Анотація до роботи:

Кучерук В.Ю. Розвиток теорії та принципів побудови інформаційно-вимірювальних систем технічного діагностування силових електромеханічних перетворювачів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.11.16 – інформаційно-вимірювальні системи. – Вінницький національний технічний університет, м. Вінниця, 2005.

У дисертації започатковано нові та розвинуто відомі теоретичні, метрологічні, інженерно-технічні основи побудови інформаційно-вимірювальних систем технічного діагностування силових електромеханічних перетворювачів (СЕМП) та вимірювального перетворення діагностичних параметрів. Запропоновані нові методи діагностування, що забезпечують підвищення достовірності діагностування на всіх етапах життєвого циклу СЕМП з комплексною зміною діагностичних параметрів при виникненні несправності.

Зроблено аналіз складових похибок вимірювань діагностичних параметрів, які істотно впливають на достовірність діагностування. Зроблено обгрунтування структури, параметрів і керуючих алгоритмів вимірювальних каналів інформаційно-вимірювальних систем технічного діагностування СЕМП і запропоновані варіанти для їх реалізації.

Експериментальні дослідження, що виконано на базі метрологічно атестованих засобів, дозволили підтвердити адекватність розробленої теорії й ефективність запропонованих методів.

На основі виконаних автором досліджень започатковано нові та розвинуто відомі теоретичні, метрологічні, інженерно-технічні основи побудови ІВС технічного діагностування СЕМП та вимірювального перетворення діагностичних параметрів, завдяки чому вирішена науково-прикладна проблема, яка має важливе економічне значення і полягає у розробці концептуальних засад і науково обґрунтованих методів підвищення рівня достовірності діагностування на всіх етапах життєвого циклу СЕМП з комплексною зміною ДП при виникненні несправності.

В теоретичному аспекті розвинуто засади технічного діагностування СЕМП, методи вимірювального перетворення діагностичних параметрів, що включають: ієрархічну структуру СЕМП як об’єкту діагностування; показники технічного стану СЕМП, розбиті на функціональні групи; єдині правила формування показників технічного стану, які дозволили евристично синтезувати загальну функцію ТС СЕМП; показники ДП, що визначаються за допомогою функції Іордана; метод логічних функцій для діагностування СЕМП; метод діагностування СЕМП на основі автоматичного класифікатора на базі нечітких множин; метод вейвет-діагностування; методи вимірювального перетворення основних діагностичних параметрів СЕМП.

В метрологічному аспекті запропоновано підхід до визначення статичних метрологічних характеристик за допомогою розкладання функції вимірювального перетворення в ряд Тейлора для опосередкованих вимірювань, що дозволило узагальнити методику отримання аналітичних залежностей для оцінки основних статичних метрологічних характеристик ВК ІВС ТД СЕМП; отримано аналітичні залежності метрологічних характеристик для вимірювального перетворення основних ДП; розглянуто питання визначення необхідної точності вимірювань ДП, в якій для визначення помилок першого і другого роду запропоновано використати функцію Іордана (як апроксимуюча функція законів розподілу); розв’язано задачу математичного, алгоритмічного і апаратного забезпечення автоматизованого здійснення метрологічної атестації і повірки ВК кутової швидкості.

В інженерно-технічному аспекті розроблено нові алгоритми, структурні, функціональні схеми ВК основних ДП, ІВС ТД СЕМП. Розроблено пакети прикладних програм для ідентифікації внутрішніх ДП СЕМП, які неможливо виміряти безпосередньо.

При цьому експериментальні дослідження, що виконано на базі метрологічно атестованих засобів, дозволили підтвердити коректність постановки задачі і математичних методів, використаних при доведенні основних наукових положень, порівняти результати, отримані за допомогою методів, викладених у роботі з відомими раніше, співставити результати математичного і фізичного моделювання.

Отже, основні наукові та прикладні результати роботи є такі:

1. Проаналізовано відомі методи, ІВС ТД СЕМП та вимірювального перетворення ДП, теоретичні підходи, що покладені в основу їх побудови. Встановлено, що на сучасному етапі розвитку теорії і техніки актуальним і перспективним є створення нових методів і засобів ТД СЕМП з підвищеною достовірністю діагностування, які засновані на формуванні комплексних діагностичних ознак, сучасних представленнях і методах обробки даних, сучасних комп’ютерних технологіях.

2. Розвинуті теоретичні засади технічного діагностування СЕМП на основі ієрархічної моделі показників технічного стану СЕМП.

Ієрархічна побудова показників технічного стану дозволяє звести задачу оцінки ТС СЕМП при діагностуванні до визначення впливу певних параметрів СЕМП на узагальнений показник технічного стану при випробовуваннях.

Визначено єдині правила формування показників ТС, що дозволило створити загальну функцію технічного стану СЕМП. Показники ДП СЕМП визначаються за допомогою функції Іордана, що дозволяє формалізувати основні вимоги до них та суттєво підвищити загальну ефективність діагностування СЕМП, проводити їх сортування за категоріями якості, прогнозувати вплив технологічного процесу на якість виготовлення СЕМП.

