автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Мотор-колесный электропривод многоопорного транспортного средства

На правах рукописи

2 >} !лЛ? 1997

МИТИН ВИТАЛИЙ ВЯЧЕСЛАВОВИЧ

МОТОР-КОЛЕСНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД МНОГООПОРНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

(05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1997

Работа выполнена на кафедре "Электротехника и компьютеризированные электромеханические системы" Московской Государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения (МАМИ).

академик АЭН РФ, доктор технических наук, профессор Б.И. Петленко кандидат технических наук, доцент В.Д. Волков

академик АЭН РФ, доктор технических наук, профессор Ю.М. Иньков; кандидат технических наук, профессор В.В. Селифонов

НТЦ "Перспективы развития АТС" ГНЦ НАМИ

Защита состоится " ^ " 1997г. в час, в

ауд. на заседании диссертационного совета К 063.49.05 в

Московской Государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения (МАМИ).

Отзывы в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 105839, Москва, Е-23, Б.Семеновская ул., 38, МАМИ, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАМИ.

Автореферат разослан " ^ " 1997г.

Ученый секретарь совета, кандидат доцент

Научный руководитель -Научный консультант -

Официальные оппоненты: Ведущая организация -

диссертационного технических наук,

В.П. Коробченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБСШ

Актуальность темы. Переход к сооружению объектов большой единичной мощности требует увеличения габаритов и массы монтируемого оборудования, которое не может быть доставлено на место монтажа в разобранном виде (мостовые пролеты, ректификационные колонны, атомные реакторы, емкости большого объема и т.п.). Для транспортирования подобных грузов используются большегрузные многоопорные транспортные средства (МТС).

Особенностями конструкции большегрузных МТС являются:

- значительные размеры (протякенность - десятки метров), что обусловливает различие режимов эксплуатации ПК при движении МТС по грунтовой опорной поверхности;

- конфигурация транспортного средства и положение модуля в составе МТС в общем случае не определены и, следовательно, связь элементов формирования задающих воздействий (рулевого колеса, педалей) с исполнительными устройствами не может быть однозначно задана;

- независимые приводы поворотных опор и колес с пневматическими шинами определяют важность индивидуального управления тяговыми двигателями, особенно при маневрировании и повороте многоопорного большегрузного транспортного средства.

Кроме того, ограниченность мощности первичного источника энергии (чаще всего дизеля) определяет необходимость рационального ее использования путем создания энергосберегаящих систем привода и формирования адаптивных к условиям эксплуатации МТС характеристик тяговых двигателей и машины.

В настоящее время отечественной промышленностью освоен выпуск прицепов-тяжеловозов, и создание самоходных большегрузных машин нового класса является актуальной задачей, важность которой значительно возрастает при промышленном развитии малоосвоенных регионов страны.

Создание высокоэффективных МТС невозможно без всестороннего изучения и комплексного исследования процессов, протекающих при движении такого нетрадиционного транспортного средства, особенно во внедорожных условиях, характерных для большинства осваеваемых территорий страны.

Цель диссертационной работы: выявление особенностей энергопреобразования, установление взаимосвязей и закономерностей

протекания процессов в новом классе транспортных средств, имеющих многодвигательный электропривод мотор-колесного типа, для реализации экономного преобразования энергии и эффективного управления таким транспортным средством.

Задачи исследования

1. Изучение конструктивных и эксплуатационных особенностей многоопорных большегрузных транспортных средств.

2. Установление основных взаимосвязей в системе "МТС -поверхность движения - управляемый тяговый привод колес, которые необходимо учитывать при разработке систем управления гяговыл электроприводом (ТЭП).

3. Создание математической модели ЫТС, учитывающей егс особенности и основные взаимосвязи.

4. Математическое моделирование МТС, установление взаимосвязей и закономерностей при движении МТС с учетом егс эксплуатационных особенностей.

5. Разработка алгоритма управления ТЭП WTC.

6. Физическое моделирование ТЭП МТС для проверки правильности установленных взаимосвязей и достоверности разработанной алгоритма.

