автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Исследование и разработка систем и средств управления электроприводами подъемно-напорного механизма экскаватора

РГ8 Ой

московский энергетический институт

(технический университет)

На правах рукописи

ГОДЖИЕВ Александр Адилгериевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМ И СРЕДСТВ

УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ПОДЪЕМНО-НАПОРНОГО МЕХАНИЗМА ЭКСКАВАТОРОВ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степеш! кандидата технических наук

Москва, 1995

Работа выполнена в Северо-Кавказском Ордена Дружбы Народов государственном технологическом университете

Научный руководитель - кандидат технических наук,

профессор Кибизов К.В.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Юньков М.Г.,

- кандидат технических наук Гаврилов М.П.

Ведущее предприятие - Тырныаузский вольфрамо-

-молибденовый комбинат.

I ¡Защита диссертации состоится " /5~" уЕКЛ^Ц 199 .Гг. в Ад час. на заседании диссертационного совета К 053.1 б.Об в Московском энергетическом институте (технологическом университете).

Отзывы ( в двух экземплярах, заверенные печатью ) просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.14-, Ученый Совет МЭМ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ. Автореферат разослан И О199$>г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 053.16.06 л

к.т.н., доцент ^^У" Т.В.Анчарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Стоимость добыта полезных ископаемых наиболее распространенным способом открытой разработки в значительной степени определяется надежностью и производительностью карьерных экскаваторов, в частности,- свойствами электроприводов их подъемно-напорного механизма.

Состоявшаяся в октябре 1989 года-Четвертая ВНТК по электроприводу экскаваторов наметила план развития электротехнических комплексов экскаваторов, включающий три раздела: совершенствование электрооборудования эксплуатационного парка экскаваторов; модернизация электроприводов выпускаемых экскаваторов; создание новых видов электроприводов для перспективных машин.

Последний раздел плана подразумевает создание частотно-управляемых электроприводов переменного тока и расширение области применения тиристорного электропривода постоянного тока. Такая работа требует больших затрат средств и времени. Поэтому и из-за возникших в настоящее время в народном хозяйстве трудностей по реализации этого направления на первый план выдвигается осуществление двух первых. Причем, следует акцентировать внимание на достаточно эффективных, но относительно дешевых решетаях, которые быстро и с минимальными затратами могут быть внедрены в практику. Это подразумевает отказ от внесения изменений в силовую часть электрооборудования и механику экскаваторов и ограничивает область исследований и разработок системами управления электроприводом, методами и средствами их контроля и наладки.

Теория электропривода экскаваторов создана и развивается отечественными учеными: Н.Ф.Ильинским, В.И.Ключевым, О.А.Залесо-еым, М.Г.Еньковым, Н.Г.Пэреслегиным, Б.В.Ольховиковым, Т.3.Портным, Д.А.Каминской, Л.Д.Певзнером, другими учеными. В современном варианте построения ЭП подъемно-напорного механизма находящихся в эксплуатации и выпускаемых промышленностью экскаваторов остаются такие особенности, которые влекут за собой повышенную динамичность, снижающую надежность машин.

Цель работы состоит в поиске и обосновании способов усовершенствования СУ электроприводов подъемно-напорного механизма одноковшовых экскаваторов, средств их контроля и наладки, псзволя-ляпцих без изменения конструкции и силового электрооборудования

снизить перегрузки в электромеханической системе (ЭМС) и тем самым повысить надежность и производительность машин.

Основные идеи работы. Оптимальное распределение нагрузок в ЭМС механизмов подъема и напора в двух существенно различающихся режимах работы ( копание и перемещение груза ) может обеспечить СУ с нелинейной обратной связью по нагрузке в упругом звене. Современная элементная база позволяет реализовать Алгоритмы измерения нагрузки по электрическим координатам ЭМС и методы наладки измерителя в отсутствие эталонного сигнала такой степени сложности, которая обуславливается требуемой точностью измерения. Максимальное соответствие фактического качества функционирования ЭМС заданному обеспечит предваряющая синтез СУ идентификация ЭМС по ее электрическим координатам.

Научная новизна заключается в следующем.

1. Разработана простая инженерная методика синтеза СУ двух-массоЕой ЭМС с гибкой о.о.с. по нагрузке в упругом звене.

2. Показано, что оптимальное распределение нагрузок в ЭМС

копающих механизмов обеспечивает нелинейная гибкая о.о.с. по на/

грузке в упругом звене - сильная при больших, вызывающих стопо-рение нагрузках и ослабляющаяся по мере их уменьшения.

