автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка систем и средств имитации нагрузки электроприводов горных машин и механизмов с переменными параметрами

РТ6 О*

На правах рукописи

КОРОБКИН Павел Васильевич

УДК 622 : 658.5.011.56.62—83 : 622.022.4

РАЗРАБОТКА СИСТЕМ И СРЕДСТВ ИМИТАЦИИ НАГРУЗКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ГОРНЫХ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ С ПЕРЕМЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

Специальность 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Московском государственном горном университете.

Научный руководитель канд. техн. наук, доц. ФАЩИЛЕНКО В. Н.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. БАБОК.ИН Г. И., канд. техн. наук, доц. БАБИЧЕВ 10. Е.

Ведущая организация — Институт горного дела им. А. А. Скочинского Российской академии наук.

Защита диссертации состоится « . » 1998 г.

в ./Дг час. па заседании диссертационного совета К-053.12.03 в Московском государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский пр., 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « 2. . » . . 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, проф. ШЕ1ИК.0 Е. Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Разработка надежных и эффективных электроприводов горных машин требует отработки структурных параметров, а также режимных с учетом воздействия внешних окружающих факторов

Для этого целесообразно использовать такие испытательные устройства, которые позволяют моделировать поведение электромеханической системы во всем диапазоне необходимых параметров. Особенно важно это для установления закономерности поведения систем управления указанными электроприводами.

Сложность заключается в том, что доработка и отладка систем управления электроприводом на объекте сопряжена, во-первых, ограниченным временем эксперимента; во-вторых, при проведении эксперимента могут возникнуть аварийные ситуации, в результате недоработки отлаживаемой системы управления; в-третьих, тяжёлыми условиями проведения эксперимента (к примеру, для одноковшовых экскаваторов - вибрация, тряска, запыленность и влияние сезонных изменений температуры) и др.

Но основным недостатком существующих испытательных устройств является невозможность моделирования поведения системы управления, позволяющей обеспечить заданные-динамические свойства реальных объектов.

С этой точки зрения разработка систем и средств имитации нагрузки для установления закономерностей поведения как самого электропривода, так и системы его управления является актуальной научной'зздачей.

Целью работы является установление закономерностей движения одно-, двух- и трехмассовой электромеханических систем с учетом переменных параметров и возмущающих воздействий для разработки систем и средств имитации нагрузки, позволяющих ускорить процесс внедрения новых систем управления электроприводами.

Идея работы заключается в ускорении внедрения новых систем управления электроприводами горных машин на базе испытательного стенда, реализующего движение одно-, двух- и трехмассовой электромеханических систем с учетом переменности параметров и возмущающих воздействий

Научные положения, разработанные лично соискателем, и нови иia_

1. Метод исследования контура тока но ошибке на входе регуляюра юкн. работающего в режиме регулируемого источника тока, отличающийся тем. что используется передаточная функция ошибки на входе регулятора юка

2.Аналитическая зависимость угловой скорости о,т,кассовой электромеханической системы oree момента инерции, отличающаяся icu. чм учитывает переменный момент инерции

3. Математическая модель двухмассовой электромеханической системы, отличающаяся тем, что учитывает влияние переменных параметров жёсткости и момента инерции второй массы.

4. Математическая модель трёхмассовой электромеханической системы, отличающаяся тем, что учитывает влияние переменного параметра жёсткости соединений и возмущающих воздействий.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов, содержащихся в работе, подтверждаются:

- теоретическими исследованиями, выполненными с использованием теории автоматического управления, методов аналого-цифрового и физического моделирования;

- удовлетворительной сходимостью экспериментальных результатов, полученных на универсальном лабораторном стенде с результатами теоретических исследований ( 20% при уровне значимости 0,05 ).

Научное 'значение работы состоит в том, что разработанные метод исследования контура тока по ошибке па входе регулятора тока, аналитическая зависимость для одномассовой электромеханической системы с переменным моментом инерции, а также математические модели двух- и трехмассовой электромеханических систем с учётом переменных параметров и возмущающих воздействий развивают теорию управления электроприводами.

