Способ функциональной диагностики силоизмерительных преобразователей и система для его осуществления

166738 Редактор.Е,Копч Сергеев ррек к о Тир 7 обре ета поа, Жи ГКНТ СССР н а а дательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 о ствен Заказ 4085 ВНИИПИ Государств 1соединен с модулем 16 ввода вычисли "тельного устройства 15, модуль 16ввода которого соединен с выходоммодели 7, второй вход сумматора 5через блок 9 обратного преобразователя подсоединен к модулю 17 вводавычислительного устройства 15 и через ключ 14 и формирователь 27 ймпульсов - к силоизмерительному пре"образователю 1, выход сумматора бчерез блок 3 управления нажимным ме,ханизмом соединен с нажимным механизмом:2Способ реализуется следующим об"разом,Измерению усилия, действующего вклети предшествует градуировка ме,в результате которой устанавливаютзависимость выходного сигнала от приложенной нагрузки С. Результаты экс",периментальных данных .имеют формутаблицы в которой Б является функцией, а 6аргументом: НН вее сгь а Це 60 112 1 ф ПН ао а а Ф е ай В результате решения системы (1) Получают модель определяющую про цест преобразования усилия, приложен.ного к преобразователю в электричесКий сигнал:иПа+а 6+ ас++ аНС, (2) где 6 усилие, прикладываемое к пре-,образователю, ТС П сигнал на выходе преобразова"; теля,. В;аоа.а ,аН параметры градуировочной ха-.рактеристики (ГХ) сцлоизмерительного преобразователя (СП)При этом уравнение (2) являетсяматематической моделью прямого преобразовання, Для оценки погрешности С тс Со С Сге СН 11По П Пг ПН Для идентификации параметров мате. атической модели полученных результатов, представляемой полиномом 11"степени, составляют систему уравне- ниймесдозы используется математическаямодель обратного преобразования ввиде5 6 = ао+аБ + аП +а 10 (3) получаемая соответственно из системы Мо .ОУравнение (2) можно привести кследующей Форме:МУ=а +( Р акС ) С (5)К:где ао - параметр, характеризующий ну 20 левое (аддитивное) смещениеГХ и определяемый по сигна"лу СП при нулевом значенииусилия,(",.Еоткудак-(7) Ог - аоСге ЙП - аоС 11 45 Известно, что усилие 6 создаваемое в клети, связано с деформациейклети или перемещением координаты Янажимного устройства (НУ) уравнением 6К 18 (8) 50где Ккоэффициент передачи по перемещению, т/ммТаким образом, в результате градуировки силоиэмерительного преобра зователя в клети уравнение (5) приводится к виду КаоК(асс )(9) к:; а, 6 = а +а С.+а, С+ а 6 (6)Квхарактеристический полином, определяющий чувствительность силоизмери.- теля, зависимость сигнала на выходеСП, приведенного к нулевому значению, относительно действующего усилия в соответствии с уравнениемК-Ц - а = ак 6 ) б (6)Я = К Ц,где ц - сигнал управления НУ, а Ккоэффициент передачи по управляющемувоздействию. Тогда, на основанииуравнений (9) и(10) получимфц а+ КК(аа ) ц, (11)К Для осуществления способа используется модель с функцией преобразо"вания(12)где цэми цм - сигналы соответственно на входе и выходемодели;К.ч- коэффициент передачимодели.Таким образом, задача, поставленная в изобретении, сводится к формированию аналитической зависимости,инвариантной к измеряемой переменН-КзК( .Е а" )мК 5 161После этого измеритель давления подвергают нагружению нажимными вин-тами, При нагружении снимают зависимость перемещения нажимного винта от создаваемого им усилия и зависимость перемещения от сигнала управления нажимным механизмом, Таким об разом, измеряется модуль К клети и коэффициент КБ передачи нажимного механизма,Перемещение. Б нажимного устройст ва определяется в соответствии с уравнением15) . 67386ной С, но чувствительной к параметрам характеристического полиномана 5 градуировочной характе" 5ристики СП. Ни уравнение (9), ниуравнение (1) не пригодны для оценки текущих значений суммы аСк 10 так как вследствие воздействия различных возмущающих факторов, действующих в клети в процессе прокатки,отсутствует однозначная зависимостьмежду сигналом.