|
|
 |
|
Научная деятельность кафедры интересная и разнообразная. Свои усилия научно-педагогические работники кафедры сосредоточивают и на исследовании электромагнитных процессов в нелинейных электрических цепях, |
|
|
первичных измерительных преобразователях, системах и средах и на вопросах математического моделирования и диагностики качества электромеханических преобразователей энергии, и на проблеме оптимизации параметров вторичных источников питания, и на разработке и введенные математического, алгоритмического, аппаратного и метрологического обеспечения современных микропроцессорных средств измерений и контроля электрических и неэлектрических физических величин.
Научные исследования проводятся за счет госбюджетного и госпдоговорного финансирование. Целью этих исследований является разработка энергосберегающих методов сертификационных испытаний моментных характеристик электрических машин, исследование влияния факторов непредвиденных ГОСТ 30206-94 (МЕК 687-92) режимов электрических сетей на метрологические характеристики счетчиков электрической энергии и разработка оптико-электронных измерительных преобразователей параметров вращательного движения
Научным коллективом кафедры разработано и введено в производство ряд устройств и промышленных образцов, которые разрешили получить значительный экономический эффект.
Результатом научной работы сотрудников кафедры есть публикации более чем в пятистах научных статьях и трех монографиях. Научный работниками кафедры получено свыше семидесяти авторских свидетельств и патентов на изобретения как Украины, так и Российской Федерации.
Под руководством профессора Карпова Ю.О. подготовлено одного доктора и пятнадцать кандидатов технических наук. В настоящее время в очной аспирантуре учится четыре аспиранты. Также работают над кандидатскими диссертациями три соискателя.
|
|
|
|
Метрология и измерения
|
|
|
современные технологии, медицина и экология требуют значительного увеличения экспериментальной информации о стане материальных объектов, которую получают с помощью специальных технических средств и методов.
Эксперимент, который впервые поставленный еще Галилео Галилеем, сегодня базируется на экспериментальных методах познания и охватывает большую область теории методов и средств создания первичной экспериментальной информации. Данную область знаний называют экспериментальной информатикой. Она четко не очерчена, хотя и без нее традиционная информатика не может существовать.
Существенным для процедур экспериментальной информатики есть то, что они дают возможность в результате проведения эксперимента получать информацию о материальных объектах.
Измерение и контроль являются базовыми процедурами экспериментальной информатики, которые дают, соответственно, количественную, в виде числа, или качественную, в виде вывода, информацию о стане объекта. В основе каждой процедуры лежит эксперимент, который становится более сложным с осложнением процедуры экспериментальной информатики - испытание, диагностирование, исследование, мониторинг.
Окремі процедури експериментальної інформатики зі зростанням складності включають в себе процедури цього
класу а також математичну та (або) логічну обробку результатів цих процедур. Так, наприклад, вимірювальний контроль включає в себе
вимірювання, контрольні випробування включають контроль та вимірювання і т.д. Тому досить важливим є визначення зв'язків між
показниками якості складових процедур, що неможливо здійснити без відповідного метрологічного забезпечення.
Отдельные процедуры экспериментальной информатики с ростом сложности включают в себя процедуры этого класса а также математическую и (или) логическую обработку результатов этих процедур. Так, например, измерительный контроль включает в себя измерение, контрольные испытания включают контроль и измерения и т.д. Поэтому довольно важным есть определения связей между показателями качества составных процедур, которая невозможно осуществить без соответствующего метрологического обеспечения.
Средства экспериментальной информатики представляют собой технические средства, которые имеют нормированные метрологические характеристики. Среди средств создания информации основными есть средства измерений и контроля, значимость которых определяется: во-первых, наиболее высоким уровнем точности измеренной и достоверности контролируемой информации; во-вторых, тенденцией не только к автоматизации, но и к их интеллектуализации; в-третьих, их широким использованием во всех других информационных процедурах.
Ускоренный темп развития науки об измерении и измерительной технике в последние десятилетия обусловил появление новых сроков и понятий, а также новых подходов к принципам построения средств измерения и контроля.
