DC Motor Identification Based on Quasi-Optimal Nonlinear Control Algorithm

Рассмотрена идентификация двигателя постоянного тока, основанная на квазиоптимальной цифровой модели управления. Идентификация двигателя постоянного тока предполагает уточнение таких параметров двигателя, как сопротивление и индуктивность обмотки якоря, магнитный поток статора, коэффициент вязкого трения в опорах привода. Эти параметры входят в матрицу состояния и определяют величину напряжения при реализации квазиоптимального нелинейного алгоритма управления. Их изменение в процессе деградации или определенных условий эксплуатации привода приводит к несоответствию состояния модели истинному и, как следствие, повышению энергопотребления и времени переходных процессов. Предложена методика расчета критерия идентификации для нелинейной системы управления в дискретной форме. Определитель матрицы измерения вычисляется на каждом шаге дискретного времени. Их анализ показывает, что идентификация двигателя возможна в переходных режимах. При отклонении сопротивления обмотки якоря двигателя от номинальных существенно увеличивается время переходного процесса и величина перерегулирования. При уменьшении сопротивления цепи якоря на 25 % меньше номинального значения определитель матрицы измерения двигателя достигает порогового значения критерия идентифицируемости. Таким образом, потеря идентифицируемости говорит о наличии дефекта. Полученные результаты исследования могут быть использованы для обнаружения дефектов приводов.

Statistical Operational Control of Tantalum Electrolytic Capacitors by Using Multifactorial Model

С использованием метода статистического дискретного наблюдения получены результаты анализа качества приварки катодного вывода танталовых конденсаторов с жидким электролитом. Базисными информативными показателями установлены баллы качества, рассчитанные по разработанной методике системного межэтапного анализа качества конденсаторов (см. работы в журнале «Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова» за 2018 г.). Проведены верификационные экспериментальные исследования для танталовых конденсаторов с твердым электролитом по разработанному методу системного контроля технологического процесса танталовых электролитических конденсаторов с построением многофакторной модели. В результате исследований установлено наличие отклонения твердоэлектролитических конденсаторов по параметрическому несоответствию тока утечки. Для проведения многофакторного эксперимента выбран процесс изготовления объемно-пористого танталового анодного электрода. Построена регрессионная математическая модель процесса изготовления танталового анода в зависимости от факторов прессования, спекания и электрохимического оксидирования. В сформированной математической модели обнаружено наиболее сильное параметрическое влияние на характеристику «ток утечки» плотности прессования и напряжения оксидирования, а также совокупного фактора плотности прессования и температуры спекания; имеется также незначительное влияние температуры и совокупности факторов температуры и напряжения оксидирования. Разработанный метод системного контроля технологического процесса танталовых электролитических конденсаторов с использованием многофакторной модели позволяет минимизировать отказы танталовых конденсаторов на входном контроле и в аппаратуре заказчика.

Calculation of Forces in Spiroid Gearing Using the Results of Physical Modeling

Рассмотрены результаты физического моделирования контакта в спироидном зацеплении, позволившие установить адекватные реальным условиям значения коэффициентов трения скольжения в зацеплении. Рассмотрены две модели для расчета действующих в зацеплении сил. В первой модели предполагается, что нагрузка распределяется по участкам линий сопряженного контакта, сама модель пригодна для реализации в программе автоматизированного расчета передачи. Вторая модель, предназначенная главным образом для расчета «вручную», предусматривает передачу всего вращающего момента в условной средней точке поля зацепления. Приведена оценка ее точности, показавшая, в частности, что она вполне приемлема для стандартно спроектированных однозаходных спироидных передач. Даны результаты расчета сил в спироидном зацеплении при различных значениях коэффициента трения скольжения, полученных при физическом моделировании при различных скоростях скольжения и заданном контактном напряжении в зацеплении. По результатам представлены графики осевых, радиальных и окружных сил, действующих на звенья и необходимых для расчета валов и их опор. Исследование показало, что использование результатов физического моделирования контакта при расчете сил, действующих в спироидном зацеплении, дает возможность более адекватно рассчитать силы, действующие на звенья передачи и необходимые для расчета валов и их опор. Особенно это важно для осевой и окружной (тангенциальной) составляющих силы, действующей на червяк, и для радиальной составляющей силы, действующей на колесо. Полученные результаты также дали дополнительные доводы в пользу спироидных передач по сравнению с червячными при низких скоростях вращения звеньев и при малых передаточных отношениях.