на выходе месдозы и 5 перемещением нажимного механизма,В соответствии с изобретениемсигнал задания ц сравнивают с сигналом ЦМ на выходе модели, результат алгебраической суммы Ц подают 20 на вход НУ в соответствии с уравнениемф 3+ цмм, (3)где М коэффициент пропорциональности25Сигнал задания Ц сравнивают ссигналом Ц на выходе СП, результаталгебраической суммы Ц,ц подают навход модели в соответствии с уравнением30цм = ц + ц(14)где- коэффициент пропорциональности вВ соответствии с уравнениями (11)- (14) получим системуРешая систему дующие уравнения Ц( - К,кд( ; ка + К К(; к(17)Таким образом, в результате осу ществления взаимосвязанных и целенаправленных действий над материаль ными объектами, первым из которых является технологическая цепь: НУ "- клеть - СП, а другим - модель, образованы две структуры, Функционально определяемые уравнениями (16) и (17)Из уравнений (16) и (17) следует, что при формировании сигнала задания цз на перемещение нажимных винтов в процессе прокатки полос возникают сигналы как на выходе силоизмерителя, так и на выходе модели, При этом сиг нал ц имеет произвольную форму, определяемую действиями оператора либо Функционированием системы автоматического регулирования толщины (САРТ),Таким образом, уравнения (16) и (17) характеризуют полученные преоб раэования как многосвязную систему,1616738 Из уравнения (16) следует, чтопри выборе параметров К, р ивобласти малых значений его значенияпрактически будут соответствоватьСг1СИ Учитывая, что произведение КмМ является малой величиной, выражение (19) можно упроститькЩ - а )К,Е а С - -- - ц. (2 О) 20К К, (Ц- КР 11)Таким образом, уравнение (20) поз, )оляет в процессе прокатки определятьисленные значения чувствительностипо результатам измерений сигналови О. на выходах силоизмерительногореобразователя и модели в соответстии с уравнениямик 1 " КзК,ЮАг Кн 112)ВФФ, е ЬК- (11 - аоКрсЕ кИ К К(11 -К 0)В соответствии с уравнениями (7) определяют действующие значения уси лий131 - ао1 й 4 ОЕ. акК(Щр т, юг фПг- ао2акС)Кегде И число тактов измерений, кдторое должно соответствоватьпорядку полинома ГХ СП 5 ОПосле выполнения вычислений в со" ответствии с уравнениями (22) состав" ляют систему Далее в процессе прокатки осуществ; ляют измерение сигналов 0 и 11,( на выходе СП и модели и определяют их отношение в соответствии с уравнени- ем решением которой определяются искомые значения параметров а 1, А = 7 С,обратной ГХ СП,С = а + а,11 + аУ ++ а,Б ,(24) а о точности силоизмерительного преобразователя судят по уравнению 1 н ъ (25))о, аЛ= 1 (а +а,Ц+а 0 ан 11 )Ю,юТаким образом, критерий точности (25) является мерой "близости" ГХ, полученной в результате осуществле ния способа к ГХ, соответствующей номинальным (эталонным) параметрам, определенным в начале эксплуатации силоизмерительного преобразователя. При К Л Р О точность изменяется в сторону уменьшения, а при Ю 10 точность изменяется в сторону увеличения погрешностиЕсли уравнение (20) представить в следующем виде:01 ао ЪКм.(26)м Км 1 а" 1К-К =ККс а Ссистема функциональной диагностики используется в двух режимах. Первый режим характеризуется осуществлением операций диагностики одного объекта (месдозы). Это означает, что объект диагностики и его модель представ ляют одно целое (нормально замкнутые ключи). Преимущество этого режима заключается в том, что его исполь зование не предъявляет требований к параметрам модели, так как тарировка силоизмерительного преобразователя в клети осуществляется совместно с мо,целью, что позволяет исключить влияние параметров модели на градуировочную характеристику силоизмерителя,Однако этот режим требует использования на