Розробка та дослідження пристрою контролю характеристик роторної системи з газомагнітним підвісом

Abstract

Дисертація присвячена розробці та дослідженню пристрою контролю характеристик конічної роторної системи в газомагнітному підвісі синхронної гістерезисної електричної машини. У роботі проаналізовано математичну модель конічної роторної системи в газомагнітному підвісі, досліджена стійкість системи. Досліджено процес виникнення крутильних коливань, встановлені аналітичні співвідношення, що дозволяють реалізувати спосіб вимірювання і контролю моменту інерції, побудований на вимірюванні амплітуди крутильних коливань, який має більш високу швидкодію у порівнянні з відомими. Запропоновані нові тахометричні перетворювачі «кут повороту-напруга», перетворювач кутової швидкості у частоту, який дозволяє змінювати розрізнювальну здатність за кутом повороту з метою мінімізації похибки вимірювання кутової швидкості та підвищення достовірності її контролю. Розроблено математичні моделі тахометричних перетворювачів. Запропонована структурна схема пристрою контролю кутової швидкості та моменту інерції, розроблено алгоритми його роботи. Проаналізовано похибки вимірювання кутової швидкості при використанні розроблених тахометричних перетворювачів, отримано закони розподілу похибки вимірювання при різних рівнях завад, розрахована вірогідність контролю кутової швидкості та моменту інерції. Отримані аналітичні вирази для оптимального кроку дискретизації при контролі кутової швидкості за допомогою розроблених тахометричних перетворювачів. Розроблена методика інженерного проектування пристрою та проведено експериментальні дослідження об’єкту контролю.

Диссертация посвящена разработке и исследованию устройства контроля характеристик конической роторной системы в газо-магнитном подвесе синхронной гистерезисной электрической машины. В работе проанализирована математическая модель конической роторной системы в газо-магнитном подвесе, исследована устойчивость системы. Исследован процесс возникновения крутильных колебаний, установлены аналитические соотношения, позволяющие реализовать способ измерения и контроля момента инерции, основаный на измерении амплитуды крутильных колебаний, который имеет более высокое быстродействие в сравнении с известными. Предложены новые тахометрические преобразователи «угол поворота - напряжение», преобразователь угловой скорости в частоту, который позволяет изменять разрешающую способность по углу поворота с целью минимизации погрешности измерения угловой скорости и повышения достоверности ее контроля. Разработаны математические модели тахометрических преобразователей. Предложена структурная схема устройства контроля угловой скорости и момента инерции, разработан алгоритм его работы. Проанализированы погрешности измерения угловой скорости при использовании разработаных тахометрических преобразователей, получены законы распределения погрешности при разных уровнях помех, расчитаны показатели достоверности контроля угловой скорости и момента инерции. Получены аналитические выражения для оптимального шага дискретизации при контроле угловой скорости при использовании разработаных тахометрических преобразователей. Разработана методика инженерного проектирования устройства и проведены экспериментальные исследования объекта контроля.

The thesis is devoted to development and research of a device of verifying of performances of a conic rotor system in gas-magnetic hanger of the synchronous hysteresis electrical machine. In work the mathematical model of a conic rotor system in gas-magnetic hanger is analysed, the forces, operating on a curl are investigated. The research of a stability of a system is carried out at presence on a stator the stratum of a unmagnetized material and at its lack. In work the process of origin of rotating oscillations of a curl in gas-magnetic hanger is investigated, by a solution of a system of the differential equations the equation of rotating oscillations of a curl is obtained, the assotiation is established which connects amplitude of rotating oscillations of a curl to its reduced moment of inertia, that has enabled to realize a mode of its verifying of higher speed, on a comparison with known. Three are developed of a tachometer converter "an angle of a turn - voltage", the principle of which operation is based on modulation uniform of a light stream hitting on a photosensitive stratum of the photoreceiver based on a pair the photo diode - operational amplifier, with the help of which it is possible: a measurement of an angular velocity by digital derivation of an output signal with uniform by a pitch; a measurement of an initial angular position; to simplify the definition of direction of rotation; their mathematical models are developed which take into account influence of parasitic parameters of element basis. In work the structure scheme of a device of verifying based on a developed of tachometer converters, algorithm of verifying of an angular velocity, moment of inertia, algorithm of a measurement of the speed diagrams and mechanical performances is offered. The frequency converter of an information parameter of an output signal developed tachometer converter with a possibility of a modification of a resolving power on an angle of a turn is offered, that allows by set of an optimum resolving power to minimize a mean-square deviation value of an error of verifying of an angular velocity and thus to raise reliability of its verifying. The analytical expressions of an assotiation of a resolving power from controlling voltage and optimum resolving power from parameters of rotation are obtained. The analytical expression for an optimum pitch of digital derivation is obtained at verifying an angular velocity, that allows to minimize an error of its measurement and by that to raise reliability of verifying. The frequency properties developed of tachometer converters are investigated at various values of a constant of time of photo diodes, the maximum values of angular velocities are established, at which the error of primary transformation stipulated by frequency properties of photoreceivers is small. The component errors of a measurement of an angular velocity and moment of inertia with the help of developed of tachometer converters are analysed. The numerical methods design compositions of their laws of distribution, the indexes of reliability of verifying of an angular velocity - error of the first and second sort, in an assotiation from a level of parasites in an output signal of a tachometer converter are designed. The indexes of reliability of verifying of a moment of inertia in an assotiation from mean-square deviation of an error of his measurement are designed. The experimental researches of a device of verifying are carried out, the technique of its engineering projection is developed. The designer documentation and schematic diagrams of tachometer converters, block of interface with the personal computer, soft is developed.