Пояснительная записка (1192626), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Для проверки адекватности построенной математической модели необходимо сопоставить результаты работы реального электровоза при определенных условиях и результаты моделирования при таких же условиях. В качестве экспериментальных данных были использованы результаты, полученные сотрудниками ДВГУПС в ходе эксплуатационных испытаний электровоза ВЛ 80Р в тяговом режиме. Испытания были произведены на участке Смоляниново – Партизанск ДВЖД.

Для сравнения был выбран следующий режим работы электровоза:

– расстояние от электровоза до ближайшей тяговой подстанции 12 км;

– зона регулирования – IV;

­– алгоритм управления инвертором электровоза типовой (штатный);

– угол регулирования град., угол коммутации град., град.

Данные для построения диаграмм тока и напряжений снимались при помощи датчиков напряжения и тока фирмы LEM, а также устройство сбора и передачи данных производства фирмы National Instruments.

Контрольными точками для измерения выпрямленного напряжения в ходе эксплуатационных испытаний являлись выводы вторичной обмотки тягового трансформатора. На рисунке 2.24 представлена кривая выпрямленного напряжения полученная опытным путем.

Рисунок 2.24 – Кривая выпрямленного напряжения полученная экспериментально

На рисунке 2.25 представлена кривая выпрямленного полученная путем математического моделирования.

Рисунок 2.25 – Кривая выпрямленного напряжения полученная путем

математического моделирования

При расчете выбранных показателей для экспериментальной кривой необходимо использовать разложение исследуемых кривых (выпрямленного напряжения) в ряд Фурье.

Разложение в ряд Фурье кривых выпрямленного напряжения производился графо-аналитическим способом, основанном на замене определённого интеграла суммой конечного числа слагаемых. С этой целью период функции (тока и напряжения) , равный , разбивался на m = 200 равных частей (с учетом того, что частота дискретизации сигнала датчиков составляет 10 кГц) и интегралы заменялись суммами.

Кривая напряжения может быть представлена в виде ряда Фурье:

. (2.11)

Постоянная составляющая ряда определяется по формуле:

где – значение функции при , т.е. в середине -го интервала.

Амплитуды синусной и косинусной составляющих -й гармоники ряда определяются по формулам:

В данном случае и – значения функций и при , т.е. в середине -го интервала.

Амплитуда каждой гармоники определяется по формуле

Начальная фаза каждой гармоники равна

Разложение модельных кривых выпрямленного напряжения в ряд Фурье проводилось при помощи встроенного в систему моделирования аппарата быстрого преобразования Фурье.

Сравнительный анализ гармоник.

Рисунок 2.26 – Сравнительный анализ результатов эксперимента и

моделирования по критерию n-ой гармонической составляющей

Полный коэффициент гармоник кривой напряжения, определенный по экспериментальной кривой составил 20,8%, а по кривой моделирования – 21,3%. Расхождение по полному коэффициенту гармоник напряжения составляет 3 %, что не превышает допустимую погрешность математического моделирования в 10%.

Расхождение в значениях n-ой гармонической составляющей напряжения в диапазоне гармоник со 2 по 22 лежит в пределах от 4 до 8%.

Таким образом, разработанная математическая модель является пригодной для проведения исследований электромагнитных процессов в автоматизированной системе.

3 Программный модуль системы диагностирования

Данный раздел посвящен реализации программной части для работы системы диагностирования в стендовом режиме [82,83,84,85,86].

Программный модуль состоит из следующих элементов:

1. блок управления, который подразделяется на следующие панели:

– панель установки зоны регулирования;

– панель регулирования обрывов плеч (панель реализована только для режима моделирования);

– панель задания коммутации (панель реализована только для режима моделирования);

– панель формирования управляющих импульсов , ;

1. блок визуализации кривой выпрямленного напряжения;

2. блок вывода результата.

