CC BY
8В случае, если не найден ни один подходящий СК (§(,) = 0), множество 8С(М) дополняется новым СК, получающим следующий по порядку номер зсШтЬ и соответствующим адресу ас1 по типу и номенклатуре программ сбора. Очевидно, что в этом случае множество g(') определяется каналами вновь созданного и петому полностью свободного СК. Считая, что все СК и каналы СК имеют одинаковые характеристики и отличаются только порядком опроса в кадрах программ сбора, введем косвенный критерий оптимальности \У(в®), определяемый номером СК 5сЫитЬ{&с) и номером канала СК пж для первого появления адреса аЛ, в СК. Тогда бинарное отношение сравнительной эффективности на множестве представляет собой полный порядок, определяемый скалярной функцией \У(СМ), и задача синтеза в1'1 заключается в определении множества векторов (аё„ зс, пж), характеризующего размещение адреса сх1, на множестве допустимых каналов СК, при котором критерий \У(С(Л) при известных ограничениях принимает минимальное значение.
В связи с этим элементарная порождающая функция вычисляется по формуле
0, если аЗ^пр^1^',
, шт { (яс, п1С + ]• \ аёРгецк{ай1) |) I зсУЫгЩС('“'1, , лс, ии} к (14)
если о4) & яр]С^_!).
Если адрес ас7, уже размещен по СК (а^, е и/7,С(''п), то его повторное размещение не производится (значение функции с! равно 0, и множество в1'1 в соответствии с (11) не изменится: С^= с(М)). Иначе адресу ек// ставится в соответствие множество векторов («\ пж) как оптимальный вариант с учетом введенных ограничений (12) на размещение параметра.
Аналогичным образом выполняется синтез и других структур при решении задачи проектирования программы измерений в соответствии с выбранным способом декомпозиции.
Таким образом, реализация данного метода и модели при помощи современных информационных технологий позволяет разработать САПР БСТИ со всеми очевидными преимуществами от его внедрения в практику разработки БСТИ изделий ракетно-космической техники.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Норенков И.П., Кузьмин П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. САЬ5-технологни, М.: Изд-ао МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2002. 320 с.
2. Норенков И.П., Маничев В.Б. Основы теории и проектирования САПР: Учеб. для втузов. М.: Высш. шк.. 1990. 335 с.
Статья поступила в редакцию 20 марта 2001 г.
УДК 621.317.08
Л. В. Кудашов
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ЗНАЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ
ДЛЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Рассмотрены вопросы теории, методы и алгоритмы построения приборов измерения интегральных параметров электроэнергетических сетей: действующих значений напряжения, а также частоты сетевого напряжения.
В последние годы проблемы метрологического обеспечения измерений электроэнергии и мощности становятся все более актуальными в связи с созданием и развитием оптового и розничного рынков электроэнергии и мощности.
С учетом сложности проблемы в настоящее время весьма актуально точное измерение хотя бы основных параметров качества электроэнергии: частоты, напряжения, активной, реактивной и полной мощности, провалов напряжения и др. согласно ГОСТ 13109-97 [1].
Наличие у потребителя и производителя сертифицированных средств измерения, позволяющих более точно измерять параметры электроэнергии, позволит правильно оценить стоимость потребленной (произведенной) энергии, а также предъявить обоснованные требования к качеству потребленной энергии, что особенно актуально в свете роста тарифов на электроэнергию. К тому же следует отметить, что большая часть энергетического оборудования, в том числе и измерительного, устарела как физически, так и мораль*" но и подлежит замене. Таким образом, становится очевидным, что игнорировать качество электроэнергии,
не вести тщательный учет его потребления - непростительная ошибка, ведущая к большим экономическим потерям.
В связи с вышесказанным становится очевидной необходимость разработки новых способов и средств измерения параметров качества электроэнергии.
Одним из перспективных направлений решения задачи является Создание виртуальных приборов на базе персональных компьютеров, совершенствование которых в значительной мере зависит от эффективности используемых способов измерения и алгоритмов обработки информации.
