ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ДЛЯ УПРАВЛІННЯ ПРОЦЕСАМИ ПІСЛЯРЕМОНТНИХ ВИПРОБУВАНЬ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ : ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ПОСЛЕРЕМОНТНЫХ ИСПЫТАНИЙ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Краткое описание

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

КОНОХ ІГОР СЕРГІЙОВИЧ

УДК 004.89:621.313.333

ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ДЛЯ УПРАВЛІННЯ ПРОЦЕСАМИ ПІСЛЯРЕМОНТНИХ ВИПРОБУВАНЬ АСИНХРОННИХ ДВИГУНІВ

Спеціальність 05.13.06 – Інформаційні технології

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата
технічних наук

Науковий керівник
д. т. н., проф. Родькін Д. Й.

Вінниця – 2013

Содержание

Перелік умовних позначень. 5
ВСТУП.. 6
РОЗДІЛ 1           Аналіз ВИКОРИСтАННЯ інформаційних технологій в галузі випробувань асинхронних двигунів.. 14
1.1       Аналіз існуючого регламенту випробувань та методів визначення параметрів асинхронних двигунів. 15
1.2       Сучасні комп’ютеризовані діагностичні та випробувальні комплекси, функції й можливості їх математичного та програмного забезпечення. 22
1.3       Огляд сучасних інформаційних технологій для діагностування стану асинхронних двигунів з аналізом енергетичних процесів. 33
1.4       Характеристики енергетичного методу визначення параметрів заступної схеми асинхронного двигуна. 36
1.5       Обґрунтування розробки нових інформаційних технологій для післяремонтного контролю і випробувань. 41
1.6       Висновки. Вибір напряму та завдань дослідження. 44
РОЗДІЛ 2           Розробка методів і моделей формування випробувальних режимів.. 46
2.1       Розробка методу отримання і обробки цифрового зображення двигунів                                      47
2.1.1    Спосіб розпізнавання геометричних розмірів двигуна і визначення його типу  47
2.1.2    Дослідження і вибір методу визначення контурів об’єкта. 54
2.2       Розробка нечіткого методу прийняття рішень щодо формування амплітудного спектра миттєвої потужності 54
2.2.1    Вибір початкових характеристик напруги живлення для системи діагностики асинхронних двигунів. 55
2.2.2    Синтез нечіткого контролера для формування спектра потужності в умовах невизначеності параметрів об’єкта. 62
2.2.3    Моделювання системи формування амплітудного спектра миттєвої потужності 67
2.3       Розробка нечіткого методу прийняття рішень щодо динамічного навантаження двигуна. 74
2.3.1    Характеристика режиму динамічного навантаження. 75
2.3.2    Моделювання підсистеми регулювання струму. 80
2.3.3    Метод синтезу нечіткого контролера навантажувального струму              85
2.4       Висновки до розділу 2. 92
РОЗДІЛ 3           Розробка принципів керування процесами випробувань та алгоритмічного забезпечення.. 94
3.1       Загальна послідовність роботи системи. 94
3.2       Розробка алгоритмів визначення геометричних розмірів об’єкта за цифровим зображенням. 95
3.2.1    Адаптивний алгоритм відділення об’єкта від фону. 95
3.2.2    Алгоритм обробки зображення і відновлення основних геометричних розмірів  105
3.3       Послідовність формування спектра миттєвої потужності 111
3.4       Алгоритм керування струмом динамічного навантаження і визначення еквівалентного струму. 113
3.5       Висновки до розділу 3. 115
РОЗДІЛ 4           Реалізація інформаційної технології у вигляді комплексу програм керування.. 116
4.1       Розробка архітектури інформаційної технології післяремонтних випробувань. 116
4.2       Синтез структури бази даних випробувального комплексу. 120
4.3       Реалізація програмного забезпечення процесу відеоідентифікації 126
4.4       Реалізація керуючого програмного забезпечення формування випробувальних режимів. 130
4.5       Висновки до розділу 4. 131