3. Выполнен анализ источников погрешности определения нагрузки в упругом звене механизма по напряжению и току якоря двигателя и найдены способы уменьшения их влияния.

4. Доказано, что критерием правильности настройки электрометрического датчика нагрузки может служить минимум интеграла за время переходного процесса квадрата линейной функции от -выходных сигналов датчиков напряжения и тока якоря.

5. Предложена и теоретически обоснована методика параметрической идентификации двухмассовой ЭМС по сигналам датчиков напряжения и тока якоря приводного двигателя постоянного тока.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Научные положения'установлены,с использованием математического аппарата теории систем автоматического регулирования в сочетании с методами моделирования на ЭВМ. Достоверность результатов подтверждена экспериментально.

Практическое значение работы. Предложенная структура привода с нелинейной гибкой о.о.с. по нагрузке в-упругом звене копающих механизмов экскаватора позволяет простым и относительно дешевым

способом улучшить динамические свойства привода во всех режимах работы. Разработанная методика синтеза такой СУ достаточно проста и обеспечивает хорошее приближение фактических свойств привода к ожидаемым; ее можно рекомендовать для синтеза СУ приводами постоянного тока других механизмов, сводящихся к двухмассо-вым. Особенности структуры и методики синтеза обеспечивают работоспособность привода и при отказе цепи дополнительной о.о.е..

Датчик нагрузки в упругом ЗЕене,. налаженный по предложенной методике, позволяет измерить нагрузку с точностью, достаточной для применения не только в упомянутой системе привода, но и ео многих других случаях.

Устройство, реализующее предложенную методику идентификации ДЭМС по сигналам датчиков напряжения и тока якоря ДПТ, позволяет автоматизировать и ускорить процесс экспериментального определения параметров ДЭМС, что обеспечивает синтез СУ по фактическим, а не каталожным данным и упрощение процесса наладки привода.

Реализация результатов работы. Нелинейная СУ и датчик наг-грузки в "упругом звене приняты к внедрению НПК "Югцвеметавтома-тика" и заложены в изготовляемой им аппаратуре управления главными приводами карьерных экскаваторов. Ее испытания на экскаваторах ЭКГ-8И Тырныаузского вольфрамо-молибденового комбината по-показали,. что продолжительность цикла экскавации в скальном забое уменьшается на 9,2% при одновременном снижении коэффициента динамичности с 1,8...2,О до 1,2. Ожидаемый годовой экономический эффект от Этого - 89 тыс.руб. на экскаватор в ценах 1989 года.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзном НТО "Перспективы автоматизации горно-обогатительного производства цветной металлургии с применением микропроцессорной техники" ( Владикавказ, 13-15 октября 1987 г.), И Всесоюзной НТК по электроприводу экскаваторов ( Екатеринбург, 9-12 октября 1989 г.), отчетных НТК СвЕеро-Кавказско-го ГТУ в 1990-1995 Г.Г..

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных трудов. ^ -

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 1ЧЪ страницы машинописного текста, рисунков, ^ таблиц, список литературы из Ч1) наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1 посвящена допросам синтеза линейных СУ ДЭМС.

Значительные динамические перегрузки в подъемно-напорном механизме экскаваторов обусловлены существенной подэтлиеостыо механических передач, наболев ярко выраженной в механизмах с канатами. Естественный способ улучшения динамики ДЭМС - введение в СУ помимо обычных контуров регулирования координат двигателя дополнительных,- замкнутых по координатам упругого механизма. Практически единственной такой координатой в ЭМС механизмов экскаватора является нагрузка в упругом зЕене (канате).

Очевидно, самое слабое,звено в замкнутой по упругой нагрузке системе - соответствующий датчик. Поэтому нельзя считать удачным решение, состоящее е организации дополнительного последовательного контура регулирования упругой нагрузки. При отказе измерителя такая сйстема становится неработоспособной. Лучше в этом смысле ввести параллельную гибкую отрицательную o.e. по нагрузке в обычную двухконтурную СПР. Если синтез такой системы выполнить так, чтобы и в отсутствие этой дополнительной o.e. привод сохранял приемлемые показатели качества, то обрыв ее по крайней мере не скажется на работоспособности машины. Такой подход позволяет улучшить динамику ЭМС без риска повышения вероятности длительных простоев экскаватора из-за отказов привода.