каждую месдозу своей моделис комплексом блоков сопряжения,Второй режим предусматривает использование одной модели на группусилоизмерительных преобразователей,В этом случае к параметрам моделипредъявляются требования малости(в пределах чувствительности) влияния на градуировочную характеристикусилоизмерителя, Работа системы функциональной диагностики силоизмерительных преобразователей осуществляется следующим образом,В исходном положении ключи 12-14находятся в разомкнутом состоянии,при этом прокатка полос осуществляет"ся в соответствии с настройкой клетиИзмерение действующего усилия приэтом осуществляется в соответствии суравнением (11). Управление процес 25сом функциональной диагностики осуществляется модулем процессора 20,синхронизированного со всеми блокамиминиЭВМ модулем таймера 21Для осуществления процесса диагностики модуль 18 вывода формируетдискретный сигнал длительностью Фпод действием которого ключи 12-14осуществляют подключение модели кобъекту диагностики, С этого моментаобразуется измерительная система,соответствующая уравнениям (16) и(17), содержащая два канала преобразования усилия: канал месдозы и каналмодели, Прн этом модули 16 и 17 осуществляют ввод сигналов 0 и О запись их состояния и последующую ихобработку в соответствии с алгоритмами. (21) (25). Программа обработ.ки хранится в ПЗУ, Сигнал 1 получаютс выхода формирователя 27 сигналов,Для доказательства предлагаемогоспособа приведем расчетный примерВ результате тарировки силоизмерительного преобразователя получены50следующие значения (табл.1).Для определения (идентификации) параметров ад, а , а ,,а градуи,ровочной характеристики прямого пре-55 образования составляют систему ли нейных уравнений для Б = 2, которая в матричной форме имеет вид1 125 125 1 500 500 1 1000 000 6,25 ао 29,65 48,85 аг В результате решения полученной системы находят следующие значения параметров и соответствующую градуировочную характеристикуБ = 6,25+0,051 6 - 0,84 10 С которая является математической моделью прямого преобразования (уси лие С задается посредством силоза дающего возбудителя, а сигнал 11 на выходе месдозы измеряется).После определения параметров осуществляется оценка адекватности полученной модели по критерию точности, В случае выхода за пределы допустимой погрешности осуществляется Следующий цикл идентификации с Б = 3 и тд. до тех пор, пока будет достиг". нута требуемая точность, В данном случае полученная математическая модель удовлетворяет требуемой точнос" тиДля получения математической мо . дели обратного преобразования состав" ляют систему 1 6,25 1 29,65 1 48,85. 6,25 29,65 48,85 а а,аг решение которой находят следующимобразом: г6,251 + 250(Г аС) П=1осуществления способа испольмодель с параметрами, напри= 0,5; Дщ= 0,01 /3 = 0,8, ТогДля зуется мер К г С= 105,75+17,024 11+ 0,11488 П соответствующую номинальным (эталон-: ным) параметрам первоначальной ГХ СП Далее осуществляется градуировка месдозы в клети, по результатам которой определяется модуль клети, например ,К = 625 После определения модуля ;,клети измеритель давления подвергают ;нагружению нажимнымн винтами и опре,деляют коэффициент передачи Кб, на-. пример 0;4После этого математическая модель, используемая в предлагаемом способе .будет иметь видда получим следующие функции преоб- мерительным преобразователем и моаэования измеряемого усилия силоиз- дельюаЬ(1 - 0,006 "аС) 6,25 + 250( а 6)(1 + 0,005)11к кгУ,( - 0,0016акС)= 0,5(5+(1+200 ; аС)Пэ),Иэ полученных выражений следует, Из табл.2 выбирают три произвольчтб они с достаточной точностью при .ных значения У и П, например О =вонзят к виду 10 125 .29,65; 48,85 и Б,= 5,25;г 12,86; 21,54.;и в соответствии с уравБ = 6,25 + 250( .