综合误差（精选10篇）
综合误差 篇1
综合录井尤其是气测录井作为石油天然气勘探开发过程中发现油气的重要手段之一, 具有随钻检测、即时分析、快速灵敏反映地下油、气、水等信息的优点。但在综合录井资料的解释应用过程中需要对气测录井深度进行归位, 而其深度归位误差是指现场采集的深度数值与归位后对应电测资料深度的差值。
录井解释评价过程中, 影响迟到深度准确计算的因素很多, 如录井测量井深、钻井液泵效、钻井液性能、真实环空体积、油气上窜速度、岩石密度与破碎程度、气测管线延迟时间、实测方法等。本文主要针对钻井井深测量过程中所产生的误差进行分析并找出解决办法。
1 录井深度测量原理
录井深度测量系统均采用深度即时跟踪、计算和校正迟到时间并记录井下信息。深度测量多是利用安装在钻机的绞车滚动轴端上的绞车传感器来获得绞车滚筒转动带动大绳的运动状态, 跟踪大钩的运动方向和运动距离, 同时利用大钩负荷传感器获得大钩的轻重载状态, 通过综合录井仪采集软件的综合判断、识别和计算处理, 进而得到大钩的高度和下井钻具的长度及钻头所处的位置。
实际钻井深度 (钻进条件下的钻头位置) 是钻头人井后在钻井条件下, 钻具受到重力作用拉伸变形、钻压怍用压缩变形以及井下地层高温作用下膨胀变形后钻头所处的地层埋藏深度。
2 井下钻具的状态及钻头位置影响
钻进过程中, 钻具在不同状态下受到以下几种作用:
(1) 钻头未接触井底时, 钻具自重的拉伸与钻井液浮力作用;
(2) 钻头接触井底或井壁时, 钻井加压时地层对钻具支撑力的减拉伸或压缩与钻井液浮力作用;
(3) 根据地质学原理, 地层随埋深增加温度升高, 地层高温作用下的钻具膨胀作用。这些作用使钻具发生形变, 进而影响到钻井状态下钻头所处井下位置即钻井深度的测量。
2.1 井下钻具的受力形变影响
上述 (1) 和 (2) 作用都是力学因素作用, 杆件在轴向受到力的作用时其弹性形变遵循胡克定律变化, 在外力的作用下, 钻具处于拉伸、减拉伸或压缩状态, 在弹性范围内杆件的形变为弹性形变。K为形变系数, 即某一深度时载荷变化引起的井下钻具长度变化量/ (载荷变化量×钻具长度) 。因此, 可以由公式 (l) 得到在垂直井井下受到自重、钻压及钻井液浮力作用下的钻具形变量。
对直井下井钻具状态分析可知, 井下钻具的受力分为3种代表性的状态 (图1) : (1) 井筒内无钻井液情况下, 钻具半触井底半悬吊的状态 (图la) ; (2) 井筒内无钻井液、钻头未触井底情况下钻具状态 (图lb) ; (3) 在钻井状态下, 井筒内充满钻井液, 并施加钻压, 钻具受到自重拉伸、施加钻压时产生的井底地层对钻具的支撑力和钻井液浮力作用的状态 (图lc) 。
对图1具体的分析如下:
转盘面是钻搡深度资料的基准点, 所以钻具的伸长以转盘面为参照取竖直向下的钻头方向为正方向。首先分析直井的井下钻具在无钻井液的情况下的载荷情况。根据T程力学和材料力学原理, 井下钻具在不同钻压下, 理论上它已经发生了形变。在不考虑井筒内钻井液浮力的情况下, 当大钩下放钻具使其处于半悬挂半接触井底时 (图la) , 钻具受拉力和钻压相等, 此时钻具的拉伸和压缩抵消, 钻具为自然长度, 无变形。
钻具不接触井底且不考虑钻井液浮力时钻具的受力解析 (图lb) , 有了图la的钻具无形变状态, 参照此状态探讨载荷变化。该状态下致钻具形变的载荷变化大小为此时的钻具受到的拉力与平衡点受到拉力的差;同理, 当将钻具重量全加在钻头上时, 载荷变化大小为, 钻具受到自重力和地层的支撑力作用处于压缩状态。由此, 悬挂的钻具在井下未接触井底时受到的拉伸作用力为钻具自重的二分之一。所以全悬挂和全压接触井底时, 载荷变化量为二分之一钻具自重, 作用效果分别为拉伸和压缩。
实际钻井条件下钻具的受力分析 (图l c) , 根据矢量叠加原理, 致钻具形变的载荷变化大小为W/2写钻井液对钻具的浮力及地层支撑力 (等于钻压) 的差, 即钻具除了受自重力的拉伸作用, 还受到施加钻压的减拉伸和钻井液浮力的减拉伸作用。
综上所述, 在直井钻井作业时, 钻具井下受力情况是, 施加钻压 (地层对钻具的支撑力) 和钻井液的浮力均可减小钻具自重力的拉伸负荷, 起减拉伸作用, 故此时的钻具形变载荷变化量应为钻具自重的二分之一减去钻压和钻井液浮力, 由上述分析可知, 井下钻具满足杆件的弹性形变, 变化规律遵循胡克定律。
2.2 井下工具的高温作用形变影响
地质学原理讲到地球内部温度分为3层, 外热层、常温层和内热层。外热层位于地表0~15m之间, 受地面环境温度影响而变化;常温层位于距地表面15~20m处, 温度相对恒定, 为当地年平均气温;内热层温度随深度增加而逐渐增加, 具有一定的规律, 大约每增加100m, 温度增加3℃。如果地区年平均气温为4.2℃, 地温梯度偏高, 通常井深每加深100m, 井底温度增加大于3℃, 而且不同地区也存在差异, 考虑到普遍规律, 取地温梯度为3℃/100m (对于具体的井, 可根据该井区的实际地温梯度) 。由于地下与地面存在着如此大的温差, 高温作用会使钻具产生膨胀伸长。依据材料力学理论, 杆件在温度变化时发生膨胀作用, 在不同的环境温度下, 钢材热膨胀系数不同, 变形也不同。
3 结论与认识
通过上述分析和实践操作, 得出以下结论:以往直井录井深度采集系统未考虑钻井作业中钻具受力及温度导致的误差, 这些误差可以通过井下钻具形变系数的计算和校正公式给予校正。校正后的深度更能客观地反映钻头的实钻深度, 为录井资料解释评价提供更为准确的基础数据。
参考文献
[l]大港油田气测井读本编写组.气测井读本[M].北京:石油工业版社, 1976
[2]王群, 地球物理测井概论[M].北京:石油工业出版社, 20
综合误差 篇2
捷联惯导误差分析与误差补偿
通过误差分析,讨论了各种误差源对捷联惯导系统的影响.根据惯导系统精度要求,确定了惯性测量元件最大允许误差,从而为选择合理的传感器确定了理论依据.这些传感器组成的惯性测量元件需要经过标定实验来确定系统误差补偿模型中的系数.误差补偿后,通过均匀设计法得到系统精度,满足了精度要求.