Действующее значение напряжения (ДЗН) в электрических цепях переменного тока, как известно [2, 3], определяется формулой
I .' h'+Тц ' :
u=l- р(0dt, (1)
где и(() = Um sin(<w/ + ф) - функция изменения мгновенного напряжения в измеряемой цепи; Ти - длительность временного интервала, на котором осуществляется усреднение (время интегрирования); /0 - момент начала интегрирования, который по умолчанию обычно принимается равным нулю, т.е. г0 = 0.
Предлагается сравнительно простой способ измерения напряжения, ориентированный на средства измерения, которые реализуются на базе ПЭВМ, суть которого заключается в следующем.
Формируется интеграл:
<„+т«
Л (Г„) = \u2msm\m^<p)dt, (2)
где U„-мгновенное значение напряжения; Ти -длительность временного интервала, на котором осуществляется усреднение (время интегрирования); а - частота изменения напряжения; <р - фазовый сдвиг напряжения; -момент начала интегрирования, который обычно принимается равным нулю.
Кроме того, параллельно во времени осуществляется интегрирование задержанных на фиксированный интервал времени сигналов напряжения на нагрузке
<п+^,
h{Tu) = \u2m sm2[co(Г + Дг,) + <p]dt. (3)
Моменты равенства накапливаемых интегралов являются корнями уравнения
2sin смЦ sin со7^ sin(oa7’u + шД/1 + 2<р) = 0, (4)
которое получается из равенства выражений (3) и (4).
Как следует из (4), это уравнение имеет два типа корней:
- корни О-типа
Г,ю=иу; (и = ±1, ± 2, ±3,...), (5)
положение которых зависит только от значения периода Тс изменения измеряемого переменного напряжения нагрузки (однофакторные корни), и
- корни М-типа
Ъ*=в%+Дг-£ге; (и = 0, ± 1, ±2, ±3,...), (б)
2 я
которые зависят от неинформативных параметров и положения момента начала интегрирования, т.е. фазы (многофакторные корни).
В связи с этим важно отметить, что при Ти = Тю накопленные интегралы 1\(Ти) и /2(Г„), кай следует
из выражения (4), после их деления на Ти ~ Т*о и извлечения квадратного корня обеспечивают получение
истинного значения измеряемого ДЗН.
Поясним алгоритм более подробно, используя модель виртуального прибора, выполненную средствами пакета визуально ориентированного программирования Simulink (S-модель), которая показана на рис. 1.
Рассматриваемая модель позволяет исследовать аппаратную часть измерителя (модель АЦП показана на рис. 2) и разработать соответствующее алгоритмическое обеспечение по обработке данных.
Ux
АЦП
ЛЗ
БУ
НС1
Сч
Gainl
Display Fs 50.000045289В96І
6Д1
ТТ
БС
Stop
Simulation
*@
НС2 —*--i Scope
uhfi
X
sqrt
БД2 Display Ux
Gain3
Рис. 1, Simuiink-модель измерителя ДЗН
Zero-Order
Hold Quantizer
ГГУ» U
KD
N
0.01
0.012 0.014 0.01G 0.018 0.02
P и c. 2. Модель АЦП, которая учитывает методические погрешности от дискретизации (Zero-Order Hold) и квантования (Quantizer)
Р и с. 3. Временные диаграммы работы виртуального прибора
При цифровой обработке текущие отсчеты АЦП возводятся в квадрат (у2), далее поступают на накапливающий сумматор (НС]) и через линию задержки (J13) — на сумматор НС2. Блок управления (БУ) осуществляет начальную установку НС1 и НС2, а также включает счетчик (Сч), вычисляющий длительность интервала измерения. Цикл измерения, определяемый блоком сравнения (БС), заканчивается в четные моменты равенства накапливаемых сумм (рис. 3). Результат измерения рассчитывается путем деления накопленной суммы на длительность цикла измерения и вычисления квадратного корня (блоки БД2 и sqrt).