Методика проведения исследований

Экспериментально - аналитические исследования взаимосвязей, процессов и закономерностей в МТС и ТЭП осуществлены с использованием основных положений и методов теории автомобиля, пневматического колеса, электропривода, автоматического управления j методов математического моделирования.

Выявленные количественные взаимосвязи между параметрами исследуемых объектов, их структурой и характеристиками представлен! в аналитическом виде, графической интерпретацией и алгоритмами.

Адекватность математической модели ТЭП МТС проверена nyrei сопоставления расчетных и экспериментальных характеристик. Результаты и выводы работы теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель МТС с мотор-колесным электроприводом.

2. Выявленная взаимосвязь между законом управления тяговым: двигателями (ТД) и динамикой движения МТС.

3. Установленные взаимосвязи между буксованием пневматичес кого колеса, мгновенным радиусом его поворота и вектором тягово сцепного усилия.

4. Структурная схема и алгоритм управления ТЭП МТС с цифровой обратной связью по расчетному скольжению ротора.

5. Результаты аналитических и экспериментальных исследований электропривода в цифровой системе управления.

Научная новизна диссертационной работы

Разработана математическая модель многоопорного транспортного средства, отличающаяся от известных тем, что в ней учтены конструктивные особенности, выраженные неопределенностью конфигурации и числа колес МТС, для чего предложен алгоритм приведения сил МТС к четырехопорной модели. Модель контактных взаимодействий пневматического колеса с опорной поверхностью дополнена компонентом, учитывающим криволинейность движения,и установлена взаимосвязь характеристик бокового движения с проскальзыванием центральной опорной точки, используемая для создания систем управления ТЭП МТС.

Установлены новые качественные и количественные взаимосвязи между характеристиками тяговых двигателей, условиями движения и характером движения модели.

Предложен алгоритм управления многодвигательным мотор-колесным электроприводом МТС, позволяющие реализовать высокие маневренные качества машины.

Впервые получены характеристики, отражающие статические и динамические свойства мотор-колесного электропривода в замкнутой системе регулирования курсовым положением транспортного средства.

Практическая значимость работы

Результаты работы создают основу для технической реализации мотор-колесного электропривода многоопорного транспортного средства.

Обоснованы требования и выбран тип тягового электропривода

МТС.

Предложены расчетные зависимости, позволяюцие моделировать поведение МТС с тяговым электроприводом переменного тока.

Созданы действующие шкеты многодвигательного электропривода и системы микропроцессорного управления.

Разработанный алгоритм управления программно реализован на микропроцессорном устройстве.

Реализация результатов работы

Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при разработке перспективных большегрузных автотранспортных средств, тяговых электроприводов и их систем

управления в НАМИ, НИИАЭ, а также ислользовада в учебном процессе Московской государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения и Воронежской государственной архитектурно-строительной академии.

Апробация результатов работы

Основные положения диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на семи научных конференциях и семинарах. В том числе: :

- на Г Международной конференции по электромеханике и электротехнологии (МКЭЭ-94), г. Суздаль, 1994г.;

- на НТК "Научно-технический прогресс в автомобилестроении", МГААТМ, 1994г.;

- на 8 Международном школа-семинаре "Перспективные системы управления на железнодорожном', промышленном и городском транспорте", г.г. Алушта, Харьков, 1995г.;

- на НТК с международным участием "Электротехнические системы транспортных средств и их роботизированных производств", г.Суздаль, 1995г;

- на II Международной конференции по электромеханике и электротехнологии (МКЭЭ-96), г. Алушта, 1996г.;

- на НТК с международным участием "Проблемы промышленных электромеханических систем й перспективы их развития", г.Ульяновск, 1996г;

- на Международной НТК "100 лет российскому автомобилю. Промышленность и высшая школа", 1ШШ, 1996г.

Публикации

По результатам работы опубликовано 10 печатных работ.

Структура в объем диссертации

Результаты изложены на 117 страницах машинописного текста, иллюстрированного 6 таблицами и 63 рисунками и графиками на 65 страницах.

Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по каждой главе, основных выводов и результатов, списка литературы из 140 наименований и четырех приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приводится анализ конструктивных особенностей и режимов движения исследуемого объекта - многоопорного транспортного средства.

разнообразие видов движения, необходимость подъема и опускания платформы при погрузке и выгрузке, горизонтирования при транспортировке определяют высокие требования к жесткости конструкции и диктует необходимость исключения циркуляции мощности в элементах ходового оборудования.

При модульной конструкции МТС подвод энергии к основным силовым агрегатам модулей наиболее просто реализуем с использованием гидравлической или злектрической передачи, благодаря способности довольно просто коммутировать соединительные магистрали.

Анализ литературных источников показывает, что наиболее перспективным решением задачи привода МТС является мотор-колесо или, для модульных многоопорных транспортных средств, - мотор-стойка. Электрический привод имеет, по сравнению с гидроприводом, такие преимущества, как простота обслуживания, возможность поддерживать высокий коэффициент полезного действия в требуемом диапазоне изменения скорости движения МТС, высокие регулировочные свойства при простоте согласования с устройствами, электронной системы управления, высокая надежность и технологичность системы в целом. Кроме того, жесткие климатические условия на неосвоенных территориях России, особенности технологического развития страны, квалификации обслуживавшего персонала, отсутствие сервисных станций большегрузной техники в еще большей степени повышают требования к надежности тягового оборудования и его ремонтопригодности. Поэтому, с ростом числа ведущих колес целесообразно применение электропередач, силовые и управляющие компоненты которых могут быть унифицированы, просто заменяемы при неисправностях, а изменение конфигурации МТС не усложняет процедуры подключения (отключения) энергосети отдельных модулей.

Управление МТС сопряжено с рядом специфических трудностей, важнейшими из которых являются: большие масса и габариты, приводящие к увеличению увода транспортного средства; неопределенность размеров и конфигурации модульных МТС; многоопорность, обусловленная необходимостью снижения удельного давления на грунт; независимость привода пневмоколес (ПК). Все это оказывает влияние на управляемость, устойчивость движения и усложняет реализацию транспортных задач.

При маневрировании МТС частота вращения каждого тягового двигателя должна находиться в однозначном соответствии с требуемой скоростью движения машины и значением мгновенного радиуса поворота данного колеса. Скорость движения, и радиус поворота

являются независимыми параметрами управления и задаются водителем исходя из конкретной транспортной обстановки. Частота вращения ш± электродвигателя i-того колеса должна изменяться в соответствии с выражением

и,= -— V 1= Vp., (1)

1 »ц*Е Р 1 где Нц, - радиусы поворота МТС и i-того колеса; - радиус колеса; i - передаточное число редуктора;

Р1- относительный мгновенный радиус поворота i-того (ПК). Из (1) следует вывод о необходимости двухканального управления частотой вращения ТД в функции V и для исключения циркуляции мощности между мотор-колесами при повороте МТС. Вторая глава посвящена математической модели ЫТС. Удобным инструментом исследования, благодаря развитию вычислительной техники, стало математическое моделирование исследуемого объекта. Несмотря на большое разнообразие разработанных к настоящему времени моделей транспортных средств и электроприводов, их непосредственное использование при разработке систем управления модульного ИТС невозможно. Основными недостатками существующих моделей являются заданность конструкции транспортного средства и силовых воздействий на пневмоколесные движители, обусловливающих движение машины. Подобный подход используется при исследовании автомобиля заданной конструкции в режиме высоких скоростей. Характерной особенностью модульного МТС является неопределенность конструкции и движение с низкими скоростями и значительной удельной нагрузкой на ось, когда управляемость и устойчивость ТС определяются условиями взаимодействия пневмоколесного движителя с опорной поверхностью. Известные способы учета контактных взаимодействий пневмоколесного движителя (ПКД) с опорной поверхностью не учитывают возможность изменения частоты вращения ПКД, и отражают только статическое взаимодействие колеса с дорогой. Кроме того, мало изучен процесс криволинейного движения, особенно в плане влияния контактных взаимодействий на реализуемую траекторию, а имеющиеся зависимости, описывающие процесс движения, непригодны для решения задач управления.

