SYSTEM DIAGNOSTYKI MA YCH SILNIKÓW PR DU STA EGO Z WYKORZYSTANIEM METODY IDENTYFIKACJI

Podobne dokumenty
ANALIZA BIPOLARNEGO DYNAMICZNEGO MODELU DIAGNOSTYCZNEGO MONITOROWANIA WYPOSAśENIA ELEKTRYCZNEGO SAMOCHODU

POZYCJONOWANIE I NADĄŻANIE MINIROBOTA MOBILNEGO M.R.K

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

DYNAMIKA KONSTRUKCJI

BADANIA BEZSZCZOTKOWEGO SILNIKA PRĄDU STAŁEGO

ZASTOSOWANIE TEORII MASOWEJ OBSŁUGI DO MODELOWANIA SYSTEMÓW TRANSPORTOWYCH

METODA OCENY BEZPIECZE STWA EKSPLOATACJI SYSTEMÓW ELEKTRONICZNYCH U YTKOWANYCH W TRANSPORCIE

Maszyny prądu stałego reakcja twornika

Maszyny prądu stałego - charakterystyki

PROPOZYCJA NOWEJ METODY OKREŚLANIA ZUŻYCIA TECHNICZNEGO BUDYNKÓW

IMPLEMENTACJA WYBRANYCH METOD ANALIZY STANÓW NIEUSTALONYCH W ŚRODOWISKU MATHCAD

Rys1. Schemat blokowy uk adu. Napi cie wyj ciowe czujnika [mv]

ELEKTROMECHANICZNY MODEL LOKOMOTYWY EU07

METODA OSZACOWANIA NIEPEWNOŚCI ADDYTYWNEGO MODELU REGRESJI NA POTRZEBY UKŁADU DETEKCJI INSTALACJI GAZOCIĄGOWEJ

Ocena płynności wybranymi metodami szacowania osadu 1

Rozruch silnika prądu stałego

LABORATORIUM AUTOMATYKI REGULATORY ELEKTRYCZNE (A-8)

Metody rachunku kosztów Metoda rachunku kosztu działań Podstawowe pojęcia metody ABC Kalkulacja obiektów kosztowych metodą ABC Zasobowy rachunek

Rys.1. Podstawowa klasyfikacja sygnałów

ĆWICZENIE NR 43 U R I (1)

Badanie funktorów logicznych TTL - ćwiczenie 1

WYKORZYSTANIE TESTU OSTERBERGA DO STATYCZNYCH OBCIĄŻEŃ PRÓBNYCH PALI

ROCZNIKI INŻYNIERII BUDOWLANEJ ZESZYT 7/2007 Komisja Inżynierii Budowlanej Oddział Polskiej Akademii Nauk w Katowicach

9. Napęd elektryczny test

Laboratorium elektryczne. Falowniki i przekształtniki - I (E 14)

ESTYMACJA KRZYWEJ DOCHODOWOŚCI STÓP PROCENTOWYCH DLA POLSKI

Temat: Weryfikacja nienaruszalności bezpieczeństwa SIL struktury sprzętowej realizującej funkcje bezpieczeństwa

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH REZYSTANCYJNYCH CZUJNIKÓW TEMPERATURY

METROLOGICZNE WŁASNOŚCI SYSTEMU BADAWCZEGO

Rys.1 Schemat blokowy uk adu miliwatomierza.

Wskazówki projektowe do obliczania nośności i maksymalnego zanurzenia statku rybackiego na wstępnym etapie projektowania

Prognozowanie wska ników jako ciowych i ilo ciowych dla gospodarki polskiej z wykorzystaniem wybranych metod statystycznych

Teoria i technika systemów.

UWARUNKOWANIA DIAGNOSTYCZNE STEROWANIA PROCESEM EKSPLOATACJI OKRĘTOWYCH SILNIKÓW GŁÓWNYCH

Identyfikacja i symulacja rozkładu ciśnienia w sieciach gazowych z wykorzystaniem addytywnego modelu regresji

BEZCZUJNIKOWA PRACA SILNIKA Z MAGNESAMI O POLU OSIOWYM W ZAKRESIE NISKICH PRĘDKOŚCI WIROWANIA

Ćwiczenie 2 Sterowanie pracą układu napędowego z silnikiem prądu stałego i przekształtnikiem tranzystorowym typu H

Laboratorium z PODSTAW AUTOMATYKI, cz.1 EAP, Lab nr 3

Wpływ forsowania wzbudzenia na proces synchronizacji silnika synchronicznego o ciężkim rozruchu

ĆWICZENIE 4 Badanie stanów nieustalonych w obwodach RL, RC i RLC przy wymuszeniu stałym

WPŁYW PODATNOŚCI GŁÓWKI SZYNY NA ROZKŁAD PRZEMIESZCZEŃ WZDŁUŻNYCH PRZY HAMOWANIU POCIĄGU 1

( ) ( ) ( τ) ( t) = 0

WNIOSKOWANIE STATYSTYCZNE

Politechnika Częstochowska Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki. Sprawozdanie #2 z przedmiotu: Prognozowanie w systemach multimedialnych

