ИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО. ТЕХНИКА В ЦЕЛОМ

Описывается новый метод осуществления метрологического самоконтроля в интеллектуальном акустическом пьезоэлектрическом датчике, а также технических средств, автоматически реализующих этот метод. Представлены результаты практических исследований, которые подтверждают возможность реализации описанного метода, а также применение его для мониторинга сложных объектов.

Рассмотрены принципы функционирования разработанной авторским коллективом автоматической измерительной системы для контроля геометрических параметров колесных пар железнодорожного подвижного состава, приведено описание разработки и аппаратной реализации приборов, интегрируемых в ее состав.

Существующие технологические процессы изготовления тонкостенных подшипников скольжения характеризуются низкой эффективностью. Решение проблемы видится в применении прогрессивных, металлосберегающих способов обработки. На примере изготовления самосмазывающихся тонкостенных подшипников скольжения предлагается методика моделирования технологических операций формирования их рабочих поверхностей в системах автоматизированного инженерного анализа SolidWorks и ANSYS, а также новый технологический процесс.

Синтезированы математические модели нелинейных элементов преобразователей "угол-параметр-код" с учетом параметров, влияющих на точность. Показана взаимосвязь моделей и установлены аналитические зависимости между точностными характеристиками для удобства их анализа и учета. Обоснована целесообразность использования имитаторов сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора при анализе данных о точностных и функциональных возможностях аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора. Синтезированы алгоритмы анализа данных о точностных характеристиках аналого-цифровых преобразователей сигналов вращающегося трансформатора.

Интеллектуальные системы контроля показателей качества электроэнергии стартовых комплексов требуют использования высокоточных средств измерения. В работе проводится анализ ряда известных способов повышения точности аналого-цифрового преобразователя сигма-дельта архитектуры, а также рассматриваются предложенные авторами способы повышения точности данного типа аналого-цифрового преобразователя в составе средств измерения наземных комплексов и бортового оборудования.

Разработана математическая модель, описывающая движение планирующего зонда в водной среде. Принято предположение о малости скоростей изменения управляющих параметров, позволяющее пренебречь влиянием присоединенных масс и моментами инерции.

Проведен анализ прецизионных аналого-цифровых преобразователей, показаны основные достоинства, недостатки и проблемы их использования. Обоснован комплексный подход к разработке, который позволяет получать эффективные решения задачи синтеза прецизионных аналого-цифровых преобразователей для информационно-измерительных систем ракетно-космической техники.

Рассмотрен процесс распространения света в многомодовом оптическом волноводе, который используется в волоконно-оптическом датчике давления. Рассмотрены уравнения Максвелла для упрощенной геометрии изгиба оптического волокна. Использованы методы статистического моделирования, например метод Монте-Карло, для расчета множества траекторий, опираясь на решение чисто геометрических задач нахождения точек пересечения и использования условий Френеля в случае рефрагирующей точки отражения или условия отражения от поверхности с двумя радиусами кривизны в случае туннелирующей точки отражения. Результат работы позволит эффективно спроектировать и смоделировать чувствительный элемент датчика.

Проектирование преобразовательных устройств (в частности, сварочных инверторов) связано с необходимостью выполнения требований по их электромагнитной совмести. Для решения этой задачи необходимо оценить спектральный состав фидерных токов преобразователя. На примере сварочного инвертора переменного тока частоты 30 кГц показан способ осуществления такой оценки путем компьютерного моделирования процессов в схеме. Достоверность полученной картины спектра выходного тока инвертора подтверждена результатами испытаний физического образца. Приведены зависимости, отражающие связь спектральной мощности и ширины спектра со скважностью импульсов тока. Показано, что в момент обрыва электрической дуги в спектре на частоте около 5 МГц появляются новые составляющие значительной амплитуды.

Описан принцип построения электромагнитной системы двухкоординатного датчика для измерения величины и направления смещения вала. Получены математические зависимости индуктивностей обмоток двухкоординатного датчика.