作 者：刘勤 刘莉 祁载康 LIU Qin LIU Li QI Zai-kang 作者单位：北京理工大学,机电工程学院,北京,100081刊 名：北京理工大学学报(英文版) EI英文刊名：JOURNAL OF BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLOGY年，卷(期)：11(2)分类号：V249.32关键词：误差分析 捷联惯导 均匀设计方法 标定实验 error analysis strapdown inertial navigation system uniform design method calibration test
综合误差 篇3
【关键词】浅谈；降低；电能计量装置；综合误差
0.引言
电能计量装置的综合误差是追补电量的重要依据，近年来，随着市场经济的发展，商业化运营的管理，内部模拟市场的推广，对电能计量准确性越来越重视，各计量点的电能计量装置的综合误差就显得尤为重要。
1.电能计量的现状
电能计量的准确性一般主要涉及到计量的盲点、计量设备的准确性、抄表以及反窃电等一系列问题，其主要的现状如下：
（1）关口电能表在结构和功能上存在缺陷，普遍采用国产三相两元件感应式电能表。
（2）高压出线侧不具备电能计量的条件。这是主要由于电力单位的供电量是按发电机出口电量减去厂用电量来综合考核的，但是考虑到实际情况如不少电厂的高压出线侧没有电能计量装置，而主要的计量点设在发电机出口，最终就不能很好地准确计量关口电量。
（3）关口表现场校验方法不合理，并且电压互感器的二次导线压降引起的计量误差较大。
2.电能计量装置的综合误差分析
2.1电能表选型及使用不当引起的误差
电能表选型不当极易引起误差，为了保证电能计量装置准确地测量电能，必须按照《电能计量装置技术管理规程》的要求，合理选择电能表的型式、基本电流、最大额定电流以及准确度等级。
2.2电能表产品误差
产品质量是保证误差的关键。
2.3电压互感器二次导线压降引起的误差
电压互感器的负载电流通过二次连接导线及串接点的接触电阻时会产生电压降，这样加在电能表上的电压不等于电压互感器二次线圈电压，因此会产生计量误差。
2.4电流互感器选用不当引起的误差
由于一次电流通过电流互感器一次绕组时，要使二次绕组产生感应电动势，必须消耗磁，使铁芯产生磁通。电流互感器的误差是由铁芯所消耗的励磁安匝引起的。电流互感器误差取决于互感器的比差、角差，而比差、角差又与外接负载阻抗Zb、铁芯抗角α，铁芯损耗电量角?有关。由互感器电流特性曲线、负荷特性曲线和误差特性，二次负荷要控制在25%～100%之间，一次电流为其额定值60%左右，至少不得低于30%，才能使其在最优状态，从而降低电流互感器误差。
接入电流互感器的二次负荷包括电能表阻抗、接触电阻。现在电子表的大量使用，其二次负荷远低于机械表，多数不到1VA，互感器实际二次负荷小于额定二次负荷的1/4，这样就会发生运行中的电流互感器超差的情况。
3.降低电能计量装置综合误差的措施
3.1采用复合变比电流互感器自动转换计量装置
对负荷电流长期运行在电能表额定负荷20%以下的线路，可安装复合变比电流互感器自动转换计量装置，与复合变比电流互感器配套使用，通过在线检测，确定线路运行电流的大小，经识别比较后，发出指令，命令计量装置在大变比运行还是在小变比运行，以提高电能表的计量准确度。
3.2减小电压互感器二次回路压降
（1）设置计量专用的二次回路。
（2）对10kV侧计量可将电能表装在靠近PT的开关室这样可大大缩短二次导线长度。
（3）加粗电压互感器二次导线截面，减少接点接触电阻。
（4）减小负载，以减小回路电流，从而减小回路压降。
3.3对接入中性点绝缘系统的电能计量装置
应采用三相三线制电能表，其2台电流互感器二次绕组宜采用四线连线；对三相四线制的电能计量装置。其3台电流互感器二次绕组与电能表之间宜采用六边线。如采用四线连接。若公共线断开或一相电流互感器极性相反，会影响计量。且进行现场检验时，采用单相法每相电流互感器二次负载电流与实际负载电流不一致，给测试工作带来困难。且造成测量误差。
3.4开展计量装置综合误差分析
把投运前电流、电压互感器合成误差、电压互感器二次回路压降误差通过计算形成数据表。在每次的周期校验时，都可以对照各项数据配合电能表进行调整，使计量综合误差达到最小。同时，按规程规定做好电能表、电流互感器、电压互感器进行周期检验和轮换工作。
3.5对互感器误差进行调整
电能计量综合误差的大小主要决定于电能表本身的误差、互感器的合成误差和二次回路的压降误差引起的整体误差，由于综合误差是这三者的代数和，因此通过它们大小、符号的配合可使整体综合误差减小；而且互感器的合成误差还与选用的互感器的比差、角差的大小、符号有关，即互感器的选用也存在合理组合问题。现场的具体情况，对运行中的电流互感器、电压互感器进行误差补偿，使其误差尽可能地减小，甚至小到可以忽略。
3.6经常检测电流互感器倍率和计量回路
有些窃电户为了少交电费，往往私自将原装的电流互感器更换为较大倍率的电流互感器，甚至仍装上原来电流互感器的铭牌。在检查时，应注意电流互感器的实际倍率是否与铭牌相一致。检查电流互感器的一次回路或二次回路是否短接、二次回路是否伪接或开路、二次端子的极性或换相是否错接；对于多变比的穿心互感器，还应注意穿心匝数等。对电压互感器，应检查其接线的正确与否，防止虚接、伪接与二次回路的开断以及换相错接等。
3.7合理确定电流互感器额定一次电流及其二次负荷
电流互感器额定一次电流的确定，应保证其在正常运行中的实际负荷电流达到额定值的60%左右，至少应不小于30%，否则应选用高动热稳定电流互感器以减小变比。通过合理选择电流互感器额定一次电流，使电流互感器运行在最优状态，从而降低电流互感器误差。
3.8完善计量装置
选择专业大厂生产的高精度、稳定性好的多功能电能表。由于电子技术的发展，现在多功能电子表已日趋完善，其误差较为稳定，且基本呈线性。一只多功能电子表可同时兼有正、反向有功，正、反向无功四种电能计量和脉冲输出、失压记录、追补电量等辅助功能，且过载能力强、功耗小。对Ⅰ、Ⅱ类用户应采用全电子式电能表。专业大厂生产的多功能电能表在元器件材料、设计技术水平、质量检验均有较高要求，是实际使用的首选。然而，在选择时应注意电能表标注的使用条件。
4.结束语
电能计量装置作为考核主网线损的重要依据，是电力系统走向市场的重要保证。因此必须认真做好电能计量工作，提高电能计量装置的准确性，真正做到电能计量公平合理，为发供用电各方提供可靠依据。 [科]
【参考文献】
[1]蔡春球，张有顺.关于电能计量误差的管理分析.宁夏电力，2008（11）.
[2]付秀华.电能计量装置误差原因分析.黑龙江科技信息，2009（01）.
[3]戴军.电能计量装置的综合误差分析及改进措施.内蒙古电力技术江，2008（02）.