В Украине принят Закон о языке, согласно которому необходимое ускоренное восстановление украинского языка также и в области науки и техники. Госстандартом Украины создаются новые украинские терминологические стандарты для всех областей. Разработано также и единый среди них стандарт на сроки и понятие науки а именно, стандарт "Метрология. Сроки и определения" - ДСТУ 2681-94, стандарт "Метрологическое обеспечение" - ДСТУ 2682-94, стандарт "Метрологическое обеспечение средств измерительной техники" - ДСТУ 3215-95 и др.
|
|
|
|
Автоматизированный контроль моментных характеристик электрических машин
|
|
|
Качество электрических машин, как и всех других промышленных изделий, является решающим фактором их конкурентоспособности на мировом рынке. Установление соответствия стана параметра электрической машины нормативным документам осуществляется во время ее испытания с помощью соответствующих средств контроля в опытах холостого хода и короткого замыкания.
В настоящее время, не считаясь с наличие современных приборов измерения электрических величин, отсутствуют соответствующие средства автоматизированного контроля неэлектрических величин для осуществления в полном объеме указанных выше опытов.
Найбільш трудомістким і на сьогодні майже не автоматизованим є контроль моментних характеристик, до яких
відносять: залежність пускового моменту від кутового положення ротора; залежність пускового моменту від напруги живлення;
номінальний, максимальний, пусковий момент; момент інерції ротора; динамічний момент. Не зважаючи на те, що дані параметри
електродвигуна є основними його характеристиками, вони досить часто не підлягають контролю в зв'язку з відсутністю відповідних
технічних засобів. Такий стан пояснюється недосконалістю методів контролю моментних характеристик та відсутністю еталону моменту.
Наиболее трудоемким и на сегодня почти не автоматизированным есть контроль моментных характеристик, к которым относят: зависимость пускового момента от углового положения ротора; зависимость пускового момента от напряжения питания; номинальный, максимальный, пусковой момент; момент инерции ротора; динамический момент. Не считаясь с то, что данные параметры электродвигателя являются основными его характеристиками, они довольно часто не подлежат контроля в связи с отсутствием соответствующих технических средств. Такой стан объясняется несовершенством методов контроля моментных характеристик и отсутствием эталону момента.
Методы, которые положено в основу построения современных полуавтоматизированных средств контроля моментных характеристик (МХ), характеризуются низким быстродействием и невысокой точностью. Например, для получения зависимости пускового момента от углового положения ротора необходимо израсходовать 36 норм-часов на один электродвигатель. Аналогичная трудоемкость характерная и для контроля зависимости пускового момента от напряжения питания.
Современные средства контроля момента инерции ротора реализуют опосредствованные методы и характеризуются также низким быстродействием (десятки минут на один электродвигатель). Опосредствованный метод контроля динамического момента имеет невысокую точность, которая обусловлена погрешностью дифференцирования экспериментальных данных цифровых тахометров. Поэтому к настоящему времени не сформированная теория контроля МХ, который не разрешает в полном объеме решить задачу анализу данных средств как в статическому, так и в динамическому режимах работы, оценить их метрологические характеристики, синтезировать современные схемы и алгоритмы функционирования микроконтролерных средств, осуществить автоматизированную метрологическую аттестацию и проверку экспериментальных и промышленных образцов.
Итак, на повестка дня уже сегодня возникает необходимость разработки качественно новых теоретических подходов к контролю моментных характеристик электрических машин, создание новых методов контроля, синтеза современных структурных схем средств автоматизированного контроля МХ и средств для их метрологической аттестации и проверки, внедрение нового класса средств контроля в производство.
|
|
|
|
Оптико-электронные измерительные преобразователи параметров вращательного движения
|
|
|
Современное развитие промышленности требует создания новых высокоточных средств контроля угла поворота и угловой скорости, способных осуществлять контроль в широком диапазоне изменения этих параметров. Для контроля параметров вращательного движения большое значение имеет бесконтактность средства контроля. Поэтому, оптико-электронные устройства занимают видное место среди средств контроля угловых величин объектов обращения. Кроме высоких метрологических характеристик современные средства контроля должны иметь высокую надежность, продолжительный срок работы, стабильность, малые габаритные размеры, массу и энергопотребление, совместимость с компьютерными средствами обработки информации и доступную стоимость.