3.1 Блок управления

Данный блок необходим для создания управляющих импульсов, которые позволят провести анализ работы ВИП. Первая панель данного блока необходима для установки зоны регулирования работы ВИП, интерфейс данной панели представлен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Панель для установки

зоны регулирования

Данная панель состоит из трех компонентов «checkbox», при нажатии на который система определяет параметры для работы той или иной зоны регулирования. Первая зона регулирования в стендовой версии программы не реализуется, так как плечи, которые участвуют при работе ВИП на данной зоне регулирования, проверяются при работе с другими зонами.

Алгоритм выбора нужной зоны регулирования, реализован с помощью выбора «checkbox». Данные с панели формируются в массив, номер активного поля выводится на числовой индикатор и отправляется далее для выбора алгоритма для расчета обрыва плеч. Блок-схема реализации данного алгоритма представлена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Подпрограмма для выбора зоны регулирования

Панель выбора управляющего сигнала представлена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 – Панель для выбора управляющего сигнала

Реализации алгоритма выбора управляющего сигнала аналогична той, которая используется при выборе зоны регулирования. Отметим, что данный блок присутствует только в демонстрационной версии программы. Он позволяет пользоваться ранее разработанной математической моделью ВИП, и посылать на обработку нужный сигнал, после чего программой выполняется алгоритм проверки состояния ВИП. Каждому «checkbox» данной панели соответствует математическая модель кривой выпрямленного напряжения при определенном состоянии ВИП. Включения определенного сигнала от математической модели осуществлено с помощью «case» структуры, после получения сигнала от «checkbox» (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 – Реализация математической модели

В версии программы для диагностики ВИП как в стендовом режиме, так и в рабочем состоянии электровоза данная панель не реализуется, так как сигнал будет формироваться посредством работы ВИП, а не математической модели. Также блок управления включается в себя элементы подачи управляющих импульсов, которые представлены в виде стандартных регуляторов , (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Панель регулирования управляющих импульсов

Заключительная панель данного блока, панель задания угла коммутации , которая также представлена в виде стандартного числового контроллера (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 – Регулятор угла коммутации

Стоит также отметить, что коммутация на электровозе формируется автоматически при изменении угла и нагрузки электровоза, а в данной версии программы реализована для работы математической модели, а также максимальной реалистичности.

Окончательный вариант блока управления представлен на рисунке 3.7.

Рисунок 3.7 – Блок управления

3.2 Блок визуализации кривой выпрямленного напряжения

Данный блок на лицевой панели представлен в виде цифрового осциллографа, который выводит для пользователя кривую выпрямленного напряжения u_d (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 – Цифровой осциллограф

Для получения сигнала для осциллографа необходимо реализовать ранее полученную математическую модель. Для ее корректной реализации необходим блок управления, описанный ранее. Также необходимо реализовать систему моделирования кривой (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 – Система моделирования кривой выпрямленного напряжения

Система состоит из двух вложенных «case» структур, которые определяют зону регулирования, и модель поведения кривой, после расчета выпрямленного напряжения , формируется массив данных и подается на блок, отвечающий за осциллограф, который формирует кривую напряжения для ее отображения на лицевой панели.

3.3 Блок вывода результата

Данный блок отвечает за визуальное отображение результата работы алгоритма, который определяет состояние ВИП. Лицевая панель данного блока представлена набором индикаторов, которые сигнализируют пользователю о состоянии плеч ВИП (рисунок 3.10).

Рисунок 3.10 – Панель вывода результата

Для реализации алгоритма выявления обрыва плеча с использованием метода по площадям необходимо найти площади четырех сегментов кривой (рисунок 3.11).

Рисунок 3.11 – Распределение по сегментам

Для определения площади сегмента кривой необходимо найти значение интеграла от уравнения кривой выпрямленного напряжения на заданном участке. После нахождения площадей четырех сегментов необходимо реализовать алгоритм, описанный в предыдущем разделе.

Для того чтобы провести попарное сравнение площадей с учетом допустимой погрешности 7,5%, реализован подприбор (рисунок 3.12)

Рисунок 3.12 – Подприбор попарного сравнивания площадей

Характеристики

Список файлов ВКР