综合误差 篇4
数控机床是高端装备制造的重要组成部分，为保证零件的加工质量，提高生产效率，国内外制造企业普遍采用多轴机床高速加工的方法进行零件加工。然而，ISO标准中对于机床的精度校验仅限于静态或低速条件下的几何精度和定位精度，尚未制定多轴机床工作条件下动态精度的测试规范，无法校验多轴机床的加工性能[1]。零件的加工精度受机床静态误差和动态误差两方面的影响，由于缺乏机床动态因素的测试方法，大型关键结构件的加工精度控制成为难点。多轴高速加工与普通数控加工有很大不同，美国佛罗里达大学加工研究中心通过试验发现，高速加工中心中动态因素引起的表面误差（SLE）对工件精度的影响远大于静态几何误差和热误差对工件精度的影响[2]。文献[3,4]研究了高速加工的薄壁件铣削稳定性问题并指出，若加工参数控制不当，加工过程中动力学参数的微小变化就可能产生超过工件容许的误差。
因此，仅研究数控机床的几何精度已经很难满足高速高精度的加工要求。近年来，国内外学者开始致力于建立机床运动机构的动态模型。周勇等[5]研究了具有高速度和高加速度的进给驱动机构动力学行为，根据其动力学特性开发了拥有我国自主知识产权的机床伺服控制方法和数控运动指令。Zhang等[6]建立了高速机床主轴系统动力学模型，通过高速车削中心的性能试验验证了理论建模的正确性。Ding等[7]研究了高速铣削动力学中的稳定性问题，对铣削过程的再生效应进行了深入探讨。上述研究工作为实现机床的动态误差预测奠定了基础。高速高精度机床的动态加工过程是机床机械、伺服、刀具切削等的整体联动过程，为精确描述零件的铣削精度，不仅要考虑静态的机床部件几何误差，而且要对各运动机构的动态行为进行研究，综合分析各因素叠加在机床加工精度上的影响。
1 多轴高速机床完整运动链系统建模
1.1 机床加工误差源分析
五轴联动机床的加工误差来源包括几何误差、热变形误差、伺服控制系统误差以及载荷误差四大类[8]，如图1所示。其中，几何精度、定位精度通常是在没有切削载荷、机床不运动或运动速度很低的工况下检测的，一般称为静态精度。静态精度主要取决于机床上的零部件制造与装配精度，如主轴及其轴承、丝杠螺母、齿轮、床身、箱体等，为保证加工出的零件能达到所需的精度，我国对各类通用机床都制订了静态的检测标准，尤其是多轴高速机床，其部件制造和检测标准近乎苛刻，一定程度上保证了机床的有效精度。静态精度只能在有限层面上反映机床的加工精度。在实际工作状态下，还有一些因素会影响工件加工精度，如工作中机床零部件会产生热变形，在切削力作用下机床、工件产生的振动和变形等。在实际切削条件下，在载荷、温升、振动等因素作用下机床精度发生变化，这些因素称为机床的动态因素。研究表明，多轴机床高速铣削时切削力较小，切削时会带走大量的热，高速机床的动态误差主要是切削过程中机械、控制系统的整体联动产生的，机床的基本运动结构以及伺服系统各轴的协调能力与性能是影响机床动态精度的主要因素[9]。
1.2 机床机械伺服运动系统建模
图2所示是机床机械、控制系统联动仿真模型，包含位置环节、速度环节、电机环节和机械环节，各基本环节可用传递函数中相应的比例、积分或微分函数表示。对于单轴伺服运动，输入的机床运动指令经位置环节、速度环节、电机环节，最终驱动机械环节。
根据零件的数控加工工艺，可计算出各轴运动的位置指令P(X,Y,Z,A,B），然后由伺服进给系统以这些控制点序列为目标进行随动跟踪控制。运动仿真模型输入各运动轴的理想后置指令，得到实际的输出轨迹，实际轨迹与理想轨迹的轮廓跟踪误差可表示为
其中，表示五坐标运动轴的速度，Kpp表示位置增益，由于进给伺服系统的存在，动态轨迹误差不可避免，但通过改变动态参数对跟随误差进行分析，可更好地控制数控机床的加工精度。各运动轴参数的不匹配以及机械、电气运动的不协调都将产生过大的跟随误差，并导致轮廓误差的产生，最终表现为产品精度得不到有效的控制。
1.3 机床加工误差关键动态因素遴选
高速加工中心中由动态因素引起的表面误差对工件精度的影响远大于静态几何误差和热误差，动态误差主要是由切削过程中机械、控制系统的整体联动而产生的，机床的基本运动结构以及伺服系统各轴的协调能力与性能是影响机床动态精度的主要因素。然而，机床动态误差因素众多，如何遴选机床关键影响因素成为误差分析的重要步骤。在图2所示的进给伺服系统仿真模型中改变系统各动态参数，进行阶跃响应测试，对比发现各轴位置环、速度环、加速度对机床伺服系统的动态性能影响较大，图3和图4所示分别为改变位置环比例增益和速度环比例增益后机床动态响应的改变路径。
从图3和图4可以看出：(1)位置环比例增益决定了进给伺服系统的响应性能，它对进给伺服系统的响应性能有很大的影响。增大位置环比例增益，可以提高系统的响应性，缩短系统的定位时间，有利于减少外部因素干扰的影响，减小系统的稳态误差，提高系统的控制精度。但过高的增益则会导致超调量增大，容易引起零件的过切。(2)提高速度环比例增益，可以提高进给伺服系统的动态响应速度，有利于提高高速加工中的定位性能，进而提高工件的表面质量和尺寸精度，但速度环比例增益过大，则可能会引起系统振荡；速度环比例增益过小，则可能导致系统的超调量增大。因此，在数控机床驱动机构不产生振动的范围内，速度环比例增益的设定值应越大越好。
2 动静态因素耦合下的零件铣削型面
2.1 机床多体运动学模型
数控机床中各运动轴的轨迹、刀具的运动位姿是由实时的各轴轨迹联动构成的，而各轴的实时轨迹是由各运动轴理想轨迹和实际轨迹误差叠加构成的，可依据多体运动学耦合得到。以图5所示的刀具AB两摆机床拓扑结构为例，其建模流程如下。
(1）依据多轴数控机床的拓扑结构，用低序列体阵列来描述机床各部件的关联关系。首先设定惯性参考系，设固定不动的工件参考系为B0，远离B0的方向按自然增长数列，依次为各体编号，低序列矩阵可以通过计算得到。任选体Bj为系统中任意典型体，体Bj的n阶低序体的序号定义为
其中，L为低序体算子，称体Bj为体Bi的n阶高序体，满足下式：
初始条件为
根据以上定义，可以计算出机床的各阶低序
(2）采用齐次列阵表示各体的位置和矢量姿态。在多体系统中建立广义坐标系，用4×4阶齐次方阵表示相邻两物体间在广义坐标系中的位置坐标和姿态方位的变换。多体系统在理想条件和实际条件下的静止状态、运动状态的体间相对位置和姿态变化可以通过运算该4×4阶齐次方阵来实现，从而完整地描述出刀具的实际运动轨迹以及工件型面切削下的误差分布。
(3）计算刀具体在工件子坐标系中的位置和姿态，完整地推导出刀具在有误差运动机床下的成形约束方程。
刀具成形点的成形函数为
位置误差为
姿态误差为
式中，方阵T为机床相邻部件的体间静止、运动特征矩阵；T(R）为体间静止、运动角误差特征矩阵；Pt为实际加工点在刀具坐标系中的齐次坐标；Pw为理想加工点在工件坐标系中的齐次坐标；Vw为实际加工中刀具姿态矢量在工件坐标系中的齐次坐标；Vt为理想加工中刀具姿态矢量在工件坐标系中的齐次坐标。
2.2 零件铣削包络成形点的计算
根据刀具的实际位姿和切削路径构建出切削型面是获取零件铣削型面和加工误差的关键。由于刀具铣削半径的存在，零件型面上的实际成形点位于刀具切削圆的包络线上，因此，还需要基于包络原理求解工件切削型面的实际成形点，实际成形点可以由下式计算得出：
式中，x,y,z为铣削型面的实际成形点坐标；x0,y0,z0为当前刀具的末端中心点位置；I,J,K为当前刀具的姿态向量；x′0,y′0,z′0为前一时刻刀具末端中心点位置。
式（8）表示铣削型面的实际成形点在以刀具中心点为圆心的圆上，式（9）表示铣削型面的实际成形点应与刀具切削向量垂直，式（10）表示铣削型面的实际成形点与前后时刻刀具进给移动向量垂直。一般来说，通过联立求解式（8）～式（10），可以得到内外两个包络点，而在某一时刻，切削零件上只可能有一个成形点，成形点的选取需要借助刀具与工件的实时位置来判断。
2.3 铣削成形面的构建
铣削加工时通常沿刀柄的轴线方向设定有固定的铣削层高度，将铣削成形点沿刀柄姿态向量拉伸，可得到铣削层面上的各成形点坐标：
式中，e＿xj、e＿yj、e＿zj为铣削成形点坐标；h为数据密化的间距；Il、Jl、Kl为刀具实际姿态向量。
在机床动静态误差的作用下，刀具的姿态向量也会发生偏转，应该用实际得到的刀具位姿做数据处理。各个层面的数据相互叠加，最终构成工件的实际铣削型面，最终零件的加工误差可以由理想型面数据与实际型面数据对比而得到。