Известен метод синтеза подобных систем - способ нормированных полиномов. Его применение обычно связано с решением сложной системы нелинейных уравнений. Суть предложенной в настоящей работе методики состоит в том, что сначала определяются значения параметров замкнутого.контура регулирования тока якоря и гибкой о.о.с. по упругой нагрузке, обеспечивающие заданное нормированным полиномом качество регулирования нагрузки еупругом звене, а затем подбирается регулятор тока, обеспечивающий требуемые параметры замкнутого контура тока якоря. Тем самым задача синтеза сводится к простейшим внчислительным операциям.

Структурная схема системы, состоящей,из контура регулирования тока с гибкой о.о.с. по усилию в упругом звене и двухмэособого механизма, показана на рис.1, где U3T(P) - напряжение.издания контура тока, I„(p). Iy(P) - ток якоря и его составлящая, пропорциональная нагрузке в упругом звене, которую в дальнейшем

будем называть упругим током, 1е - статический ток, шд(р) - уг-лоезя скорость вала двигателя, шр(р) - скорость движения рабочего органа, приведенная к валу двигателя, Тт, £т - постоянная времени и коэффициент затухания замкнутого контура тока якоря,

в - его относительная статическая ошибка, вызванная действием т

внутренней обратной сеязи по э.д.с. двигателя, кдт - коэффициент передачи датчика тока, ГЦ - сопротивление якорной цепи, с - постоянная двигателя, Ти, Т - электромеханические постоянные времени двигателя и рабочего органа, Т - постоянная времени гибкой о.о.с. по упругому току, с , кт - жесткость упругого звена и коэффициент сил вязкого трения, приведенные к двигателю.

Рис. 1. Структурная схема контура регулирования нагрузки в упругом звене двухмассового механизма

Характеристический полином этой системы:

(7арг+Ьр+1) (Т£рг+2£тТтр+1 )+тбЬр2+тбр, (1)

где 7 = Тр(Ти+Тр)-1- коэффициент соотношения электромеханических постоянных времени, а = сТи(с 11э)"1, Ь = ктс~1, О = (1 —0 5н-

Заметим, что постоянная времени колебаний в упругом звене Ту = (7а)0'5, а коэффициент затухания колебаний £у = 0,5ЬТ~1. В общем случае требуется получить полином:

Т'У+Рз'^Р'+Рг^р'+Р,^ , (2)

где Т - постоянная времени, Р1, рг, Р3 - коэффициенты, определяющие вид переходного процесса. Так, р^ Р3= 4, р„ = 6 соответствуют полиному с критическим затуханием, р^ Р3= 80'5, рг= 4 -полиному модульного оптимума (перерегулирование 6,2%).

Если вязкое трение не учитывать, то (1) приобретает вид:

7аТ=рч+2£1Т17ар3+(7а+Т=)рг+(25тТ1+тв)р+1 . (3)

Путем сравнения (2) и (3) получим:

= 0.5(Зрз; Тт = р2(Та)0'5; а = Р(Р,-Р2Р3)(ат"1 )0'5 , (4) где р = {о,5[р2-(р=-4)°'5]|°'5 . (5)

Если вязкое трение учитывать, то решение системы уравнений, получаемой приравниванием (2) к (1), удается выписать для полиномов, сводящихся к виду (Т2р +2£0Тр+1)2, например, для полиномов модульного оптимума и с критическим затуханием:

1Т = 0,5ро [4£о - роЬ(Та)-°'5]; Т, = р*(7а)°'5;

* = Р0 (Т"1а]°'5{4^ - РоК " Р0Ь(Та)-0'5]} - ЬТ-\

где Р0 = [е* + 1 + Ь(Та)-0'5]0'5- £0 . (7)

Требование сохранения приемлемых показателей качества при обрыве цепи гибкой о.о.с. сводится к тому, чтобы £ , вычисленный по (4) или (б), был близок к соответствующему модульному оптимуму . В работе показано, что при разумном выборе Р1, Р2, рз это требование выполняется при любом Например, для полинома модульного оптимума 0,887 > £т > 0,707 при 0 < < 0,707.

Далее требуется найти такой регулятор тока, который сводит передаточную функцию замкнутого контура тока якоря к виду:

их(р> = Мр^р) = (1Л)к«(т?Рг+2£ЛР+1)_1- (8>

Составив передаточную функцию контура регулирования тока якоря с учетом о.о.с. по э.д.с. двигателя и сопоставив ее с (8), найдем передаточную функцию регулятора тока якоря:

Ир,(Р) = (Т„ТэР2+Т«Р+1)С ТжР(ТсР+1)Г1' (Э)

где Т, = ОЛЛЛС^т'У"' Тс =ТпЛ<2£1Тар-Тт>~1' <10>

йт = Т,^Лр"Тт)Тпр ' • <11>

кпр, Тпр, - коэффициент передачи и постоянная времени преобразователя.

