Секция «электроника и радиоэлектроника»

Исследование режимов работы асинхронных двигателей мостового манипулятора с раздельным приводом

Антоненко Л.Ю., Зюзина И.Г., научный руководитель доц. Ионов А.А.

(Самарский государственный университет путей сообщения)

Наличие раздельного привода и гибкой подвески груза оказывает влияние на режимы работы асинхронных двигателей, используемых в мостовых манипуляторах. При движении с перекосом, что является аварийным режимом, один из двигателей работает с перегрузкой. Для проведения исследования этих режимов, а также для создания в дальнейшем системы автоматического управления, разработана математическая модель манипулятора как обобщенного объекта управления. Особенностью модели является рассмотрение математических моделей механизмов манипулятора по отдельности, а также учет влияния механизмов друг на друга при совместной работе.

На основании анализа публикаций по рассматриваемой теме и анализа типовых производственных процессов разработаны расчетные схемы механизмов манипулятора. Используя уравнение Лапласа, в обобщенных координатах, составлены уравнения описывающие механизмы манипулятора, а также усилия, возникающие при совместной работе приводов. Составлена структурная схема мостового манипулятора с учетом математических моделей механической части, межобъектных связей и асинхронных двигателей. В программной среде MatLab проведены вычислительные эксперименты по исследованию режимов работы асинхронных двигателей механизмов манипулятора, и оценки адекватности разработанной модели.

ВЕНТИЛЬНЫЙ ПРИВОД КАК СРЕДСТВО УЛУЧШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Денисова М.В., научный руководитель доц. Ионов А.А.

(Самарский государственный университет путей сообщения)

Использование асинхронного двигателя с фазным ротором в крановых установках сопровождается значительными потерями энергии при регулировании скорости вращения таких двигателей за счет изменения сопротивления в цепи ротора. Данный факт был подтвержден проведением вычислительных экспериментов в программной среде MATLAB на примере асинхронного двигателя, используемого в приводе подъема мостового манипулятора. На основании работ Онищенко Г.Б. предложено модернизировать систему управления данного привода за счет использования вентильного каскада и возврата части энергии обратно в сеть (рекуперация). Разработана структурная схема системы и предложен вариант технической реализации для перевода асинхронного двигателя в режим рекуперации энергии. Предложен вариант компоновки оборудования на мостовом манипуляторе. Проработан алгоритм управления вентильным приводом, который был опробован на примере виртуальной модели в программной среде MATLAB. На основании проведенной работы доказана возможность увеличения КПД механизма подъема, а также возможный диапазон изменения скорости. Построена механическая характеристика асинхронного двигателя, работающего в составе вентильного привода. Составлен перечень рекомендаций по усовершенствованию системы управления приводов подъема за счет использования вентильного каскада, что позволит сократить потери энергии путем частичного возвращения ее обратно в питающую сеть.

Совершенствования конструкции пантографа и улучшение процесса токосъема

Пантелеев И.М., научный руководитель доц. Макаров А.Г.

(Самарский Государственный университет путей сообщений)

Наличие контактного соединения между тяговой сетью и движущимся пантографом, приводит к перегреву, раскачиванию, пережогу и тем самым обрыву контактного провода, и как следствие увеличение времени на техническое обслуживание питающей линии и пантографа. На основании работ Сидорова О.А и Веселова В.В. выявлены основные недочеты данных работ, к которым можно отнести: рассматривание пантографа и контактного провода как абсолютно жестких элементов, что не отображает всех физических процессов при контактном токосъеме.

Показано, что процесс контактного токосъема описывается сложной нелинейной математической моделью. Для упрощения ее математического описания представим процесс токосъема обобщенным объектом регулирования. Для облегчения понимания условия работы цепи разбиваем объект регулирования на три отдельных объекта управления (контактная сеть, пантограф с постоянным коэффициентом трения, пневмо-цилиндр обеспечивающий динамическую устойчивость пятна контакта и коэффициента трения), объединённых между собой. Математическое описание обобщенного объекта регулирования позволит совершенствовать конструкцию пантографа и улучшить процесс токосъема.

АВТОНОМНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ЗДАНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ

Табачинский А.С., научный руководитель доц. Мякишев В.М.