Practical Synthesis of Compact Strip Filters in the Range 430 MHz - 15 GHz

Приведено описание практического опыта по выбору и синтезу удобных в изготовлении и компактных по размерам полосно-пропускающих полосковых фильтров с высоким уровнем частотной селективности для разных частотных полос, расположенных в диапазоне частот 430 МГц - 15 ГГц. При выборе топологий синтезируемых фильтров приоритет отдается получению не только компактных размеров, но и удобству для практического самостоятельного изготовления с учетом пониженных требований к точности производства. В результате были синтезированы, промоделированы, изготовлены и практически исследованы свойства шести разных вариантов полосно-пропускающих полосковых фильтров с отличающимися типами топологий: многорезонаторного фильтра третьего порядка с центральной частотой 437 МГц и относительной полосой пропускания менее 10%; фильтров со встречно-штыревой конструкцией проводников - двухслойного второго порядка для центральной частоты 440 МГц с полосой 20 % и шестого порядка для центральной частоты 610 МГц с полосой 30 %, а также трехслойного четвертого порядка для центральной частоты 1,22 ГГц с полосой 30 %; структуры каскадного соединения двух решетчатых фильтров для центральной частоты 2,44 ГГц с относительной полосой 30 %; фильтра на параллельносвязанных полуволновых микрополосковых резонаторах для центральной частоты 14,8 ГГц с относительной полосой менее 10 %. Представление результатов выполнено в виде амплитудно-частотных характеристик фильтров, через которые оцениваются их основные селективные свойства: ширина рабочей полосы пропускания по уровню -3 дБ и величина потерь внутри ее, а также уровни подавления в боковых полосах заграждения и ширина высокочастотной полосы заграждения, простирающейся до побочной полосы пропускания фильтра. Подтверждена высокая эффективность и приемлемость моделирования для начального параметрического синтеза фильтров. Для этого использована программа AWR Design Environment с учетом накопленного опыта по ее настройке на практическое производство. Измерения характеристик фильтров выполнены на векторных анализаторах цепей компаний National Instruments и Rohde&Schwarz. Практически отработаны относительно новые фильтры уменьшенных размеров для низкочастотной области СВЧ, имеющие размеры до пяти раз меньшие по сравнению с фильтрами на четвертьволновых резонаторах. Полученные результаты не ограничиваются конкретными изготовленными фильтрами, так как могут быть обобщены и на другие центральные частоты путем соответствующего изменения размеров конструкций пропорционально изменению длины волны сверхвысоких частот.

Selection of Displacement Coefficients in External and Internal Involute Gearing of Planetary Rotor Hydraulic Machine

Гидравлические и пневматические машины объемного вытеснения являются одними из наиболее важных и неотъемлемых элементов современных механических систем. Одним из известных видов таких машин являются планетарные роторные гиромашины с плавающими сателлитами, контактирующими с центральными зубчатыми колесами. При этом числа волн M и N центральных колес могут быть как различными, так и одинаковыми. В статье рассматривается случай одинакового числа волн, когда центральные колеса круглые. Планетарные роторные гиромашины с одинаковым числом зубьев центральных зубчатых колес осуществимы в достаточно широком диапазоне параметров. Предложен алгоритм выбора области допустимых значений коэффициентов смещения планетарной роторной гидромашины, в основу которых заложен планетарный механизм с центральными колесами внутреннего и внешнего зацепления, имеющими одинаковое число зубьев. Одинаковое число зубьев предлагается получить применением максимальных значений положительного смещения инструмента при обработке центрального колеса с внутренним зацеплением. Расчет производился в соответствующей последовательности по формулам согласно государственным стандартам 16532-70 и 19274-73, лежащим в основе модуля «Валы и механические передачи» программного комплекса «Koмпас 3D». При этом на геометрические параметры эвольвентных зубьев такого механизма накладываются жесткие ограничения планетарного механизма планетарных роторных гидромашин, соответствующие качественным показателям зацепления. По предложенному в статье алгоритму построены области допустимых значений коэффициентов смещения исходного контура инструмента при обработке зубчатых звеньев планетарных роторных гидромашин с одинаковым числом зубьев. Полученные области позволяют выбрать исходные геометрические параметры планетарного механизма, заложенного в основе планетарных роторных гидромашин, с учетом качественных показателей зацепления. Указанные геометрические параметры используются на первом этапе инженерной методики получения профилей некруглых зубчатых звеньев планетарных роторных гидромашин в форме, необходимой для их изготовления, например, с применением 2D-технологий. Наиболее перспективно использование планетарных роторных гидромашин для газовых рабочих сред - вакуумные насосы, пневмодвигатели, компрессоры. Данная методика может использоваться в механизмах для реализации переменного передаточного отношения.