Для контроля угла поворота и угловой скорости разработанное большое количество бесконтактных устройств, которые осуществляют контроль этих параметров в широком диапазоне изменения входной величины с достаточной точностью. Но подавляющее большинство известных средств осуществляют контроль в статическом режиме. Открытым остается вопрос контроля угловой скорости в динамическом режиме. Кроме того, актуальным есть обеспечения измерений одним преобразователем нескольких параметров, например, угла поворота, угловой скорости, вибрации и битье.
Поэтому, актуальным есть разработка оптико-электронного средства контроля угла поворота и угловой скорости с улучшенными метрологическими характеристиками.
В основе средства контроля оптико-электронный измерительный преобразователь угловых параметров, построенный на основе метода пространственной модуляции излучения В качестве преобразователя положение предложено использовать двумерный позиционно-чувствительный детектор (ПЧД). В зависимости от перераспределения излучения, которое попадается на него в результате отбивания от объекта, ПЧД генерирует соответствующие токи и превращает входную неэлектрическую величину (угловой параметр) в электрическую (ток или напряжение), что определяет архитектуру построения аналого-цифрового преобразователя.
Применение метода пространственной модуляции для контроля параметров вращательного движения разрешает получить высокую достоверность контроля за счет отсутствия погрешности эксцентриситета и уменьшение динамической погрешности. Применение двумерного ПЧД высокого быстродействия обеспечивает бесконтактный контроль линейных смещений объекта по двум осям координат и отсутствие влияния момента инерции сенсора и расширяет область применения средства контроля. Разработанное средство разрешает осуществлять контроль в более широком диапазоне изменения угловых параметров в статическом и динамическом режимах работы, которая есть его существенным преимуществом.
К преимуществам также данного подхода относятся равномерность дискретизации и возможность одновременного измерения таких параметров как битье, вибрация, нестабильность угловой скорости.
|
|
|
|
Измерение моментов инерции тел обращения
|
|
|
Измерение момента инерции во время исследования динамики механических и электромеханических систем со вращательной формой движения представляет собой важную научно-техническую задачу. Объясняется это несколькими причинами:
- распространенностью подобных систем в научно-исследовательские и производственной сферах;
- важностью самого измерительного параметру, который характеризует инерционные свойства системы;
- отсутствием точной достоверной справочников информации на данный параметр.
Так, например, невозможно решать задачи автоматического управления и оптимизации режимов работы электрических машин при отсутствии точной информации о моментах инерции их роторов. С другой стороны в справочниках и технических условиях на электродвигатели данный параметр подается с большой погрешностью (10%), что обуславливает необходимость дополнительного, более точного его определение.
На сегодня сформированные два направления определения момента инерции: расчетный и экспериментальный. Первый из них не приобрел достаточную практическую поддержку, поскольку имеет принципиальные недостатки, связанные с отсутствием достоверной информации относительно распределения массы в объеме объекта исследования и часто сложными внешней и внутренней его геометриями. В связи с этим преимущество предоставляют экспериментальным методам.
Вопросом экспериментального определения момента инерции посвящено много публикаций и разработано немало методов. На сегодня к основным относят:
- метод вспомогательного маятника;
- метод крутильных колебаний;
- метод самоторможения;
- прямой метод.
Каждый из этих методов, имея свои преимущества, имеет и свои существенные недостатки. Обзор и проведенный авторами критический анализ этих методов довели, что на сегодня не существует единого метода измерения момента инерции, который смог бы удовлетворить заказчика одновременно за несколькими критериями: универсальностью, диапазоном измерений, допустимой неопределенностью результата измерения, скоростью самой процедуры измерения и ее стоимостью.
