CC BY
44
чувствительности /-го показателя по отношению к параметрам , тождественно определяющим изменяющиеся свойства или параметры элементов объекта
^ ' , '■И!
/ . (д1, д1г дг, Л -—.
[ЛТ1 &Т2 Тгп )
где /и — число изменяющихся свойств или параметров элементов объекта, принятых к рассмотрению. - - 1
Значения и(предварительно принимают соответствующими объекту-аналогу и уточняют по результатам определительных испытаний на надежность.
Коэффициенты к^ могут быть взяты по результатам испытаний и эксплуатации обьектов-аналогов или рассчитаны и уточнены в процессе проектирования рассматриваемого объекта. Коэффициенты С^ обычно рассчитывают методами экспертных оценок. На первом этапе
проектирования можно принимать С^ — 1.
Выбор диагностических параметров для прогнозирования изменения состояния объекта производится аналогичным образом. При этом следует проверять возможность использования лишь одного параметра, выбранного для контроля работоспособности наименее надежного элемента.
Для обеспечения решения задачи поиска дефекта совокупности диагностических параметров определяют для каждого элемента структурной схемы объекта наименьшего заданного уровня.
Определение граничных значений диагностических параметров предварительно производится по результатам анализа диагностической модели работоспособности объекта, исходя из заданных нормированных допусков выходных технических параметров, и уточняется в процессе проведения испытаний опытных или серийных образцов на надежность.
При этом для аналитических моделей систем автоматического регулирования расчетные граничные значения диагностических параметров могут быть установлены из условия допустимых перемещений корней характеристического уравнения на комплексной плоскости или непосредственно по виду корневого годографа.
Г.Е.Кувшинов, Д.В. Радченко, П.И. Чепурин, К.В. Чупина
СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ВЛИЯНИЯ МОРСКОГО ВОЛНЕНИЯ НА ГЛУБИНУ ПОГРУЖЕНИЯ ПРИВЯЗНОГО ОБЪЕКТА
Морское волнение создаёт качку судна, а качка точки подвеса троса оказывает возмущающее воздействие на глубину погружения привязного подводного объекта (ППО) через трос или кабель-трос, связывающий ППО с судном Если не предпринимать никаких мер, то дисперсия вертикальных перемещений ППО может в несколько раз превзойти дисперсию ординат морского волнения. Такое явление наблюдается при длине гибкой механической связи (троса или кабель-троса), составляющей несколько километров, если средняя частота морского волнения близка к резонансной частоте продольных колебаний в звене «трос-ППО». (Поперечные колебания з этом звене практически затухают на небольшой глубине.) При такой ситуации нельзя работать в придонной области, так как перемещения ППО взмучивают ил и могут сопровождаться ударами ППО о дно.
С ППО работают, когда движители судна бездействуют или создают небольшой упор, компенсирующий дрейф судна под действием ветра или морского волнения. Поэтому такие
устройства для успокоения качки, как управляемые подводные крылья судна или управляемые, а также неуправляемые стабилизаторы буксируемых подводных объектов здесь не пригодны.
Эффективные способы уменьшения влияния морского волнения на глубину погружения ППО разделяются, прежде всего, по виду объекта, к которым применены эти способы.
Во-первых, кратко рассмотрим меры, которые применяют по отношению к судну-носителю ППО. Они позволяют снизить дисперсию вертикальной качки точки, подвеса троса изменением расположения судна по отношению к направлению распространения воли и выбором координат проекции этой точки на плоскость ватерлинии судна [1,2]. Судно располагают навстречу волнению. При этом такие виды качки, как поперечно-горизонтальная, борювая и рысканье, становятся несущественными. Если длина судна много больше средней длины волны, то заметно снижаются вертикальная и килевая виды качки. Большие ППО спускают через специальную шахту, находящуюся в диаметральной плоскости судна у плоскости мидель-шпангоута. В таком случае на точку подвеса троса действуют всего два вида качки: вертикальная и продольно-горизонтальная, причём влияние последней, создающей в тросе поперечные колебания, пренебрежимо мало. Этот, дорогостоящий, способ для малых ППО не применяется. Такие ППО спускают за борт или с кормы судна-носителя.