Практическое значение работы состоит в разработке метода оценки контура тока, работающего в режиме регулируемого источника тока, структурных схем имитаторов нагрузки одно-, двух- и трехмассовой электромеханических систем, реализующих закономерности движения экскаваторного электропривода и электропривода скиповой подъемной установки; алгоритмов функционирования цифровой составляющей имитаторов одно- и трехмассовой электромеханических систем; методик расчета параметров имитаторов одно-, двух- и трехмассовой электромеханических систем.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработанные метод оценки контура тока, работающего в режиме регулируемого источника тока, структурные схемы одно- и двухмассовой электромеханических систем с переменными параметрами, для создания нагрузочного' агрегата, имитирующего движение экскаваторного электропривода, приняты к использованию институтом " Гипроуглеавтоматизация " . Эффективность внедрения результатов работы заключается в сокращении времени внедрения ноьых систем регулирования экскаваторных электроприводов и повышении надежности их работы.

Разработанное и изготовленное устройство аналогового управления, реализующее движение двухмассовой электромеханической системы, используется в учебном процессе на кафедре электропривода и автоматизации промышленных установок Магнитогорской горно-металлургической академии.

-д-

Апробация работы. Результаты работы и её основные этапы докладывались на IV Всесоюзной конференции молодых ученых " Интенсификация горнорудного производства " ( г. Свердловск, ИГД МЧМ СССР, 1991 г ), на заседании кафедры электрификации горных предприятий Московского государственного горного университета.

Публикации. По материалам диссертационных исследований опубликовано 6 научных работ.

Объем работ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, содержит 128 стр. текста, 65 рисунков и 4 таблиц, списка литературы из 84 наименований.

Автор выражает искреннюю признательность декану энергетического факультета МГМА доц., к. т. н. Е. Я. Омельченко за научно-методическую помощь при проведении исследований, а также сотрудникам кафедры ЭГП МГГУ за помощь при подготовке автореферата диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Увеличение быстродействия электроприводов в связи с использованием полупроводниковой и микропроцессорной техники приводит к возрастанию динамических нагрузок в механизмах. При этом начинает сказываться влияние податливых элементов (длинные валы, упругие канаты и т.д). Представление механической части в виде жёсткого.звена не позволяет получить достоверную информацию о движении механизма и нагрузках на электрическое и механическое оборудование системы. В связи с этим в настоящее время получила развитие теория электропривода с упругими связями. Накоплен большой опыт в исследовании двухмассовых и многомассовых электромеханических систем. На современном этапе развиваются и совершенствуются методы синтеза систем управления электроприводами как объектов с переменными параметрами.

Большой вклад в исследование систем с упругими механическими связями сделан учеными В.В. Квартапьновым, В.И. Ключевым, Ю.А. Борцовым, I" Г Соколовским, Б.В. Бургиным, Д.П. Волковым, Г.М. Ивановым. II Г. Переслегиным и др.

Горные машины и механизмы такие, как экскаваторы и скиповые подъемные установки, являются -бъектами с переменными параметрами С точки зрения- движения электропривода интерес представляем ч^енечне моментов инерции и жесткости, т к. непрерывное оремление проектировщиков этих машин повысить их быстродействие приводи! к необходимости учитывать влияние переменных параметров Ншклчг.смшач

область электромеханических колебаний поддаётся демпфированию с помощью совершенствования систем электроприводов.

Одноковшовые экскаваторы . являются одним из основных видов оборудования при ведении добычных вскрышных и строительных работ на карьерах в течение всего календарного года. Экскаваторы относятся к машинам циклического действия. Цикл работы одноковшового экскаватора лопаты состоит из процессов, копания, перемещения груза и возвращения в забой. В зависимости от положения рабочего оборудования ковша в забое происходит изменение приведенного момента инерции механизма Эквивалентные расчетные схемы основных механизмов экскаватора можно представить в виде одномассовой электромеханической системы (ЭМС) с переменным моментом инерции (механизм напора (рис. 1а)), где J -приведенный момент инерции двигателя и механизма; СО- угловая скорость двигателя; Мд - момент двигателя; Мс - момент статических сил сопротивления. Эквивалентные схемы механизма подъема и поворота можно представить в виде двухмассовой электромеханической системы (ДЭМС) с переменным моментом инерции Уг и переменной жёсткостью Си ( рис.1б) , где -приведенные моменты инерции двигателя и механизма; 0)\, а^ - угловые скорости вращения двигателя и механизма; Мс\_ Мсг - моменты статических сопротивлений, приложенные к первой и второй массам; Му\_ Му2 - моменты упругих сил, возникающих со стороны первой и второй масс.