В результате обобщения известных положений о взаимодействии пневматического колеса с опорной поверхностью и анализа силовых воздействий в многоколесном движителе МТС впервые предложена математическая модель МТС, при произвольной первоначальной

конфигурации, учитывающая контактные взаимодействия пневматического колеса с опорной поверхностью при криволинейном движении.

Установлено, что процесс движения МТС произвольной конфигурации может быть описан четырехопорной моделью, приведение к которой осуществляется на основе эквивалентных силовых воздействий. Это позволит значительно сократить объем вычислительных операций и распространить результаты исследований для синтеза алгоритмов формирования управляющих воздействий ТЭП независимо от конструкции машины.

Криволинейное движение модели транспорного средства (рис. 1) описывается дифференциальными уравнениями, полученными на основании энергетического баланса и уравнений Лагранжа.

Штх+Ьх = -ЕР.,- 2с[2х-(12-11)р+2(Ь2-й1)г]

Jxa=( т3+т4 )п2-(т1+т2)1г1+( н2+йэ )11-(к1+и4)12-

-с ¡2( 1*+1§)а -(12-1,) (^-Ъ,)т]

л }■, (2)

-с¡2(1®+1|)Р +(1г-11)(И2-Ь1)Г+2(1,-1г)х]

< Р3+Рд) Ь2-( Р2+Р1 >11, [2( с+сь) (Ь, +112) Г-

-2()сх—(с+сь>(12-1,)(п2-ь1)э]

Мг= [(Т3+Тд) П2-( Т^ +Т2) +() 1> 12],

где обозначено: тт -масса ЫГГС с грузом; с - радиальная жесткость пневмошины; 0,г,а-углы тангажа, крена и курсовой

ошибки,

моменты инерции МТС; х

вертикальная

(нормальная) деформация пневматической шины, Р.,=тт^

ВЬ_

вь

-— весовая загрузка ПК.

Ь112т ^Ц»

Ш 1Я ш

Полученные зависимости позволяют определить колебания транспортного средства и оценить характер ее движения в функции принятых алгоритмов управления тяговым приводом.

Учет характеристик грунта и эластичного колеса, щи моделировании днижения транспортного средства, осуществлен введением в основную модель подмодели контактных взаимодействий ПК с опорной поверхностью (рис.2).

Расчетная схема динамической модели МТС X

О" ^р

^ 11т К3

Ьт

-Рйс.1

Схема движения эластичного колеса

Рис.2

Полагая характеристики трения шины ПК и опорной поверхности в продольном и поперечном направлениях одинаковыми, и выражаемыми коэффициентом трения, силы трения в продольном и боковом направлениях

Ъ ЧП

V в0 Vс(1-8ёг>№]

(4>

иа(дп+А1с(1-еёу))йу }

где

вёу=0оу[(1+у/йо)2+(у с^Р/йо>2] проскальзывание элементов пневматической шины в продольном и боковом направлениях; ис, п- характеристики трения шины; 0О2, 80у- проскальзывания центральной опорной точки ПК в продольном и боковом направлениях пятна контакта.

Анализ результатов моделирования переходных процессов, показал, что управление ТД по алгоритму Р=согхзг характеризуется более высокой, чем при управлении по алгоритму №=сош1; колебательностью переходных процессов и их большей длительностью. Таким образом, очевидна целесообразность стабилизации скорости вращения ПК на уровне заданной. Последняя должна быть рассчитана из условия реализации требуемой траектории движения МТС и отработана системой автоматического управления.

В третьей главе приводится обоснование выбора типа привода МТС и структура ТЭП.

Из (1) для многодвигательного электропривода МТС следует необходимость управления частотой вращения тягового двигателя по двум независимым каналам. Отмеченным свойством обладают приводы постоянного тока с двигателями независимого возбуждения и привода переменного тока с индивидуальным частотным управлением.