Такую передаточную функцию имеет ПИД-регулятор с коэффциен-том пропорциональной части кп и постоянными времени интегрирования Т , дифференцирования Т, и сглаживания Т :

к д с

( +(Т>рГ1+ Тлр ](Тср+1Г1 ,

где

Т Т"1 к I

ф _ ф ф ф ~ 1

Л ~ и з I

(12) (13)

На основании изложенного предлагается следующая методика синтеза 'контура тока с гибкой о.о.с. по упругому току для ДЭМС.

1. Выбрать коэффициента р^ Рг, Рз полинома (2).

2. По формулам (4) или (6) рассчитать £ , Т„ и -9.

3. По формуле (11) определить 0 .

4. По формулам (10) и (13) определить Ти> Тс, и кп.

5. По формуле Тун = ,Й(1-3Т)""1 найти постошшую Бремени гибкой о.о.с. по упругому току.

Традиционные схемы на операционном усилителе позволяют реализовать ПИД-регулятор, между настройками " которого выполняется соотношение к* £ 4Т Т"1. В приводах механизмов экскаваторов ЭКГ, например, Ти и Тэ таковы, что это условие не соблюдается.

ШД-регулятор с любыми настройками позволяет реализовать вновь разработанная схема, представленная на рис.2. Можно выбрать Н = И2= И, а затем рассчитать емкости конденсаторов:

С 2ТСН"

О „= 0,5Т

2 я

V 2№

С = 0,5Т к 1Г

4 ал

ивих(Р)

Тис. 2. Принципиальная схема ШД-регулятора

Глава 2 посвящена поиску решений, позволяющих учесть, что подъемно-напорный механизм работает в двух существеннно различа-чакщихся по характеру нагрузок и степени изменения параметров ДЭМС режимах - копания и перемещения груза. Первый характеризуется резко меняющимися и большими ( вплоть до вызывающих стопо-рение ) нагрузками, второй - относительно небольшими ( на превышающими номинальный момент даигателя ) и медленно меняющимися.

Таково же соотношение степени изменения параметров ДЭМС (7 и а). Ускоренный износ оборудования происходит в режиме копания, особенно при резких стопорениях.

В режиме перемещения груза относительно незначительно изменяются момент инерции рабочего органа ( в функции величины груза и положения рабочего органа ) .и жесткость упругого звена су ( в функции длины каната от точки схода с барабана лебедки до точки подвеса ковша ). При образовании слабины в канате су уменьшается до нуля, а при стопорении можно считать, что 7 = 1 и интерпретировать это, как добавление к массе рабочего органа бесконечно большой массы груза, точнее - очень большой массы экскаватора.

Выражения (9)...(13), описывающие регулятор тока, позволяют найти способ учета в СУ приводом переменности параметров ДЭМС.

Подстзеив (13), (10) и (11) в (12), получим:

кА(Тлр+1Г1[ 1 + <Т рГ1 + Тэр], (14)

где к

R

А к„к.

Т2 -1 TT

_1пр___, i . ф___т пр

т (?t

ПР дт

Постоянная времени гибкой о.о.с. по упругой нагрузке

ТУН = «(1-0тГ1 = ^рРпр-ТТ^ТТПР-ТТ>Г1- <1б>

В формулах (15) и (16) функциями 7 и а являются величины Тт , и 13. Поэтому для обеспечения заданного полиномом (2) качества регулирования при изменении указанных параметров ДЭМС по-постоянную времени о.о.с. по упругой нагрузке надо изменять в соответствии с выражением (16), а регулятор тока должен состоять из последовательно соединенных ПВД-звена и апериодического звена с переменными коэффициентом усиления кА и постоянной времени ТА.

Такой способ подразумевает непрерывный контроль а и 7, что является задачей е принципе разрешимой, но весьма сложной. Поэтому в работе предложено другое решение [3, 4], которое отвечает требованиям сохранения приемлемого качества функционирования привода при отказе цепи o.e. по упругой нагрузке и простоты реализации. При его выработке имелось в виду следующее.

1. Существенный вклад в износ металлоконструкций вносят лишь нагрузки, возникающие е процессе копания, поэтому регуляторы СУ следует настроить так, чтобы обеспечить -по возможности полное

демпфирование колебаний в ДЭМС именно в режиме копания. Соответствующие настройки можно определить по формулам (4) и (5) или (б) и (Т), если подставить в них 7=1.

