная на рис.1. На выходе блока 2 формируется постоянное, сглаженное, стабилизированное напряжение, используемое для питания транзисторного конвертора. Конвертор, как правило, собирается на базе четырех транзисторов, работающих в ключевом режиме. Выходное напряжение конвертора имеет прямоугольную форму, которое подается на вход фильтра 4.
На рис.2 приведена принципиальная схема генератора синусоидального напряжения с выходным двухконтурным фильтром, приведенная в [5]. Рисунок включает следующие позиции: стабилизированный источник питания VI, транзисторный мост VI! - VT4;
блок управления БУ этими транзисторами; последовательно-параллельный колебательный контур Ь1, С1, С2, где С2 представляет собой блок конденсаторов С2-1, С2-2, ... ,С2-п;
коммутирующие ключи К1, К2, .. Кп, для подключения требуемого конденсатора; нагрузка Rн.
Схема работает следующим образом. Постоянное стабильное по величине напряжение подается на одну диагональ моста из четырех транзисторов 19БТ. На затворы этих транзисторов подаются управляющие сигналы из блока управления БУ. При попарно-перекрестной коммутации транзисторов VII, VT4 и VT2,VT3 в другой диагонали моста протекает переменный ток прямоугольной формы с
амплитудой, равной напряжению источника питания VI (за вычетом двух падений напряжения на транзисторах УТ1,УТ4 и VT2,VT3).
£0 = 1/ Т0 = 1/ 2tи, где ^ - длительность импульса тока через транзистор, Т0 - период выходного синусоидального напряжения СП В этом случае можно записать
^ < 1/п^(ЬС) (2)
Из этого выражения можно определить один из двух параметров колебательного контура (Ь или С). Для определения другого параметра воспользуемся выражением для волнового сопротивления контура [6]
гв = ^(Ь/С) (3)
Для нахождения величины Ь и С примем допущения, что
Ян = 1/ о0С =о0Ь= Zв (4)
Из соотношений (1) - (4) можно найти параметры колебательного контура
Ь = 1/ 4п2С = ^ Ян/п , а (5) С = 1/2пЕЯв = ^ /п Ян, (6)
где
и
Т/2
1/2Е
длительность импульса то-
Рисунок 2 - Принципиальная схема генератора с выходным синусоидальным напряжением
Для получения синусоидального напряжения на нагрузке Ян необходимо применить резонансный колебательный контур Ь1, С1, С2. Этот контур выполнен по последовательно- параллельной схеме, т.к. нагрузка Ян подключена параллельно конденсатору С1. Конденсатор С2, включенный последовательно относительно нагрузки Ян, выполнен в виде блока параллельно-соединенных конденсаторов С2-1, С2-2, .. , С2-п, коммутируемых ключами К1, К2, .. Кп. Здесь п - число конденсаторов и ключей для их коммутации, причем число ключей меньше на единицу чем число конденсаторов, т.е. один конденсатор (С2-1) включен постоянно (без ключа). В противном случае схема будет неработоспособна из-за разрыва цепи протекания тока.
Так как оба контура настроены на резонансную частоту нагрузки, которой является ПЭП, то для них справедливы следующие соотношения
о2оЬС = 1 (1)
Соотношение (1) является условием резонанса в цепи с колебательным контуром, где Ь и С -параметры колебательного контура, о0 = 2пУ0 -круговая частота выходного напряжения, f0 -частота требуемых колебаний рабочего органа технологической установки.
Т - период следования импульсов тока; Е = о/2п - циклическая частота; о - круговая частота.
Соотношения (5) и (6) позволяют произвести выбор параметров контуров, исходя из заданного значения резонансной частоты ПЭП и его сопротивления. Наличие двух контуров обеспечивает устойчивую работу транзисторов генератора при изменении сопротивления нагрузки от 0 до м -это режим короткого замыкания и холостого хода.
Необходимое условие устойчивой работы генератора в этих режимах:
для параллельного контура - Zв < Кн ; для последовательного контура - Zв > Кн ; Приведенные ограничения подтверждены исследованиями при моделировании процессов на ЭВМ, результаты которых приведены в [6]. Эти исследования показали, что при подключении нагрузки параллельно конденсатору ее сопротивление может быть бесконечно большим. В то же время, в последовательном контуре при Zв = Кн процесс формирования выходного сигнала переходит из колебательного в апериодический режим. При Zв > Кн выходной сигнал формируется в колебательном режиме. Таким образом, для обеспечения работы генератора в диапазоне изменения нагрузки Кн от 0 до м можно использовать объединение этих двух контуров.
з.ок
2.0К
1.0К
750
500
250
_!___*___*___р.. .1.
0.5* Мш('М(Я7У)
0 50п
1ООг 150п
о Мах(У(С1:1))
200п
РЕЭ
250п
ЗООп
350п 400п
1.0КУ
0У
-1.0КУ
ЭООив
940из
ЭбОив
980из
920из
х л у ( \/(С1:1) аъч&'г + хАУ* У(1_1:1)
Рисунок 3 - Диаграммы работы генератора с двугсконтурным фильтром
1000из
На рис. 3 изображены диаграммы работы генератора. На нижней - временные диаграммы входного и выходного напряжений, на средней - параметрическая зависимость входного и выходного напряжений от величины емкости последовательно-
го конденсатора, на верхней - параметрическая кривая выходной мощности при тех же условиях.
Применение двухконтурного фильтра позволяет получить идеальную гармонику выходного напряжения при изменении сопротивления нагрузки от короткого замыкания до холостого хода.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хорбенко И.Г. Ультразвук в машиностроении. Изд. 2-е, перераб. И доп. М., "Машиностроение" 1974, 280 с.