использование двигателей постоянного тока в мотор-колесном электроприводе стало традиционным благодаря простоте и легкости их управления. Однако, одним из наиболее сложных узлов, обладающим погашенной надежностью и существенно ограничивающим потенциальные возможности машины, остается коллектор, имеющий известные недостатки, которые особенно резко проявляются для автономных транспортных средств, где требования к надежности и устойчивости работы двигателей особенно высоки. Все это предопределило переход к бесконтактным электрическим приводам.

В последнее время, в качестве силового многодаигательногс электропривода наибольшее распространение получили схемы индивидуального частотного регулирования асинхронных электродвигателе! с короткозамкнутым ротором при широтноимпульсном или амплитуда»» регулировании выходного напряжения преобразователя частоты (ПЧ).

К числу основных потерь асинхронного двигателя относят« потери мощности скольжения, возрастающие с расширением диапазона регулирования, увеличением нагрузки двигателя и существен»: снижающие КПД привода. Повышение КПД возможно в каскадных схема} за счет возврата (рекуперации) энергии скольжения в питающух сеть. Управление частотой вращения осуществляется изменение» вводимой в ротор противо-ЭДС, определяющей скольжение двигателя I. величину рекуперируемой мощности.

Расширение диапазона регулирования каскадного электропривода достигается введением частотного регулирования многодаигательногс

электропривода совместным (общим) изменение» частоты питающего напряжения. Энергия скольжения при этом частично возвращается в цепь постоянного тока преобразователя частоты без введения в схему привода рекуперативных устройств, что повышает надежность и упрощает эксплуатацию многодвигательного электропривода. I таком многодвигательнок электроприводе (рис.3), возврат мощности скольжения в цепь постоянного тока ПЧ позволяет более эффективно использовать мощность генератора е зоне низких скоростей движения.

Для разработки систем управления приводом

Структурная схема электропривода

Синхронный генератор

ПЧ

в и ШН

в-выпрямитель ЫШ-автономкый инвертор напряжения ПЧ-преоСразова-

•гель частоты И- АДФ РП-роторный преобразователь

См

РП

—РП —(ф^*" рп ~

К другим

АДФ привода

Рис.3

От

других РП привода

необходимо располагать аналитическим описанием, удобным для синтеза алгоритма управления ТЭП.

Основные характеристики подобного привода могут быть определены из уравнения электрического равновесия схемы замещения цепи выпрямленного тока (ЦВТ) ротора (рис.4).

На рисунке обозначено: Схема замещения цели выпрямленного Ьэ- эквивалентная индуктив-тока ротора АДФ ность ЦВТ, Яд-эквивалентное

С)!

^ д активное сопротивление ЦВТ,

-ППЛЛ-1 —|—fe4

чк,Е„з I U

I

1 р

э "а Ер- ЭДС заторможенного ро-

тора, ио- напряжение звена 'о постоянного тока инвертора, - выпрямленный ток ротора, к.,- коэффициент схемы роторного выпрямителя, з -скольжение ротора, т - па-

d

Рис.4

раметр управления скольжением ротора. Эквивалентное активное сопротивление ротора может быть представлено в виде: R0= а + bots, где а - относительная частота статора, а и Ь - электрические параметры двигателя, зависящие от активных и индуктивных сопротивлений ротора и статора.

Скольжение ротора, в этом случае, запишется как

U0(l-r) + а I

s = -â_ , (5)

-bai.

1 P a

Полученная зависимость может быть использована при синтезе алгоритма управления тяговым электроприводом МТС.

Четвертая глава посвящена тяговому электродвигателю в замкнутой системе управления многоопорным транспортным средством.