(Самарский Государственный Технический Университет)

Рассмотрены возможности применения ветроэнергетических установок на территории Самарской области. Ввиду небольшого ветроэнергетического потенциала нашего региона, было обнаружено небольшое количество мест, в которых установка ВЭУ экономически целесообразна. Одним из таких мест является местность Сокольих и Жигулевских гор, вдоль которых расположились многие населенные пункты. На этих территориях есть места со среднемесячной скоростью ветра 4 м/с и выше. Представлена метеорологическая информация о среднемесячных скоростях ветра. Показано, что для реализации крупномасштабных ветроэнергетических станций в Самарской области нет потенциала, но отдельные ВЭУ малой мощности, способные вырабатывать до 1 млн. кВтч за месяц, имеет смысл монтировать в Жигулевских и Сокольих горах, которые также способны работать в составе небольших ВЭС.

Наилучшее практическое применение в местностях с такими низкими скоростями ветра нашли вертикальные ВЭУ. Они имеют более низкие стартовые и номинальные скорости, хотя есть модели с параметрами, сопоставимыми с горизонтальными ВЭУ. Представлены варианты электроснабжения различных объектов ИЖС, малых предприятий, автозаправочных станций вертикальными ВЭУ. Реализованы расчеты среднемесячной и среднегодовой выработки электроэнергии и экономические показатели.

Повышение надежности функционирования рельсовых цепей

Тлеккалиев М.Г., научный руководитель доц. Макаров А.Г.

(Самарский государственный университет путей сообщения)

Рельсовые цепи являются основой всех разрабатываемых систем автоматического управления, контроля и безопасности движения поездов. Вместе с тем рельсовые цепи имеют ряд недостатков, снижающих их эксплуатационно-техническую эффективность по сравнения с воздушными ЛЭП, а именно: - зависимость их работы от состояния верхнего строения пути (балласта, шпал, рельсов, соединителей и других элементов); - климатических условий (районы с суровым климатом и со значительными колебаниями температуры и влажности); - ухудшение шунтового эффекта при загрязненности поверхности рельсов и колесных пар; значительные затраты труда и средств на техническое обслуживание и ряд других недостатков. Поэтому научные исследования в области разработки новых и совершенствование существующих моделей рельсовой цепи является важной актуальной задачей.

АППРОКСИМАЦИЯ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ СЕРДЕЧНИКА СВАРОЧНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Андреев А.Ю. Матвеев Г.А., научный руководитель доц. Мякишев В.М.

(Самарский государственный технический университет)

Для анализа системы уравнений, содержащей насыщающийся участок магнитопровода необходимо аналитически описать основную кривую намагничивания H = f(B). Это можно получить путем аппроксимации указанной характеристики с помощью соответствующего аналитического выражения. Одним из самых простых методов является кусочно-линейная аппроксимация. Но данный метод рационально применять, когда характеристика нелинейного элемента состоит из прямолинейных отрезков, например для вентилей. При аппроксимации с помощью трансцендентных функций нелинейные характеристики описываются с помощью экспонент, гиперболических, тригонометрических, обратных тригонометрических функций и т. д. При численном расчете системы нелинейных уравнений важным является способ аппроксимации реальных характеристик. Применение методов Лагранжа или Ньютона приводит к увеличению точности при росте числа точек, когда находят коэффициенты аппроксимирующего полинома.

Применение полиномов высокой степени позволяет обеспечить непрерывность производных на границах участков. Рассмотренный подход носит название аппроксимации сплайн-функциями. Для каждого типа сплайнов есть своя подпрограмма, которая строит таблицу коэффициентов. С помощью сплайн-аппроксимации проведён расчёт трансформатора с насыщающимся участком магнитопровода, который обеспечивает повышенную устойчивость электрической дуги.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА «ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ С АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ – АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С КОРОТКОЗАМКНУТЫМ РОТОРОМ»

Бочкарёв А.А., научный руководитель ст. преп. Нечпай А.С.

(Самарский государственный университет путей сообщения)

В работе исследован лабораторный регулятор, изготовленный Уральским филиалом РНПО «РОСУЧПРИБОР», совместно с Южно-Уральским государственным университетом, находящийся в составе учебного лабораторного комплекса для выполнения работ по курсу «Основы электропривода». Собрана силовая схема установки. Собрана и модифицирована схема измерений.

