ANALIZA PORÓWNAWCZA METODY DYSKRETNO-FAZOWEJ I MODULACJI CZĘSTOTLIWOŚCI

Transkrypt

1 ANALIZA PORÓWNAWCZA METODY DYSKRETNO-FAZOWEJ I MODULACJI CZĘSTOTLIWOŚCI Mirosław KOWALSKI Mirosław WITOŚ Wstęp Charakterystyka problemu Struktura toru pomiarowego Przetwarzanie danych w MDF/MDR Przetwarzanie danych w FAM Podsumowanie

2 WSTĘP Analiza zawisk oscylacynych stanowiących nośnik informaci diagnostyczne o kontrolowanym obiekcie F(t) OBIEKT y(t) e(t) n(t) n(t) ε(t) e(t) Metoda dyskretno - fazowa/różnicowa ocena stanu technicznego wiruących łopatek sprężarki Metoda modulaci częstotliwości ocena stanu technicznego układu kinematycznego samolotu

3 CHARAKTERYSTYKA OGÓLNA METOD Metoda dyskretno-fazowa/różnicowa PME: wiruąca łopatka czunik indukcyny (stal) wiruąca łopatka czunik wiroprądowy (tytan) wiruąca łopatka czunik mikrofalowy (ŻW) koło zębate czunik indukcyny prądnica tachometryczna (układ kinematyczny) stany ustalone i prześciowe pracy silnika stałe przełożenie pomiędzy PME i obiektem Metoda modulaci fazy PME: prądnica prądu stałego prądnica prądu przemiennego stany ustalone silnika stałe lub zmienne przełożenie

4 STRUKTURA TORU POMIAROWEGO z PME w I w F g KOD KOD Zmienne ustawiane przez operatorów: I w przełożenie pomiędzy wirnikiem silnika i nadanikiem prędkości obrotowe (typ silnika i PME) Z liczba znaczników fazy na eden obrót nadanika N dzielnik impulsów bramkuących M dzielnik impulsów zegarowych F g częstotliwość generatora wzorcowego (F g = 10 MHz) t Bi :N :M licznik G t z KOD t Trunc t 60NF f MZI g ω B Z 1 n

5 METODA IDENTYFIKACJI n(t) WZORZEC KONTROLOWANY OBIEKT y WT (t,n) y R (t,n) e Utworzenie wzorca podczas identyfikaci właściwości dynamicznych obiektu (na etapie uczenia systemu diagnostycznego)

6 OBSZAR ANALIZY F(t) OBIEKT y(t) F(t) Asin ω t y y L N (t) (t) Bsinω t i Bisin φ k m ω t i φ i k,mc y L (t) odpowiedź układu liniowego y N (t) odpowiedź układu nieliniowego

7 METODA DYSKRETNO-FAZOWA System diagnostyczny SNDŁ-1b/SPŁ-2b NOŚNIK SYMPTOMÓW n n e const CODE ANALIZA DRGAŃ ŁOPATEK SPRĘŻARKI e e B e S SYSTEM EKSPERTOWY UKŁADU PALIWOWEGO ANALIZA RUCHU WIRNIKA

8 ANALIZA DRGAŃ ŁOPATEK F 1 (t) F 2 (t) F 3 (t) m 1 m 2 m x 3 1 x 2 x 3 m 1 m 2 m 3 a a a d d d 2 x1 2 dt 2 x2 2 dt 2 x3 2 dt a a a dx dt 1 dx dt 2 dx dt 3 a a a x 1 x x 2 3 F sr F F A sr sr F A A sin Ωt Φ F F sin Ωt Φ 1 sin Ωt Φ Analiza porównawcza odpowiedzi 3 łopatek na podobne wymuszenie (t) 2 3 (t) (t)

9 METODA DYSKRETNO-FAZOWA I od I p I p A(n,t) Δc m V f Dwukanałowy, analogowy detektor fazy 1 k T (n,t) c T Δc (n,t) c m 1 Δc c(n,t) Asin ωtφ m T (n,t) I od

10 METODA DYSKRETNO-RÓŻNICOWA Jednokanałowy, cyfrowy detektor fazy Składowa wolnozmienna Składowa oscylacyna A(n,t) ΔT Δc 1 i k c(n,t) c i ΔT T k T 1 1 (n,t) c A k k Δc sin ω t 1 (n) T (n) (n,t) T Δc k 1 Sygnał referencyny

11 METODA DYSKRETNO-RÓŻNICOWA c.d. Założenie upraszczaące: łopatki biorące udział w pomiarze drgaą tylko z edną postacią c (n,t) B (n,t)sin ω (t)t AOSC T 2Bsinω t B1sinω 1t B1sinω 1t i i i RMS w 2 w 1 w 3 Analiza sygnału wąskopasmowego (f S > 2B) w

12 METODA DYSKRETNO-RÓŻNICOWA c.d. y(t) Asin ω t φ asin ω t bcos ω t Sygnał ciągły t B(t,ω -ω,ω ω )cos ω t y(t) A(t,ω 1-ω 3,ω 1ω 3)sin ω Sygnał dyskretny w czasie ω - ω ω ω y(k) A k,, ωs 2ωS ω sin 2π ω k ω 1 - ω3 ω1 ω3 ω cos 2 B k,, 2π k ωs 2ωS ωs Analiza rzędowości powielonego sygnału, zmodulowanego przez wymuszenia i drgania łopatek odniesienia 3 2 S