Широкое применение в горнодобывающей промышленности нашли скиповые подъемные установки, используемые для перемещения грузов но наклонной траектории. В качестве рабочих органов используются скипы. Скипы соединены с приводными барабанами канатами. Приводные барабаны приводятся в движение с помощью электродвигателя. В процессе перемещения скипов происходит изменение длин канатов согласно закону Гука и изменение жесткости приводного двигателя со скипами. Эквивалентную схему скиповой подъемной установки можно представить в виде трёхмассовой ЭМС с переменными параметрами жёсткости соединений (рис.1 в), где -приведенный момент инерции двигателя и подъемных барабайов; Д-приведенные к валу двигателя моменты инерции порожнего и груженого скипов, С'и, С'п - приведенные коэффициенты жесткости канатов, соединяющих скипы с приводными барабанами; <У|, съ, а>\ - угловые скорости вращения первой, второй и третьей масс; Л/о, Л^з -моменты статических сопротивлений, приложенных к скипам; Л/уь Муг, Лй'з -моменты упругих сил.

При представлении объекта управления в виде сложной ЭМС в теории электропривода с> шествуют три способа синтеза систем управления. К ним относятся мегод модального управления, частотный метод и метод аналитического ксшс1р\ ирования

Использование вышеназванных методов синима позволяет

(©у

Л/сЧ - У Мд

^ С,2 -Уаг

Мд

Мух Мс2 б

ОЬ

)

У

Му2

аь

со,

С12 - Уаг

Л/с,

Си - Уаг

Л/с3

А/Уз

— Му2 Муч Мд

в

Рис. 1 .Эквивалентные схемы (а) одномассовой, (б) двухмассовой, (в) трехмассовой электромеханических систем

-380 В

380 В

САР

7Т

ПРЕОБ РАЗОВ АТЕЛЬ

Микро ЭВМ

ИМИТАТОР НАГРУЗКИ

Испытуемая система Нагрузочный агрегат

Рис.2. Стенд для испытания реальных систем управления.

ли

и-зт -Ю-

\Vpni

Ы\>

-Уош

Ю

ТпР + 1

Еп

Дэ

ТмР

-О

-Ед

1 /Я)

Л Ед 7Ър + 1

- - - ■ Кот

Рнс.З. Структурная схема контура регулирования нн.м

а

конструировать системы автоматического регулирования с различного рода регуляторами, начиная от систем с суммирующими усилит тями и кончая адаптивными самонастраивающимися системами. Их испытание, натурное исследование - весьма трудоемкая задача, требующая развития стендового испытательного оборудования.

Для проведения исследований систем управления электроприводами горных машин и механизмов, максимально приближенных к про едению в натурных условиях, необходимо создание нагрузочного агрегата. С целью исключения полной физической имитации упругих сочленений и быстрой перестройки параметров нагрузочного агрегата наиболее целесообразно воспользоваться синтезом аналогового, цифрового и физического методов моделирования.

Рассматриваемая структура нагрузочного агрегата состоит из машины постоянного тока, управляемой от реверсивного тиристорного преобразователя с системой раздельного управления, и аналого-цифровой имитационной системы на базе микроЭВМ.

Таким образом, для поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:

О разработать метод исследования контуров регулирования тока, работающего в режиме регулируемого источника момента при условии' максимального ослабления возмущающего воздействия; и разработать структурные схемы, позволяющие имитировать нагрузки, адекватные движению горных машин и механизмов при переменных параметрах;

и разработать блочную структуру микропроцессорной системы имитации

нагрузки горных машин и механизмов при переменных параметрах; □ провести экспериментальные исследования нагрузочного агрегата. Стенд для исследования реальных систем управления электроприводов в лабораторных условиях представляет агрегат, состоящий из двух электрических машин, сочлененных жёсткой муфтой. Одной из машин - испытуемым двигателем - может быть любая электрическая машина (рис.2), напряжение управления Еу на которую подается от преобразователя (в зависимости от испытуемой машины, это может быть управляемый выпрямитель, статический преобразователь частоты или иной тиристорный преобразователь). Закон управления преобразователем осуществляется от системы автоматического регулирования (САР) и задающей микроЭВМ.