2. Стремление обеспечить такое же демпфирование в режиме перемещения груза из-за неблагоприятного соотношения масс приводит к неоправданной перегрузке силового электрооборудования, поэтому степень демпфирования в этом режиме следует уменьшать. Очевидный способ при сохранении настроек регулятора тока - уменьшение' глубины ( постоянной времени ) гибкой о.о.с. по упругой нагрузке. К такому же выводу приводит оценка границ устойчивости контура с регулятором тока, синтезированным по режиму стопорения, в режиме перемещения груза:

Р3[ Р~1- Рэт"1]а°'5 > -0 > о ( кт = 0,),

откуда видно, что при уменьшении 7 зона устойчивости сужается. По этим двум причинам представляется рациональным уменьшать •в при уменьшении 7.

3. Косвенно оценить величину 7 можно по величине 1у. Аналитически найти вид оптимальной зависимости -9 от I сложно из-за влияния динамики и трудности выбора критерия оптимальности. Предлагается принять эту зависимость линейной, в том числе и потому, что она элементарно реализуется блоком перемножения.

Функциональная схема привода представлена на рис. 3 , графи-' ки переходных процессов при стопорении - на рис. 4.

Рис. 3. Функциональная схема рациональной системы электропривода механизмов подъема и напора.

Рис.4. Переходные процессы при стопорении привода подъема ЭКГ-8И с нелинейной гибкой о.о.с. по упругому току

В главе 3 рассмотрены вопросы измерения сил упругой деформа-ш в механизме с ЭП постоянного тока при наличии определенных юбований к амплитудной и - особенно жестких - фазовой пограш->сти. Специфика подъемно-напорного механизма затрудняет приметив датчиков, непосредственно измеряющих натяжение в канатах щ нагрузку на Еалу приводного двигателя. Чтобы исключить при-1нение дополнительных к задействованным в СУ первичных датчи->в, решено определять нагрузку по напряжению и току ДПТ.

Алгоритм функционирования такого измерителя при постоянстве [гнитного потока выглядит следующим образом:

I = Ф (р)и + а Ф (р)ри + а Ф (р)рги - а Ф (р)ри , (17) дун о^' дт 1 1 дт г идт 33 ^ ^ дн' 4 '

10 II , 11дн, иду.н - выходные напряжения датчиков тока, напря-

(ния и упругой нагрузки соответственно; а1, а„ , а - коэффи-

внты, которые в первом приближении можно принять равными рас-

тным значениям Т „, (Т„„Т ) и (Т„„к„ И ~1к „~1) соотвэт-*д' ид яд' ид дт яд дн

■венно, а затем необходимо уточнить при настройке; Няд, Тяд, - сопротивление якорной цепи двигателя, его электромагнитная электромеханическая постоянные времени; кдт, кдн - коэффициен-датчиков тока и напряжения; Ф0(р)...Ф (р) - передаточные нкции фильтроЕ низкой частоты с единичным коэффициентом усиле-я по постоянному току.

Анализ известных решений позволил определить основные источ-ки погрешности таких измерителей, а именно: существенное от-онение алгоритма от (17); неудачные способы дифференцирования борьбы с помехами; отличие а1, а2> а3 от соответствующих фак-ческим параметрам двигателя.

Отсюда вытекают способы уменьшения погрешности: выделение дативных составляющих (17) с минимальным фазовым сдвигом ме-у ними и их суммирование с соответствующими весовыми коэффици-тами; применение фильтров, обеспечивающих при заданной фазовой зовой погрешности датчика наилучшее подавление помех; примене-е методики и средств настройки датчика на наилучшее приближе-е а^.. а3 к соответствующим фактическим параметрам двигателя. Было замечено, что множители при идт в правой части (17) -что иное, как передаточные функции низкочастотного, селектиЕ-го и высокочастотного фильтров, а при и - селективного.

Сеойстеом одновременно выделять несколько полос спектра входног сигнала обладает так называемый универсальный фильтр. При эта практически полностью исключается фазовый сдвиг мевду первым тремя аддитивными составляющими (1Т). Снижение до допустимое уровня фазового сдвига мевду четвертой составляющей и остальным; обеспечивает применение для ее выделения точно такого же фильтр, и попарный подбор пассивных элементов двух фильтров.