Integration of InSAR Technology in the Stability Assessment of Load Bearing Structures

Неразрушающий контроль зданий и сооружений является актуальной проблемой в современном строительстве. Несмотря на то, что за последние десятилетия было разработано много измерительных методов, все же остаются некоторые пробелы в системе оценки состояния зданий и сооружений. Одна из основных проблем заключается в том, что измеряемые параметры оцениваются лишь время от времени. Существует ограниченное количество доступных методов, которые могут обеспечить непрерывный мониторинг технического состояния строительных сооружений и предоставить информацию об их устойчивости во временном ряду. Основная цель данной статьи - представить диагностический метод, который может преодолеть упомянутые недостатки, сочетая периодические неразрушающие измерения с непрерывным мониторингом, получаемым путем применения спутникового дистанционного зондирования. Радар с синтезированной апертурой (SAR) имеет много преимуществ, которые стоит учитывать инженерам-строителям в практике оценки устойчивости зданий и сооружений. Наша задача - дать представление о теории интерферометрических радаров с синтезированной апертурой (InSAR) и продемонстрировать их совместное применение с другими методами оценки состояния зданий на конкретных примерах. Эффективность предложенной методики была продемонстрирована сравнением результатов смещения водонапорной башни, полученных с помощью мониторинга InSAR, традиционной геодезической съемки и численного анализа.

Influence of Parameters of a Planetary Gear with Internal Meshing on Its Technical and Economic Indicators

Конструкции зубчатой планетарной передачи, содержащей эксцентриковое водило, один-два сателлита и неподвижное центральное колесо с внутренними зубьями, отличающиеся роликовым исполнением механизма снятия движения с сателлитов, обладают высокой нагрузочной способностью и высоким коэффициентом полезного действия при большом передаточном отношении в одной ступени (конструкции защищены патентами на изобретения). Для оптимизации параметров указанных планетарных механизмов и улучшения их технико-экономических показателей получена зависимость, определяющая соотношение между допускаемыми нагрузками в зацеплении колес, соответствующими контактной и изгибной прочности зубьев, от их числа и передаточного отношения. Установлено, что при больших передаточных отношениях (более 17) нагрузочная способность передач этого типа лимитируется изгибной прочностью зубьев колес. На основании этого определялся допускаемый момент на выходном валу передачи и отношение его к объему неподвижного центрального колеса, от которого зависят масса и объем передачи в целом. Показано, что наибольшей нагрузочной способностью при заданном передаточном отношении и объеме неподвижного центрального колеса (следовательно, и объеме передачи в целом) обладает планетарная передача с разницей чисел зубьев сателлита и центрального колеса, равной единице. Коэффициент полезного действия (КПД) планетарной передачи с роликовым исполнением механизма снятия движения с сателлитов определялся экспериментальным путем на специально созданной установке, содержащей электромагнитное нагружающее устройство и тензометрические датчики крутящего момента (при рациональных параметрах передачи, ее передаточном отношении, не превышающем 60, и наиболее распространенной степени точности изготовления (7-8) КПД равен 85…90 %). КПД аналогичной передачи с традиционным цевочным механизмом снятия движения с сателлитов примерно на 5 % ниже КПД зубчато-роликовой передачи. С ростом передаточного отношения КПД зубчато-роликовой планетарной передачи изменяется так же, как и КПД традиционной передачи (падает).

Analysis of Bibliometric Indicators of the Journal “Vestnik IzhGTU imeni M.T. Kalashnikova”

Анализ библиометрических показателей журнала показал, что место журнала в общем рейтинге SCIENCE INDEX за 2019 г. по сравнению с 2018 г. улучшилось, но по-прежнему журнал находится во 2-м квартиле (2583-е место из 6000 журналов, входящих в РИНЦ). По тематике «Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук и отраслей народного хозяйства», в которую входит 84 журнала, «Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова» занимает 52-е место. Рейтинг по показателю «общественная экспертиза» пока невысок и составляет 2,19, что, по-видимому, связано с недостаточной известностью журнала в научном сообществе. Рейтинг SCIENCE INDEX, рассчитанный по библиометрическим показателям, равен 0,098. По показателям «число цитирований журнала в РИНЦ без самоцитирования» (303) и «двухлетний импакт-фактор РИНЦ без самоцитирования» (0,336) журнал близок к 1-му квартилю. Показатель «двухлетний импакт-фактор по ядру РИНЦ» весьма скромен - 0,044. Двухлетний и пятилетний коэффициенты самоцитирования журнала, соответственно, 23,1 и 18,6 % снижаются с каждым годом. Двухлетний коэффициент авторского самоцитирования в 2019 г. составил 43,1 %, что соответствует 1-му квартилю по рассматриваемой тематике. Пятилетний индекс Херфиндаля по цитирующим журналам 866 находится на уровне журналов, входящих в ядро РИНЦ. Индекс Херфиндаля по организациям авторов 3489 говорит о недостаточном количестве публикаций авторов из других организаций. Десятилетний индекс Хирша равен 21, что соответствует 1-му квартилю по рассматриваемой тематике. Среднее число ссылок в списках цитируемой литературы в 2019 г. также достаточно высоко на фоне сравниваемых журналов и составило 16. Время полужизни статей, процитированных в журнале в текущем году, составило 4,3, что соответствует 1-му квартилю.