Во-вторых, можно снизить перемещения ППО с помощью применения особой конструкции ППО. Для этого нужно увеличить гидродинамическое сопротивление перемещению ППО в вертикальном направлении - развив площадь его проекции на горизонтальную плоскость. Увеличение площади, которая необходима для установки ППО на судне, препятствует применению этого способа.
В-третьих, можно в механическую связь между судном-носителем и ППО ввести амортизирующее устройство, выполняющее такую же функцию, как амортизаторы подвески автомобиля. Можно использовать пружинные амортизаторы в сочетании с демпферами [2]. Недостаток такого способа - трудности перестройки амортизирующего устройства для его приспособления к изменению параметров ППО и длины троса.
На кафедре ЭОАТ ДВГТУ более 40 лет выполняются научные исследования по разработке некоторых разновидностей такого, гретьего, способа. Все эти разновидности основаны на использовании специальных электрических приводов.
В первой разновидности применены новые системы управления океанологической лебёдкой, с регулированием по возмущению - скорости качки точки подвеса троса и с дополнительным регулированием по отклонению глубины ППО от заданного значения [1,3- 5]. Когда грузовой блок, например, поднимается под действием качки судна, то океанологическая лебёдка по сигналу акселерометра, измеряющего составляющую ускорения этого блока вдоль направления схода с блока троса, вытравливает трос. Обратное направление скорости троса происходит при опускании блока. Эти системы, прошедшие опытную эксплуатацию на научно-исследовательских судах, обеспечивают высокую точность управления глубиной погружения ППО и практически полное устранение влияния качки судна-носителя при морском волнении до четырёх - пяти баллов.
У устройств первой разновидности имеются следующие недостатки: низкое быстродействие контура управления по отклонению глубины погружения, 1.к. для обеспечения устойчивости работы устройства частота среза этого контура должна быть меньше частоты первого резонансного максимума звена трос - ППО, которая составляет ОД Гц и менее при длине троса несколько километров; резкое сокращение срока службы кабель-троса, что вызвано его изгибными деформациями при сматывании-наматывании на барабан лебедки в процессе компенсации влияния качки судна-носителя под действием управления по возмущению. Кабель-трос допускает всего 1000-2000 изгибов при прохождении через блоки. Этот ресурс может быть израсходован за несколько часов непрерывной работы лебедки в условиях морского волнения с интенсивностью три балла.
Амортизирующее устройство второй разновидности представляет собой амортизирующую лебёдку, установленную на ППО. Один конец дополнительного каната заведен на барабан амортизирующей лебедки, а другой прикреплен замковым соединением к кабель-тросу, который образует петлю на участке от замкового соединения до гермоввода, через который кабель-трос вводится внутрь подводного объекта [6 - 9]. Основное перемещение подводного объекта осуществляется путем сматывания или наматывания кабель-троса с барабана судовой лебедки со скоростью, заданнопервым задатчиком. Амортизирующая лебедка вместе с её управляющим блоком и измерительными преобразователями скорости и длины каната образует САУ длиной каната
этой лебёдки. Структура управляющего блока этой лебёдки и параметры его элементов таковы, что приращения длины каната амортизирующей лебёдки и вызванною качкой судна изменения 1лубины погружения замкового соединения близки по абсолютному значению и противоположны по направлению. Например, при увеличении глубины погружения замкового соединения длина канага уменьшится. Этим обеспечивается стабилизация глубины погружения подводного объекта, независимо от длины кабель-троса, при действии на верхний конец кабель-троса вертикальной составляющей качки судна-носителя. Среднюю длину части каната, смотанной с барабана амортизирующей лебедки, можно изменять, подавая соответствующий сигнал со второго задатчика, установленного на судне Это позволяет регулировать глубину погружения подводного объекта, компенсируя, например, влияние течений, или осуществить плавное сближение опускаемого объекта с каким-либо предметом на морском дне
Основной недостаток этого устройства заключается в том, что входящее в него амортизирующее устройство установлено на подводном объекте. При этом увеличивается масса и габаритные размеры подводного объекта и подъёмной лебедки, поперечное сечение и масса кабель-троса, и "мощность привода подъёмной лебёдки. Кроме того, усложняется электроснабжение амортизирующего устройства, по сравнению с подъёмной лебёдкой, что ведёт к возрастанию проявления указанных отрицательных последствий: применение электрических аккумуляторов, размещенных на подводном объекте, приводит к дополнительному увеличению массы и габаритных размеров опускаемого объекта, а передача электроэнергии с судна по кабель-тросу - к увеличению его поперечного сечения и массы.