Zastosowanie technologii SDF do lokalizowania źródeł emisji BPSK i QPSK

ANALIZA ODPOWIEDZI UKŁADÓW KONSTRUKCYJNYCH NA WYMUSZENIE W POSTACI SIŁY O DOWOLNYM PRZEBIEGU CZASOWYM

LABORATORIUM PODSTAW ELEKTRONIKI PROSTOWNIKI

TRANZYSTOROWO-REZYSTANCYJNY UKŁAD KOMPENSACJI WPŁYWU TEMPERATURY WOLNYCH KOŃCÓW TERMOPARY

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego. Badanie przerzutników

Prognozowanie średniego miesięcznego kursu kupna USD

ZASTOSOWANIE KASKADOWEGO REGULATORA ROZMYTEGO W UKŁADZIE STEROWANIA MASZYNĄ PRĄDU STAŁEGO

O JESZCZE JEDNEJ METODZIE BADANIA RENTOWNO CI SPRZEDA Y

Obwody sprzone magnetycznie.

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 72/

KLASYFIKACJA WARUNKÓW EKSPLOATACJI POJAZDÓW Z WYKORZYSTANIEM UDZIAŁU CZASU PRACY SILNIKA NA BIEGU JAŁOWYM

Metody badania wpływu zmian kursu walutowego na wskaźnik inflacji

4.2. Obliczanie przewodów grzejnych metodą dopuszczalnego obciążenia powierzchniowego

Kombinowanie prognoz. - dlaczego należy kombinować prognozy? - obejmowanie prognoz. - podstawowe metody kombinowania prognoz

Jednofazowe przekształtniki DC AC i AC DC z eliminacją składowej podwójnej częstotliwości po stronie DC

Podstawowe wyidealizowane elementy obwodu elektrycznego Rezystor ( ) = ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( τ ) i t i t u ( ) u t u t i ( ) i t. dowolny.

POMIAR INDUKCJI MAGNETYCZNEJ ZA POMOCĄ FLUKSOMETRU

Równoległy algorytm analizy sygnału na podstawie niewielkiej liczby próbek

Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego. Badanie liczników

PROGRAMOWY GENERATOR PROCESÓW STOCHASTYCZNYCH LEVY EGO

dr inż. MARCIN MAŁACHOWSKI Instytut Technik Innowacyjnych EMAG

Analiza rynku projekt

C d u. Po podstawieniu prądu z pierwszego równania do równania drugiego i uporządkowaniu składników lewej strony uzyskuje się:

WSTĘP DO ELEKTRONIKI

Zastosowanie sztucznych sieci neuronowych do prognozowania szeregów czasowych

Prdnica prdu zmiennego.

Harmonogram czyszczenia z osadów sieci wymienników ciepła w trakcie eksploatacji instalacji na przykładzie destylacji rurowo-wieżowej

Analiza właściwości dynamicznych wybranych podstawowych członów automatyki niecałkowitych rzędów

Cyfrowe przetwarzanie sygnału przetwornika obrotowo-impulsowego

Modelowanie niezawodności zasilaczy buforowych

ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Stabilizacja kursu statku w oparciu o uproszczony komputerowy model dynamiki

STANDARDÓW TRANSMISJI BEZPRZEWODOWEJ KOLEJOWYM

Rozkład i Wymagania KLASA III

Copyright by Politechnika Białostocka, Białystok 2017

Wykład 4 Metoda Klasyczna część III

Wymagania na poszczególne oceny przy realizacji programu i podręcznika Świat fizyki

KURS EKONOMETRIA. Lekcja 1 Wprowadzenie do modelowania ekonometrycznego ZADANIE DOMOWE. Strona 1

DIAGNOZOWANIE STANÓW ZDOLNO CI JAKO CIOWEJ PROCESU PRODUKCYJNEGO

Transakcje insiderów a ceny akcji spółek notowanych na Giełdzie Papierów Wartościowych w Warszawie S.A.

1.1. Bezpośrednie transformowanie napięć przemiennych

Synchronizacja silnika synchronicznego prądem wzbudzenia

BADANIE ZABEZPIECZEŃ CYFROWYCH NA PRZYKŁADZIE PRZEKAŹNIKA KIERUNKOWEGO MiCOM P Przeznaczenie i zastosowanie przekaźników kierunkowych

ANALIZA CEN TRANSAKCYJNYCH MIESZKA NA RYNKACH PIERWOTNYM I WTÓRNYM W WYBRANYCH MIASTACH POLSKI W LATACH

Analityczny opis łączeniowych strat energii w wysokonapięciowych tranzystorach MOSFET pracujących w mostku

Wymagania na poszczególne oceny przy realizacji programu i podręcznika Zrozumieć fizykę

ANALIZA, PROGNOZOWANIE I SYMULACJA EXCEL AUTOR: MARTYNA KUPCZYK ANALIZA, PROGNOZOWANIE I SYMULACJA EXCEL AUTOR: MARTYNA KUPCZYK