Список литературы

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нове розв’язання актуальної науково-прикладної задачі, яка полягає у розвитку інформаційної технології управління процесами післяремонтних випробувань асинхронних двигунів з аналізом і керуванням миттєвими енергетичними процесами з метою підвищення ефективності випробувань. У результаті проведеного теоретичного аналізу сучасних поглядів на дану проблему в літературних та інтернет-джерелах і виконаних досліджень сформульовані та обґрунтовані такі наукові висновки і практичні результати:
1.       Велика кількість асинхронних двигунів широкого діапазону потужності, які проходять капітальний ремонт, висока вартість обладнання для виконання статичного навантаження і відсутність ефективного комп'ютеризованого обладнання для проведення комплексного післяремонтного контролю обґрунтовує актуальність розробки випробувального комплексу, що має властивість адаптації до будь-якого тестованого екземпляру. Таким чином, розробка інформаційної технології та вдосконалення методів обробки даних і прийняття рішень при формуванні динамічних випробувальних режимів з метою підвищення їх ефективності є актуальною теоретичною і прикладною задачею.
2.       Вперше розроблено метод автоматичного формування гармонічного складу випробувальної напруги, який, на відміну від існуючих, оптимізує дискретний спектр миттєвої потужності за рахунок використання налаштованої нечіткої системи, що дозволяє підвищити ефективність і точність визначення параметрів схеми заміщення асинхронних двигунів за методом енергетичного балансу. Отримані експериментальним шляхом залежності складових миттєвої потужності від гармонік напруги живлення дозволили побудувати експертну систему оптимізації спектру. Спосіб ввімкнення нечітких контролерів струму та потужності і управління їх роботою за розробленим алгоритмом забезпечує стійкість роботи системи для широкого ряду асинхронних двигунів. Метод дозволяє знизити відносну різницю амплітуд гармонік потужності до рівня 0,135, що забезпечує достатню точність для методу енергодіагностики.
3.       Удосконалено комп’ютерну нечітку систему прийняття рішень щодо керування динамічним навантажувальним струмом асинхронного двигуна, яка відрізняється автоматичним налаштуванням до тестованого екземпляру та визначенням втрат на основі аналізу повного балансу миттєвої потужності, що забезпечує стійкість перехідних процесів і відповідність режимів динамічного і статичного навантажень. Доведено, що алгоритм керування процесом динамічного навантаження дозволяє визначити статорний струм, при якому робоча температура машини буде відповідати номінальній, а теплові втрати будуть дорівнювати втратам у номінальному режимі при статичному навантаженні. Доведено, що синтезована оптимальна структура нечіткого регулятора струму дозволяє використовувати регулятор як для завдань формування спектру потужності, так і для управління навантаженням без додаткових налаштувань.
4.       Удосконалено інформаційну технологію ідентифікації типу двигуна на основі аналізу відеозображень з декількох ракурсів, яка відрізняється використанням адаптивної зміни яскравості точок зображень і відділення областей, що містять об'єкт, від довільного фону, що дозволяє створити метод автоматизованого пошуку довідникових геометричних розмірів асинхронних двигунів. На основі відомого типу і паспортних даних можливо визначити довідкові параметри, які необхідні для автоматичного початкового настроювання керуючих алгоритмів. Створено інформаційне забезпечення у формі бази даних, яке дозволяє зберігати і відшукувати довідникову інформацію, зберігати результати випробувань, виключає надмірність і протиріччя при роботі з інформацією.
5.       Отримала подальший розвиток інформаційна технологія керування післяремонтними випробуваннями асинхронних двигунів, яка відрізняється формуванням полігармонічного живлення й аналізом миттєвих енергетичних процесів з використанням нечітких експертних систем, що дозволяє автоматизувати та підвищити ефективність випробувань. Досягається автоматизація настроювання обладнання, зниження капітальних затрат на побудову випробувальних комплексів, підвищується інформативність випробувань, зменшуються втрати від експлуатації двигунів з витраченим ресурсом.
6.       Проведені теоретичні дослідження використані при створенні алгоритмів оптимізації спектру миттєвої потужності для задач ідентифікації параметрів схеми заміщення і динамічного навантаження двигунів змінного струму. Розроблені алгоритми та методики реалізовані у вигляді програмного забезпечення, яке дозволяє сформувати спеціальні режими полігармонічного живлення, що є необхідною умовою для роботи існуючих методів динамічного навантаження і визначення параметрів схеми заміщення шляхом аналізу балансу миттєвої потужності.
7.       Отримані у дисертаційній роботі результати включені в план впровадження на виробничому підприємствах ВАТ «Полтавський ГЗК» та при виконанні проектних робіт ТОВ ВКП “Котлогаз”. У процесі вдосконалення випробувальної станції двигунів змінного струму науково-практичні результати дозволяють на 15 % знизити капітальні витрати на побудову випробувального комплексу та реалізувати автоматизоване визначення електромагнітних і енергетичних параметрів асинхронних двигунів змінного струму, та у навчальному процесі кафедри систем автоматичного управління та електропривода Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського при викладанні дисциплін: «Методи оптимізації керуючих алгоритмів», «Використання інтелектуальних технологій у комп’ютеризованих системах управління».
Результати проведених досліджень опубліковані у [3, 39, 43, 44, 46, 47, 48, 50, 51, 52, 54, 55, 56, 58].

