Комп’ютеризована вимірювальна система параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом (стр. 9 из 16)
Рисунок 5.3 - Схема електрична принципова лінійного фотоприймачана основі пари фотодіод - операційний підсилювач
Розрахуємо номінали елементів лінійних фотоприймачів. Для обох фотоприймачів використовується одне і те саме джерело світла, яке має конденсорну лінзу, що дозволяє забезпечити рівномірний світловий потік по всій освітлюємій поверхні.
При настройці тахометричного перетворювача шляхом регулювання сили світла підбирається необхідний рівень вихідної напруги фотоприймача. Він повинен дорівнювати 5 В, тому як на такий вхідний сигнал розрахований аналого-цифровий перетворювач AD1671, який використовується у розробляємому пристрої.
Номінальний фотострум фотодіоду ФД-24К дорівнює 100 мкА.
Обчислюємо опір резистора R3 (див. графічну частину):
50 кОм (5.1)Обираємо резистор С2-23 - 52 кОм.
Задаємось вихідною напругою лінійного фотоприймача, що виконує функції детектору заднього фронту U=5В. Номінальний фотострум фотодіоду дорівнює 50 мкА. Знаходимо опір резистора R5:
100 кОм (5.2)Обираємо резистор С2-23 - 100 кОм.
В якості балансировочних резисторів обираємо резистори СП-5 – 150 кОм у відповідності з рекомендаціями [19].
6/ Розробка схеми програми роботи комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом та програмного забезпечення
6.1 Розробка схеми програми роботи пристрою
Розробку алгоритмічного та програмного забезпечення при вирішенні подібного типу задач вже можна починати при завершенні розробки функціональних схем апаратної частини.
Якщо задача на розробку поставлена, то для отримання алгоритму роботи пристрою необхідно виконати ряд послідовних дій [16]:
- детальний опис задачі;
- аналіз задачі;
- інженерну інтерпретацію задачі;
- розробку загального алгоритму функціонування;
- розробку деталізованих алгоритмів;
- розподілення робочих регістрів та пам'яті ЕОМ;
Після ввімкнення живлення відбувається початкова ініціалізація системи, тобто автоматичне скидання порту та обнулення його внутрішніх регістрів.
Після цього в порт записується керуюче слово, за яким імпульси з виходу генератора з кварцевою стабілізацією поступають на вхід запуску аналого-цифрового перетворювача. Після появи першого імпульсу формується запит на переривання, після чого проводиться очікування сигналу готовності АЦП.Після появи сигналу готовності АЦП перший байт його вихідного коду записується до порту. З порту він зчитується та записується в ОЗУ. Лічильник числа зчитувань з АЦП збільшується на одиницю. Після цього до ОЗУ заноситься другий байт даних.
Після цього обчислюється поточне значення часу за формулою:
, (6.1)де
- оптимальний період сигналу тактового генератора.Далі перевіряється, чи не перша це вибірка. Якщо перша, то здійснюється перехід на початок програми та зчитується друге слово з АЦП. Якщо вибірка не перша - обчислюється кутова швидкість за виразом:
(6.2)Значення кутової швидкості, кута повороту, поточного часу записується до файлу чи виводиться на екран монітору, а програма перевіряє, чи нема сигналу кінця вимірювань. Якщо його нема, здійснюється перехід на початок програми.Момент інерції роторної системи є одним з найважливіших її параметрів, що необхідно контролювати під час будь-яких випробувань. При наявності вимірювальної інформації про момент інерції та швидкісну діаграму об’єкту контролю можливе визначення динамічного моменту та моменту опору на валу. Визначення моменту інерції традиційними методами є складним та трудомістким процесом. Непряме визначення моменту інерції через вимірювання амплітуди крутильних коливань дає змогу автоматизувати його. Розглянемо рисунок 6.1, на якому наведено залежності кута повороту від часу при постійному значенні кутової швидкості та відсутності крутильних коливань
та при наявності крутильних коливань 
. Залежність кута повороту від часу в усталеному режимі роботи об’єкту контролю можна записати: 
, (6.3)де
- середнє значення кутової швидкості,
Рисунок 6.1 – До визначення моменту інерції ротора синхронної гістерезисної електричної машини з газомагнітним підвісом
Значення тангенсу кута нахилу прямої
, який дорівнює середньому значенню кутової швидкості, визначається шляхом багаторазових визначень миттєвого значення кута повороту та послідуючого знаходження середньоарифметичного значення похідної сигналу при роботі об’єкту в усталеному режимі. Середнє значення кутової швидкості визначається виразом: 
, (6.4)де n - кількість визначених значень кутової швидкості; ТВ - крок дискретизації.