2. Булатов О. Г., Поляков В. Д., Чаколья Э. Высокочастотный преобразователь для индукционного нагрева. IV ежегодная междунар. науч.-техн. Конф. студентов и аспирантов "РАДИОЭЛЕКТРОНИКА ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА". Тез. докл. М.: Издательство МЭИ, 1997. С 175-176
3. Дягилев В.И., Коковин В.А., Увайсов С.У. Силовой преобразователь // Патент № 134717, 2013. Бюл. № 32, Россия
4. Дягилев В.И., Коковин В.А., Увайсов С.У. Исследование схемы силового преобразователя с выходным синусоидальным напряжением для ВИЭ// Материалы международной науч.-практ. конф. "Инновационные информационные технологии". Т.2.,М.:МИЭМ НИУ ВШЭ, 2013, С. 408-411.
5. Решение о выдаче патента на полезную модель. Заявка № 2 01414 2168/07(068225).
6. Дягилев В.И. Транзисторные генераторы тока высокой частоты для электротехнологий. - Монография: - Дубна:- Изд-во «Лика», 2011.- 67 с
УДК 678
Домкин К.И., Кирдяев М.М. г Баннов В.Я.
ОАО «НПП «Рубин», Пенза, Россия
ФГОБУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ПОЛУЧЕНИЕ САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИХСЯ ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ С ЗАДАННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Защита электрических цепей в технических системах от перегрузок является актуальной задачей, поскольку превышение максимального значения тока нагрузки обычно приводит к возникновению повреждений и отказов электрооборудования, разрушению сложных электронных схем. Поэтому при возникновении перегрузок в электрических цепях необходимо отключить техническую систему за кратчайшее время. Целями настоящей статьи были следующие: сравнительный анализ используемых технических решений; обоснование целесообразности использования самовосстанавливающихся предохранителей (СВП); описание технологии, обеспечивающей хорошую воспроизводимость параметров СВП.
Анализ применяемых при перегрузках технических решений
Защитные элементы разделяют на элементы ограничения тока и элементы ограничения напряжения. Элементы ограничения тока необходимы для защиты оборудования от длительных токовых перегрузок, которые могут привести к возгоранию или повреждению термически чувствительных компонентов. Такие перегрузки могут возникнуть при непосредственном контакте с силовыми линиями или в результате длительной индукции от этих линий.
В качестве элементов ограничения тока применяются плавкие предохранители, мощные резисторы, позисторы, т.е. элементы с: положительным температурным коэффициентом сопротивления ( оск ) и ряд иных технических решений.
Плавкие предохранители имеют весьма малое сопротивление, но могут срабатывать при мощных кратковременных токовых перегрузках; требуют замены после прекращения опасного воздействия. Иными словами они могут использоваться лишь однократно.
Сопротивление резисторов должно быть довольно значительным, что приемлемо не для всех линий. Для сбалансированности линии резисторы должны иметь точность не хуже 1%. Высокоточные мощные резисторы имеют довольно большие габариты и стоимость. По этим причинам они применяются редко.
Элементы с положительным температурным коэффициентом сопротивления (РТС-устройства) являются самовосстанавливающимися. Они имеют низкое сопротивление в нормальном рабочем режиме (единицы Ом). При протекании тока, превышающего определенный порог, происходит резкое увеличение сопротивления РТС-устройства, и ток цепи ограничивается до безопасного уровня. В таком состоянии устройство находится до тех пор, пока ток через РТС не уменьшится до величины ниже «тока удержания» (несколько сот миллиампер)
После прекращения опасного воздействия сопротивление РТС-устройства возвращается к исходному значению, и нормальное функционирование оборудования восстанавливается. Однако, керамические позисторы потребляют значительную мощность и механически хрупки;
Биметаллические предохранители многократного действия неустойчивы в работе при высоких температурах. Кроме того, их контакты могут обгорать при срабатываниях.
Электромеханические реле обладают самой высокой интенсивностью отказов [1, 4], в ряде случаев - значительным временем «реагирования на перегрузку». Их контакты интенсивно обгорают при срабатываниях (кроме случаев, когда контактные группы помещены в атмосферу инертных газов).
Электронные ключи могут срабатывать достаточно быстро, но имеют ограниченную надежность. Если используются ключи на транзисторах, то могут быть существенны пределы по пропускаемому току. В то же время для ключей на основе тиристоров или симисторов пропускаемые токи могут быть весьма значительны. Отметим, что для организации «гальванических развязок» при использовании электронных ключей могут быть применены оптоэлектронные пары.
Элементы ограничения напряжения предотвращают электрический пробой или повреждение компонентов, чувствительных к перенапряжению. Эти элементы могут быть двух типов: переключающимися в низкоимпедансное состояние (foldbacdevice) [1] и фиксирующими напряжение на определенном уровне (clampindevice) [2].
В связи с указанными обстоятельствами все большее внимание разработчиков электронной аппаратуры привлекают самовосстанавливающиеся предохранители (СВП), лишенные этих недостатков. В техническом отношении СВП - это резисторы с сск > 0 , выдерживающие до 50 0 0 переключений без замены. Основу СВП составляет полимерная композиционная система (ПКС) с распределенными в ней углеродными наночастицами.
Полимерно-углеродный композит состоит из непроводящего электрический ток кристаллического полимера и, распределенных в нем наноразмерных частиц углерода, организующих кластер, который проводит электрический ток (рисунок 1). Электроды гарантируют равномерное распределение потенциала по всей площади поверхности устройства. К электродам крепятся проволочные или лепестковые выводы.
Принцип работы СВП заключается в следующем. При комнатной температуре полимерный композит имеет кристаллическую структуру, в которой по