Рассматриваются способы анализа и построения модели джиттера с использованием метода сингулярно-спектрального анализа ("Гусеница").

Предлагается алгоритм поиска экстремума статической характеристики инерционного объекта по текущим измеренным значениям его входного и выходного сигналов с использованием рекуррентной процедуры метода наименьших квадратов, в результате которой оценивается коэффициент передачи объекта, а затем с использованием прямых методов поиска нуля функции находится его нулевое значение.

Представлен анализ уравновешенности двигателей внутреннего сгорания, созданных на основе кривошипно-шатунного механизма со сдвоенными кинематическими связями, проведена оценка уравновешенности рядных двигателей внутреннего сгорания с двумя коленчатыми валами.

Описывается методика проектирования [сигма][дельта]-модуляторов высоких порядков, основанная на аналитическом определении области значений коэффициентов обратной связи модуляторов для обеспечения устойчивого режима работы, расчета их значений с учетом допусковых значений и критерия минимума среднеквадратического отклонения шума квантования. Приводится пример проектирования [сигма][дельта]-модулятора третьего класса.

Рассмотрены основные методы автоматизированного проектирования, используемые в САПР автомобильных дорог на всех этапах разработки проекта. Проанализированы основные функциональные возможности ведущих САПР автомобильных дорог, выявлены их достоинства и недостатки.

Рассматривается алгоритм выделения пауз в речевом сигнале. Разработанный алгоритм основан на использовании теории активного восприятия, адаптированной к анализу речевых сигналов. Результаты проведенных экспериментов подтверждают возможность использования предложенного алгоритма для решения поставленной задачи.

Рассматривается механизм удаления облоя с полимерных деталей при низкотемпературной объемной обработке в контейнерах с планетарным вращением. Разработана методика назначения технологических режимов и прогнозирования результатов обработки на основе динамических характеристик взаимодействия рабочих тел с полимерными деталями.

Рассмотрены вопросы аппроксимации сигналов и функций сложной формы по экстремумам на основе разложения на знакопеременные составляющие. Показано, что на основе аппроксимации "колокольными импульсами" могут быть определены спектральные, времячастотные и другие характеристики сигналов, что является основой ее применения в технических системах.

Разработана информационно-измерительная система мониторинга качества электрической энергии. Система позволяет как измерять, так и корректировать коэффициенты гармонических искажений по току и напряжению.

Описана цифровая система фазовой синхронизации с равномерной дискретизацией и аналогово-цифровым преобразованием до петли фазовой автоподстройки. На основе метода D-разбиения определены области асимптотической устойчивости рассматриваемой системы третьего порядка. Выявлены области значений параметров k[1], k[2], k[3], при которых все корни характеристического уравнения линейного приближения рассматриваемой дискретной нелинейной системы на комплексной плоскости находятся внутри единичной окружности.

Предложены декомпозиционные математические модели резонансного вентиля и циркулятора на магнитных нанокомпозитах. Математические модели построены при помощи автономных блоков в виде прямоугольных параллелепипедов с диэлектрическими наносферами и магнитными частицами (строгая модель) и эффективных значений компонентов тензора магнитной и скаляра диэлектрической проницаемостей (упрощенная модель). Наблюдается хорошее совпадение результатов моделирования, полученных при помощи строгой и упрощенной моделей.

Предложен универсальный способ реализации компенсатора типовыми звеньями промышленных контроллеров за счет их последовательного соединения. Рассмотрено влияние вида передаточной функции возмущающего воздействия на переходный процесс.

Изучено влияние нагрузки на гармонический состав тока и напряжения в основной сети электроснабжения. Выявлены источники, которые вызывают искажение кривых тока и напряжения, и получены соответствующие гармонические спектры.

Предложен метод расчета операционных усилителей на основе использования топологических графов, что позволяет резко сократить объем вычислений за счет перехода от принципиальных электрических схем узлов средств измерений непосредственно к графам и к функциям преобразования.