В процессе эксперимента определены параметры электропривода в статическом режиме, определена механическая характеристика двигателя, исследовано действие преобразователя частоты и регулирование с его помощью частоты вращения двигателя. Даны рекомендации по ходу выполнения лабораторной работы на данную тему.

АНТЕННА НА ОСНОВЕ ГИРОМАГНИТНОГО РЕЗОНАТОРА С РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ ОБЪЕМНЫХ РЕЗОНАТОРОВ

Шумейко И.А., научный руководитель доц. Солдатов А.А.

(Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики)

В работе исследовалась антенна на основе подмагниченного гиромагнитного резонатора (ГР) с различными типами объемных резонаторов (ОР). Несмотря на то, что поле излучается в пространство через ОР, основные свойства излучения определяются сферическим гиромагнитным излучателем. А именно: излучение поля с вращающейся поляризацией (близкой к круговой); коммутация направления вращения векторов поля; магнитная перестройка частоты излучения; высокая избирательность по частоте. Экспериментально показано, что меняя конструкцию дисковых ОР на диэлектрической и ферритовой подложках, можно варьировать параметры излучаемого поля. Например, коэффициент усиления можно менять от 1,6 до 2,6, расширить полосу магнитной перестройки на 200МГц, коэффициент полезного действия увеличить от 0,5 до 0,8, варьировать коэффициент эллиптичности от 0,7 до 0,95.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМЫ СПЕКТРАЛЬНОЙ ЛИНИИ ХАОТИЧЕСКИХ

АВТОКОЛЕБАНИЙ МЕТОДОМ СИНГУЛЯРНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА

Ступацкая Ж.П., научный руководитель проф. Зайцев В.В.

(Самарский государственный университет)

Методы сингулярного спектрального анализа (ССА) и теории аналитического сигнала применяются для выделения огибающей и фазы автоколебаний, генерируемых в дискретном времени системами томсоновского типа. Установлено, что спектр автоколебаний в них формируется некоррелированными хаотическими флуктуациями амплитуды и фазы. Во флуктуациях фазы выделена низкочастотная составляющая – процесс хаотической диффузии – и показано, что такая диффузия приводит к уширению спектральной линии автоколебаний с формированием лоренцевого спектра в окрестности центральной частоты. Широкополосные хаотические флуктуации огибающей и фазы, в свою очередь, формируют амплитудно-фазовый пьедестал спектра.

Показано, что хаотические механизмы спектральных преобразований полностью соответствуют теории формы спектральной линии, разработанной А.Н. Малаховым для автоколебаний, генерируемых в присутствии шума.

ВЛИЯНИЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРОПОРЦИОНАЛЬНОСТИ ПОКАЗАТЕЛЯ ХЕРСТА НА САМО ЗНАЧЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ХЕРСТА ПРИ АНАЛИЗЕ РЯДОВ С НОРМАЛЬНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ

Булатов И.И., научный руководитель проф. Антипов О.И.

(Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики)

С помощью среды компьютерного моделирования Mathematica 8.0 получена программа, позволяющая рассчитывать значения показателя Херста с помощью классического R/S-анализа, но с возможностью изменения коэффициента пропорциональности. Поскольку показатель Херста рассчитывается согласно степенному закону, то предполагается, что влияние коэффициента пропорциональности на результат малозначимо. В работах Херста и Мандельброта значение исследуемого коэффициента бралось равным ½, что не было обосновано математически. В работе показано, что влияние коэффициента пропорциональности может быть существенным для квази-стохастических временных рядов, и может создавать разброс до 35% в значениях показателя Херста при варьировании самого коэффициента от ½ до 1.

Отображение на комплексной плоскости дисперсионных характеристик полого металлического волновода с потерями.

Карлин Е.С., научный руководитель Полухин Ю.Н.

(Самарский Государственный Аэрокосмический Университет)

Для выявления общих закономерностей существования поля в различных средах, включая мета-материалы, и в направляющих структурах рассчитаны дисперсионные характеристики полых волноводов с потерями в металлических стенках и в заполняющем диэлектрике. Удобными для сравнения параметрами являются комплексные показатель преломления и нормированный импеданс. Частотные зависимости этих параметров отображены в виде годографов на комплексной плоскости, а для импеданса еще и на диаграмме Вольперта.