Анализ возможных реализаций замкнутых систем регулирования показал, что для тягового электропривода предпочтительной является система с положительной обратной связью по скольжению ротора АДФ. В этом случае обеспечивается линейность регулировочных характеристик привода, широкодиапазонный характер регулирования скорости движения машины при широкой вариации коэффициента передачи замкнутой системы. Однако измерение скольжения или частоты вращения ротора требует дополнительных аппаратных затрат, поэтому при использовании цифрового вычислительного устройства (ЦВУ) в структуре привода предложено ограничить число измеряемых параметров до минимума и перенести определение недостающих на функции ЦВУ. Подобная система характеризуется простотой технической

реализации, не требующей внешних тахометрических датчиков. Устг новившееся скольжение АДО определяется по значению выпрямленноз тока ротора электродвигателя согласно (5).

Структурная схема локальной системы регулирования с полож! тельной обратной связью по скольжению ротора, в соответствии ( схемой замещения (рис. 4) цепи выпрямленного тока ротора буд< иметь вид, представленный на рис.5.

Структурная схема системы автоматического регулирован : ТЭП

Рис.5

В соответствии со структурной схемой ТЭП (pic.5) соотношением (5), скольжение ротора можно записать в виде

s = D0- D1t , (6)

V а u0

где D0= --- ; Di= ; Dz= kiEp. b a I(j .

■o z 2

в замкнутой системе регулирования скважность f буда определяться через заданное (s3) и расчетное (s*) скольжения

Вели T¡*= D0, Вл, D*= Dz, где значком * будем обозначь расчетные значения, с которыми оперирует ЦВУ, то, принта

Kp=l/D1, Кв=1, К^=К^.q/D*, найдем, что скольжение ротора будет

определяться выражением

S = flgiKp,- 1) . (8)

Таким образом, при принятых допущениях статические характеристики электропривода в системе с обратной связью по расчетному скольжению ротора будут иметь нулевой статизм, и при К^0=2 скольжение s = s3-

Расчеты показали, что статизм характеристик зависит от точности определения измеряемых параметров и параметров схемы замещения АДФ. Допустимая ошибка определения последних, при этом, может находиться в пределах обеспечивая приемлемую для практики точность регулирования. Большие значения ошибок определения а и Ь, входящие в (5)-(8), могут быть скомпенсированы изменением значения коэффициента Ks.

В этом случае, алгоритм управления ТЭ11 МТС должен содержать модель транспортного средства, учитывающую контактные взаимодействия ПК с опорной поверхностью для восстановления действительных координат МТС в пространстве и расчета буксования колеса по сигналам, задаваемым водителем и нагрузки тяговых двигателей, а также блок расчета скольжения двигателя в функции измеряемого тока ротора. Задание системе управления ТЭП МТС формирует центральный процессор с учетом восстановленных координат ТС в пространстве и прогнозируемого взаимодействия пневмоколесного движителя с опорной поверхностью, осуществляемых . по сигналам нагрузки тяговых двигателей и углового положения пневматических колес машины.

Характерной особенностью рассмотренного способа управления ТС является коррекция задаваемых водителем параметров движения на основе учета контактных взаимодействий ПК с опорной поверхностью, позволяющая реализовать параметры поворота ТС на уровне показателей, определяемых эталонной моделью. Одновременно достигается возможность косвенного определения действительной скорости движения кавдого ПК, что позволяет осуществить эффективное управление полноприводным многоопорным ТС.

В пятой главе приводятся описание экспериментальной установки и результаты экспериментальных исследований физической модели тягового электропривода.

Анализ полученных экспериментальных данных позволил сделать вывод о качественном и количественном соответствии процессов в ТЭП при его управлении по предложенному алгоритму. В зоне непрерывного тока ротора частота вращения остается на уровне заданной

в диапазоне нагрузок М > 0.25 ^нои (рис.6а). Моделирование режима поворота ТС позволило установить что траектория отдельного ПК стабилизируется с точностью, обусловленной разбросом параметров грунта и определения параметров электропривода. Ошибка установившегося скольжения, обусловленная несоответствием характеристик опорной поверхности расчетным, щи исследовании физической модели ТЭП, не превысила 10Х (рис.66).

си,

Экспериментальные характеристики тэп в замкнутой системе с цифровой у обратной связью

во

60

40

20

\ 7=0.7

*

0.5

0.3

0.2

10 15

а)

20

I* А

25

5 0.70

0.60

0.50

0.40

__- 1 Ч— 2

—в-в— _____в------- -а--------- -в.