На основе теории непрерывно-дискретных систем предложена методика синтеза [сигма][дельта]-АЦП с многоуровневым ЦАП на основе широтно-импульсного модулятора, отличающихся высокой линейностью преобразования. Приведены результаты имитационного моделирования.

Предлагается методика применения параметрического спектрального анализа, в основе которой лежит рекуррентная процедура метода наименьших квадратов. В основе рекуррентного метода предложено применить расчетные параметры средства измерений, что сокращает объем вычислений.

Предложена коррекция реальной траектории движения планирующего зонда, позволяющая осуществлять движение с отклонением от заданной траектории, не превышающим заданного значения. Исследованы погрешности определения текущих координат планирующего зонда измерительным блоком информационно-измерительной и управляющей системы. Проанализированы погрешности управления, приводящие к отклонению реальной траектории движения от заданной. Сформированы требования к инструментальным погрешностям датчиков измерительного блока.

Представлены результаты исследования характеристик режущего инструмента, модифицированного воздействием низкотемпературной плазмы, позволившие определить условия для его наиболее эффективного практического использования.

Проведено исследование погрешностей селектора октантов, входящего в структуру АЦП сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора. Изложены основные принципы и особенности работы селектора октантов. Получены и представлены аналитические зависимости погрешностей. Даны рекомендации по использованию данных зависимостей при метрологическом обеспечении производства. Предложен способ повышения точности работы селектора октантов.

Приводится расчет магнитной силы в воздушном зазоре электрической машины любого типа на основе введения понятия эквивалентного тока.

Разработана новая конструкция волоконно-оптического датчика давления на туннельном эффекте, технологический процесс сборки которого упрощен в сравнении с базовой конструкцией, в два раза уменьшены габаритные размеры.

На основе теории непрерывно-дискретных систем предложена методика синтеза [сигма][дельта]-модулятора с многоуровневым ЦАП на основе широтно-импульсного модулятора, отличающегося высокой линейностью преобразования и низким уровнем флуктуационного шума. Приведены результаты имитационного моделирования.

Рассматривается механизм обеспечения единого времени, описывается его формальная модель, выводятся оценки времени распространения маркеров времени. Рассматривается работа в условиях сбоев в сети и приведено сравнение с результатами имитационного моделирования.

При исследовании волновой динамики автомобильных дорог предлагается использовать математическую модель для оценки собственных частот колебательной системы, состоящей из абсолютно твердой пластины, укрепленной на пружинах, математические модели дорожного полотна для исследования стационарных колебаний и при воздействии импульсных возмущений.

Проведены исследования радиофизических характеристик образцов Ni-Zn-ферритовых радиопоглощающих материалов, полученных по различным технологическим режимам. Установлено влияние микроструктуры на радиофизические характеристики испытуемых материалов.

Рассматривается процесс формирования шероховатости деталей, поверхности которых образуют закрытые зоны при объемной обработке. Исследовано влияние геометрических характеристик рабочего тела на обрабатываемость труднодоступных зон. Проведены экспериментальные исследования равномерности центробежно-планетарной обработки сложнопрофильных деталей.

Рассматривается метод определения длительности переходного процесса в [сигма][дельта]-АЦП с [дельта]-модулятором высокого порядка, находящимся в режиме хаотических колебаний. Приводятся математические модели, уравнения для расчета переходных процессов, результаты исследования и рекомендации по выбору оптимальных параметров структуры.

Разработана модель вибрационной обработки сменных многогранных пластин режущего инструмента с центральными отверстиями при использовании кассетного барабана, свободно размещенного в рабочей камере. Получены зависимости, позволяющие определять время обработки для получения требуемого радиуса округления режущих кромок сменных многогранных пластин при соответствующих режимах и условиях вибрационной обработки или задавать эти параметры для конкретного станка, обеспечивая минимальное время обработки.

Представлены теоретические и экспериментальные исследования возможных вариантов формирования крутящего момента в гибридных и комбинированных силовых агрегатах с улучшенными экономическими и экологическими показателями.