3 基于S试件的铣削误差分析
3.1 五轴机床精加工检验试件———S试件
S试件是航空领域中广泛使用的可用于检测五轴机床加工精度的测试试件[10]，试件采用上下两条扭曲的类S形三阶样条曲线生成直纹面，壁厚为3mm，可反映五轴数控机床加工的动态特性，由刀具的切削指令和路径构建出S试件的铣削型面是分析机床加工误差影响因素的关键。
由图6易知，S试件具有变曲率、变开闭角和反向等航空结构件的典型特征，因此具有典型航空件加工过程中的坐标轴指令变化趋势，同时结合各运动轴的运动指令可以获得机床各运动轴的速度、加速度变化情况，以及加工过程中机床不同位置的刚度变化和转换，有利于全面考量机床的运动情况。
3.2 S试件铣削误差的构建及显示
按照前述铣削型面的构建路线，将S试件理想后置指令输入Simulink仿真模型，改变不同动态误差因素可以获得机床不同状态下各运动轴的实际轨迹，代入机床的多体综合模型可以计算刀具实际的位置和姿态，通过包络理论求解试件的实际铣削成形点，S试件切削层面通过各成形点沿刀具实际姿态向量按照切削深度3mm拉伸获得，将各层S试件切削型面数据叠加，即为最终的S试件实际型面，如图7所示，试件型面上用颜色区分不同的误差大小，可以形象表示出S试件切削型面上的误差分布。
4.3 机床动静态因素与S试件型面误差的映射关系
为便于描述S型面的误差分布，在不同高度上作S试件的平面截取线，依据仿真平台，提取分析各层截取线上点的法向误差分布。图8所示为改变机床动态因素中的X轴位置环增益和B轴速度环时间常数，得到的S试件在高度22.5mm处截取线的法向误差分布规律，图中横坐标为截取线上成形点的编号，纵坐标为该点下的法向误差值。由图8可知，位置环增益、速度环时间常数的变动体现为型面法向误差的整体变化，其中位置环增益与S截线的法向误差成负相关关系，即位置环增益变大导致S试件型面误差变小；而速度环时间常数变大则型面误差变大，二者基本成正相关关系。
4.4 基于正交实验设计的S试件误差预测结果校验
为进一步验证误差综合预测平台结果的正确性，以及X、A轴位置环增益，Y、B轴速度环时间常数，X、A轴加速度及轴间异面误差共7个动态因素对加工精度的影响，进行了S试件切削实验，切削后的S型面使用三坐标机测量误差分布。
4.4.1 S试件切削方案设计
由于动态因素众多，如果对7个因素逐一进行水平变化实验，假定每个因素的水平变化为2个，则至少有27=128次试件切削。为此，基于正交实验理论设计切削实验，通过标准正交实验表安排实验，对7个因素同时变化开展实验，只需做8次实验。本实验采用的是某国产五轴联动数控铣床，毛胚材料为铝合金，型号为7075-T7451，精加工刀具为右旋棒铣刀，刀具直径为20mm，采用分层侧铣加工方法，沿刀具轴线方向自上而下按每层3mm进行精加工铣削。根据正交实验表，改变位置环增益等相关动态因素的水平值，共进行8次实验，最终得到8个S试件，如图9所示。实验结束后，利用三坐标测量机测得S试件在高度22.5mm处截取线数据点的法向误差。
4.4.2 实验结果分析
按照正交实验设计所得到的实验结果，使用SPSS统计学软件做专门的回归分析，建立多元的输入（机床各动态因素指标）和输出（S型面各点法向误差值）之间的关联关系：
式中，yi为指标观测值；β0，β1，…，βn为线性回归系数，是回归分析的主要内容，通过最小二乘法估计得到；xin为第i次实验考查的n个可控自变量；εi为实验过程中的随机误差。
分析各实验因素单独、耦合变动时对应S型面法向误差的定性规律。同时通过线性回归系数可以得到各实验因素对S型面法向误差影响的权重。
图10是回归分析预测模型与实验测量数据的对比分析图，测量数据与回归模型在量程和趋势上都保持一致，具有较高的吻合度。基于回归方程，可以进一步分析单个动态因素对试件法向误差的影响，剥离出单一因素影响下试件法向误差测量值。图11所示分别为位置环增益和速度环时间常数两个因素独立影响下S试件法向误差分布情况，可见仿真预测平台给出的误差分析结果与实测数据保持了较高的重合度，验证了该仿真平台的准确性。从图11中可以看到，实际测量误差值大于仿真误差，这可能是因为仿真平台未考虑机床热变形等其他因素的影响，机床在实际加工过程中还受到其他未知因素的影响，因而导致S试件的实测误差值偏大。
5 基于误差数据库的神经网络误差辨识技术
5.1 神经网络误差辨识模型
基于仿真预测平台得到的机床加工误差因素数据库，可以利用神经网络训练技术，完成对机床加工后的状态预测。以S试件加工误差分布为例，首先建立每一个动态因素变动时对应的法向误差向量Ei=(ai1,ai2，…，ain)(Ei表示第i个动态因素对应的误差矩阵，n表示误差矩阵中包含的误差值个数）。然后，基于误差矩阵与动态因素之间一一对应的映射关系，将实验切削误差向量X=(x1,x2，…，xn）代入下式计算出X对于Ei的隶属度：
其中，a为Ei中的误差值；x为给定误差矩阵X中的误差值。将计算出的隶属度μX=（μ1，μ2，…，μn）代入绝对海明公式中计算出对应的贴近度值，按照贴近度最大原则，最终溯源出影响机床性能的主要动态因素。关于E、X的贴近度值为
基于MATLAB建立图12所示的3层BP神经网络辨识模型，输入是S型面的若干点位，输出是机床精度指标。通过神经网络代入样本进行训练，训练过程不断调整三层之间连接的权值和阈值，从而实现S型面点的法向误差和机床精度指标大小的映射关系。模型训练完毕后，用实例的S试件型面各点法向误差作为新的输入，经网络迭代辨识产生相应的机床精度指标量值。BP网络的传递函数有多种，如Logsig型传递函数、tansig型传递函数以及purelin型传递函数等。经过反复尝试对比，选用tansig型传递函数得到的误差最小。
5.2 误差辨识算例
利用型号为V5-1030-ABJ的某国产五轴数控铣床进行S试件切削实验，运用三坐标测量机测量出切削后的S试件法向误差，共测量了75个点的法向误差值。
将S试件切削后误差输入所建立的仿真误差辨识模型中，误差数据库中共考虑了17个机床关键因素，每个因素考虑两种工况，因此映射数据库中包含34组S试件法向误差。从数据库中分别提取位置增益、B轴加速度、X轴加加速度所对应的S试件法向误差进行BP神经网络的训练样本，最终输出的机床误差因素结果见表1，可辨识出影响该S试件加工误差的三个主要因素和所占比例。
6 结语
复杂曲面结构变化多样，使得主轴数控机床铣削加工中，对其精度的控制成为难点，铣削过程中机床微小的因素变化都可能导致零件的误差超过允许误差。本文通过研究五轴机床加工主要误差源，提出耦合机床动静因素构建零件实际铣削型面的方法，由各运动轴伺服运动模型和多体运动模型构建机床完整的运动链系统模型，由包络理论求解零件的铣削成形点、线和层面，最终获得零件的铣削精度。以航空S试件为例，给出了S试件加工精度和机床动静态因素的映射关系，并在切削实验中予以验证。该平台可以实现航空结构件铣削精度的预估，根据计算结果可用于评估机床的加工状态，从而为机床复杂的因素调整提供了科学依据；与此同时，获取机床动静态因素和型面铣削精度映射关系后，可根据现有零件的误差分布研究辨识出机床影响因素的方法，因而具有更好的精度控制效果和科学的指导意义。
参考文献
[1]Lin R S,Hu C W.Modeling of the Dynamic Contour Error of Five-axis CNC Machine Tools[J].ASME Dynamic Systems Control and Control Division,1999,67:861-868.
[2]Schmitz T L,Ziegert J C,Zapata R.Part Accuracy in High-speed Machining:Preliminary Results[C]//Proceeding of MESC 2006.Ypsilanti,2006.
[3]Song Q H,Wan Y,Ai X,et al.Novel Method for Dynamic Optimization of Stability in High-speed Milling System[J].Transactions of Nanjing University of Aeronautics&Astronautics,2009,26(3):184-191.