1.       Архангельский В. И. Системы фуцци-управления / В. И. Архангельский, И. М. Богаенко, Г. Г. Грабовский, М. О. Рюмшин. – К. : Техника, 1997. – 208 с.
2.       Бабаев М. Б. Математическая модель и особенности расчета параметров схемы замещения многофазного асинхронного двигателя с симметричной обмоткой / [М. Б. Бабаев, А. Н. Голубев] // Электротехника. – М. : Фирма Знак, 1992. – № 6. – С. 7–12.
3.       Антонов М. В. Эксплуатация и ремонт электрических машин / М. В. Антонов, Н. А. Акимова, Н. Ф Котеленец.. – М. : Высшая школа, 1989. – 189 с.
4.       Барвинок Д. В. Построение цифровых измерительных комплексов для исследования электромеханических систем / [Д. В. Барвинок] // Проблемы создания новых машин и технологий : Сб. научных трудов КГПИ. – Кременчуг : КГПИ, 1999 – № 1/1999 (6). – С. 132–135.
5.       Башарин А. В. Управление электроприводами / А. В. Башарин, В. А. Новиков, Г. Г. Соколовский. – Л. : Энергоатомиздат, 1982. – 392 с.
6.       Башта Я. Испытания электрических машин / [Я. Башта, Ф. Кулда и др.]. – Прага : изд. SNTL, 1960–1964. – Т. 1–5.
7.       Н. В. Опыт применения тестового диагностирования обмоток электрических машин / Н. В. Белоусова, В. П. Калявин, А. В. Мозгалевский. – Л. : ЛДНТП, 1989. – 21 с.
8.       Бешта А. С. Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по переходному процессу в обмотке статора / [А. С. Бешта, Ю. В. Куваев, Т. А. Желдак, и др.] // Проблемы создания новых машин и технологий : Сб. научных трудов КГПИ. – Кременчуг : КГПИ, 1999. –  № 1/1999 (6). – С. 112–115.
9.       Брайс К. Р. Анализ сцены при помощи выделения областей / [К. Р. Брайс, К. Л. Феннема] // Интегральные роботы. – М. : Мир, 1975. – Т. 2. – С. 136 – 159.
10.     Быстрицкий В. Е. Экономика и организация производства электроприводов / В. Е. Быстрицкий, А. В. Коробко, А. М. Крицштейн, С. И. Фалова. – Ульяновск : УлГТУ, 2006. – 104 с.
11.     Васильев В. Н. Структуры и режимы работы диагностических комплексов испытательных станций / [В. Н. Васильев] // Проблемы создания новых машин и технологий : Сб. научных трудов КГПИ. – Кременчуг : КГПИ, 1999 – № 1/1999 (6). – С. 70–75.
12.     Власов К. П. Специальный курс по теории автоматического управления / К. П. Власов. – Харьков : ХПИ, 1974. – 198 с.
13.     Вольдек А. И. Электрические машины / А. И. Вольдек. – Л. : Энергия, 1985. – 840 с.
14.     Вяткин В. Е. Автоматизированная станция контроля электродвигателей / [В. Е. Вяткин, П. М Чебалин] // Электротехническая промышленность : Технология электротехнического производства. – М. : Информэлектро, 1983. – Вып. 2/1983 (165) – С. 14.
15.     Гемке В. И. Неисправности электрических машин / В. И. Гемке. – Л. : Энергоатомиздат, 1989. – 336 с.
16.     Гольдберг О. Д. Испытания электрических машин / О. Д. Гольдберг. – М. : Высшая школа, 1990. – 255 с.
17.     Гольдберг О. Д. Автоматизация контроля параметров и диагностика асинхронных двигателей / О. Д. Гольдберг, И. М. Абдулаев, А. Н. Абиев. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 158 с.