Электрическая машина М| , преобразователь САР и микроЭВМ образуют в комплексе испытуемую систему. В данном случае рассматривается лишь общий вариант компоновки испытуемой системы, естественно, что в любом конкретном случае может быть и иная совокупность составляющих испы туемой системы.

В качестве нагрузочной машины используется двигатель постоянного тока Мг с питанием от управляемого выпрямителя УВ. Для изменения нагрузки на валу испытуемого двигателя М1 регулируется ток 1с нагрузочной машины путем изменения ЭДС Еп управляемого выпрямителя УВ. На входе системы включен регулятор тока РТ с отрицательной обратной связью по току. Сигнал обратной связи снимается с измерительного шунта ЛБ и через датчик тока А1 подается на вход регулятора тока. •

Замкнутая система регулирования тока образует регулируемый источник тока (РИТ). Требования, предъявляемые к контуру регулирования тока, выражаются в условии - обеспечить максимальное быстродействие во всём диапазоне изменения токов, устойчивость к возмущающему воздействию в виде ЭДС возмущения Ед.

Исследования контура тока в режиме непрерывного тока проводились по передаточной функции ошибки на входе регулятора тока ли и возмущающему воздействию АЕд . Общая структурная схема РИТ представлена на рис. 3 , где 1¥рт - передаточная функция регулятора тока; Кп - коэффициент усиления управляемого выпрямителя УВ; Тэ - электромагнитная постоянная времени; /Ь - эквивалентное сопротивление; Кот - коэффициент обратной связи по току.

-Передаточная функция контура тока по управляющему воздействию, соответствующая рис.3, определяется

/с(Я) " УрХП-^г

= ^ = {{ТэР +1)7:«/' + 1)(Г,Я +., + р ' (1)

Известно, что стандартная настройка токового контура на модульный оптимум обеспечивается при Трт - 2Тп. Увеличения быстродействия контура можно достичь смешанной коррекцией или использованием пропорционально -интегрально-дифференциального регулятора тока. Применение в контуре тока стандартного пропорционально-интегрального (ПИ) регулятора даёт ошибку регулирования тока при возмущающем воздействии ЛЕ

Тм / Кош

К = —--- . (2)

р-0 2 Тп + 7 Л*

поэтому необходимы компенсирующие связи для необходимой точности поддержания 1с.

Хорошими свойствами по компенсации внутренней обратной связи обладает двойной регулятор тока (2РТ). Особенность 2РТ состоит в том. что он имеет два контура регулирования Мнутренний контур регулирования содержит пропорциональный регулятор с коэффициентом Крт и внешний контур

регулирования с интегральным регулятором

ТитР

Особенность работы системы с раздельным управлением характеризуется наличием режима прерывистых токов и дополнительно накладывает свои требования на выбор регулятора. В литературных источниках отмечается,что в режиме прерывистого тока происходит снижение динамического коэффициента, приводящего к снижению быстродействия УВ. При этом исключается влияние электромеханической постоянной времени (7э=0), а также снижение коэффициента усиления преобразователя комп нсирустся увеличением эквивалентного сопротивления приблизительно в 10 раз.

Исследование контура регулирования тока традиционно проводят по передаточной функции (1). В пуско-тормозных режимах она позволяет определить характеристики переходного процесса и статические показатели регулируемой величины. Исследование контура регулирования тока возможно также по передаточной функции ошибки на входе регулятора тока.

Проведены исследования РИТ в режиме непрерывного тока с использованием трёх типов регуляторов тока: ПИ-регулятора, ПИ-регулятора с компенсирующей связью по ЭДС и двойного регулятора тока (2РТ). Исследования проведены по передаточной функция ошибки на входе регулятора тока и по передаточной функции возмущающего воздействия ЭДС.

Для режима прерывистых токов проведены исследования для трёх характерных стадий работы РИТ :

¡3 для прерывистого режима при 7э=0 увеличением Лэ в 10 раз;

и при 7Ъ=0 увеличением Яэ в 10 раз и бестоковой паузой ( отрицательная обратная связь (ООС) по току не действует);

С при 7э=0 увеличением Яэ в 10 раз - начальный момент.

Результаты исследований сведены в табл. 1. По передаточным функциям контура тока для трёх типов регуляторов построены логарифмические амплитудно-частотные характеристики (ЛАЧХ) для всех режимов работы контура тока.