С другой стороны, проведенная авторами систематизация методов и разработана на основании уравнений Лагранжа второго рода и уравнений Лагранжа-Максвелла обобщенная математическая и электрические модели преобразователя момента инерции, создают необходимые благоприятные предпосылки для разработки новых перспективных методов измерения моментов инерции тел обращение с осевой симметрией.
|
|
|
|
Неопределенность измерений
|
|
|
Оценка точности средства измерения есть одним из основных этапов его метрологической аттестации и поверки, значение которой непосредственно определяет его качество и цену. Рядом с действующей концепцией погрешности измерения, которое предусматривает оценку систематических и случайных составляющих, существует подход, который грунтуется на отказе от понятий истинное значение вымеренной величины и погрешность измерения, заменяя их на соответствующие альтернативы: оцененное значение и неопределенность, а составные погрешности - на компоненты типа А и В. Вместе с тем данная концепция не отказывается от существующих методов математической статистики, но при этом используется другая интерпретация закона распределения измеренной величины. Согласно рекомендациям Международной организации стандартизации (ISO) характеристикой точности измерения есть интервал, который содержит заданную часть распределения значений, которые могли бы обоснованно приписанные измеренной величине (субъективная интерпретация вероятности), в отличие от доверительного интервала, который содержит истинное значение вымеренной величины с заданной доверительной вероятностью (частотная интерпретация вероятности).
Кроме того, использование неопределенности при представлении результата измерений обеспечивает их единство в условиях общемировых тенденции в области метрологии.
Такая задача существует для многих средств измерения, которые нуждаются в установлении класса точности. Согласно рекомендациям Международной организации стандартизации, его оценкой есть комбинированная и (или) расширенная неопределенность.
Для оценки неопределенности применяются ряд методов, порядок и методики использования которых зависят от конкретного средства и условий измерения. Оценка неопределенности по категориям А и В требует проведения специфического анализа экспериментальных данных и теоретических основ измерительного преобразования. В общему такой набор математических средств нужно называть моделью оценки неопределенности измерения, что является совокупностью критериев, методов и особенностей их применения.
|
|
|
|
Измерение влажности
|
|
|
Работе посвящена исследованию проблемных вопросов, связанных с усовершенствованием методов и разработкой на их основе новых инфракрасных средств контроля влажности порошковидных материалов, а также повышением быстродействия и достоверности контроля. В работе представлен сравнительный анализ известных методов и средств измерения влажности, выявлено их преимущества и недостатки, обоснована целесообразность использования инфракрасных средств для автоматизированного контроля влажности порошковидных материалов. Исследован объект контроля и усовершенствована математическая модель процесса конвективной сушки порошковидных материалов.
Усовершенствована математическая модель первичного измерительного преобразователя и получены уравнение преобразования. Проведено оценивания его основных статических метрологических характеристик. На основе полученного уравнения преобразование модифицировано метод непосредственного контроля и впервые разработан относительный метод контроля влажности, а также структурные схемы для их реализации. Получена аналитическая зависимость для коррекции мультипликативной составляющей погрешности. Предложена методика оценивания комбинированной неопределенности измерений.
Создан экспериментальный образец двуканального средства контроля влажности в автоматическом режиме работы в реальном времени, которое реализует относительный метод, и получена зависимости для оценивания основных статических метрологических характеристик. Проведены метрологические исследования экспериментального образца, установлены нормированные значения абсолютной, относительной и сведенной погрешностей. Исследованы законы распределения контролируемой величины и погрешности измерения. На основе рассчитанных ошибок первого и второй род оценен достоверность контроля темогравиметричным методом, методом непосредственной оценки и относительным методом.
|
|
|
|
Измерение параметров шаговых двигателей
|
|
|
Шаговые двигатели имеют ряд, отличных от других электрических машин, свойств (в первую очередь высокая надежность, точность позиционирования и регулирование скорости, возможность прямого управления от ЭВМ и микроконтроллеров), что оказывает содействие их широкому внедрению в разных областях промышленности.