Достоинством способа является то, что имеется возможность определения истинного значения частоты сетевого напряжения путем деления единицы на значение длительности цикла измерения.
Как показали исследования, проведённые на базе представленной модели устройства измерения ДЗН, реализация предлагаемого способа простыми средствами позволяет создавать виртуальные приборы, которые измеряют ДЗН с погрешностями порядка 0.01 % и частоту сетевого напряжения - с погрешностями порядка 0.01 Гц.
Следует отметить, что алгоритм нахождения ДЗН легко реализуется с помощью языков программирования высокого уровня, например, Delphi , или Builder C++. В качестве примера был исследован модуль на языке Object Pascal, который может быть использован при написании программы обработки отсчетов АЦП. Результаты подтвердили проведенные теоретические исследования.
Таким образом, рассмотренный способ измерения ДЗН в электрических цепях переменного тока позволяет:
1) повысить точность измерения за счет осуществления интегрирования возведенного в квадрат сигнала, пропорционального текущему значению напряжения точно за интервалы времени, кратные полуперио-ду напряжения питания цепи;
2) повысить быстродействие за счет исключения дополнительных операций и процедур по определению точного размера интервала усреднения; -
3) расширить функциональные возможности благодаря реализации функций, которых не имеется у других известных способов, в частности функции измерения периода синусоидального напряжения питания цепи, а также - по выражению (6) - фазы сетевого напряжения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ 13109-97. Электрическая энергия. Электромагнитная совместимость. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М: Госстандарт, 1998.
2 Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. М.: Энергия. 1970.
3. Измерения в промышленности: Справ, изд.// Под ред. П.Профоса: М.: Металлургия, 1980, 648 с.
4 Шахов Э.К.. Телеги» С.М., Шляндин В.М, Метод цифрового измерения действующего значения переменного напряжения И Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1972. Т. 15. №5.
5. Новенко Б.А., Каплан Л.И. Цифровые приборы для измерения энергетических величин: Сб. нач. тр. Ивановского энергетического института. Вып. 23.1972.
Статья поступила в редакцию !5 марта 2007 г.
УДК 622.23.082
В. А. Кузнецов
ИНТЕГРАЛЬНЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ БУРЕНИЯ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН
Рассмотрим новый способ определения скорости бурения глубоких скважин, основанный на интегрировании измерительных сигналов, полученных с датчиков веса и подачи бурильного инструмента. Применение операции интегрирования, обладающей фильтрующими свойствами, позволило повысить помехоустойчивость измерительного устройства, а следовательно, и точность измерения.
Скорость перемещения долота при бурении скважин, называемая механической скоростью бурения, является важнейшим технологическим параметром процесса бурения. Этот параметр определяет эффективность выбранного режима бурения и рациональность компоновки породоразрушающего инструмента.
Весом нижней часта колонны бурильных труб создаётся осевая нагрузка на долото, которую оператор регулирует подачей бурильного инструмента.
Если <2Н - начальный вес бурильной колонны, а 0, - текущий вес колонны в процессе бурения, то осевая нагрузка на долото определяется их разностью:
^=6*-а-
Колонна бурильных труб представляет собой упругий стержень, поэтому связь между перемещением вfepxнeгo конца бурильной колонны и изменением её веса выражается законом Гука:
, .. -'й / .......... ...
: '*—5Г; ()
где 1В - перемещение верхнего конца колонны труб; Qt - изменение текущего веса колонны; Ь -длина колонны труб; Ем- модуль упругости материала труб; Р- площадь поперечного сечения труб.
Учитывая, что в процессе бурения перемещается и нижний конец колонны, выражение (1) принимает
вид
I _/ -Ш .
. .. ■ ... 1в1н-ЕЕ> ■ ■ ;■
где 1И - перемещение нижнего конца КОЛОННЫ. , :. •
Дифференцируя левую и правую части этого выражения, получим ■ - 1