Из анализа ЛАЧХ передаточных функций' в непрерывном режиме работы РИТ (рис.4) видно, что система с 2РТ, по сравнению с системами с ПИ-регулятором и ПИ-регулятором и компенсирующей связью по ЭДС, даёт меньшую статическую ошибку регулирования и обладав большим ослабляющим действием на возмущение ЭДС и ошибку на входе регулятора тока ( ЛАЧХ проходят ниже). В прерывистом режиме важной характеристикой является быстродействие, которое оценивается по частоте среза (рис.4в).

Для исследования второй составляющей нагрузочного агрегата -имитатора - применен системный подход, который заключается в исследовании одно-, двух- и трёх.массовои электромеханических систем по схеме : составление уравнений движения по эквивалентным и кинематическим схемам, разработка структурной схемы ЭМС, разработка структурной схемы испытательного стенда, разработка блочной схемы имитатора с использованием аналого-

Таблица 1

регулятора Режим работы Типовой ПИ-регулятор Типовой ПИ-регулятор с компенсирующей связью по эде Двойной регулятор тока

Пуско-тормозные режимы Д ЦР) И'.(/■')=—— и ^'(ИЧ^МУ'чГ^Ц Иг(\ , 1ч -А-^вгу'/>+1) (ТмТзР1 + ТмР + 1)( р- + 1) И' (Г) с ' 2Тат!1,Тз*Гат)*Тч(Тэ + Та,-п)! гтет' --а [ ТТмГзЪе^ , | -------------------------- ------ \2Tar? +Тл(Тэ+Тип) 2Ш+ЪиЪ+Тап ) (ТиГип к __ _____ ________ Хп+ти* 1 тыдэЛшътжи-З

г, гт* л Ду 1 " 27-Л + Г« 2г<1-а) . Тп --+Ы4 IX—ЛИ)+7У+1 X« 1-а гтм\-а) 27>.(1 -а)+Тм

Возмущающее воздействие ЫР) 2ТпЦТпР + 1) }У (Р) -^ (2Гл!/Й+27п/,+1ХГэ/> + 1) 2Тп(\-а)Г(--Р + 1) и' (/>1 —-.......!..... ' (2Тп2Р2+2ГпР + ))(Т:,Г+\) ТГсгй -------р IV (Р, - Ът¥Ъ (ТЕНЯ , 2П*1 У/2Т:Тап ^ - --------/М......- /41 [.ТипгТэ ТатЬ КЬЛап >

изг(Р) ■ 1 IV (Р)~ 1

01V > 2Тп2Р2 + 2ТпР + \ 2Тат2Р2 +2ТатР-г\

Прерывистый режим ПНР)^ ' и„(Р) IV ,-пл ТэР+] I ¡V п , ( Р ) = -;—---

" т ( ") =--—^- тК 2§Тп'Р* + (207)? + Тэ)Р 4-1 ---1----------р + 1 Тз

| Прерывистый ! г- >им, беопковая 1 пауза о.о.с. но току 1 не действует ' 20ТпР(Тп + 1) ТвГо,¿Р ■

У

с и л Е Н И Е

д

Б

ЧАСТОТА 1 1С 10 100

1 ООО

У С И Л

к

II

и

Е

д

Б

4 О

2 О

-20

-4 О

ЧАСТОТА 1 /С 10 100

1000

О

Рис.4. Логарифмические амплитудно-частотные характеристики контуров тока (а) по возмущающему воздействию ЛЕ, (б) по ошибке на входе регулятора тока АН, (в) в прерывистом режиме работы управляемого выпрямителя

цифровых устройств, разработка блок-схем алгоритмов работы цифровой

составляющей блочной системы имитатора нагрузки. Для одномассовой

электромеханической системы (рис. 1а) преобразованное уравнение моментов

электропривода имеет вид

da 1 ол cU

- = -{М6-Мс±Мтр)--- . (3)

Исходя из уравнения (3) структурная схема одномассовой ЭМС с переменным моментом инерции примет вид рис.5, где Мс = JM(q>) -статический момент сопротивления, изменяемый в функции угла поворота ср; Мтр - суммарный момент потерь от действия сил трения в механизмах, являющийся реактивным и противодействующим движению.