Запропоновано метод логічних функцій для ТД СЕМП. У порівнянні з відомими методами, даний метод забезпечує підвищення методичної складової достовірності діагностування за рахунок використання комплексних ознак на множині результатів вимірювань та таблиці станів СЕМП.

Запропоновано метод діагностування на основі системи нечіткого логічного висновку Сугено. Виграш, що забезпечується даним методом, досягається завдяки врахуванню вагової інформативності кожного показника технічного стану, який входить в комплексний, що дає змогу визначити вагу поставленого діагнозу. Метод сприяє як зниженню ймовірності пропуску дефекту, так і помилкового його виявлення.

Запропоновано метод вейвлет-діагностування СЕМП на основі дискретних вейвлетів Добеші 4-го порядку, який на відміну від існуючих, не потребує формування великих баз знань про можливі стани СЕМП та дозволяє використати неперервні показники ДП. Можливість неперервного задання показників дозволяє класифікувати СЕМП за категоріями якості та проводити прогнозування зміни технічного стану СЕМП. Запропонований метод може бути узагальнений на вейвлет-діагностування складних технічних об’єктів.

3. Розроблено методи вимірювального перетворення основних ДП СЕМП.

Вдосконалено методи ідентифікації ДП СЕМП з використанням функцій чутливості та інваріантного поглиблення, які забезпечують збіжність і достатню точність для широкого діапазону початкових значень ДП.

Дістали подальший розвиток методи вимірювального перетворення моментних характеристик СЕМП, які на відміну від існуючих мають вищу точність за рахунок виключення операції диференціювання значень кутової швидкості та врахування залежності моменту опору від кутової швидкості, а саме:

Дістав подальшого розвитку метод фазових зсувів для вимірювального перетворення ДП обмоток СЕМП. Даний метод дозволяє визначати добротність обмоток та відносну кількість короткозамкнених витків в обмотках СЕМП. Метод характеризується підвищеною чутливістю до дефектів в обмотках, і сприяє підвищенню інструментальної складової достовірності діагностування обмоток СЕМП, тому його застосування виправдане для виявлення дефектів, що зароджуються.

4. Розроблено ВК кутової швидкості, ковзання та алгоритми їх роботи.

При побудові алгоритму вимірювання частоти використане попереднє поділення частоти квантування за допомогою попереднього подільника таймера/лічильника мікроконтролера. Це дозволяє проводити неперервне спостереження за похибкою квантування та нормувати її у всьому діапазоні зміни кутової швидкості. Розроблений ВК кутової швидкості СЕМП дозволяє проводити вимірювання як в динамічному, так і в усталеному режимах їх роботи. Він також використовує у своєму складі автоматичне слідкування за похибкою квантування, що дозволяє нормувати інструментальну складову достовірності діагностування.

За допомогою даного ВК реалізується також вимірювальне перетворення інших ДП СЕМП (моменту інерції, моменту механічних втрат, механічної характеристики, параметрів дисбалансу ротора та інш.).

Розроблено структурну схему та алгоритм автоматизованої ІВС ТД СЕМП, яка містить ВК кутової швидкості, моменту, струму та напруги в мережі живлення.

5. Проведено експериментальні дослідження засобів вимірювального перетворення ДП СЕМП, що підтвердили добру збіжність теоретичних і експериментальних результатів. Розраховано імовірності помилок першого і другого роду, достовірність діагностування.

6. На основі теоретичних та експериментальних досліджень практично реалізовано та впроваджено зразки ІВС ТД СЕМП для підприємств промисловості України, впровадження яких підтвердило ефективність запропонованих методів.

Публікації автора:

1. Кучерук В.Ю. Елементи теорії побудови систем технічного діагностування електромоторів. Монографія. – Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2003. – 195 с.

2. Пристрої вимірювання та контролю характеристик електричних машин з газомагнітним підвісом/ Поджаренко В.О., Кулаков П.І., Кучерук В.Ю. та інші. Монографія. – Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2004. – 154 с.

3. Кучерук В.Ю. Огляд методів математичного моделювання електричних машин // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1999.-№2.- С. 17-23.

4. Кучерук В.Ю. Спосіб визначення моменту опору електричних машин та пристрій для його реалізації //Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1999.-№3.- С. 49-52.

5. Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю., Поджаренко А.В. Аналіз динамічних властивостей тахометричних перетворювачів // Технічна електродинаміка. Тематичний випуск “Проблеми сучасної електротехніки”. Частина 1. – Київ, 2000.-С.103-107.

6. Кучерук В.Ю., Поджаренко А.В., Селезньова Р.В. Ідентифікація внутрішніх параметрів обмоток електричних машин за допомогою теорії чутливості // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Серія "Автоматика, вимірювання та керування". - 2000. - №389. - С. 72-81.

7. Кучерук В.Ю. Класифікація та аналіз методів оцінки стану електричних машин // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.-1999.-№4.-С. 56-62.