Я. а 6) Пу; нениями (20) определяют первоекз 3 2 гаП 0 5(5+(1+200 ", а С) Б) ,Е ак 61 второеакЬ и третьеМ ф 4 ф:. кк=1К 1ак 6 значения чувствительностиРезультаты расчетов приведены вк=ГХ СПвтабл, 2Ь 5 бг 22 ю О 05250(5,25-0,4 ф 12,5) ф фС 29,665-6 2505, 0.,- ф 250(12,86-0,4 ф 29,65) ф ф85-625 О - 0,0426250(21 54 О 4, 4 85К 3Далее на основании уравнений 22 25 ствие чего ГХ СП определяется уравоределяют первое С, второе С.и нениемтретье Ск значения действующих усилЦй Б щ бэ 5 + Оь 04 С Ов 1 ф 10 С ф Результаты расчетов этой характеристики приведены в табл,3,ЗО А .л = 125;125" б 25 0,05. После подключения модели осуществляют градуировку месдозы и модели всистеме НУ - КЛЕТЬСП перемещениемнажимных винтов.35 Результатов расчетов приведены втабл,:4///// " / // ///, 0,0468 48 85 бд 25 1 ООО3 0,0426 Иа основании измеренных значений П, Ц и О и вычисленных усилий 6,, Са иСэ 1 составляют систему уравнений В процессе прокатки измеряют первсе П = 15,875, второе Ц = 27,593 40 и третье П = 33,843 значения сигналов на выходе датчика и соответствующие им первое У М = 6,85, второеБ = 12,285 и третье УМ = 15,305значения сигналов на выхо е мо ели и 1 125 125 1 500 500 1 1000 1000 ао а., = 29,65 а 48,85 решением которой получают следующиейзначения параметров ГХ СП: ад=625 1 определяют первое , акС второеа= 0,051; а = 0,84 10., Пусть вк=Впроцессе эксплуатации произошло сме-акСа и третье ," ак Сэ значениящение параметров ав а и аа вслед чувствительностиФ(33 843 - б 5, О 51 250(15,305 0,4 33,843)т а С =- -д-" ф -- = 0,0312.Сравнение полученных результатов,подтверждает их идентичность, чтосоответствующих текущим функциям свидетельствует о том, что предлагаечувствительности, с данными табл.З мый способ позволяет определять впроцессе функционирования силоизмерительного преобразователя переменныезначения коэффициента чувствительнос"ти, Затем определяют первое Свторое 6 и третье С значения дейст"вующих усилий 25015 875 - 6 50,0375 27593 6 5 0,0337 33 843 - 6 5 0,0312 Для определения неизвестных параметров ГХ СП составляют систему урав"нений 15,875 250 250 625 625875 г ао а = 27,593 33,843 а 2 решением которой получают следующие значения параметров прямого преобразования: а, = 6,5; а = 0,4; а =-0,1 10 ф, а соответствующая мо 9 ель имеет вид411 = 6,5 + 0,4 С - 0,110 С . Для получения математической мо" дели обратного преобразования составляют систему уравнений 15,875 15,875 27,593 27,593 1 а,11 33,843 33,843 а 250= 625 875 решением которой определяют параметры обратного преобразования ГХ.СП: а,= -63,055; а, = 12,654; а =0,44512, а математическая модель обратного преобразования имеет видС = -63,055 + 12,654 У + 0,44512 ЮДля получения оценки погрешности полученной математической модели осу ществляется ее сравнение с предыдущей, номинальной характеристикой Н 105575+1250240 Это означает, что одниналам, регистрируемымчика при градуировке влуатации и к моменту опредлагаемого способа,различные усилия,Результаты расчетовго диапазона измеряемьведены в табл, 5 м и тем же сиг" на выходе дат начале экспсуществления соответствуют для выбранно х сигналов приИз полученной табл,5 можно сделать вывод о максимальных погрешнастях силоизмерительного преобра 5зователя на "концах" ГХ в диапазонеизмеряемых усилий. Однако реальнаяГХ, полученная в процессе эксплуатации силоизмерителя, может заниматьсамую разнообразную ориентацию относительно номинальной градуировочнойхарактеристики, Для осуществленияоперативной диагностики последовательно вычисляют интегралы в диапазоне измеряемых сигналов на выходе силоизмерительного преобразователя40йЛн=(-105,75+17,024 В,114880 )ф40 111 40 Э 4 о+ О, 4 45 1 2 -= 1 6 94 6, 3 7,3 110а о погрешности преобразователя су"дят по полученной разности 11 Л =12007,98 - 16946,37 = -4938,39,что соответствует погрешности, приведенной в табл:5,Таким образом, новым в предлагае 35мом способе является введение в изйе",рительную систему нового объектамодели и операции, связанных с рефлексивным взаимодействием объекта смоделью и модели с объектом, а так.