[4]汤爱君,刘战强.铣刀参数对薄壁零件铣削稳定性的影响[J].华南理工大学学报(自然科学版),2009,37(2):29-34.Tang Aijun,Liu Zhanqiang.Effect of Milling Cutter Parameters on Milling Stability of Thin-wall Parts[J].Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition),2009,37(2):29-34.
[5]周勇,陈吉红,彭芳瑜.高速高精度数控进给驱动的机电联合系统仿真[J].机械科学与技术,2007,26(2):135-139.Zhou Yong,Chen Jihong,Peng Fangyu.Mechatronic Integrated System Simulation for a Highspeed and High-precision CNC Feed Drive[J].Mechanical Science and Technology,2007,26(2):135-139.
[6]Zhang Y M,Lin X L,Wang X D,et al.The Study on the Dynamic Characteristic of High Speed Machine Tool and Experiment Validate[J].Material Science Forum,2004,471/472:765-769.
[7]Ding Ye,Zhu Limin,Zhang Xiaojian,et al.Numerical Integration Method for Prediction of Milling Stability[J].Journal of Manufacturing Science and Engineering Transactions of the ASME,2011,133(3):31-40.
[8]Tran H D,Su J C,Claudet A A.Quantification of Uncertainty in Machining Operations for On-machine Acceptance[R].Albuquerque:Sandia National Laboratories,2008.
[9]Masaomi T,Daisuke Y,Keizo U,et al.Evaluation of Synchronous Motion in Five-axis Machining Centers with a Tilting Rotary Table[J].Journal of Advanced Mechanical Design,Systems and Manufacturing,2007,1(1):24-35.
综合误差 篇5
影响海基导弹落点偏差的因素主要是制导工具误差和初始发射参数误差.详细讨论了工具误差系数、初始发射参数误差与遥外差的关系,建立了海基导弹制导工具误差、初始误差分离的.线性模型.最后根据六自由度弹道仿真程序仿真的遥测数据和外测数据对模型进行了验证,计算结果证实了模型和算法的正确性与可行性.
作 者：杨华波 张士峰 蔡洪 胡云中 YANG Hua-bo ZHANG Shi-feng CAI Hong HU Yun-zhong 作者单位：杨华波,张士峰,蔡洪,YANG Hua-bo,ZHANG Shi-feng,CAI Hong(国防科技大学航天与材料工程学院102教研室,长沙,410073)
胡云中,HU Yun-zhong(北京航天自动控制研究所,北京,100854)
综合误差 篇6
关键词：电能计量,二次压降误差,互感器合成误差,电能表误差
电力工业的蓬勃发展, 冲击性负荷、非周期性负荷、非线性负荷和波动性负荷在电网中大量使用, 这些负荷对电网造成了严重的污染。与此同时, 也给电能的准确计量带来了困难, 而电能计量是发电企业、输配电企业和电力用户进行经济结算的主要依据, 所以其合理性和准确性直接影响三者的利益。基于此, 本文通过对电能计量中的电能表误差、互感器合成误差和二次压降误差进行了分析, 寻求校正改进措施, 以提高电能计量中电参量测量的准确性[1,2]。
1 电能计量的互感器合成误差
高电压、大电流信号通过电压电流互感器转化为与电能表匹配的小电流、低电压信号, 通过电能表实现电能计量, 从而保证了人员和二次设备的安全。
1.1 互感器合成误差
互感器的电压、电流额定变比幅值形式分别为
式中, UN1, IN1, Un2, In2分别表示互感器原边, 副边电压、电流额定值。
实际运行中, 互感器内外阻抗比随运行环境改变而改变, 导致互感器实际变比改变。即互感器实际变比是随实际情况改变的量。因此, 实际电压、电流互感器的变比为可表示为[3,4]:
式中, U1, I1, U2, I2分别表示互感器原边, 副边实际电压、电流值。当实际变比等于额定变比时, 互感器不存在误差;当两者不等时, 由额定变比求得的一次测值与实际值有差异, 该差异称为互感器误差。互感器合成误差包括幅值误差 (也称比差, 用f表示) 和相角误差。
电压、电流互感器的比差分别为
由互感器误差引起计量装置对实际量的失真, 引起计量的误差为互感器合成误差。设互感器原副边的有功功率分别为P1, P2, 可得功率γh, 表示为:
1.2 单相电路测量有功功率时互感器的合成误差
则该计量装置互感器合成误差为:
化简得单相电路互感器合误差
2 二次压降对有功功率测量的合成误差
2.1 二次压降对三相三线的合成误差
为了控制二次压降, 减小电能计量误差, 防止因压降过大而少计电能, 必须对二次压降进行测量。二次压降为矢量, 测量包括比差f与角差δ, 则压降幅值为:
电压互感器出口端有功功率:
电能表端测量的三相有功功率:
综合式9) 和11) , 三相三线制电路二次压降合成误差为:
2.2 二次压降对三相四线制的合成误差
在三相四线制计量中A、B、C相压降为:
电压互感器出口端三相有功功率
推导得到电能表端三相有功功率
综合式13) 和15) , 三相四线制电路二次压降合成误差为:
3 互感器合成误差校正
3.1 比差校正
互感器比差通过特定输入条件下比较测量值与实际值获得校正系数, 假设U, I, U ', I' 分别为电压、电流实际输入值和测量值, 则互感器电压电流比差校正系数Gu、Gi为:
式中, Gu0、Gi0为原始校正系数, 默认为1。
3.2 基波角差校正
电压通道是电阻分压式的, 而电流通道是通过电流互感器接入的。电流通道通过互感器引入了附加相移, 产生了相位误差, 也称角差。角差对电流、电压的有效值和功率计量不会产生影响, 但会对有功、无功功率的计量有影响。U, I, U ', I' 分别为标准源电压、电流值以及校正后基波电压、电流有效值。θ'1, θ1分别为U ', I' 和U, I间相位差。
则基波有功功率值为:
基波有功功率测量值
基波有功误差为
4 结论
本文对电能计量综合误差的互感器合成误差进行了分析, 同时分析了互感器材料及绕制方法对互感器比差和角差的影响。通过研究得出合成误差公式和单相及三相电路中互感器对电能计量的合成误差公式, 并推导互感器误差的校正公式。
参考文献
[1]蒋毅, 古天祥.用非均匀采样实现谐波的高精度分析[J].仪器仪表学报, 2005.
[2]彭时雄.交流电能 (电功率) 测量综合误差的测试计算及改进技术[M].电力出版社, 2002.
[3]何毅.高精度数字化测量算法在电力系统交流电参量测量中的应用[D].西南交通大学, 2006.