8. Кучерук В.Ю., Кухарчук В.В., Дудикевич В.Б., Поджаренко А.В. Методологія побудови засобів вимірювання моменту інерції роторів електричних машин // Проблеми створення нових машин і технологій. Наукові праці Кремен-чуцького державного політехнічного інституту.- Випуск 1/2000 (8). - С. 113-118.

9. Кучерук В.Ю. Ідентифікація внутрішніх параметрів роторного кола асинхронних машин за допомогою теорії чутливості // Вісник Вінницького політехнічного інституту.-2000.-№4.-С. 5-10.

10. Кучерук В.Ю. Контроль якості асинхронних двигунів при їх випробовуваннях // Автоматизація виробничих процесів. - № 2 (11) . - 2000. - С. 41-45.

11. Кучерук В.Ю., Поджаренко В.О., Кухарчук В.В., Кулаков П.І. Про доцільність контролю обмоток електричних машин за величиною добротності // Вісник Вінницького політехнічного інституту.-2001.-№2.-С. 13-17.

12. Васілевський О.М., Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю. Метод функцій чутливості для формування діагностичних ознак технічного стану електромеханічних систем // Відбір та обробка інформації.- Випуск 21(97).- 2004.-С. 33-39.

13. Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю., Поджаренко В.О., Білинська М.Й. Оцінка статичних метрологічних характеристик вимірювального каналу зусилля // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія “Обчислювальна техніка та автоматизація”. - Випуск 25. - Донецьк: ДонДТУ. - 2001.- С. 260-268.

14. Кучерук В.Ю., Поджаренко В.О., Кухарчук В.В. Оцінка статичних метрологічних характеристик вимірювального перетворення добротності // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах.- №4. - 2000. - С. 51-54.

15. В.В.Кухарчук, В.Ю.Кучерук, В.О.Поджаренко Оцінка статичних метрологічних характеристик опосередкованих вимірювань // Вісник Державного університету “Львівська політехніка”. Серія "Автоматика, вимірювання та керування". - 2001. - №420. - С. 37-45.

16. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, В.В.Кухарчук, О.П.Войтович, В.М. Севастьянов Визначення вимог до точності вимірювань в системах технічної діагностики // Вимірювальна техніка та метрологія. - №58. - 2001.-С. 138-147.

17. Кучерук В.Ю. Прогнозування якості технологічного процесу при виробництві та технічній діагностиці асинхронних двигунів // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. -№1.-2001.-С. 91-95.

18. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович, В.М.Севастьянов Точність вимірювань в системах технічної діагностики // Вісник Вінницького політехнічного інституту.-2001.-№6.-С. 41-45.

19. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович Принципи побудови системи діагностування стану електричних машин за допомогою нечітких алгоритмів // Вісник Технологічного університету Поділля. - №3. - Том 2. - 2002. - С. 41-45.

20. Кухарчук В.В., Кучерук В.Ю. Оцінка метрологічних характеристик вимірювального каналу ковзання асинхронних машин // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- Випуск 1/2002 (12) . - С. 286-291.

21. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, І.М.Демідов Ідентифікація роторних параметрів асинхронних машин за допомогою методу інваріантного поглиблення // Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія “Обчислювальна техніка та автоматизація”. - Випуск 38. - Донецьк: ДонДТУ. - 2002.-С. 92-96.

22. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович, А.В.Поджаренко Дослідження характеристик сенсора кутової швидкості // Вісник Технологічного університету Поділля.- №3.- Том 2.- 2003.- C. 129-133.

23. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович Вейвлет-діагностування електричних машин // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - №2. - 2004.-С. 5-11.

24. В.О.Поджаренко, В.Ю.Кучерук, О.П.Войтович Контроль якості електромоторів під час їх випробовувань // Вісник Вінницького політехнічного інституту.-2003.-№4.-С. 5-11.

25. Патент 20165А України, МПК G 01 R 31/34. Автоматизована система для випробування асинхронних двигунів/ Поджаренко В.О., Присяжнюк В.В., Кучерук В.Ю. (Україна) - №96124681; Заявлено 17.12.96; Опубл. 25.12.97, Бюл. №6.-7с.

26. Патент 42988А України, МПК G 01 M 1/10. Спосіб визначення приведеного моменту інерції механізму/ Кучерук В.Ю., Кухарчук В.В., Кулаков П.І., Поджаренко А.В. (Україна) - №200105964; Заявлено 23.10.2000; Опубл. 15.11.2001, Бюл. №10.-7с.

27. Патент 57333А України, МПК G 01 P 3/44. Сенсор кутової швидкості /Поджаренко В.О., Кулаков П.І., Кучерук В.Ю., Войтович О.П. (Україна) - №200105964; Заявлено 23.08.2002; Опубл. 16.06.2003, Бюл. №6.-6с.

28. Патент 71265А України, МПК G 01 P 21/00. Установка для перевірки тахометрів /Поджаренко В.О., Кучерук В.Ю., Севастьянов В.М., Войтович О.П. (Україна) - №2003121553; Заявлено 15.12.2003; Опубл. 15.11.2004, Бюл. №11.-3с.