Cylindrical Gears with Contact Areas Distributed Along the Arc Teeth Length

Проблема повышения надежности приводов высоконагруженных машин связана с обеспечением работоспособности цилиндрических передач при наличии углов перекоса зубьев в зацеплении, вызываемых ошибками изготовления и сборки передач, а также податливостью их элементов и корпусных деталей. Эффективным направлением решения проблемы является переход от цилиндрических передач с прямыми, косыми зубьями на передачи с арочными зубьями. По сравнению с прямыми или косыми зубьями изгибная прочность арочных зубьев на 20…30 % выше. Процессы формообразования поверхностей арочных зубьев позволяют в их зацеплении получать линейный, локально-линейный, точечный характер касания, обеспечивать оптимальный закон распределения нагрузки по площадке контакта. В работе рассмотрены особенности компенсации перекоса зубьев в зацеплении перемещением (самоустановкой) шестерни или колеса с арочными зубьями вдоль оси. Показано, что самоустановка колес происходит только для постоянного крутящего момента и неменяющегося угла перекоса. Для компенсации случайного угла перекоса в условиях изменяющегося крутящего момента предложена адаптивная цилиндрическая передача с арочными зубьями, в зацеплении которых имеются две разнесенные по длине зоны контакта. Колесо передачи состоит из двух полуколес, разделенных упругой прокладкой. Возникающие в зонах контакта осевые силы уравновешивают друг друга и обеспечивают самоустановку полуколес при изменении угла перекоса. Нарезание арочных зубьев на обоих полуколесах осуществляется одновременно, поэтому трудоемкость изготовления адаптивной передачи с арочными зубьями не изменяется. Для полуобкатного варианта формообразования поверхностей арочных зубьев адаптивной цилиндрической передачи представлены результаты расчета положения рабочих линий в зацеплении, размеры тормозных зон касания поверхностей арочных зубьев.

Method of Geometric Design of Non-Circular Gear Wheels of a Planetary Rotary Hydraulic Machine

Планетарные роторные гидромашины с плавающими сателлитами до настоящего времени почти не производились и оставались малоизученными. Одна из проблем состояла в отсутствии простого и доступного способа геометрического проектирования некруглых зубчатых звеньев. Ранее нами была предложена достаточно простая инженерная методика проектирования некруглых колес планетарных гидромашин, однако в некоторых задачах ее применение дает небольшую погрешность. В статье изложена уточненная методика проектирования зубчатых звеньев планетарной роторной гидромашины. Проектирование начинается с выбора геометрических параметров круглозвенного планетарного механизма - прототипа проектируемой гидромашины. Далее выбираются числа волн центральных зубчатых колес и вид циклической функции, характеризующей траектории центра сателлита в системах координат, связанных с солнечной шестерней и эпициклом. На следующем этапе выполняется предварительный расчет угла поворота сателлита для множества положений его центра на траектории движения относительно каждого центрального колеса. При этом положения сателлита относительно профилируемого колеса соответствуют его качению по расчетной центроиде данного колеса при постоянной угловой скорости мнимого водила. Далее вычисляется разность полученных углов поворота сателлита, но в системе координат, связанной с мнимым водилом. Эта разность делится пополам и распределяется в качестве корректирующей добавки между углами поворота сателлита относительно солнечной шестерни и эпицикла. Профиль зубчатого венца каждого некруглого центрального колеса получается графически как огибающая семейства кривых-профилей сателлита во множестве его положений. Уточненная методика проектирования, почти не усложняя процесс профилирования колес планетарных гидромашин, устраняет получавшуюся ранее погрешность и обеспечивает точное решение поставленной задачи.