Двухмассовая электромеханическая система (рис.6) рассматривалась при наличии вязкого трения, люфта, переменных параметров жесткости соединений и момента инерции второй массы , для которой справедлива система уравнений

М - MCj - М}2 = J] 0)\Р\

- a>i = АрТ; (4)

Aq(Cn + рР) = Мп, M\i-Mci=Jiq>i\

где, Ад>',А<р - утлы закручивания вала без учета и с учетом зазора; (3 -коэффициент дисснпативных сил трения, пропорциональный разности скоростей <±>\ - а>}.

Механическое оборудование СПУ имеет две характерные особенности - это эксцентриситет приводного барабана, вызванный износом футеровки.и удары колес скипа о стыки рельс, которые изменяют частоты собственных колебаний ЭМС. Система уравнений, описывающих движение СПУ, с учётом перечисленных особенностей и эквивалентной схемы рис.1 в, представлена ниже

М + Мп-Мп= J\Ú)\P-, Мп = (Fu +Fn + Fa)Ro; Мз = (Fu + FPз + Fa)Rzü Vi o = a>\Ro; Vyo = Riú

Ъ-Ъ-Ае.Г; (5)

У]0 - Vi = Á/„P ■Ru=Ro,+ AR sin <p; ^ = <j>,/P;

SE

Fu = KÁin; Fi 3 = :<Ata\K = --,l- var;

где Fi2, Fn - силы упругости, возникающие з канатах; Fti, Fpз - силы, действующие на двигатель при наезде на стыки рельс первого и второго скипов; Fci, Fqз - силы статического сопротивления движению скипов; Rt> - I диус барабана; Rv - радиус барабана с учетом износа футеровки; Vi, V} - линейные

Рис.5. Структурная схема одномассовой системы с переменным моментом

инерции

-Мс 1 С,2=уаг Мс2 J1=var

Рис.6. Структурная схема двухмассовой электромеханической системы с псременными параметрами

Р

1 Г,

Г,«

О-

ЛУ,

р

дл

к

м

Ло

Г г,

—»0-

Ко

-Му

АР

Р

М 5УЛ' <р

¿Л(ф)

-А/» : -»<>-й-

Л/,:

X

й> 1

1 ; I 1

I 1

!

-1

X

А У3

1 Р 1 Р

I ^ " 13 (

13

Г» рп

Ртг,

Г,

Рис,7. Структурная схема скиповой подъемной установки с учеюм переменного параметра жесткости, эксцентриситета барабана и удара о стыки рельс

<Р

ь

-с I

Рис.8. Структурная схема испытательного стенда

скорости опускания и подъема скипов; У2 о, Уго - линейные скорости смотки и намотки канатов на барабаны; К -.коэффициент жест-юсти каната; Е - модуль Юнга; £ - длина каната; Л(12, Л(п - абсолютное удлинение канатов первого и второго скипоя.

Системе уравнений соответствует структурная схема, представленная на рис.7. Структурная схема имеет дза симметричных плеча, отличающихся тем, что на втором скипе имитируется эксцентриситет барабана. Эта структура отражает движение скиповой подъемной установки с учетом переменных параметров жёсткости п возмущающих воздействий в виде ударов о стыки рельс и эксцентриситет барабана.

Таким образом, разрэботанные структурные схемы для одно-, двух- и трехмассозой ЭМС являются основой для разработки имитатора нагрузки для нагрузочного агрегата.

Для проЕедешм экспериментальных исследований использована ДЭМС. Структурная схема испытательного стенда (рис.8) образована двухмашинным агрегатом двигателей постоянного тока, управляемых от реверсивных таристорных преобразователей с раздельным управлением группами. В качестве нагрузочной и испытуемой машины использовались двигатели типа ПН с номинальными данными: Ри = 3,2 кВт, Ь'н = ~>20В; п„ = 1500 об. мин.; /н '= 18,4А; Ля =1,032 Ом; Р = 2; Мв = 0,0375 кгм; С; = С,2 = КФ„ = 1,28 Вс. Тахогенератор типа ПДФ - 1. Преобразователи типа БТУ - 3601 со следующими данными: 11н - 220В, 1н = 25А.