Далее было показано, что если потребовать, чтобы на частот» измеряемого сигнала фазовый сдвиг, вносимый фильтром, имел нале ред заданную величину, то существует оптимальная величина порядка фильтра, обеспечивающая наилучшее подавление помехи. Для копающих механизмов экскаваторов ЭКГ оптимален в одних случая: фильтр третьего порядка, в других - четвертого, но разница невелика, поэтому, имея в виду аппаратурные затраты, для упомянуты; экскаваторов всегда можно рекомендовать фильтр третьего порядка

Схема разработанного измерителя приведена на рис. 5.

Рис. 5. Принципиальная схема датчика упругой нагрузки

Наладка измерителя заключается в подборе значений коэффициентов сумматора на ОУ А с тем чтобы а1^ &2, а3 возможно точнее

соответствовали фактическим значениям параметров двигателя. Последние могут значительно'отличаться от рассчитанных по каталожным данным вследствие технологического разброса и из-за временных, температурных и прочих изменений. При этом наладка датчика имеет существенную особенность: эталонный сигнал, с которым можно было бы сравнить выходной сигнал датчика, отсутствует. Поэтому правильность настройки датчика можно оценить лишь по самому его выходному сигналу. 'При определенных условиях это возможно.

Дело е том, что если функция

f(t) = х (t) + £a.x.(t) (J = 1, 2,...n), (18)

d=i 3

где x0(t)...xn(t) - ненулевые на некотором интервале t ='0...т функции времени; а .,.ап - весовые коэффициенты, при некоторой комбинации весовых коэффициентов

aj " а;)0 (3 = 1, 2....П) (19)

является величиной постоянной ( не зависящей от времени ):

i(t) = х (t) + £a.nx.(t) = С = const, (20)

j=i J 3

то интеграл квадрата этой функции за время т имеет минимум при тех же самых значениях коэффициентов,(19), если выполняется одно из следующих дополнительных условий:

-0=0; (21) т

- О * О, J х (t)dt = 0, (1 = 1...п). (22)

о 1

В первом случае интервал интегрирования может быть произвольным, во втором его необходимо подобрать так, чтобы выполнялось условие (22). Если же подобрать такой интервал времени не удается, то достаточно найти координаты интеграла квадрата производной от функции (18), что соответствует условию (21).

Легко видеть, что если = const ( это имеет место при разрыве упругой связи ), то в качестве функции (18) может быть использован сам выходной сигнал ДУН (17), так как именно при соответствии а1, а2, аз, параметрам двигателя он обращается в постоянную величину. Условие (22) соответствует подаче на вход СУ задающего воздействия прямоугольной формы с длительностью, пример-

но равной продолжительности переходного процесса при отработке скачкообразного задания. Интегрирование надо начать одновременно с подачей задания, а завершить после остановки двигателя.

Поиск минимума интеграла можно поручить экстремальной системе регулирования, которая, периодически подавая на вход СУ задающее воздействие прямоугольной формы, изменяла бы величины сопротивлений резисторов R3 , R4 , Rg так, чтобы на каждом последующем шаге настройки величина интеграла уменьшалась. Именно такой принип настройки датчика принят в устройстве [2].

В приводе карьерного экскаватора выполнить исходную посылку (Ir = const) можно, отстегнув подъемный канат от барабана, что, конечно, не всегда удобно.

Если, как это имеет место в электроприводе с упругим званом, в неустановившихся режимах Iy ^ const, то в качестве подинтег-ральной функции следует использовать не идУн. а другую, которая при точной настройке датчика обращается в постоянную величину.

В работе показано, что-к виду (18) сводится функция

?(р) = (Ь1+Ь2р+Ь^р2)Ф(р)идун+(Ь4+Ь5р)Фо(р)Ф(р)идт , (23)

где Ф(р).- передаточная функция фильтра низких частот третьего порядка. Рационально применить для вычисления производных такие же универсальные фильтры, что и в ДУН, а сигнал Ф0(Р)идт снять с соответствующего выхода одного из фильтроЕ ДУН. Коэффициенты Ь1 -- Ъ выражения (23) входят в число настраиваемых параметров наряду с а,, аг, а3 выражения (17).

Глава 4 посвящена параметрической идентификации ДЭМС.

Описанная выше методика синтеза СУ ДЭМС, как и любая другая, тем более эффективна - в смысле совпадения фактического качества регулирования и ожидаемого,- чем.точнее соответствуют фактическим использованные при расчетах значения параметров двигателя г механизма. В ДЭМС коэффициенты и характеристики, определящие упругие связи, как правило, трудно определимы, а теоретические расчетные формулы громоздки и дают в значительной мере приблизительный результат. Это, пусть в меньшей ^степени, справедливо i для параметров двигателя.