13 w Sygnał ciągły 3x 2x w obr 0.5 Silnik SO-3, zakres roboczy Sygnał dyskretny R Wpływ w 1 i w 3 w obr

14 Widmo wzorcowe Rezonans synchroniczny Rezonans asynchroniczny Widmo odwzorowue punkty przebicia traektorii fazowe na płaszczyźnie fazowe (różnicę fazy sygnału w kolenych próbkowaniach)

15 SYMPTOMY PĘKANIA ZMĘCZENIOWEGO 2x f Ł 3x I Etap 2x 3x II Etap 2x Odwzorowanie fazowe 3x Wykres CAMPBELLA Amplituda drgań pękaące łopatki nie ulega zmianie f obr

16 ELEMENTY SKŁADOWE SYMPTOMU Dw sr,2 w śr w 2 ω 2 2 ω 2S Bω 2 obr R R Rzędowość sygnałów w Śr i w 2 uwarunkowana est od zakresu pracy silnika R

17 SPOSTRZEŻENIA DLA MDF/MDR Analiza powielonego widmowo sygnału drgań pióra łopatki umożliwia identyfikowanie: składowa wolnozmienna błędów produkcynych łopatek amplituda poziomu i źródła wymuszeń występuących w silniku - przyczyn uszkodzeń częstotliwość stanu technicznego łopatki - skutków obciążeń. wiarygodne prognozowanie stanu technicznego czynną ingerencę w poziom ryzyka uszkodzeń.

18 SPOSTRZEŻENIA DLA MDF/MDR - c.d. Karty technologiczne CzDW łopatek Nowe WT Dotychczasowe WT Identyfikaca ilościowa

19 METODA MODULACJI CZĘSTOTLIOWOŚCI Stany awaryne układu kinematycznego samolotu (zniszczenie sprzęgieł, wałków napędowych) poprzedzone są zaburzeniami chwilowe prędkości obrotowe odbiorników mocy

20 PRZEKŁADNIA KSA-2 Element krytyczny Element krytyczny PME Agregat GP-21 ako PME prędkości obrotowe

21 UKŁAD KINEMATYCZNY SAMOLOTU MIG-29 PME PME est elementem badanego układu kinematycznego

22 AGREGAT GP-21

23 STRUKTURA GP-21 n wygp-21 podwzbudnica wzbudnica Stosowanie agregatu GP-21 ako PME wymaga od diagnosty umieętności kontrolowania ego stanu technicznego twornik

24 ALGORYTM IDENTYFIKACJI SYMPTOMÓW Analizowany sygnał pomiarowy x(t) Xcos Ωt k F y(t)dt x(t) Asin Ωt Bsin ωt Etapy wydzielenia symptomów: demodulaca częstotliwości nośne (W 400 Hz ) zobrazowanie sygnału moduluącego na płaszczyźnie ( f p, DF ) f p częstotliwość nośna procesu (PPZ) DF głębokość modulaci sprawdzenie poziomu modulaci z WT identyfikaca źródła modulaci

25 ALGOTYTM IDENTYFIKACJI - c.d. DF [Hz] 40,0 30,0 20,0 Zbiór charakterystyczny zużycia bloku hydraulicznego Zbiór charakterystyczny zyżycia sprzęgła Zbiór charakterystyczny mimośrodowości wałka prądnicy Zbiór charakterystyczny mimośrodowości wałka głównego 10,0 0,0 f [Hz] p 0,1 1,0 10,0 100,0 1000,0

26 SPOSTRZEŻENIA Z EKSPLOATACJI FAM n obr (t) f GT (t) M obr (t) UKŁAD KINEMATYCZNY e(t) Ze względu na: wahania prędkości obrotowe silnika (wpływ układu paliwowego) oddziaływanie regulatora częstotliwości prądnicy wpływ stochastycznych zmian momentu obrotowego odbiorników algorytm identyfikaci częstotliwości procesu f p metodą PPZ należy poprzedzić filtracą pasmową sygnału.

27 PODSUMOWANIE Omawiane metody są wzaemnie uzupełniaącymi się narzędziami oceny stanu technicznego OBIEKTU, realizowane na podstawie analizy SYGNAŁU OSCYLACYJNEGO. Istnieące różnice dotyczą tylko ALGORYTMU numerycznego przetwarzania dyskretnego sygnału prędkości obrotowe. Analizowane metody wykorzystuą zawisko powielenia widma ciągłego sygnału pasmowego.

28 PODSUMOWANIE - c.d. Do zwiększenia efektywności omawianych metod można zastosować algorytmy: świadomego sterowania widmem sygnału dyskretnego (np. decymacę sygnału dyskretnego) detekcę kwadraturową sygnału dyskretnego (f S > B) Omawiane metody umożliwiły użytkownikowi SP: rozpoznać rzeczywiste warunki pracy obiektów minimalizować negatywne skutki pracy obiektu w warunkach poza obliczeniowych. Po wdrożeniu ww. metod nie stwierdzono przypadku zmęczeniowego uszkodzenia kontrolowanych obiektów

29 ANALIZA PORÓWNAWCZA METODY DYSKRETNO-FAZOWEJ I MODULACJI CZĘSTOTLIWOŚCI DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ Mirosław KOWALSKI Mirosław WITOŚ Instytut Techniczny Wosk Lotniczych Warszawa, skr.poczt. 96, ul. Księcia Bolesława 6 mirekkow@afit.polbox.pl, mirekwit@afit.polbox.pl