Разработка корабельной автоматизированной системы контроля и диагностики аккумуляторных батарей дизель-электрических подводных лодок

• Автор: Савченко, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 180 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ И СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

1.1. Обзор основных составляющих корабельной энергетической системы

1.2. Электрохимические характеристики и процессы в аккумуляторных батареях.

1.2.1. Конструкция АБ

1.2.2. Электрические характеристики АБ.

1.2.3. Режимы АБ.

1.3. Анализ существующих методов и средств контроля и

диагностики АБ.

1.3.1. Диагностика АБ по разряднозарядному циклу

1.3.2. Диагностика АБ по внутренним параметрам батареи.

1.3.3. Диагностика АБ на форсированном температурном цикле
1.3.4. Контроль заряженности по напряжению АБ
1.3.5. Контроль заряженности АБ при помощи импульсного разряда
1.3.6. Учет полученного и отданного батареей количества электричества.
1.3.7. Поэлементный контроль состояния АБ
1.3.8. Комбинированный метод контроля параметров АБ
1.4. Постановка задач автоматизации процесса эксплуатации свинцовокислотных АБ ДЭПЛ
Выводы по главе
ГЛАВА 2.КОМПБЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АБ.
2.1. Анализ существующих моделей АБ
2.2. Синтез компьютерной модели АБ.
2.3. Математическое описание компьютерной модели АБ
2.4. Методика автокоррекции канала определения плотности
2.5. Методика имитационного моделирования режимов работы АБ
2.5.1. Имитация режимов работы АБ заряд, разряд, хранение
2.5.2. Имитация нештатных ситуаций.
2.5.3. Имитация влияния работы системы механического перемешивания электролита на АБ.
2.5.4. Моделирование влияния работы системы водяного охлаждения на АБ
Выводы по главе 2.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ АБ. УТОЧНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ АБ
3.1. Математический аппарат статистической обработки данных в системе контроля параметров и диагностики состояния АБ.
3.1.1. Предварительная обработка данных
3.1.2. Дисперсионный анализ и гистограммы распределения А и
3.1.3. Корреляционный анализ процессов заряда и разряда
3.1.4. Сравнение параметров отдельных элементов
3.1.5. Сравнение ЭДС элементов при холостом ходе.
3.2. Уточненный метод определения текущей и остаточной
емкости АБ
3.3. Адаптация метода оценки плотности электролита аккумулятора и уточнение компьютерной модели АБ
3.3.1. Определение плотности электролита аккумулятора в процессе разряда АБ.
3.3.2. Адаптированный метод оценки плотности электролита аккумулятора к применению для режима заряда АБ.
3.4. Модифицированный метод определения концентрации серной
кислоты на базе потенциометрических измерений
Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ МОНИТОРИНГА И ИМИТАЦИИ АБ.
4.1. Реализация автоматизированной системы контроля параметров и диагностики состояния АБ.
4.1.1. Проектирование многоуровневой архитектуры системы.
4.1.2. Разработка канала измерения тока
4.1.3. Создание программного обеспечения.
4.2. Создание компьютерной обучающей программы СКД АБ
4.3. Разработка тренажера СКД АБ и имитационное моделирование АБ.
4.3.1. Имитация устройства контроля уровня и температуры АБ
4.3.2. Имитация системы механического перемешивания электролита АБ
4.3.3. Имитация системы водяного охлаждения АБ.
4.3.4. Имитация устройств контроля параметров аккумуляторов
4.3.5. Программное обеспечение управления тренировкой
4.3.6. Межуровневый обмен данными в тренажере
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Кроме этого, в главе раскрыта методика имитационного моделирования режимов работы АБ, позволяющая моделировать значения контролируемых параметров АБ в соответствии с их изменениями, происходящими в реальных аккумуляторах, используемая в компьютерной обучающей программе СКД АБ при подготовке специалистов электромеханической боевой части экипажа ПЛ. Третья глава посвящена развитию существующих и созданию новых методов контроля параметров и диагностики состояния АБ и вопросам экспериментальной проверки компьютерной модели на адекватность реальному объекту, и ее последующему уточнению. Выработаны основные аспекты статистической обработки данных в процессе разряда и заряда АБ, применяемые в анализаторе состояний КМ АБ, для определения остаточного ресурса и диагностика состояния АБ. АБ автором предложены уточненный метод определения текущей и остаточной емкости АБ, адаптированный метод оценки плотности электролита аккумулятора к применению для режима заряда АБ и метод определения концентрации серной кислоты на базе потенциометрических измерений. Четвертая глава посвящена программной реализации компьютерной модели АБ, методов контроля ее параметров, проектированию первичных преобразователей и основных узлов СКД АБ, а также созданию компьютерной обучающей программы и тренажера СКД АБ для экипажа ПЛ. Автором предложены схемотехнические и алгоритмические решения построения токового канала, позволяющие определять значение тока в эксплуатационном диапазоне его изменения с требуемой точностью в условиях электромагнитных помех, созданных корабельными комплексами. Приведена трехуровневая функциональноалгоритмическая структура СКД АБ с иерархическим подчинением каждого уровня, позволившая автоматизировать процесс эксплуатации АБ в режиме реального времени и интегрировать СКД АБ в КСУ ТС Лена. Алгоритмическая насыщенность программного обеспечения СКД АБ, обусловленная технологическим процессом эксплуатации АБ, требует от оператора ЭВМ верхнего уровня достаточно глубоких знаний в области эксплуатации АБ, пользовательского интерфейса и алгоритмических особенностей программного обеспечения СКД АБ. В связи с этим в конце главы рассмотрены основные аспекты связанные, с созданием компьютерной обучающей программы и тренажера СКД АБ, в которых реализована предложенная автором методика имитационного моделирования АБ. В заключении приведены основные выводы по диссертации. В приложениях представлены алгоритмы работы ЭВМ, БОИ, УКПА, свидетельства о регистрации ПО, патент и сертификат на СКД АБ. ГЛАВА 1. Электроэнергетическая система дизельэлектрических подводных лодок. Проект первой в мире дизельной лодки Минога выполнен И. Г. Бубновым в начале г. Энергоустановка ПЛ, спущенной на воду в г. Нобеля в Петербурге, электродвигателя и аккумуляторной батареи. Дизели и электродвигатель были установлены в линию и работали на один гребной винт. Все моторы соединялись с гребным валом с помощью разобщительных муфт, поэтому по желанию капитана вал мог подключаться к одномудвум дизелям или электромотору. Электродвигатель мог работать как генератор, приводимый во вращение одним из дизелей, и заряжать АБ. В конце х годов построены экспериментальные ПЛ с единым двигателем для подводного и надводного хода, но прообраз электроэнергетических систем современных ДЭПЛ сложился в России уже в начале XX в. Корабельная энергетическая система КЭС является важнейшей составной частью ПЛ и ее надежное функционирование обеспечивает большинство тактикотехнических характеристик ПЛ, а также решение боевых задач . Сформировавшийся облик КЭС ДЭПЛ третьего поколения приведен на рис. Основным источником электроэнергии является АБ. Рис. КЭС ДЭПЛ третьего поколения. Переход ДЭПЛ на полное электродвижение первичные двигатели не имеют механической связи с гребными винтами был предопределен следующими преимуществами снижением частоты вращения линии гребного вала, повышением частоты вращения дизельгенератора ДГ и снижением его массогабаритных параметров, сокращением длины линии вала, простым и быстродействующим реверсированием, повышением экономичности на частичных режимах работы.