Рассмотрены тензопреобразователи давления на основе керамики и полупроводникового чувствительного элемента со структурой кремний на сапфире. Проведены исследования нелинейности и вариации выходного сигнала, температурного дрейфа керамических преобразователей с использованием различных видов керамики. Температурная погрешность керамических тензопреобразователей оказалась существенно ниже, чем у серийно выпускаемых преобразователей давления, а точности керамических и серийно выпускаемых тензопреобразователей сравнимы.

Приводится описание автоматизированной системы аппроксимативного корреляционно-спектрального анализа случайных процессов, с помощью которой осуществляется моделирование случайных процессов с заданным видом корреляционной функции, аппроксимация корреляционных функций и спектральных плотностей мощности ортогональными функциями Бесселя, оценка по параметрам модели обобщенных корреляционно-спектральных характеристик.

Рассмотрены вопросы моделирования посредством программы LS-DYNA деформационного процесса сварки взрывом пластин и соединения волокон и матрицы. Определены параметры сварки взрывом. Исследована микроструктура биметаллических и армированных образцов. Выполнено сравнение результатов моделирования и экспериментов.

Описывается метод синтеза многофазных автономных инверторов напряжения на основе использования генетических алгоритмов. Задача синтеза решалась по критерию минимума коэффициента несинусоидальности выходного напряжения автономных инверторов напряжения со ступенчатой модуляцией. Целью работы является автоматизация процесса поиска новых схемных решений в данном классе преобразовательных устройств.

Рассмотрены основные теоретические проблемы анализа и синтеза интегрирующих измерительных преобразователей гетерогенной структуры, относящихся к нелинейным разомкнутым и замкнутым импульсным системам. Анализируется возможность применения теории непрерывно-дискретных систем для синтеза измерительных преобразователей неоднородной структуры.

Рассматривается способ создания сегнетокерамических покрытий газодинамическим напылением на токопроводящих поверхностях. Предлагается модернизация существующей установки газодинамического напыления при использовании в качестве шихтового материала сегнетокерамики. Производится оценка физико-механических и электрофизических свойств создаваемых покрытий.

Задача управления процессом ресайклинга решается путем минимизации расхода энергии на поддержание рабочего процесса при условиях постоянства производительности и минимального контактного взаимодействия рабочих органов с обрабатываемой средой.

Приводится описание декомпозиционного джоульметрического метода с воздействием разнополярными импульсами тока различной амплитуды на объект исследования и его применение для контроля состояния биологических объектов. Рассматриваются принципы построения джоульметрических информационно-измерительных систем и дается описание джоульметрического комплекса, применяемого для оценки состояния биологических тканей и жидкостей человека.

На основе анализа механизма возникновения погрешности от краевых эффектов в интегрирующих АЦП проведена систематизация структурно-алгоритмических методов ее снижения. Предложены методы ее полной компенсации путем введения поправок в цифровом, аналоговом и аналого-цифровом виде. Рассмотрены варианты схемной реализации интегрирующих АЦП, свободных от погрешности от краевых эффектов.

Проведены экспериментальные исследования остаточных напряжений в сплошных цилиндрических деталях и цилиндрических деталях с отверстием в условиях концентрации напряжений после гидродробеструйной обработки. Показано, что критерий среднеинтегральных остаточных напряжений может быть использован для прогнозирования предела выносливости упрочненных деталей различного диаметра.

Теоретически исследован один из возможных механизмов уменьшения поверхностного слоя Mn-Zn ферритовых материалов, связанный с процессом диффузионного расплывания зон Коттрелла в условиях ультразвукового воздействия. Показано, что коэффициент акустостимулированной диффузии определяется темпом диссипации энергии, а также числом добавочных перескоков атомов примесной атмосферы за период ультразвуковой волны. Установлено, что диффузия примесной атмосферы может сопровождаться частичным или полным откреплением дислокаций, в результате чего уменьшается величина локального модуля Юнга и, как следствие, хрупкость поверхностного слоя феррита.