Качество шаговых двигателей, как и всех других промышленных изделий, является решающим фактором их конкурентоспособности на мировом рынке. Установление соответствия стана параметров шаговых двигателей нормативным документам осуществляется во время его испытания с помощью соответствующих средств контроля. В настоящее время, не считаясь с наличие современных приборов измерения электрических величин, отсутствуют соответствующие средства автоматизированного контроля неэлектрических величин для осуществления испытаний в полном объеме.
Наиболее трудоемким и на сегодня почти не автоматизированным есть контроль угла поворота и вращающегося момента ротора. Не считаясь с то, что данные параметры шаговых двигателей являются основными его характеристиками, они довольно часто не подлежат контроля в связи с отсутствием соответствующих технических средств. Такой стан объясняется несовершенством методов контроля момента и угла поворота и отсутствием соответствующих эталонов. Методы, которые положено в основу построения современных полуавтоматизированных средств контроля этих физических величин, характеризуются низким быстродействием и невысокой точностью. Например, для получения зависимости вращающегося момента от углового положения ротора необходимо израсходовать 36 норм-часов на один двигатель. Аналогичная трудоемкость характерная для современных средств контроля угла поворота, что реализуют опосредствованные методы и характеризуются низким быстродействием ( 1-2 часа на один электродвигатель).
Поэтому к настоящему времени не существует конкретных методик, которые бы давали возможность в полном объеме решить задачу анализу данных средств как в статическому, так и в динамическому режимах работы, оценить их метрологические характеристики, осуществить автоматизированную метрологическую аттестацию и проверку экспериментальных и промышленных образцов.
Итак, на повестка дня уже сегодня возникает необходимость разработки качественно новых теоретических подходов к контролю параметров шаговых двигателей, создание новых методов контроля, синтеза современных структурных схем средств автоматизированного контроля и средств для их метрологической аттестации и проверки, внедрение нового класса средств контроля в производство.
Для исследования особенностей работы двигателя в процессе измерения, применяются соответствующие математические модели. Тем не менее целостного описания динамики взаимодействия объекта исследования и измерительного преобразователя не существует. Поэтому важно уделить внимание разработке математических моделей измерительных каналов параметров шаговых двигателей. Существенным аспектом при этом есть проверка адекватности разработанных моделей. Для этого не возможно обойтись без экспериментальных исследований.
Поэтому данная проблематика нуждается в не только теоретических исследованиях, а и практической реализации спроектированных устройств.
|
|
|
|
Вибродиагностика электрических машин
|
|
|
В настоящее время все четче выделяются отличия между системами управления и контроля сложного электрооборудования, с одной стороны, и системами их диагностики, со второй стороны. Системы контроля являются составными частями современных систем мониторинга и используют, как правило, простые способы и средства измерения физических величин. Диагностические системы строят с учетом необходимости получения максимального объема измерительной информации, которая сосредоточена прежде всего в сигналах вибрации. Поэтому для систем технической диагностики используют новые информационные технологии, которые основаны на более сложных методах измерения и анализа информативного сигнала. Основной составляющей таких систем является измерительный канал вибрации, от нормированных метрологических характеристик которого в основном зависит достоверность контроля и диагностики.
Целью работы является разработка и внедрения измерительного канала, который обеспечивает регистрацию значений вибрации, предыдущая обработка этой информации и ее передачу для следующего анализа и принятие решения.
Наиболее доступным средством измерения и анализа вибросигналов можно считать измерительный канал на основе микроконтроллера с необходимым количеством первичных измерительных преобразователей, оперативным и постоянной памятью и последовательным интерфейсом для связи с персональным компьютером системы мониторинга. Конструктивно измерительный канал вибрации состоять из двух функционально законченных блоков: первичного измерительного преобразователя (сенсора) вибрации и микроконтроллера. Сенсор превращает значение вибрации в электрический сигнал и передает его в микропроцессорное устройство, которое осуществляет его масштабирование, квантование по уровню, запоминает двоичный код, выполняет числовое преобразование, сравнивает полученный результат с заданной нормой вибрации и передает его по последовательному интерфейсу в систему мониторинга.
|
|
|