СИНГУЛЯРНОЕ ИНТЕГРАЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИБРАТОРА

Кравченко С.Н., научный руководитель проф. Неганов В.А.

(Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики)

В работе рассмотрено использование сингулярных интегральных уравнений для проведения электродинамического анализа электромагнитного поля (ЭМП) в ближней зоне. Так как при асимптотических приближениях значения подынтегральных функций не равны нулю, то несобственные интегралы в интегральных представлениях не сходятся, и прочее усечение в них может привести к неверным физическим результатам. Поэтому непосредственный переход в известные граничные условия невозможен.

Таким образом, СИП для составляющих электромагнитного поля при переходе в известные граничные условия, строго переходят в их значения на поверхности вибратора.

СНИЖЕНИЕ РИСКА УЩЕРБА ОТ ВОЗГОРАНИЙ

Цуркану Д.А. научный руководитель доц. Вороной А.А.

(Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики)

Применяемый подход основан на использовании интегрального метода. Все составные элементы системы физической защиты (СФЗ) могут быть оценены в соответствии с их вкладом в результирующий фактор риска. Руководитель службы безопасности должен обеспечить баланс между эффективностью СФЗ и доступными ресурсами и только после этого оценить предлагаемый проект. Без соответствующей методологической и аналитической оценки при создании системы значительную часть ценных ресурсов можно израсходовать на не являющиеся необходимыми меры безопасности, или, что еще хуже - не обеспечить необходимую защиту критичных компонентов объекта. Например, нерационально защищать кафетерий для сотрудников на том же уровне, что и уникальное дорогостоящее оборудование. Однако, если для злоумышленника возможен доступ на объект через неохраняемые двери кафетерия, то надежная защита, используемая на главном входе, теряет всякий смысл. Понять насколько хорошо СФЗ защищает ресурсы объекта от угроз, можно определить количество риска, который, останется после ее реализации. Для этого проанализировано соответствующее уравнение риска.

Частотные характеристики фазовращателя на прямоугольном волноводе с гиромагнитным резонатором

Киселев И.О., научный руководитель Полухин Ю.Н.

(Самарский Государственный Аэрокосмический Университет)

Рассматривается магнитоуправляемый фазовращатель (ФВ) на прямоугольном волноводе с поперечно-намагниченным гиромагнитным резонатором (ГР) из монокристалла железо-иттриевого феррита-граната. Характеристики такого устройства зависят от коэффициента связи между ГР и волноводом, пропорционального объему и магнитной восприимчивости ГР и обратно пропорционального площади поперечного сечения волновода. При закритической связи реализуется монотонно-падающая фазовая резонансная характеристика, что и позволяет создавать ФВ. Резонансная амплитудная неравномерность является отрицательным фактором для такого устройства. Рабочий диапазон частот определяется допустимой граничной амплитудной неравномерностью. В работе рассчитаны зависимости диапазона частотной перестройки от допустимой амплитудной неравномерности при вариации коэффициента связи. Показано, что при коэффициенте связи, большем 5, обеспечивается амплитудная неравномерность менее 4 дБ в полосе частот 3 ГГц при центральной частоте 10 ГГц.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ППФ С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ «MIKROWAVE OFFICE»

Ваничкин Д.Д., научный руководитель доц. Солдатов А.А.

(Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики)

В работе исследован ППФ на связанных полосковых линиях типа «отрезки полосковых линий». Рассчитаны характеристики фильтра с центральной частотой f₀ =4 ГГц. Затем фильтр с рассчитанными параметрами был смоделирован на ПЭВМ в системе «Microwave office». Была проведена оптимизация фильтра по параметру . Для этого менялись расстояние между резонаторами при фиксированных размерах фильтра, а также марка подложки (ФЛАН -3 и ФАФ – 3) с различными величинами диэлектрических потерь. В результате оптимизации удалось расширить рабочую полосу частот на 8% и улучшить прямоугольность фильтра. Спроектированный фильтр сравнивался с аналогичным макетом. Расхождение экспериментальных и компьютерных данных не превышало 10%.