Analiza zbie noœci funkcji przynale noœci w rozmytym szeregu czasowym

ψ przedstawia zależność

AMD. Wykład Elektrotechnika z elektroniką

Podręcznik: Jan Machowski Regulacja i stabilność

POMIAR PARAMETRÓW SYGNAŁOW NAPIĘCIOWYCH METODĄ PRÓKOWANIA I CYFROWEGO PRZETWARZANIA SYGNAŁU

1.2.1 Ogólny algorytm podejmowania decyzji Algorytm postępowania diagnostycznego Analiza decyzyjna... 27

WYKORZYSTANIE STATISTICA DATA MINER DO PROGNOZOWANIA W KRAJOWYM DEPOZYCIE PAPIERÓW WARTOŚCIOWYCH

Dynamiczne formy pełzania i relaksacji (odprężenia) górotworu

Metoda oceny b+ d6w zintegrowanych uk+ad6w kursowych

ZASTOSOWANIE ROZMYTYCH AUTOMATÓW KOMÓRKOWYCH DO MODELOWANIA RUCHU DROGOWEGO

Transkrypt:

DIAGNOSTYKA 1 (41)/2007 HANZL, OCZLSKI, Sysem diagnosyki maych silników prdu saego z wykorzysaniem... 67 SYST DIAGNOSTYKI AYCH SILNIKÓW PRD STAGO Z WYKORZYSTANI TODY IDNTYFIKACJI icha HANZL, Wojciech OCZLSKI Poliechnika lska, Kaedra Podsaw Konsrukcji aszyn Konarskiego 18A, 44-100 Gliwice, e-mail: wmoczulski@polsl.pl Sreszczenie W referacie opisano sysem diagnosyki maych silników prdu saego, sosowanych w samochodach osobowych. Zaprojekowanie, skonsruowanie sanowiska pomiarowego, opracowanie meody i oprogramowania, a ake weryfikacja akiego sysemu byy przedmioem pracy dyplomowej magiserskiej pierwszego z auorów. Zasosowane podejcie bazuje na modelu analiycznym silnika, opisujcym cz elekryczn i mechaniczn. Do deekcji i lokalizacji uszkodze wykorzysuje si dwie sae: elekromechaniczn sa czasow oraz elekromagneyczn sa czasow obwodu wornika. symacja waroci ych saych naspuje na podsawie zmierzonych wielkoci: prdkoci obroowej i paramerów elekrycznych. zyskane wyniki porównywane s z warociami wzorcowymi orzymanymi z modelu. Orzymane residua s klasyfikowane z wykorzysaniem prosego algorymu progowego, a ake przez rozmy sie neuronow. Wspne badania weryfikacyjne, przeprowadzone dla kilku obieków ego samego ypu, powierdziy poprawne dziaanie sysemu. Sowa kluczowe: diagnosyka z wykorzysaniem modelu, diagnosyka przez idenyfikacj, silnik elekryczny maej mocy, deekcja uszkodze, klasyfikacja residuów, logika rozmya. SYST OF DIAGNOSTICS OF SALL DC OTORS WITH TH SAG OF IDNTIFICATION THOD Summary The paper deals wih a sysem of diagnosics of small DC moors ha are applied in personal cars. Design and developmen of a measuring sand, developmen of a mehod and respecive sofware, and verificaion of his sysem were he subjec of Sc hesis of he firs auhor. The approach o he problem is based on analyical model of he moor, which describes boh he elecrical and mechanical pars of he objec. Two ime consans are applied in order o deec and isolae fauls: elecromechanical one and elecro-magneic ime consan of he roor circui. These consans are esimaed basing on such measured quaniies as roaing speed and elecric parameers. The obained resuls are compared wih paern values calculaed from he model. Received residuals are classified by using simple hreshold algorihm, and by fuzzy neural nework. The iniial verificaion carried ou for several moors of he same ype confirmed correc operaion of he diagnosic sysem. Keywords: model-based diagnosics, diagnosics hrough idenificaion, small-power DC moor, faul deecion, classificaion of residuals, fuzzy logic. WSTP Silniki elekryczne prdu saego maej mocy s wywarzane masowo, znajdujc zasosowanie w wielu gaziach przemysu, np. w mooryzacji. Wzros niezawodnoci dziaania podzespoów samochodu, a ake odpowiednia jako oczekiwana przez klienów, powoduj rozwój echnik diagnosyki konrolnej akich silników. Sporód rónych podej na szczególn uwag zasuguje diagnosyka wspara modelowo. eody i echniki diagnozowania silników elekrycznych byy przedmioem wielu prac badawczych. Drugi z auorów uczesniczy w projekcie badawczym realizowanym w laach 1986-1987 pod kierunkiem D. Barschdorffa na niwersyecie Paderborn (RFN), w kórym sosowano podejcie bazujce na modelu [2], [9]. Prace doyczce diagnosyki silników maej mocy byy równie realizowane w zespole D. Filbera (niwersye Techniczny w Berlinie) [4]. Auorzy podjli prób wykorzysania wsparych modelowo meod diagnosyki echnicznej w celu zbudowania sanowiska badawczego pozwalajcego na deekcj wybranych uszkodze silników elekrycznych maej mocy w sposób bezdemonaowy. Przebieg i wyniki ego projeku, bdcego jednoczenie prac magisersk pierwszego z auorów, omówione zosay w niniejszym arykule. 1. DTKCJA I LOKALIZACJA SZKODZ Z WYKORZYSTANI ODLI W diagnosyce echnicznej modele wykorzysywane s zarówno do deekcji jak i lokalizacji uszkodze.