г-а

4 6

б) /3=тс/б;

Ю

12

14

16

ДШПВМ ПО МДАШНШ7 лу/яту

шввд на рьшшй грзпгт Рис. 6

5

Таким образом, можно сделать вывод о работоспособности ТЭП в системе управления по алгоритму, учитывающему режимы криволинейного движения ТС и характеристики взаимодействия пневматического колеса с опорной поверхностью, и целесообразности ее применения для повышения управляемости МТС при движении по опорной поверхности с низким качеством подготовки покрытия.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Анализ конструктивных особенностей и режимов эксплуатации МТС позволил: обосновать целесообразность применения асинхронно-вентильного электропривода с частотно-параметрическим управлением для тяги МТС; установить, что повышение устойчивости и управляемости МТС требует увеличения жесткости механических характеристик тягового электродвигателя и показать влияние условий взаимодействия ПК с опорной поверхностью и характера движения колеса на тяговые качества машины.

2. Перераспределение вертикальной загрузки ПК приводит не только к возникновению тангажных колебаний МТС, но и существенно влияет на его тяговые свойства из-за изменения площади пятна контакта. Это определяет необходимость учета взаимодействия ПК с ОП при разработке алгоритмов управления ТЭП. Кроме того, режим поворота МТС приводит к появлению дополнительных потерь в пневмоко-лесном движителе, искажает траекторию и должен быть учтен, при определении структур и алгоритмов систем управления МТС.

3. Анализ криволинейного движения МТС показал, что для исключения циркуляции мощности между мотор-колесами необходимо двухканальное регулирование частоты вращения ТД.

4. Особенности МТС определяют необходимость использования нетрадиционных подходов к разработке систем управления движением. Поэтому создана математическая модель МТС, отличающаяся от известных учетом неопределенности конструкции МТС, для чего предложен алгоритм приведения многоопорного транспортного средства к четырехопорному. Математическая модель контактных взаимодействий ПК с деформируемой опорной поверхностью адаптирована к условию криволинейного движения МТС, что позволяет учитывать режимы поворота, буксования и увода транспортного средства.

5. Анализ технико-экономической целесообразности применения различных систем частотно-регулируемого многодвигательного электропривода показал, что наилучшими энергопреобразующими свойствами обладает частотно-каскадный электропривод. Технико-экономическая целесообразность применения частотно-каскадного электро-

привода обусловлена повышением надежности системы и снижение« эксплуатационных затрат. Это позволяет рекомендовать его I качестве тягового электропривода МТС.,

6. Предложена схема управления приводом, адаптирующаяся к условиям движения машины и не требующая прямого измерения скольжения или ' частоты вращения ротора. Управление может осуществляться в функции одного измеряемого параметра - выпрямленного тока ротора ТД, реализуя обратную связь по расчетном} скольжению. Это позволяет сократить количество датчиков, снизит! массо-габаритные показатели ТЭП МТС и повысить его надежность.

7. Предложен оригинальный алгоритм управления ТЭП МТС, поз-воляиций корректировать задаваемые водителем параметры движения на основе учета контактных взаимодействий ПК с опорной поверхностью, осуществлять эффективное управление полноприводным многоопорным ТС.

8. Результаты экспериментальных исследований подтвердили вывода теоретического анализа. Управление электроприводом пс предложенному алгоритму позволяет формировать статические характеристики ТД, где выходная величина (частота вращения ротора) однозначно отражает заданную и не зависит от нагрузки двигателя, что позволяет строить высокоточные системы управления движение* МТС. Тяговый электропривод с цифровой обратной связью в динамике может быть представлен звеном второго порядка, что позволяет применять к нему известные методы теории автоматического управления.

9. В ходе экспериментальных исследований доказана работоспособность ТЭП в системе управления с моделью контактных взаимодействий лнэвмоколеса с опорной поверхностью.