综合误差 篇7
1电能计量装置的综合误差
电能计量装置的综合误差就是指电表本身存在的误差,因为,在实际的生活中,电能的计量就是通过电表的计量得到的,如果电表的计量出现问题,就会导致电能的计量存在误差,电能的计量就会影响着人们的正常生活,电能装置的误差也叫作综合误差,这种综合误差是由电感应器的误差和电流误差和电互感器的误差影响的,这三种电能误差使电表的误差加大,代表着电能计量装置存在问题,影响了电能计量装置的准确性,但是这种综合误差也是可以减小的,因为综合误差反应的就是电表的准确性,如果可以合理的搭配电表的计量装置,就可以减少电表产生的综合误差,但是,这种误差只可以在一定程度上减小,实际上是不能消除的。
2综合误差产生的原因
2.1电表本身的误差
电表是电能计量装置的主要结构,电能的计量数值就是通过电表来进行测量的,但是电表的测量也不是完全准确的,也会存在一些问题,这些问题导致了电能计量上存在误差。电能表本身是可以存在误差的,因为影响电能的因素有很多,误差是不能够完全消除的,电能表在计量的时候就会产生误差,这些误差可能是由于电表的质量造成的,也可能是由于电表的结构问题造成的,原因是由很多的,但是有两点原因是最重要的,一种就是电表的老化,如果电表老化就会导致电表的走向不稳定,电流的流动也会产生问题,这样在检查不及时的情况下,很长一段时间电能的计量的误差都会加大,这样就使电表的误差特性发生显著的变化。另一种就是电表受到运行环境影响,电表的周围可能会有干扰设备,这样就会使电表的准确性受到影响,如果长时间不发现,电表的计量准确性就会大大下降。
2.2互感器引起的误差
互感器也是电能装置中不可缺少的设备,这种设备对电流起到传导的作用,使电量通过互感器成为二次电量值,一般我们计量的电能都是二次计量值,因此只要电能在流动就会产生误差,这种误差是不可避免的。
互感器引起的误差与一次电流有着紧密的关系,因为一次电流是二次电流的基础,二次电流是基于一次电流产生的,随着一次电流的增大,铁芯传导的密度就会增加,这时电能的磁导率就会加大,当一次电流的电压进一步增加时,这时铁芯的的磁导率就趋向于饱和,导致磁性的曲线持平,不在有交集,这样就代表着两条线没有了线性关系,这样就会使传感器产生误差,无法发挥传感器的作用。因此,一次电流(电压)是影响互感器误差的重要因素。
2.3互感器二次回路压降引起的误差
电压互感器的二次电流经过电路到达电能表的过程中会产生压降。因此,电能表所测量的电压就不等于实际电压,从而导致测量误差的产生。这部分误差通常比较大,而且不是常数,会随二次负荷、系统运行的功率因数及运行方式等发生变化,需要引起足够的重视。
电压互感器一般装设在室外,而电能表则装设在室内,两者之间通常都有100m左右的距离,而且回路中还装有断路器、熔断开关、接线端子等设备,这些设备都有一定的电阻。随着负荷和外界环境的变化、运行时间的增长,这些设备都会老化,从而加大二次回路的电阻,导致二次回路压降引起的误差进一步加大。
2.4其他原因引起的误差
2.4.1计量回路接线错误。以三相三线感应式电能表为例,其接线方式有72种,而其中正确的接线方式只有1种,所有错误的接线方式都会引起误差,而且这种误差的大小不定,有些较小,有些则可以达到百分之几百,最严重的甚至会引起电能表不转或反转。
2.4.2功率因数的变化。三相三线电能表只有在功率因数cosφ>0.5时才能正确计量电量,若低于0.5,计量则不准确甚至引起电能表反转。
2.4.3计量方式。对于中性点绝缘系统而言,其电能计量应采用三相三线方式,两台电流互感器的二次绕组与电能表之间应采用四线连接;对于中性点非绝缘系统而言,由于可能出现三相不平衡的情况,所以要采用三相四线的计量方式,3台电流互感器与电能表之间应采用六线连接。
3减小综合误差的方法
3.1对电能表自身误差的处理
严格按照DL/T448-2000的规定,对不同用户配备不同级别及准确度的电能表:月平均用电量5GWh及以上或变压器容量为10MVA及以上的高压计费用户、200MW及以上发电机、发电企业上网电量、电网经营企业之间的电量交换点、省级电网经营企业与其供电企业的供电关口计量点的电能计量装置均属于Ⅰ类电能计量装置。
3.2互感器误差的处理
根据互感器的误差,合理组合配对。由互感器合成误差的公式可知,互感器合成误差与各互感器的比差、角差有关,所以在电力系统中安装或实际使用互感器时,决不要随意处置,而要合理地组合配对。
3.3对互感器二次回路压降误差的处理
3.3.1采用专用的计量回路。根据供电营业规则规定,计量用回路不应含有其他非计量用装置;采用专用计量回路,可以减小互感器二次回路电流;根据电能表数量级核算导线截面积,适当予以增大,可以减小回路阻抗。
3.3.2减少二次回路中不必要的触点:撤除二次回路中不必要的接线端子、熔断器等设备,以减小二次回路的阻抗;对于必不可少的触点,要定期维护,保证其阻抗较小;对于35k V以上贸易结算用电能计量装置中电压互感器二次回路,应不装设隔离开关辅助接点,但可装设熔断器以保证安全。
4结论
电能在传输过程中的经济结算数据均来自电能计量装置,因此,保证电能计量装置的准确性尤为重要。只有实现计量工作的公平与公正,维护电力部门和用户双方的利益。
参考文献
[1]张田,田文静.浅谈电能计量装置故障分析及管理[J].科技风,2015(22).
综合误差 篇8
对于现代意义上的电力企业而言, 在企业日常经营管理活动的实施与开展过程当中, 电能计量管理无疑是最关键性的环节之一, 该环节的工作质量不单单关系着电力企业经济效益的实现水平。若无法保障电能计量的准确性, 则可能会导致电力客户与供电企业之间出现矛盾进一步激化的问题, 受到不公正、不精确电能计量数据的影响, 导致电力客户的利益受损, 最终也会反过来影响供电企业经济发展水平的实现。结合相关的实践工作经验来看, 造成电能计量装置产生综合误差的因素主要包括以下几个方面: (1) 电能表因素; (2) 电流互感器因素; (3) 电压互感器因素。为此, 通过对技术措施以及管理措施的进一步强化, 最大限度的减少电能计量装置误差。
1电能计量装置综合误差的产生原因分析
(1) 电能表的配置与使用不够合理:结合现阶段在电能计量过程中的相关要求与规范来看, 电能计量装置的管理需要严格依据电能计量装置所对应的计量电量规模大小、以及所计量对象的重要性水平, 加以区别性的管理。 (2) 电流互感器的配置与使用不够合理:相关实践操作经验表明, 在整个电流互感器装置的使用过程当中, 二次侧严禁处于开路运行状态当中。 (3) 电压互感器的配置与使用不够合理:若在整个电能计量装置的使用过程当中, 出现电压互感器二次侧短路的运行问题, 则将导致负载阻抗水平瞬时性归零, 由此所产生的短路电流、短路电势将导致互感器的计量误差更加严重。
2减少电能计量装置综合误差的技术措施分析
2.1针对35k V电压等级以上电能计量装置而言, 其中所涉及到的电压互感器装置对应二次回路应当取缔常规隔离开关辅助接点, 同时在二次回路当中增设熔断器装置。对于PT二次回路而言, 若在双母线供电状态下, 电能表电压需要电压在电压切换继电器装置完成接点切换动作的一类情况下, 需要通过采取多接点并联连接的方式, 避免接点直接, 甚至过多的与电阻相接触。还需要特别注意的一点是:为了避免在电能计量装置的使用过程当中, 出现计量数值瞬时性误差较大等方面的问题, 需要特别注意对二次回路保险管质量的控制, 确保保险管自身质量可靠, 保障保险管具有良好的接触性能, 从而达到控制计量误差的目的。
2.2通过对接线方式的合理选取与改良, 同样可以在减少电能计量装置综合误差方面收到意想不到的效果。合理的接线方式, 能够避免与电能计量装置相关的电能表、电压互感器、以及电流互感器装置出现运行方面的失效问题, 从而达到提高电能计量精准性的目的。首先, 对于与电能表相连接, 并流经电能表的电压而言, 要求控制其处于正向相序状态;其次, 确保电压安装相位与电流安装相位的一致性;再次, 确保电能表所对应电流极性与电流互感器所对应极性的一致性;再次, 对电能表相对应的电压引下线进行单独性的接入处理, 在接线上将电压引下线与电流线独立开来。
3减少电能计量装置综合误差的管理措施分析
3.1需要在电能计量装置正式投入运行之前, 展开有关综合误差的计量以及分析工作, 包括电流互感器以及电压互感器在内所形成的合成误差, 以及由电压互感器装置二次回路所引发的压降误差进行数据统计, 通过一定的计算, 形成相应数据示意表。进而, 在运行维护工作人员对电能计量装置进行定期检验工作的过程当中, 可以以该数据表当中所提供的相关信息与规律, 指导对电能表运行参数的相关调整以及优化工作。配合对电能计量装置电能表、电压互感器、以及电流互感器装置自身的周期性检验, 以确保电能计量下的综合误差能够得到最为有效与可靠的控制。