ний, введенных в формулу изобретениямиТехнико-экономический эффект, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в повышении точности прокатки относительно .действующего усилия,входящего основной составной частью50в уравнение Головина-Симсона и воз 5можности контроля технологическогопроцесса в целом, так как по отношению к прототипу дает более тонкуюструктуру анализа технического сос-тояния силоизмерителя, что естественно, позволяет осуществлять прокаткув заранее заданных предельных допусках на параметры силоизмерительногопреобразователя,5 616738 го механизма сравнивают с величиной на выходе модели, воздействуют на на жимной .механизм, величину задания на усилие сравнивают с величиной на выходе силоизмерительного преобразова теля, результат сравнения пропорцио нально полученной алгебраической сумме подают на вход модели, измеряют первое 11, второе 11 и Н-е Уц значение величин на выходе силоизмерителя и первое 11 второе Б,и Б-е Уи, соответствующие величинам на вы ходе силоизмерителя, величины на вы ходе модели, определяют первоеМ К- йк-аС второе, аС,.. ифф й ктЯ" е - а к С значения чувствнтельф.ка 4ности градуировочной характеристики 10 й( в йк-гаф м определяют параметры а , Л Л,а в 40 а 1 обратной градуировочной характе ристики сипоизмерительного преоба зователя Са +а,1+а У + +аяУ из системы линейных алгебраических уравнений 452 ,Мац + ао + агБ, аб,2 Ма + а,12+ а 212+,+ ая 12 Сгйа + а 111 и+ аг 11 н+ф+ам 11" Сй, 50 а о точности силоиэмернтельного преобразователя судят по соотношению 1 н 1 ф.Способ функциональной диагностики силонзмерительных преобразова телей, осуществляемый непосредственно в клети стана путем создания на. грузки нажимными механизмами, контроля этой нагрузки по предварительно снятой зависимости положения испол кительного органа от создаваемого им усилия при вращающихся валках,причем указанную зависимость снимают с использованием контролируемого изме рителя давления после его тарировки в клети, о т л и ч а ю щ и й с я ,тем, что, с целью повьппения точности оценки технического состояния велиФ чину задания на перемещение нажимно И-е С значения действующих усилий К коэффициент передачи нажимного устройства;Кмодуль клети;Р - коэффициент обратного преобразования силоиэмерительногопреобразователя;- коэффициент обратного преобразования модели;Х - порядок полинома ГХ;11 -Ю диапазон регистрируемых сигналов,.2 Система функциональной диагностики силоизмерительных преобразователей, содержащая нажимной механизм,блок управления нажимным механизмоми блок вычисления и задачи раствороввалков, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повьппения точности оценки технического состояния, она снабжена двумя сумматорами и моделью,при161673813матора, выход силоизмерительного преобразователя через третий ключ и второй масштабный преобразователь подсоединен к второму входу первого сумматора, выходы модели и третьего клюф.ча подсоединены соответственно к вхо"дам первого и второго модулям вводааналоговых сигналов, а управляющйевходы первого, второго и третьегоключей подсоединены к выходу модулявывода дискретных сигналов вычислительного устройства. 17 чем первый вход первого сумматора через цифроаналоговый преобразователь и первый ключ подсоединен к вы ходу блока вычисления и задания раствора валков и к первому входу второ 5 го сумматора, выходы первого и второго сумматоров подсоединены соответственно к входу модели и к входу блока управления нажимным механизмом, выход модели через первый масштабный преобразователь, аналого-цифровой преобразователь и второй ключ подсоединен к второму входу второго сумГ Таблица С, тс