Действие упругой связи между двигателем и рабочим органом имитируется соответствующим ДЭМС изменением нагрузки, создаваемой нагрузочной: машиной. Нагрузочный агрегат работает в режиме регулируемого источника тока с ПИ - регулятором тока и компенсирующей связью по ЭДС. Имитатор образован двумя интеграторами И1 и И2 с изменяемыми постоянными времени интегрирования. Вариация параметров Зги1 (0,25, 1; 4) и С)2 Нм (0,89; 7,95; 71,06). Испытания проведены' для разомкнутой системы испытуемого электропривода и замкнутой системы подчиненного регулирования электропривода с внутренним контуром регулирования тока и внешним контуром скорости. Как показали результаты эксперимента, используя имитатор ДЭМС, можно создать нагрузки на валу испытуемого двигателя, адекватные ДЭМС с частотой собственных колебаний от 0,55 до 10 Гц.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи разработки систем и средств имитации нагрузки электроприводов горных машин и механизмов с переменными параметрами, позволяющее путем использования в создании нагрузочного агрегата ускорить процесс внедрения новых разработок систем управления электроприводов.

Получены следующие научные и практические результаты:

1. Предложен метод физического и аналого-цифрового моделирования процессов сложных, электромеханических систем с использованием испытательного стенда для разработки систем управления электроприводами горных машин.

2. Рекомен .оьан в качестве нагрузочного агрегата в универсальном испытательном стенде двигатель постоянного тока, управляемый от реверсивного тиристорного преобразователя с раздельным управлением группами и замкнутой системой регулирования тока.

3. Установлено, что двойной регулятор тока обладает свойствами по подавлению возмущающего воздействия ЭДС и ошибки на входе регулятора тока, а также достаточным быстродействием в режиме прерывистых токов.

4. Разработан аналого-цифровой имитатор нагрузки, позволяющий формировать законы управления одно-, двух- и трёхмассовой электромеханических систем с учётом переменных параметров для воздействия на регулируемый источник тока.

5. Получено аналитическое выражение, позволяющее осуществлять управление движением горных машин в виде одномассовои электромеханической системы с переменным моментом инерции.

6. Разработана блочная структурная схема экскаваторного электропривода для формирования закона управления регулируемым источником тока двухмассовой электромеханической системы с переменными параметрами жёсткости соединений и момента инерции второй массы.

7. Разработана структура скиповой подъемной установки для формирования закона управления регулируемым источником тока трёхмассовой электромеханической системы с переменными параметрами жёсткости соединений при учёте возмущающих воздействий.

8. Разработанные метод оценки контура тока, работающего в режиме регулируемого источника тока, структурные схемы одно- и двухмассовой электромеханических систем с переменными параметрами приняты к использованию институтом "Гипроуглеавтоматизация".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1,Коробкин П.В. Стендовое имитационное моделирование электромеханических систем общепромышленных механизмов с переменными параметрами. В сб.: - М.: МГГУ, 1996.

2. Коробкин П.В., Омельченко Е Я. Структурная схема скиповой подъемной установки с учетом особенностей её работы. М., 1997 - 5с. - Дсп. в Горном информационно-аналитическом бюллетене №2.

3. Коробкин П. В., Омельченко Е. Я-, Фащиленко В. Н. Имитатор одномассовои системы с переменным моментом инерции. М., 1995. — 3 с. — Деп. в Горном информационно-г налнтпческом бюллетене № 5.

4. Коробкин П. В., Омельченко Е. Я., Фащиленко В. Н. Оценка контура тока по ошибке на входе регулятора тока. Л1., 1995. — 4 с. — Деп. в Горном информационно-аналитическом бюллетене Лг» 5.

5. Переслегпн Н. Г., Коробкин П. В. Ограничение динамических нагрузок в экскаваторном электроприводе//^ Всесоюзная конференция молодых ученых «Интенсификация горнорудного производства». Тез. докл., Свердловск, ИГД МЧМ СССР, 19Ь9.— С. 21.

6. Переслепш Н. Г., Омельченко Е. Я., Коробкин П. В. Имитатор двухмассовой электромеханической системы// Межв. сб. «Оптимизация режимов работы систем электроприводов». Красноярск, 1992, с. 30—35.

Подписано в печать 19.05.1998 г., Формат 60x90/16 Объем 1 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 442.

Типография .Московского государственного горного университета. Ленинский проспект, д. 6