68 DIAGNOSTYKA 1 (41)/2007 HANZL, OCZLSKI, Sysem diagnosyki maych silników prdu saego z wykorzysaniem... Deekcja uszkodze polega na okreleniu czy badany obiek jes niesprawny/niezdany. odele sosowane w ej grupie opisuj zalenoci pomidzy sygnaami wejciowymi i wyjciowymi obieku Y oraz umoliwiaj wykrycie zmian, kórych wyspowanie spowodowane jes ymi uszkodzeniami [6]. Celem lokalizacji uszkodze jes wyznaczenie rodzaju, miejsca i czasu wyspienia uszkodzenia oraz jego idenyfikacja, kóra doyczy okrelenia rozmiaru uszkodzenia i charakeru jego zmiennoci w czasie, a nawe przyczyny uszkodzenia [10]. W przypadku deekcji uszkodze modele na ogó opisuj dziaanie obieku w sanie zdanoci (brak uszkodze). Zwykle s o modele analiyczne, neuronowe oraz rozmye. Dziki ym modelom wyznacza si residua, a wic rónice midzy sygnaami wyjciowymi obieku (zmierzonymi), a sygnaami orzymanymi na podsawie modelu. Jeeli waro residuum odbiega znaczco od zera, jes o sympomem uszkodzenia. Waroci residuów s podsaw w deekcji uszkodze badanego obieku, naomias w celu lokalizacji uszkodze sosuje si zwykle binarn lub wielowarociow ocen ych residuów (kwanyzacja) i dopiero na podsawie ak przeworzonych sygnaów diagnosycznych prowadzone jes wnioskowanie o uszkodzeniach [7]. oliwe jes o dziki zasosowaniu klasyfikaora, przekszacajcego orzymane residuum na jakociowy sygna diagnosyczny. Do deekcji uszkodze w diagnosyce najczciej wykorzysuje si modele analiyczne, kóre pozwalaj uzyska zw. redundancj analiyczn oru pomiarowego. Osigane jes o poprzez wprowadzenie do sysemu diagnosycznego modelu maemaycznego badanego obieku, a naspnie porównanie waroci zmierzonego sygnau rzeczywisego z waroci ego sygnau wyliczon na podsawie modelu (residuum). W grupie modeli maemaycznych sosowanych do deekcji uszkodze wyróni mona [7]: modele fizyczne (równania ruchu, bilansowe, ip.), modele liniowe ypu wejcie wyjcie (ransmiancje cige lub dyskrene), liniowe równania sanu, obserwaory sanu i filry Kalmana. W ym przypadku mówi si o redundancji informacyjnej, kórej szczególnym przypadkiem jes redundancja analiyczna [7]. 2. SILNIK LKTRYCZNY DC AJ OCY JAKO OBIKT DIAGNOZOWANIA Poniewa celem bada byo opracowanie sysemu deekcji uszkodze, kóry awo mona byoby zweryfikowa, a naspnie mógby znale zasosowanie prakyczne, posanowiono jako obiek bada wybra moliwie awo dospny silnik wywarzany masowo. Do silników akich zaliczy mona silniki prdu saego maej mocy, sosowane w przemyle samochodowym. 2.1. Opis obieku diagnozowania Przyjymi w pracy obiekami bada s silniki elekryczne prdu saego maej mocy ze wzbudzeniem od magnesów rwaych, wykorzysywane jako dodakowy osprz (napd mechanizmu wycieraczek) w samochodzie osobowym Fia 126p (rys. 2). Rys. 2. Badany silnik Jak kada wirujca maszyna elekryczna badany silnik skada si ze sojana i wirnika. Sojan pokazany jes na rys. 3. Do jarzma sojana przymocowana jes para biegunów gównych w posaci magnesów rwaych wywarzajcych pole magneyczne. Wewnrz korpusu znajduje si równie arcza oyskowa, w kórej obraca si wa wirnika i kóra zapewnia jego cenryczne usawienie w sosunku do biegunów gównych oraz sojana. Rys. 3. Sojan (magnenica) silnika: 1 jarzmo, 2 magnesy rwae, 3 arcza oyskowa Rys. 1. Schema generacji residuów z wykorzysaniem redundancji analiycznej [8] Poza równaniami maemaycznymi modele worzy si równie jako neuronowe czy rozmye. Rys. 4 przedsawia wirnik (wornik) badanego silnika. ona w nim wyróni pakie blach wraz z izolacj (4), uzwojenie (3) oraz walcowy komuaor (2). Ponado wa wirnika (1) zakoczony jes limakiem, dziki czemu poprzez przekadni