18.     Горлач А. А. Цифровая обработка сигналов в измерительной технике / А. А. Горлач, М. Я. Минц, В. Н. Чинков. – К. : Техніка, 1985. – 325 с.
19.    
20.     Деклараційний патент на винахід 62492 А, Україна, G 01 R 31/34. Спосіб випробування асинхронного трифазного двигуна з короткозамкненим ротором та пристрій для його реалізації / Д. Й. Родькін, В. О. Мартиненко, О. П. Чорний, С. І. Тараненко, А. П. Калінов, А. М. Аміров. – № 62492 А; заявл. 15.12.03; опубл. 11.12.04, Бюл. № 12.
21.     Дьяконов В. П. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник / В. П. Дьяконов, В. В. Круглов. – Спб. : Питер, 2001. – 480 с.
22.     Дьяконов В. П. MATLAB 6. Учебный курс / В. П. Дьяконов. – СПб. : Питер, 2001. – 592 с.
23.     Дьяконов В. П. Simulink 4. Специальный справочник / В. П. Дьяконов. – СПб. : Питер, 2002. – 528 с.
24.     Дьяконов В. П. Компьютерная математика. Теория и практика / В. П. Дьяконов. – М. : Нолидж. – 2000. – 1296 с.
25.     Дьяконов В. П. Matlab 6.5 SP1/7/7 SP1 + Simulink 5/6. Работа с изображениями и видеопотоками / В. П. Дьяконов. – М. : СОЛОН–Пресс, 2005. – 400 с.
26.     Дьяконов В. П., MATLAB. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник / В. П. Дьяконов, И. В. Абраменкова. – СПб. : Питер, 2002. – 608 с.
27.     Дьяконов В. П. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. специальный справочник / В. П. Дьяконов, В. В. Круглов. – СПб. : Питер, 2002. – 448 с.
28.     Ермолин Н. П. Надежность электрических машин / Н. П. Ермолин, И. П. Жерихин. – М. : Энергия, 1975. – 250 с.
29.     Жерве Г. К. Промышленные испытания электрических машин / Г. К. Жерве. – Л. : Энергоатомиздат, 1984. – 324 с.
30.     Здор И. Е. Анализ методов диагностики асинхронных короткозамкнутых двигателей / [И. Е. Здор, В. А. Мосьпан] // Проблемы создания новых машин и технологий. Сб. научных трудов КГПИ. – Кременчуг : КГПИ, 1998. – № 2. – С. 1–7.
31.     Испытательные стенды [Электронный ресурс] // Материалы официального сайта научно-производственного предприятия АВЭМ. – Режим доступа: http://www.avem.ru.
32.     Калиниченко А.П.. Принципы построения систем управления автономными инверторами с широтно-импульсной модуляцией / [А. П. Калиниченко, Н. П. Макаренко, В. А. Святненко, В. И. Сенько] //Сб. науч. тр. "Преобразование параметров электрической энергии в энергетических и технологических установках". –К. : Ин-т электродинамики АН УССР, 1991. – С.11–16.
33.     Калинов А. П. Современные способы определения потерь мощности машин переменного тока / [А. П. Калинов] // Праці Луганського відділення міжнародної академії інформатизації. – Луганськ : СНУ ім. Даля, 2005. – № 1/2005 (10). – С. 131–136.
34.     Калинов А. П. Рациональные подходы при определении параметров машин переменного тока / [А. П. Калинов, А. П. Черный] // Вісник КДПУ. Зб. наук. праць КДПУ. – Кременчук : КДПУ, 2004. – № 2/2004 (25). – С.115–119.
35.     Клюев А. С. Автоматическое регулирование / А. С. Клюев. – М. : Высшая школа, 1986. – 351 с.
36.     Коварский Е. М. Испытание электрических машин / Е. М. Коварский, Ю. И. Янко. – М. : Энергоатомиздат, 1990. – 317 с.