3.2结合现阶段所推行《电能计量装置技术管理规程》中所提出的相关要求与规范来看, 从电能表选型的角度上来说, 为了能够使有关负荷计量的数据在精确性以及可靠性方面得到保障, 就要求所选取的电能表过载水平高于设计水准的4倍及以上。同时, 针对经过电流互感器或电压互感器方式, 接入电能计量系统当中的电能表而言, 要求对其电流数值进行合理的控制。具体的控制标准应当为:接入电能表电流标定数值≤30%*电流互感器额定二次电流。同时, 接入电能表额定电流max数值≤120%*电流互感器额定二次电流。同时, 在有关电能表的选型工作当中, 还需要特别注意的问题是:由于在整个电能计量装置的运行过程当中, 可能出现三相负载不平衡方面的问题。为了避免因该电流对功率造成的消耗, 以及综合误差的加大, 就需要优先选取三相四线电能表进行电能计量作业。
3.3结合应用环境, 对电能计量装置中, 有关电能表以及电压互感器、以及电流互感器的准确度等级进行严格的管理。一旦在实际运行过程中, 出现准确度等级不满足要求的情况, 则需要加以及时处理。针对Ⅰ~Ⅱ类别装置而言, 有功电能表准确度等级应当确定为0.2s或0.5, 无功电能表准确度等级应当为2, 电压互感器装置准确度等级应当为2, 电流互感器装置准确度等级则应当在0.2或以上;针对Ⅲ类别装置而言, 有功电能表准确度等级应当确定为1, 无功电能表准确度等级应当为2, 电压互感器装置准确度等级应当为0.5, 电流互感器装置准确度等级则应当为0.5s;针对Ⅳ类别装置而言, 有功电能表准确度等级应当确定为2, 无功电能表准确度等级应当为3, 电压互感器装置准确度等级应当为0.5, 电流互感器装置准确度等级则应当为0.5s;针对Ⅴ类别装置而言, 有功电能表准确度等级应当确定为2, 无功电能表以及电压互感器装置准确度等级不做考量, 电流互感器装置准确度等级则应当为0.5s。
4结束语
在电力基础设施建设不断发展, 电力事业取得突飞猛进进步的背景作用之下, 社会大众对于电能商品的需求呈现出了显著的扩大趋势。无论是对于供电方, 还是对于用电方而言, 均特别关注电能计量方面的问题。可以说, 电能计量作为反应在一定时间范围之内, 用电方所使用电量, 供电方所提供电量的最主要手段, 与两者之间的经济利益密切相关。本文围绕了减少电能计量装置综合误差中的相关技术性、管理性措施展开了详细分析与探讨, 望引起同行人员的特别关注, 并将其应用于后续的实践工作当中。
参考文献
[1]李正强, 郑荐中, 方杰等.标准电能表电能误差数据合理性判定初探[J].中国计量, 2011 (2) :71-73.
[2]郭琳云, 尹项根, 张乐平等.基于高压电能表的计量装置在线校验技术[J].电力自动化设备, 2009, 29 (12) :79-82.
[3]彭杏芳.低压三相电能计量装置的误差分析及改善措施[J].中国高新技术企业, 2012 (16) :115-117.
综合误差 篇9
1 电能计量的现状
电能计量的准确性对电力系统的经济效益有着直接的影响, 因此电能计量是所有的电力系统都会花大力气、下大功夫去抓的大问题。影响电能计量准确性的因素通常有计量方式、谐波、抄表、窃电等。目前我国的电能计量现状是:
(1) 关口电能表由于其功能较为落后, 而且许多计量点都未安装失压计时器, 导致了关口电能表的计量有失准确。
(2) 我国的所有电力供应单位都没有在在高压出线一侧安装电能计量表, 在计算电量时都是采用发电机的出口所发的电量减去发电厂的厂内电能使用量以所得的差值作为供电电能的依据。这种计量方法, 由于没有考虑到电能在工厂内的线损情况, 而且某些发电厂的厂内计量设备并不准确, 基于这些原因就导致了计量的不准确。
(3) 关口电能表必须进行因工作升温、高压冲击、电压中断等引起的计量误差的校验, 在实际工作中, 某些校验方法设计不合理, 这就使得计量的误差较大。
2 电能计量装置的综合误差分析
2.1 电能表选型及使用不当引起的误差
(1) 不同的电能计量表之间的误差较大, 不同的电能计量表在电压变化时其误差表现也不一致, 不同的电能计量表对电流的敏感度也不尽相同, 因此电能表的选择是保证计量装置准确性的关键, 此外对于不同的用电量的用户也应该采用不同的电能计量表。比如II类高压用电用户, 其每月的平均用电量在百万千瓦时左右的, 必须为其配备点二级的电压点二S级的电流互感器点五级的有功电能表以及2级的无功电能表。在实际的计量工作中, 如果用户的用电负荷电流的变化幅度比较大, 或者是用户的实际使用的电流在绝大多数时间里都会小于电流互感器的额一次电流的百分之三十的情况下, 由于长期运行在低负荷点位就会引起计量的不准确, 在这种情况下就必须为这样的用户更换宽负载电能计量表。
(2) 在为用户安装电能计量表的时候必须根据不同的用户使用与线路情况安装不同的电能计量表。比如, 针对三相四线的用户就不能为其安装三相三线的电能计量表, 否则就会引起计量上的误差。
2.2 电能表产品误差
国家质监局与电力工业部要求生产电能计量表的企业必须在生产过程中使用五类磁钢做为生产原材料, 因上五类磁钢的失磁性能好, 不易因环境变化而失磁, 五类磁钢是保证电能计量表计量准确的必要条件。但是在现实中, 越来越多的电能计量表生产企业却为了追求超额利润, 完全不顾国家的规定, 擅自将应该使用的五类磁钢换成了三类磁钢或者是稀土磁钢, 以获得成本下降百分之十的非法利润, 可是这样一来却给电子系统与电能计量表的用户带来了极大的困扰。这样的三类电能计量表无论是测试与检测都可以通过, 但是在经过一段时间的使用就是慢慢地失磁, 磁钢失磁以后由于磁力不足, 所以磁力相对电能计量表的阻尼的力矩开始不断减小, 这样就会导致电能计量表的速度越来越快。在使用老式电能计量表的用户中普遍存在着这种严重的问题。
现在大力推广使用的电子式电能表产品误差普遍很好, 主要依靠采样元件, 计量芯片及相关电子元器件性能的可靠和稳定, 如出现问题, 误差往往比机械表大, 甚至会无法计量显示, 产品质量是保证误差的关键。
2.3 电压互感器二次导线压降引起的误差
电压互感器的负载电流通过二次连接导线及串接点的接触电阻时会产生电压降, 这样加在电能表上的电压不等于电压互感器二次线圈电压, 因此会产生计量误差。根据《电能计量装置技术管理规程》规定, 对于Ⅰ、Ⅱ类计费电能计量装置, 电压互感器的二次压降不大于额定二次电压的0.2%, 其他大于额定电压的0.5%。
2.4 电流互感器选用不当引起的误差
由于一次电流通过电流互感器一次绕组时, 要使二次绕组产生感应电动势, 必须消耗磁, 使铁芯产生磁通。电流互感器的误差是由铁芯所消耗的励磁安匝引起的。电流互感器误差取决于互感器的比差、角差, 而比差、角差又与外接负载阻抗Zb、铁芯抗角α, 铁芯损耗电量角φ有关。由互感器电流特性曲线、负荷特性曲线和误差特二次负荷要控制在25%~100%之间, 一次电流为其额定值60%左右。
3 降低电能计量装置综合误差的措施
3.1 采用复合变比电流互感器自动转换计量装置
对负荷电流长期运行在电能表额定负荷20%以下的线路, 可安装复合变比电流互感器自动转换计量装置, 与复合变比电流互感器配套使用。
3.2 减小电压互感器二次回路压降
(1) 设置计量专用的二次回路。对重要电能表装设专用的PT二次回路将电能表的二次回路与其他表计、继电保护装置等回路分开, 直接由PT二次端子单引专用电缆线至电能表。
(2) 对10k V侧计量可将电能表装在靠近PT的开关室这样可大大缩短二次导线长度, 从而可以大大减少二次回路压降及其引起的计量误差, 但开关室的温度随季节变化较大, 故这只适用于开关室、保护室在一起的场所, 否则必须采用温度特性好, 附加误差小的电能表才可行。
(3) 加粗电压互感器二次导线截面, 减少接点接触电阻。互感器二次回路的连接导线应采用铜质单芯绝缘线, 电压二次回路连接导线截面应按允许电压降计算确定, 至少应不小于2.5mm2。
(4) 减小负载, 以减小回路电流, 从而减小回路压降。
3.3 对接入中性点绝缘系统的电能计量装置
应采用三相三线制电能表, 其2台电流互感器二次绕组宜采用四线连线;对三相四线制的电能计量装置。其3台电流互感器二次绕组与电能表之间宜采用六边线。
3.4 开展计量装置综合误差分析
把投运前电流、电压互感器合成误差、电压互感器二次回路压降误差通过计算形成数据表。在每次的周期校验时, 都可以对照各项数据配合电能表进行调整, 使计量综合误差达到最小。同时, 按规程规定做好电能表、电流互感器、电压互感器进行周期检验和轮换工作。
结束语
历史已经进入了21世纪, 我国的电力系统面临着新的机遇与挑战, 电力系统必须抓住契机, 迎接挑战。商业化运营的管理, 国家电力公司内部模拟市场的一些推广, 对电能计量准确性越来越重视, 各计量点的电能计量装置的综合误差就显得尤为重要, 特别关键的是电能计量装置的综合误差是追补电量的重要依据。
参考文献
[1]陈强, 胡彦杰.电能表错误接线的电能量更正[J].农村电工, 2006 (10) .[1]陈强, 胡彦杰.电能表错误接线的电能量更正[J].农村电工, 2006 (10) .