Кроме того, анализ полученных экспериментальных данных позволил установить, что предложенная цифровая система управления обладает большим коэффициентом затухания и запасом устойчивости чем двухконтурная аналоговая и обладает лучшими показателями I статике и, при определенных значениях коэффициентов регулирования, в динамике.

В целом исследования показали, что повышение управляемости МТС, его маневренных свойств, возможно при построении систел управления, учитывающих тягово-сцепные свойства пневмоколесногс движителя и конструктивные особенности транспортного средства, путем применения предложенного алгоритма управления ТЭП МТС.

Положения диссертационной работы использованы при разработке перспективных большегрузных автотранспортных средств, тяговых электроприводов и систем их управления в НАМИ, НИИАЭ, а также

использованы в учебном процессе Московской Государственной академии автомобильного и тракторного машиностроения и Воронежской Государственной архитектурно-строительной академии. .

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Волков В.Д., Митин В.В. Управление скоростью движения автотранспортного средства при поворота// Электротехнические системы автотранспортных средств и их роботизированных производств: Сб. науч. тр./ МГААТМ. М., 1994. -с.10.

2. Петленко Б.И., Волков В.Д., Митин В.В. Математическая модель большегрузного транспортного средства.с тяговым электроприводом при повороте // I Международная конференция по электромеханике и электротехнологии (НКЭЭ-94): Тезисы докладов. -4.11. -Суздаль, 1994.

3. Петленко Б.И., Волков В.Д., Митин В.В. Управление транспортным средством с тяговым электроприводом переменного тока при повороте // Научно-технический прогресс в автомобилестроении: Тезисы докладов НТК/ МГААТМ. М., 1994. - с.10.

4. Волков В.Д., Макаров А.К., Митин В.В. Дополнительные силы сопротивления движению при криволинейном качении мотор-колеса с пневматической шиной // Электротехнические системы автотранспортных средств и их роботизированных производств: Сб. науч. трудов/ МАМИ. -М., 1995. -с.13-18.

5. Петленко Б.И., Волков В.Д., Митин В.В. Теоретическое и экспериментальное исследование частотно-регулируемого каскадного электропривода // Электротехнические системы транспортных средств и их роботизированных производств: Тезисы докладов НТК с международным участием/ Суздаль. -М-, МАМИ. 1995. -с. 52.

6. Стабилизация частоты вращения тягового частотно-регулируемого электропривода / Б.И.Петленко, В.Д.Волков, В.В.Митин, А.К.Макаров// Перспективные системы управления на железнодорожном, промышленном и городском транспорте: Тезисы докладов 8 Международного школы-семинара/ Алушта. - Харьков, 1995. - с. 11.

7. Митин В.В., Петленко Б.И., Волков В.Д. Исследование системы электропривода переменного тока с обратной связью по расчетному скольжению// Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития: Тезисы докладов НТК с международным участием. -Ульяновск, 1996. -с.41.

8. Митин В.В., Волков В.Д. Экспериментальное исследование цифровой системы управления тяговым электроприводом большегрузного автотранспортного средства// Проблемы промышленных электро-

механических систем и перспективы их развития: Тезисы докла; НТК с международным участием. -Ульяновск, 1996. -с.52.

9. Бетленко Б.И., Волков В.Д., Митин В.В. Цифровая систе автоматического управления тяговым электроприводом переменнс тока// II Международная конференция по электромеханике и элекп технологии (МКЭЭ-96): Тезисы докладов. -Ч.П. -Алушта, 195 -с.44.

10. Петленко Б.И., Волков В.Д., Митин В.В. Управле* тяговым электроприводом большегрузного автотранспортного средса с учетом режимов поворота и буксования// 100 лет российске автомобилю. Промышленность и высшая школа: Тезисы докладов Е1 МАМИ. -М., 1996. -с.62.

Митин Виталий Вячеславович

"Мотор-колесный электропривод многоопорного транспортного средства"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 7. 0/2.заказ * S/-

Тираж 100. Формат 30x42/4.

Бесплатно.

Ротапринт МАМИ, Москва, Б. Семеновская, 38.