Второй недостаток этого устройства - недостаточная компенсация влияния качки судна на глубину погружения подводного объекта, если масса этого объекта с массой присоединённой воды соизмерима с массой, равной сумме приведенных к линейной скорости моментов инерции двигателя и передаточного устройства привода амортизирующей лебёдки. При этом эффективность работы амортизирующего устройства ухудшается.
В настоящее время проходит новый этап разработок по третьему способу. Предполагается амортизирующую лебёдку размещать не на ППО, а на судне-носителе. Она будет связана с механизмом, перемещающим грузовой блок. Конструкция этого механизма может быть различной. В простейшем случае задний стреловой полиспаст изменяет угол наклона стрелы к плоскости ватерлинии судна-носителя. Полиспаст приводится в действие амортизирующей лебёдкой. Среднее положение стрелы - параллельное плоскости ватерлинии. При достаточно большой длине стрелы её перемещения в пределах узкого углового сектора компенсируют вертикальные перемещения оси стрелы под действием качки судна и не вызывают заметных поперечных смещений головного блока, расположенного на ноке стрелы. Трос подъёмной лебёдки, связывающий судно с ППО помимо головного блока проходит ещё и через дополнительный блок, сидящий на той же оси, что и стрела. Возникающие при работе амортизирующей лебёдки изгибные деформации кабель-троса в местах его подхода к дополнительному блоку и схода с головного блока незначительны и мало влияют на износ кабель-троса, что выгодно отличает новое устройство от устройства первой разновидности.
Результаты научных исследований в этом направлении используются при подготовке кандидатских диссертаций Д.В. Радченко и П.Й. Чепурина. В диссертациях рассматриваются разные принципы управления амортизирующей лебёдкой. В одной - это управление по возмущению, как у известных амортизаторов с демпферами, в другой - это управление по отклонению вертикальной составляющей скорости оси головного блока от нулевого значения.
ЛИТЕРАТУРА
1 Кувшинов Г.Е. Управление глубиной погружения буксируемых объектов. Монография -Владивосток: Изд-во Дальневосточного университета, 1987. - 148 с.
2. Бугаенко Б.А., Магула В.Э. Специальные судовые устройства. - Л.: Судостроение, 1985. - 392 с.
3. A.c. № 559350 СССР. Устройство для управления электродвигателем судовой лебедки/ Г.Е.Кувшинов, К.П. Урываев. Бюллетень № 19,1977.
4. A.c. № 714606 СССР. Устройство для управления электродвигателем судовой лебедки/ Г.Е.Кувшинов, К.П.Урываев. Бюллетень № 5,1980.
5. A.c. № 826538 СССР. Устройство для управления электродвигателем судовой лебедки/ Г.Е Кувшинов, К.П.Урываев Бюллетень № 16,1981.