В диссертации рассмотрена идентификация ДЭМС с электроприводом постоянного тока, когда есть возможность измерить только то]

и напряжение якоря двигателя в обычных режимах работы. Показано, что если в моменты Бремени 1=0 и t=т двигатель работает в установившемся режиме, в промежутке времени от 0 до т - в динамическом, напряжение на якоре и(0) = и(т) и нагрузка двигателя постоянна, то решение системы трех линейных уравнений

-2- + аД_ + аД' - а и )2<И = 0 (3=1,2,3) (24)

ва3 о 2 я 3

определяется выражениями:

а10=Т„д' аг0=Т*дТяд' а30=Т»дНял- (25)

Из этого Еытекает возможный при соблюдении упомянутых условий метод определения параметров ДПТ.

1. Выбирается время интегрирования х, примерно равное двум длительностям переходного процесса в приводе при скачкообразном задающем воздействии.

2. Измеряются ток и напряжение якоря двигателя, а также пер-рвая и Еторая производные тока якоря и первая производная напряжения ( например, с помощью двух универсальных фильтров ).

3. В систему управления двигателем подается задающее воздействие прямоугольной формы с длительностью, примерно раиной времени реакции привода на ступенчатое задающее воздействие.

4. Измеряются интегралы - коэффициенты при а ... а^ в (24). Необходимо'измерить шесть интегралов.

5. После подстановки значений интегралов в (24) отыскивается решение последней а10, а2о, а30, а затем из выражений (25) - искомые параметры двигателя.

Этот способ и устройство для его осуществления защищены авторским свидетельством [5]. Аналоговая часть устройства формиру-'ет напряжения, пропорциональные интегралам, цифровая управляет режимами работы аналоговой и производит вычисления. Такая конфигурация устройства позволяет решить задачу идентификации в реальном масштабе времени за два периода входного воздействия.

Методику несложно распространить на случай ДЭМС. Для определения ее параметров необходимо сначала найти решение с10---с70 системы семи линейных уравнений (3=1...Т):

й Т • I ■ • • • • * ■ • ••• ^

— 1(1+0Д+сД+с 1 + с, 1. -сси -с,и -с, и )'си=а. (26) <Эа о '

Здесь для дифференцирования надо применить универсальные фи-.льтры пятого порядка и необходимо измерить 14 интегралов. Затем искомые параметры можно определить по формулам:

- <с7оО°'5: ^ -°'5сбо<тЛо>"1: Тяд = <с3ос^ - С60<0"1 : Няд = (С60С^ - сю>си ;

1--i- ; Т = С

Сго-<С1сГ2£Л)(Тяд+2?Л) "Д <°Т*ТЯД

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 4 -

Решение в диссертации нескольких актуальных задач, а именно: разработка нелинейной СУ приводами копающих механизмов, простой инженерной методики ее синтеза, способов и средств измерения нагрузок в упругом звене, а также идентификации ДЭМС,- позволяет относительно дешевыми средствами улучшить динамические характеристики ЭМС копающих механизмов, снизить возникающие в них перегрузки, повысить надежность и производительность экскаваторов.

Основные вывода и результаты работы:

1. Оптимальное распределение нагрузок в ЭМС копающих механизмов во всех режимах работы обеспечивается нелинейным характером гибкой о.о.с. по упругой нагрузке на входе регулятора тока якоря двухконтурной СИР. Постояннаяvвремени цепи этой o.e. максимальна .при стопорении рабочего органа и уменьшается по мере снижения нагрузки.

2. Простая инженерная методика синтеза регуляторов такой системы получена, благодаря двухэтапному подходу к синтезу. Сначала по заданному качеству регулирования нагрузки в упругом звене определяют постоянную времени и коэффициент затухания замкнутогс контура тока якоря и параметр гибкой о.о.е., затем - соответствующие им настройки РТ. ,

3. Доказано, что упомянутая конфигурация СУ и синтез ее ж предложенной методике гарантируют работоспособность привода npi отказе измерителя упругой нагрузки.

4. Предложенное схемное решение ПИД-регулятора позволяет, 1 отличие от традиционного, реализовать любые настройки.