DIAGNOSTYKA 1 (41)/2007 HANZL, OCZLSKI, Sysem diagnosyki maych silników prdu saego z wykorzysaniem... 69 limakow momen obroowy przekazywany jes do waka wyjciowego redukora. Rys. 4. Wirnik (wornik) silnika Apara szczokowy pokazany na rys. 5 dziki sprynom (2) i odpowiedniemu zamocowaniu szczoek (1) zapewnia ich prawidowy docisk do powierzchni komuaora. Jednoczenie gwaranuje on izolacj wza szczokowego wzgldem korpusu silnika. W pokrywie znajduje si równie niewielkie oysko lizgowe, kóre zapewnia odpowiednie usawienie wirnika wzgldem sojana i przyrzdu szczokowego. Rys. 6. Wyznaczanie residuum Prac badanego silnika (przedsawionego w posaci schemau na rys. 7) mona opisa na podsawie dwóch równa, równania opisujcego cz mechaniczn oraz równania opisujcego cz elekryczn silnika. Rys. 7. Schema ideowy silnika prdu saego Rys. 5. Apara szczokowy 2.2. Budowa modelu analiycznego silnika Podsawowym zaoeniem przyjym w pracy bya moliwo oceny sanu echnicznego badanych obieków w sposób bezdemonaowy. moliwiaj o szeroko rozwijajce si meody diagnosyczne wspare na modelach, kóre ponado pozwalaj na wczesne rozpoznanie nieprawidowego zachowania maszyny, a ake na auomayzacj procesu deekcji uszkodze i dlaego en wanie sposób zosa wykorzysany w realizowanym projekcie. W pracy do deekcji uszkodze silników wykorzysana zosaa zw. redundancja analiyczna oru pomiarowego (rys. 6), uzyskana dziki wprowadzeniu do sysemu diagnosycznego modelu badanego obieku w posaci równa fizycznych. Poprzez porównanie waroci zmierzonego sygnau rzeczywisego z waroci ego sygnau wyliczon na podsawie modelu orzymuje si residuum, kórego odpowiednie przekszacenie pozwala na okrelenie sanu echnicznego badanego silnika. Wykorzysanie równa fizycznych do budowy modelu pozwala na najpeniejsze opisanie zwizków zachodzcych midzy zmiennymi w obiekcie jednak nie zawsze jes moliwo ich wyznaczenia. Równanie elekryczne silnika prdu saego mona wyznaczy na podsawie II prawa Kirchoffa, zwanego równie bilansem napi w oczku. Prawo o mówi, e w kadym zamkniym obwodzie elekrycznym, zwanym oczkiem, suma algebraiczna napi ródowych równa si sumie algebraicznej napi odbiornikowych, j. spadków napi na rezysancjach [11]: i i u e (1) k k Na podsawie (1) orzymujemy dla silnika prdu saego zaleno (2). R L (2) Napicie elemenu rezysancyjnego zgodnie z prawem Ohma jes przedsawione za pomoc równania (3) [1]. i R (3) R gdzie i jes prdem wornika. Zaleno (4) okrela napicie cewki (elemenu indukcyjnego), kóre jes proporcjonalne do zmian prdu przepywajcego przez uzwojenie [1]. d L L i (4) d gdzie:

70 DIAGNOSTYKA 1 (41)/2007 HANZL, OCZLSKI, Sysem diagnosyki maych silników prdu saego z wykorzysaniem... L oznacza indukcyjno obwodu wornika. Waro napicia indukowanego w worniku jes opisana równaniem (5). c (5) gdzie: c wspóczynnik say dla danego silnika, zaleny od jego paramerów konsrukcyjnych, - srumie magneyczny, prdko kowa wornika. Podsawiajc (3)-(5) do (2) orzymujemy równanie róniczkowe opisujce cz elekryczn silnika prdu saego (6) [12]. d Ri L i c (6) d Twornik badanego silnika porusza si ruchem obroowym, moemy wic w oparciu o zasad d Alembera zapisa równanie mechaniczne silnika (7) [12]. d J e z (7) d gdzie: J momen bezwadnoci wirnika, prdko kowa wirnika, e momen elekromagneyczny, z zewnrzny momen obroowy dziaajcy na wa silnika. omen elekromagneyczny e wywarzany jes w wyniku wzajemnego oddziaywania srumienia magneycznego oraz prdu i pyncego w uzwojeniu wornika, a jego waro opisuje zaleno (8) [5]. e c i (8) c wspóczynnik say dla danego silnika, zaleny od jego paramerów konsrukcyjnych Sae c i c wyspujce w powyszych równaniach s sobie równe, a wic moemy zapisa [12]: c c c (9) Wspóczynnik c mona okreli biorc pod uwag fak, e prdko kowa silnika jes wpros proporcjonalna do rónicy napicia zasilajcego i spadków na obwodzie wornika oraz odwronie proporcjonalna do srumienia magneycznego, co opisane jes równaniem (10) [3]. Ri (10) c sd po przekszaceniu orzymujemy wzór na wspóczynnik c (11). c R i (11) wzgldniajc powysze wzory mona wyprowadzi ukad równa opisujcy dynamik silnika prdu saego, kóry przedsawiony jes za pomoc zalenoci (12) [12]. di R i d L d c i d J c L L 1 J Z (12) W rozwaaniach doyczcych silników prdu saego dogodnie jes posugiwa si elekromechaniczn sa czasow T oraz elekromagneyczn sa czasow T obwodu wornika. Po uwzgldnieniu zalenoci na sae czasowe T oraz T ukad równa opisujcy dynamik silnika przedsawiaj równania (13) [12]. di 1 J 1 i d T TT c T R (13) d R 1 i Z d T c J 2.3. Koncepcja sysemu deekcji uszkodze Sysem deekcji uszkodze, zbudowany w ramach omawianej pracy przedsawiony zosa w posaci schemau blokowego na rys. 8. Rys. 8. Sysem deekcji uszkodze silników elekrycznych Pierwszym elemenem sysemu jes sanowisko monaowe, na kórym mocowany jes badany silnik. Naspnie przy wykorzysaniu ukadu pomiarowego oraz okrelonych przyrzdów okrelane s waroci podsawowych paramerów silnika. Orzymane dane wprowadzane s do kompuera wyposaonego w odpowiednie oprogramowanie. Algorym programu porównuje zmierzone waroci z warociami orzymanymi z modelu badanego silnika i na ej podsawie generuje residua. Ocena waroci residuów pozwala na okrelenie akualnego sanu echnicznego badanego silnika. W przypadku wyspienia uszkodzenia program okrela jego rodzaj i prezenuje wyniki na ekranie moniora.

DIAGNOSTYKA 1 (41)/2007 HANZL, OCZLSKI, Sysem diagnosyki maych silników prdu saego z wykorzysaniem... 71 3. IPLNTACJA SYST DIAGNOSTYKI SILNIKÓW Weryfikacja sysemu i opracowanych algorymów wymagaa budowy odpowiedniego sanowiska pomiarowego oraz oprogramowania nadzorujcego pomiar, przewarzanie wielkoci mierzonych, wyliczanie residuów i wnioskowanie diagnosyczne. 3.1. Sanowisko monaowe Sanowisko monaowe zosao wykonane w sposób umoliwiajcy zamocowanie silnika analogicznie do ego jak monowany jes on w samochodzie (rys. 9), dziki czemu silnik pracuje swobodnie i zachowuje si ak samo jak w rakcie normalnej eksploaacji. Ponado aki sposób monau umoliwia pomiar sygnaów pochodzcych od procesów owarzyszcych jego dziaaniu, jak na przykad pomiar drga. Rys. 9. Sanowisko monaowe wraz z zamocowanym badanym silnikiem Rys. 10. rzdzenie do pomiaru prdkoci obroowej oraz wielkoci elekrycznych 3.3. Oprogramowanie Po dokonaniu pomiarów naenia prdu, napicia, rezysancji oraz prdkoci obroowej badanego silnika orzymane waroci wprowadzane zosaj do kompuera PC wyposaonego w odpowiednie oprogramowanie. Program bdcy czci budowanego sanowiska zosa napisany w rodowisku alab ver 6.5, przy czym kompaybilny jes równie z wersjami nowszymi. Zasad dziaania programu obrazuje algorym na rys. 11. 3.2. Pomiar prdkoci obroowej i wielkoci elekrycznych Wyznaczenie wielkoci elekrycznych badanego silnika oraz pomiar jego prdkoci obroowej przeprowadzany jes przy wykorzysaniu ukadu pomiarowego bdcego czci zbudowanego sysemu, kóre przedsawione jes na rys. 10. W obudowie wykonanego podzespou umieszczony jes ukad elekroniczny do pomiaru prdkoci obroowej opary na mikrokonrolerze oraz odpowiednio poczone obwody elekryczne pozwalajce na wyznaczenie paramerów elekrycznych silnika. Przedni panel obudowy suy do podczenia badanego silnika, zasilania oraz enkodera opycznego sucego do pomiaru prdkoci obroowej. Rys. 11. Zasada dziaania programu do deekcji uszkodze Na podsawie wprowadzonych przez uykownika waroci zmierzonych sygnaów