6. Спуско-подъемное устройство, пат. 2114756С1 Рос. Федерация: МПК7 6 В 63 В27/08 / Кувшинов Г.Е., Чупина К.В.; патентообладатель ДВГТУ. - N° 95114874/28; заявл. 21 08.95; опубл. 10.07.98, Бюл. № 19.
7. Устройство и способ управления глубиной погружения подводных объектов: пат. 2261191С1 Рос. Федерация: МПК7 В 63 В27/08 / Кувшинов Г.Е., Чупина К.В.; патентообладатель ДВГТУ. - № 2004103234/11; заявл. 04 02.2004; опубл. 27.09.2005, Бюл. № 27.
8. Чупина К.В Управление глубиной погружения буксируемого подводного объекта с помощью установленной на нем лебедки: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.07: защищена 20.11.97. -Владивосток, 1997,- 181 с.
9. Кувшинов Т.Е.. Наумов J1.A., 4>пина К.В. Системы управления глубиной погружения буксируемых объектов. - Владивосток: Дальнаука, 2006,312 с.
В.В.Копылов ,Г.Е. Кувшинов, А.Ю. Фшюженко, А.Н.Шеин УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Управляемые" выпрямители напряжения (УВН), которые также известны под названиями: активные выпрямители или четырёхквадрантные преобразователи, применяются в качестве выпрямителя для питания потребителей постоянного тока или, вместе с автономными инверторами, в составе преобразователей частоты. У любых управляемых выпрямителей напряжения каждое вентильное плечо может проводить ток в обоих направлениях и представляет собой встречно-параллельное соединение электронного ключа с односторонней проводимостью и диода, проводящего ток в обратном, по отношению к электронному ключу, направлению. В анодную группу наиболее распространённого мостового управляемого выпрямителя напряжения входят вентильные плечи, у которых аноды диодов соединены с отрицательным выходным зажимом выпрямителя, а в катодную группу - вентильные плечи, у которых катоды диодов соединены с положительным выходным зажимом выпрямителя. К выходным зажимам такого выпрямителя подключён выходной конденсатор, являющийся обязательным элементом любого управляемого выпрямителя напряжения, и нагрузка. Катод диода каждого вентильного плеча анодной группы соединён с анодом диода вентильного плеча одной из катодных групп и с одним из входных зажимов выпрямителя. Входные зажимы выпрямителя соединены с источником напряжения переменного тока. Эти выпрямители, под действием поступающих на электронные ключи сигналов, преобразуют энергию переменного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе. В этом случае такие выпрямители работают в выпрямительном режиме, как и простейшие, составленные только из диодов, выпрямители тока. При изменении направления потока энергии в нагрузке, когда она не потребляет энергию, а отдаёт её, переходя в генераторный режим, такие выпрямители способны, под действием управляющих сигналов, преобразовывать энергию постоянного тока, поступающую от нагрузки к выходу управляемого выпрямителя напряжения, в энергию переменного тока. Эта энергия передаётся с входных зажимов выпрямителя в источник напряжения переменного тока. В этом случае такие выпрямители работают в инверторном режиме.
После подключения входных зажимов выпрямителя к источнику переменного тока выходной конденсатор сначала заряжается в неуправляемом режиме, через диоды, до амплитудного значения напряжения источника. При этом имеет место короткое замыкание цепи, в которой последовательно включены ЭДС источника, диоды и ЭДС выходного конденсатора. Ток и ЭДС конденсатора в неуправляемом режиме направлены встречно. Дальнейший процесс заряда конденсатора происходит в управляемом режиме путём управления моментами включения и отключения электронных ключей с частотой, которая во много раз превосходит частоту источника. При этом обеспечивается близкая к синусоиде форма входного тока выпрямителя Во время включённого состояния электронных ключей имеет место короткое замыкание цепи, в которой последовательно включены ЭДС источника и ЭДС выходного конденсатора. В управляемом режиме при включенном состоянии электронных ключей ток и ЭДС конденсатора направлены согласно. Когда ключи отключаются, то входные токи