5. Нагрузка в упругом звене ДЭМС может быть вычислена по си-

5. Нагрузка в упругом звене ДЭМС может быть вычислена по сигналам датчиков напряжения и тока якоря приводного ДПТ, причем соответствующее выражение представляет собой сумму сигнала датчика тока якоря, его первой и второй производных и производной сигнала датчика напряжения, а весовые коэффициенты есть функции параметров ДПТ. Минимальный фазовый сдвиг между аддитивными составляющими и, следовательно, наименьше гармонические искажения сигнала обеспечивает применение для дифференцирования и подавления помех фильтров с универсальной структурой.

6. Доказано, что при заданной величине фазовой погрешности измерителя существует определенное значение порядка фильтра с максимальным подавлением помех. Для приводов ЭКГ-8И оптимален фильтр третьего порядка.

7. Если нет эталонного сигнала, то критерием правильности настройки датчика может при определенных условиях служить минимум интеграла за время отработки приводом задающего воздействия прямоугольной формы квадрата либо самого сигнала датчика, либо первой производной от него ( при возможности разорвать упругую связь), либо линейной функции выходных сигналов датчиков нагрузки и тока «коря (при отсутствии такой возможности).

8. Разработанные методика и средства идентификации ДЭМС позволяют определить ее параметры по сигналам датчиков напряжения и тока якоря в обычном режиме отработки сигнала задания прямоугольной формы. Использование при синтезе фактических значений параметров приближает качество регулирования к ожидаемому.

9. Основные результаты работы используются при проектировании комплекта устройств управления главными приводами одноковшовых экскаваторов УГП-1 в НПК "Югцветметавтоматика".

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. A.c. 1273756 СССР, МКИ G01L 3/10 Способ измерения нагрузки на валу электропривода постоянного тока / К.В.Кибизов, А.Ч. Хатагов, Н.Г. Переслегин, А.А.Годжиев, А.В.Дзускаев (СССР) -4с.: ил. - БИ. 1986, ü 44.

2. A.c. 1288511 СССР, МКИ G01L 1/06, G05B 13/00 Датчик сил упругой деформации механизма и устройство для его настройки / А.Ч.Хатагов, Н.Г.Переслегин, К.В.Кибизов, А.А.Годжиев, А.В.Дзус-

каев (СССР) - 6с.: ил. - БИ, 1987, * 5.

3. A.c. 1734182 СССР, МКИ Н02Р 5/06, Е02Р 9/22 Электропривод одноковшового экскаватора / К.В.Кибизов, А.Ч.Хатагов, A.A. Годжиев (СССР) - 2с.: ил.- БИ, 1992, * 18.

4. A.c. 1735995 СССР, МКИ Н02Р 5/06, E02F 9/22 Электропривод одноковшового экскаватора / К.В.Кибизов, А.Ч.Хатагов, A.A. Годжиев (СССР) - 2с.: ил.- БИ, 1992, * 19.

5. A.c. 1758655 СССР, МКИ G06G 7/00, G31/34, Н02К 15/00 Способ определения параметров двигателя постоянного тока, устройство для его осуществления и управляемый интегратор / К.В.Кибизов, А.Ч.Хатагов, А.А.Годжиев (СССР) - Юс.: ил. - БИ, 1992, » 32.

6. Кибизов К.В., Годжиев A.A., Хатагов А.Ч., Дзускаев A.B. Измерение нагрузок в упругом звене механизма с электроприводом постоянного тока // Научно-техническая конференция, посвященная 50-летию СКГМИ : Тезисы докладов. - Орджоникидзе, 1988 - с. 121-123.

7. Кибизов К.В., Хатагов А.Ч., Годжиев A.A., Дзускаев A.B., Плеханов Ю.В. Микропроцессорный измеритель нагрузок механизмов с электроприводом постоянного тока // Цветная металлургия.- 1988.-J6 11. - с. 59-60.

8. Кибизов К.В., Годжиев A.A. Методика синтеза электропривода на заданное качество динамики усилия в упругом механизме. -М., 1993.- 15.с. - Рукопись представлена Северо-Кавказским горно-металлургическим институтом. Деп. в ИНФОРМЭЛЕКТРО, 1993, Ji 1, 38-эт93.

9. Кибизов К.В., Годжиев A.A. Синтез регулятора тока для электропривода с упругим звеном // Известия вузов. Горный журнал, 1993.- * 8. - с. 120-126.

10. Годжиев A.A. Параметрическая идентификация ДЭМС постоянного тока // Научно-техническая конференция, посвященная 50-летию Победы над фашистской Германией : Тезисы докладов - Владикавказ, 1995.- С. 42-44.

Заказ N 389 Тираж 70 Подразделение оперативной полиграфии СК ГТУ. Владикавказ, ул. Николаева, 4и