综合误差 篇10
为了适应数控车床高速度、高精度和多功能的发展趋势,研究开发CKW1480S型数控车铣复合加工中心(图1、图2),最大限度地满足市场对全功能数控车床的要求。
CKW1480S型数控车铣复合加工中心具有双主轴、双刀架、双C轴、W轴,七轴控制,2组三轴联动,全闭环控制。双刀架均为带有具有钻铣动力刀具的车铣复合电动刀架;双主轴均为内藏式电主轴,并通过高精度反馈元件闭环控制,实现两个C轴的高精度分度,两个主轴的分辨率为0.001°。
双主轴能够连续分度和任意分度定位,能够实现零件加工过程中的飞车接送料,完成复杂回转体零件的一次上料的车削、分度偏心钻削,定位铣削的全部加工工序,实现零件完整意义上的全工序加工,加工精度高,效率高。
本文基于多体系统理论的思想,根据机床误差特性,建立了加工中心空间综合误差模型;然后,利用惠普公司生产的双频激光干涉仪(HP5528A)测量机床空间误差参数进行辨识,并采用综合动态补偿方法进行误差补偿;最后,提出了利用机床空间误差模型并基于损失模型的机床结构参数优化方法。
1 数控车铣复合加工中心综合空间误差建模
1.1 拓扑结构建立及描述
基于多体系统理论描述机床拓扑结构,首先根据机床的三维结构图(图3),对机床的各个部件进行如下编号。
0—床身;1—主轴;2—工件;3—上z轴导轨; 4—上x轴导轨;5—刀具;6—z轴导轨;7—副主轴; 8—下z轴导轨;9—下x轴导轨;10—刀具
根据机床的结构特点和运动状态,可以将机床系统分为四个分支:
分支一:床身、主轴、工件;
分支二:床身、上z轴导轨、上x轴导轨、刀具;
分支三:床身、z轴导轨、副主轴;
分支四:床身、下z轴导轨、下x轴导轨、刀具;
根据机床结构示意图,则可以抽象成如图4所示拓扑结构的多体系统,从而可以得到表1所示机床低序体阵列表。
1.2 相邻体之间坐标变换矩阵构造
如果坐标系oj-xjyjzj由oi-xiyizi沿x轴平移xijs,在沿y轴平移yijs,最后沿z轴平移zijs得到,则oj-xjyjzj至oi-xiyizi的变换矩阵为:
设典型体j相对相邻体i做沿x轴的平动运动过程中产生6个误差分别为Δαijsx,Δβijsx,Δγijsx,Δxijsx,Δyijsx,Δzijsx,引起的综合变换矩阵为:
坐标系之间的总齐次坐标变换矩阵如下:
上z轴导轨相对床身的坐标变换矩阵为:
式中:Δαz,Δβz,Δγz,Δxz,Δyz,Δzz表示上z轴导轨相对床身运动时产生的沿x,y,z方向的3个角误差和3个线误差;a03,b03,c03表示上z轴平台坐标系原点相对于床身坐标系原点在x、y、z方向上的位置偏移量;z代表z轴平台的运动量;ΔTxz代表坐标轴间垂直度误差。
同理:
1.3 机床空间误差模型建立
设刀尖在工件坐标系中的齐次坐标为
E(t)=°T1P1-°T33T4D4 (1)
上式即为加工中心分支一和分支二的综合空间误差模型。由于分之三和分支四的误差模型与之相似故在此不做讨论。
2 数控车削中心空间误差辨识及补偿
2.1 误差辨识和分析
空间误差模型参量的辨识方法如图5所示,将标准板置于机床运动平台上。采用惠普公司生产的双频激光干涉仪和热耦传感器测量机床不同状态和时刻的各项误差。以机床上z轴导轨为例。图6为上z轴导轨全行程空间误差模型参量的测算结果。表2所示为空间误差模型参量测算结果的最大值。同理可测得其他各轴全行程的空间误差模型参量。
将上述各行程点对应的误差模型参量测量值带入式(1)便可获得各轴行程对应点的空间误差模型E(t)。
2.2 空间误差补偿
研究中采用实时补偿和综合动态补偿方法相结合的方案:
首先对经过实验测得或分离出的误差分量以误差参数数据文件的形式存入计算机中,根据所选取的主要误差分量对误差模型进行简化,并把误差模型的计算编成子程序供控制系统调用,用于预报各个运动轴在目标点的误差值(如表3)。
当控制系统导入NC代码时,首先转化为可为控制系统识别的代码,系统插补运算时,控制程序利用定时中断的子程序,每隔一定时间做一次控制指令修正运算,从误差参数数据文件中读取所需要的误差参数和误差分量,根据误差模型计算出误差修正值,叠加后输出到各轴的驱动控制单元,从而实现运动误差的补偿。误差补偿方案的流程如图7所示。
3 结语
数控机床是现代制造技术的基础装备,其技术水平高低是衡量一个国家的工业现代化水平的重要标志。本文以南京数控机床有限公司研制的CKW1480S型数控车铣复合加工中心高档数控机床为例,利用多体系统理论,建立了加工中心的综合空间误差模型。使用了先进的激光干涉仪等测量设备,对数控机床的所有几何误差进行了测量分析,并对空间误差进行辨识。建立了补偿多轴机床误差的数控指令修正方法,对误差补偿前后的机床运动进行了综合的测量分析。
参考文献
[1]粟时平,李圣怡,王贵琳.基于空间误差模型的加工中心几何误差辨识方法[J].机械工程学报,2002,7(38):121-125.
[2]粟时平,李圣怡,王贵琳.多轴数控机床的通用运动学综合误差模型[J].国防科技大学学报,2001,4(23):45-50.
[3]粟时平,李圣怡,王贵琳.基于多体系统理论的数控机床空间误差建模[J].长沙电力学院学报,2001,4(16):75-78.
[4]李圣怡,戴一帆,等.精密和超精密机床精度建模技术[M].长沙:国防科技大学出版社,2007.3.
[5]李圣怡,戴一帆,等.精密和超精密加工在位检测与误差分离技术[M].长沙:国防科技大学出版社,2007.10.
[6]刘又午,刘丽冰,赵小松,等.数控机床误差补偿技术研究[J].中国机械工程,1998,(12):48-52.
[7]Eman K F,Wu B T.A generalized geometric error Model forMulti-Axis Machines[J].Annals of CIRP,1987(VOL.36),1:253-256.