Складова виразу (6.2)
має коливальний характер та залежить від наступних причин [40]:- змінні електромагнітні сили в об’єкті контролю;
- несинусоїдальності розподілу магнітної індукції вздовж зазору;
- нерівномірності магнітної провідності вздовж осей;
- змінні механічні сили в об’єкті контролю;
- дисбаланс ротору, що приводить до виникнення змінних динамічних сил;
- зміна температури;
- місцеві деформації та гальмівні моменти;
- зовнішні фактори, що впливають на ступінь нерівномірності обертання ротора;
- коливання напруги живлення та значення навантаження;
- несиносоїдальність напруги живлення, нестабільність її частоти;
Для ЕМ з газомагнітним підвісом конічного ротору, домінуючою причиною, що обумовлює виникнення крутильних коливань є дисбаланс ротора.У цьому випадку, при умові знехтування іншими причинами виникають крутильні коливання:
, (6.5)Величина
, яка дорівнює різниці між значеннями кута повороту з урахуванням крутильних коливань та без їх урахування, визначається виразом: 
. (6.6)Для знаходження амплітуди крутильних коливань доцільно скористатись сплайн-інтерполяцією з послідуючим знаходженням середнього значення максимумів та мінімумів інтерполяційного сплайну.
Позначимо інтерполяційний сплайн через
. Тоді амплітуда крутильних коливань визначається як середнє арифметичне модулів максимумів та мінімумів інтерполяційного сплайну: 
, (6.7)де КMAX, КMIN - кількість максимумів та мінімумів інтерполяційного сплайну. Завдання знаходження максимумів та мінімумів інтерполяційного сплайну легко розв’язується відомими методами. Момент інерції визначається за виразом:
(6.8).Схему програми, що відповідає вище описаному алгоритму, наведено у графічній частині дипломного проекту.
6.2 Розробка програмного забезпечення
Розроблене програмне забезпечення, під управлінням якого працює пристрій контролю середнього значення кутової швидкості, дозволяє реалізувати наступні режими роботи апаратних засобів : режим роботи за допомогою системи меню; графічне і табличне представлення результатів динамічного вимірювання кутової швидкості, кута повороту; безперервний контроль кутової швидкості; Ядром програмного забезпечення є основна програма, процедури апроксимації сплайнами, процедура диференціювання апроксимуючої функції, програмна підтримка процесів накопичення і представлення результатів вимірювання та контролю. Завдяки наявності системи меню, можливо вибрати один з двох режимів роботи: режим вимірювання швидкісних діаграм; режим вимірювання та контролю середнього значення кутової швидкості. Кожному з цих режимів відповідає своя підпрограма. Лістинг фрагменту програми, яка написана на алгоритмічній мові Turbo Pascsl 7.0, у відповідності зі схемою програми, наведений у додатку.
7. Розрахунок похибок вимірювання комп’ютеризованої вимірювальної системи параметрів електричних машин з газомагнітним підвісом
7.1 Розрахунок похибок вимірювання моменту інерції
Похибка вимірювання моменту інерції складається з похибок вимірювання параметрів, що входять до виразу (6.8).
Складовими похибки вимірювання моменту інерції ротору є :
- похибка вимірювання маси ротору;
- похибка вимірювання радіального зміщення ротору;
- похибка вимірювання амплітуди крутильних коливань.
Похибка вимірювання моменту інерції є функцією вище названих випадкових величин. Маса ротору є його паспортною величиною і як правило відома з високою точністю, тому можна вважати, що похибка вимірювання маси ротору не впливає на результат вимірювання його моменту інерції. Похибка вимірювання радіального зміщення ротору за методикою, що розглянуто у [12], складається з похибки вимірювання ексцентриситету маси, власної резонансної частоти системи, похибки вимірювання кутової швидкості, похибки, що обумовлена наближеністю розрахункового виразу, похибки, що обумовлена вібраціями та багатьох інших, серед яких важко виділити домінуючу складову. Це дає змогу вважати, що ця похибка розподілена за нормальним законом.