72 DIAGNOSTYKA 1 (41)/2007 HANZL, OCZLSKI, Sysem diagnosyki maych silników prdu saego z wykorzysaniem... wyznaczane s sae czasowe silnika (elekromechaniczna i elekromagneyczna). Algorym programu porównuje naspnie uzyskane wyniki z warociami wzorcowymi orzymanymi z modelu i na ej podsawie wyznacza residua. Ocena waroci residuów pozwala na przypisanie ich do usalonych przedziaów, dziki czemu w kolejnym kroku na podsawie odpowiednich regu wnioskowania okrelane s uszkodzenia silnika oraz jego san. 4. WRYFIKACJA ODL I SYST DTKCJI SZKODZ Wykrywanie uszkodze na wykonanym sanowisku opiera si na bezporednim wykorzysaniu równa fizycznych do generacji residuów, co daje najbardziej odporn na zakócenia pewn meod deekcji. Po odpowiednim przekszaceniu ukadu równa opisujcego prac badanego silnika w sanie zdanoci i bez obcienia dodakowym momenem zewnrznym orzymujemy zalenoci (14) oraz (15). L i T (14) L i c T R i c (15) Na podsawie (14) i (15) mona wyznaczy naspujce residua: L i r T (16) L i c r R i T (17) c Residua wyznaczone jako rónice midzy warociami wzorcowymi, a warociami zmierzonymi s w kolejnym eapie oceniane. W wyniku ej oceny naspuje ich przypisanie do odpowiednio okrelonych przedziaów. W rakcie realizacji pracy do oceny residuów zosay wykorzysane dwie meody. Pierwsza polega na ocenie ich waroci w sposób progowy. Na podsawie przeprowadzonych bada dla orzymanych residuów okrelone zosay granice przedziaów (rys. 12), reguy wnioskowania oraz odpowiadajca im macierz diagnosyczna. Przeprowadzone esy wykazay jednak, e sysem opary na progowej ocenie orzymanych wyników jes wraliwy nie ylko na uszkodzenia, ale równie na zakócenia pomiarowe. Poniewa w prakyce okrelenie sopnia wpywu ych zakóce na sygnay wyjciowe czso jes niemoliwe do osignicia, zachodzi prawdopodobieswo wyspienia faszywych alarmów generowanych przez akie sysemy. W celu zmniejszenia ryzyka powsania ego ypu syuacji sosowane s specjalne meody przekszacania orzymanych residuów w sygnay jakociowe okrelajce san obieku, jak np. logika rozmya. Rys. 12. Granice przedziaów dla progowej oceny residuów W realizowanym sysemie paramery zbiorów rozmyych dobrane zosay na podsawie danych uczcych dziki zasosowaniu neuronoworozmyych adapacyjnych echnik wnioskowania (ANFIS ang. Adapive Neuro-Fuzzy Inference Sysems). Wykorzysanie zgromadzonych danych pomiarowych pozwolio w meodzie ANFIS na wygenerowanie wielu regu ypu IF-THN, oraz na wyznaczenie funkcji przynalenoci do okrelonych zbiorów rozmyych dla wprowadzonych danych wejciowych oraz obliczenie waroci wyjciowych sysemu. Rys. 13 przedsawia srukur orzymanej sieci neuronowo rozmyej. Poszczególne warswy sieci odpowiadaj kolejnym operacjom jakie s wykonywane w celu zamiany waroci wejciowych w wyjcie. W pierwszym kroku wprowadzane zosaj do sysemu waroci orzymanych residuów. Waroci e s naspnie rozmywane, a wic naspuje zw. Fuzyfikacja wej, czyli okrelenie sopnia przynalenoci danej waroci do odpowiednich zbiorów rozmyych. Wyniki esowania uworzonej sieci neuronowo rozmyej pokazay, e najmniejszy bd wyspuje przy zasosowaniu dla kadego z wej 4 zbiorów rozmyych o gaussowskich funkcjach przynalenoci. Kolejny eap wnioskowania polega na okreleniu sopnia z jakim spenione s przesanki kadej z regu. W przypadku przesanek zoonych, majcych charaker koniunkcyjny, do wyznaczenia sopnia zaponu danej reguy sosowane s operaory -normy. W pracy wykorzysany zosa operaor prod bdcy iloczynem wspóczynników spenienia wszyskich przesanek prosych wyspujcych w regule. Wynikiem s waroci okrelajce sopie spenienia danej reguy.

DIAGNOSTYKA 1 (41)/2007 HANZL, OCZLSKI, Sysem diagnosyki maych silników prdu saego z wykorzysaniem... 73 zyskane wyniki s naspnie poddane agregacji, kóra polega na poczeniu orzymanych waroci w jeden zbiór. Osanim krokiem jes wyznaczenie osrej waroci wyjcia na podsawie zbioru orzymanego po agregacji. W opracowanym sysemie do ego celu zasosowana zosaa meoda Sugeno, w kórej osr waro wyjcia wyznacza si w oparciu o wyliczenie redniej waonej orzymanych po agregacji wyników (rys. 14). 5. PODSOWANI Temayka przedsawiona w pracy doyczy nowoczesnego podejcia do diagnosyki echnicznej maszyn pozwalajcego na deekcj uszkodze badanych obieków na podsawie maemaycznego opisu ich dziaania. Wykorzysanie równa fizycznych do budowy modelu jes czso powizane z rudnociami przy okreleniu zwizków zachodzcych midzy zmiennymi w obiekcie oraz na precyzyjne usalenie danych wejciowych do modelu. Jeeli uworzenie modelu maemaycznego danego urzdzenia (procesu) jes moliwe, o jes ono zwykle bardzo czasochonne. eoda a jes jednak opacalna poniewa sysemy diagnosyczne bazujce na wsparciu modelowym pozwalaj na wykrywanie nawe niewielkich uszkodze. Rys. 13. Srukura sieci neuronowo rozmyej do oceny residuów Rys. 14. Dziaanie regu i wyznaczanie wyjcia ukadu

