Новости
09.05.2023
с Днём Победы!
07.03.2023
Поздравляем с Международным женским днем!
23.02.2023
Поздравляем с Днем защитника Отечества!
Оплата онлайн
При оплате онлайн будет
удержана комиссия 3,5-5,5%








Способ оплаты:

С банковской карты (3,5%)
Сбербанк онлайн (3,5%)
Со счета в Яндекс.Деньгах (5,5%)
Наличными через терминал (3,5%)

ИДЕНТИФИКАЦИЯ АВАРИЙНЫХ ПРОЦЕССОВ В ИМПУЛЬСНЫХ СИСТЕМАХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В РЕЖИМЕ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

Авторы:
Город:
Ханты-Мансийск
ВУЗ:
Дата:
22 февраля 2016г.

Введение

На современном этапе развития технологий, импульсный способ преобразования энергии является наиболее распространенным и эффективным. Однако, существенная нелинейность импульсных систем преобразования энергии – высокая рабочая частота ШИМ, наличие коммутационных помех делают задачу идентификации состояния комплексной и ресурсоемкой [1]. Решение задачи идентификации, по сути, является первым шагом к разработке ИСПЭ обеспечивающей эффективное функционирование в широком диапазоне изменения параметров системы за счет автоматической подстройки параметров регулятора.

Одним из инструментов исследования сигналов является спектральный анализ с помощью преобразования Фурье. Интерес представляют вопросы выбора эффективного алгоритма идентификации периодических процессов обеспечивающего необходимую точность при допустимой вычислительной трудоемкости.

В работе представлен алгоритм определения оптимальной частоты дискретизации сигнала, а также алгоритм автоматической идентификации типа процесса преобразования энергии, обеспечивающие определение появления в ИСПЭ 2- и 4- процессов[2].

Анализ и преобразование данных в процессе функционирования ИСПЭ

С целью уменьшения объема выборки и исключения эффекта элайзинга при применении алгоритма быстрого преобразования Фурье был разработан алгоритм определения оптимальной частоты дискретизации, включающий 4этапа.

На первом этапе, с требуемой точностью, определяется рабочая частота ШИМ (Fшим) в окрестности 14 кГц.

Результат выполнения первого этапа представлен на Рисунке 1е.

На втором этапе проводится оценка шумового загрязнения сигнала на интервале (2×Fшим и 3×Fшим)(28 кГц; 42 кГц). Выбор этого диапазона обусловлен тем, что после обработки сигнала  ФНЧ амплитуды гармоник с частотами более 42 кГц становятся несущественными.

На третьем этапе выполняется определение оптимальной частоты дискретизации. По теореме Котельникова, принимается удвоенное значение частоты последней гармоники, амплитуда которой выше уровня шума. Результат определения частоты дискретизации представлен на Рисунке 1ж.

Первые три этапа алгоритма применяются во всем диапазоне варьирования нагрузок (Rn) (2..50 Ом) и параметра П-звена (α) (1..80). Результат выполнения сохраняется в таблицу со следующей структурой: нагрузка, параметр П-звена, уровень шума, оптимальная частота.

На четвертом этапе, на основании полученной таблицы, определяются:  максимальный уровень шума оборудования и оптимальная частота дискретизации.

Идентификация типа процесса импульсного преобразования энергии

Алгоритм идентификации типа процесса протекающего в ИСПЭ условно можно разделить на 3этапа

На первом этапе выполняется определение, с требуемой точностью, Fшим. Поиск производится в окрестности рабочей частоты 14 кГц.

Рис.1. а) временной ряд исследуемого сигнала б) спектрограмма с эффектом элайзинга (наложившиеся частоты обозначены пунктирной линией) в) спектрограмма анализируемого сигнала г) исходный сигнал перед обработкой ФНЧ д) результат применения ФНЧ, спектрограмма е) результат определения рабочей частоты ШИМ ж) пример значения частоты последней гармоники, амплитуда которой выше уровня шумов е) результат работы алгоритма идентификации технологического процесса

 

На втором этапе выполняется определение частот исследуемых неэксплуатационных процессов, а именно:Fшим /2 как F2 для 2-процесса и Fшим /4 как F4 для 4-процесса.

На третьем из сигнала исключаются все гармоники, амплитуды которых находятся ниже уровня шума. В полученном массиве выполняется поиск гармоник частоты, которых соответствуют F2 или F4. В алгоритме возможны три сценария: если не найдены F2и F4 – 1-процесс, если найдена F2– 2-процесс, если найдена F2 и F4– 4-процесс.

Проверка работоспособности алгоритмов определения оптимальной частоты дискретизации и идентификации  типа  процесса  проводилась  на  данных  полученных  на  экспериментальной  установке «Импульсный преобразователь напряжения» (24В-60Вт). Результат выполнения алгоритма идентификации технологического процесса для Rn = 10 Ом представлен на Рисунке 1з. Сплошными линиями обозначены границы 2- и 4- процесса, которые определенны в автоматическом режиме.

Заключение

В статье продемонстрирована возможность использования спектрального анализа для идентификации 2- и 4- процессов в динамике импульсных систем преобразования энергии. Представлены алгоритмы, обеспечивающие снижение объема обрабатываемых данных без появления эффекта элайзинга частот.

Экспериментальные исследования разработанных алгоритмов показали их работоспособность. При этом задержка выявления нежелательной динамики составляет от 3 до 4 периодов ШИМ регулятора. Преимуществом разработанных алгоритмов является отсутствие необходимости сложных синхронных измерений значения сигнала в момент переключений, помехозащищенность и простота реализации за счет использования промышленно разработанных решений быстрого преобразования Фурье.

 

Список литературы

1.     Моновская А.В. Прогнозирование аварийных состояний  в  автоматизированных импульсных системах преобразования энергии: Дисс… докт. техн . наук: 05.13.06;[ Место защиты: Югорский Государственный Универсиет]. – Ханты-Мансийск, 2010. – 333 с.

2.     Колоколов Ю.В., Моновская А.В., Гусаков А.В. Автоматизированное исследование экспериментальных бифуркационных диаграмм. // Информационные системы и технологии, г.Орел, 2013г. – №1(75), С.98-105.

3.     Сато, Юкио Без паники! Цифровая обработка сигналов: пер. с яп. Селиной Т. Г. М.: Додэка-XXI, 2010. – 176 с.

4.     Колоколов Ю.В., Моновская А.В., Годовников Е.А. Реализация прогнозирования срыва эксплуатационного режима в импульсном преобразователе энергии в реальном времени. // Информационные системы и технологии, г.Орел, 2012г. – №5(73), С.106-113.

5.     Григорян М.Б. Методы и устройства децимации сигнала с повышенным быстродействием для цифрового спектрального анализа: Дисс… кандидат. техн . наук: 05.13.05;[ Место защиты: Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский Университет Информационных Технологий, Механики и Оптики]. – Санкт-Петербург, 2011. – 143 с.