74 DIAGNOSTYKA 1 (41)/2007 HANZL, OCZLSKI, Sysem diagnosyki maych silników prdu saego z wykorzysaniem... Opracowany sysem deekcji uszkodze dziki wsparciu modelowemu pozwala na wczesne rozpoznawanie nieprawidowej pracy badanego obieku, co umoliwia niezwoczne podjcie dziaa naprawczych czy zabezpieczajcych. Wykorzysanie ukadów elekronicznych z okrelonymi czujnikami oraz odpowiedniego oprogramowania pozwala na zauomayzowanie diagnozowania w akim sysemie. Sysem mona ak zmodyfikowa, aby peni rol sysemu doradczego, kóry w przypadku wyspienia uszkodzenia w badanym czy moniorowanym obiekcie mógby przedsawia uykownikowi zalecenia doyczce dalszego pospowania. Ponado wykorzysanie wiedzy eksperów z danej dziedziny lub zgromadzonych danych saysycznych pozwala na opracowanie odpowiednich algorymów umoliwiajcych poza ocen akualnego sanu echnicznego równie prognozowanie ego sanu w okrelonym horyzoncie czasowym. zyskane doychczas wyniki pozwalaj na zarysowanie kierunków dalszych bada w zakresie diagnosyki silników elekrycznych. Przedsawiona implemenacja meody doyczy zadania saycznego, ypowego dla diagnosyki konrolnej. Jednak nie ma wikszych przeszkód na o, aby mona byo zasosowa opracowane rozwizanie w diagnosyce eksploaacyjnej silników elekrycznych. eoda a odpowiadaaby wówczas wymaganiom idenyfikacji on-line [7], [8]. Powierdzenie ej hipoezy wymaga przeprowadzenia dalszych bada. 6. LITRATRA [1] Bajorek Z. aszyny elekryczne. WNT, Warszawa 1977. [2] Barschdorff D., oczulski W., Pfläging G. oordiagnose uner Anlaufbedingungen mi Hilfe von usererkennungsverfahren. usererkennung 1986, 8. DAG-Symposium, s. 149-153. Informaik-Fachberiche, Vol. 125, Springer Verlag, London 1986. [3] Bielawski S. Teoria napdu elekrycznego. WNT, Warszawa 1978. [4] Bradasch T., Gühmann C., Röpke K., Schneider Ch., Filber D. Analyical Redundancy ehods for Diagnosing lecric oors. Applied ahemaics and Compuer Science 3(3), 1993: s. 461-486. [5] Drozdowski P. Wprowadzenie do napdów elekrycznych. Poliechnika Krakowska, Kraków 1998. [6] Hanzel. Sysem deekcji uszkodze silników elekrycznych maej mocy. Praca dyplomowa magiserska, Kaedra Podsaw Konsrukcji aszyn, Poliechnika lska, Gliwice 2006. [7] Korbicz J., Kocielny J.., Kowalczuk Z., Cholewa W. Diagnosyka procesów. odele. eody szucznej ineligencji. Zasosowania WNT, Warszawa 2002. [8] Kocielny J.. Diagnosyka zauomayzowanych procesów przemysowych. Akademicka Oficyna Wydawnicza XIT, Warszawa 2001. [9] oczulski W. Sposób oceny sanu silników elekrycznych maej mocy obserwowanych w warunkach rozruchu. XIII Sympozjon PK. Pol. Szczeciska. winoujcie 17-20.09.1987. aeriay konferencyjne (sreszczenia) s. 282-283. [10] oczulski W. Diagnosyka echniczna. eody pozyskiwania wiedzy. Wydawnicwo Poliechniki lskiej, Gliwice 2002. [11] Praca zbiorowa pod redakcj B. Reymer Poradnik mechanika. Warszawa 1984. [12] Peczewski W., Krynke. eoda zmiennych sanu w analizie dynamiki ukadów napdowych. WNT, Warszawa 1984. mgr in. icha HANZL jes absolwenem Wydziau echanicznego Technologicznego Poliechniki lskiej w 2006r., gdzie sudiowa na kierunku Auomayka i Roboyka na specjalnoci Projekowanie i eksploaacja maszyn. Prac dyplomow magisersk wykona pod kierunkiem prof. Wojciecha oczulskiego, uzyskujc ocen bardzo dobry z wyrónieniem. prof. dr hab. Wojciech OCZLSKI, prof. zw. w Kaedrze Podsaw Konsrukcji aszyn Poliechniki lskiej oraz kierownik Zakadu Diagnosyki Technicznej. Jes auorem ponad 130 publikacji. Redaguje dzia Diagnosyka w czasopimie Zagadnienia ksploaacji aszyn Jes czonkiem komieu redakcyjnego czasopisma ngineering Applicaions of Arificial Inelligence.