автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Обоснование и выбор структур управления электроприводами исполнительных органов горных машин в энергосберегающих режимах

На правах рукописи

Пейль Наталья Гаевна

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР СТРУКТУР УПРАВЛЕНИЯ

I

ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ОРГАНОВ ГОРНЫХ МАШИН В ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ РЕЖИМАХ

Специальность 05 09 03 — «Электротехнические комплексы и системы»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□ОЗОВВ137

Москва 2007

003066137

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Фащиленко Валерий Николаевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор Миновский Юрий Петрович кандидат технических наук, профессор Яризов Анатолий Данилович

Ведущее предприятие ОАО «Лебединский ГОК»

/а

Защита состоится ' ^ октября 2007 г в .й'часов на заседании диссертационного совета Д212 128 09 при Московском государственном горном университете по адресу 119991, ГСП, Москва, В-49, Ленинский проспект, д 6, ауд. ЛЪ ЗуЭ1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Автореферат разослан сентября 2007г

Учёный секретарь диссертационного совета

Е Е Шешко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы энергосбережение является одним из приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира Это связано с ограниченностью всех основных энергоресурсов, с непрерывно возрастающими сложностями их добычи и соответственно стоимостью

Известно, что при производстве горных работ доля затрат, связанных с энергопотреблением, составляет 30 -50 % в себестоимости продукции, отсюда следует, что реализация в горнодобывающей отрасли организационных и технических мероприятий по энерюсбережению может привести к заметной экономии топливо - энергетических ресурсов

В настоящее время на карьерах и разрезах до 70-80% объемов бурения выполняется шарошечными станками. Потери мощности в трансмиссиях главных механизмов современных буровых станков подчас достигают 2040% как для электроприводов постоянного тока, так и для объемных гидроприводов, выполненных по традиционной схеме

Буровая штанга представляет собой систему с распределенными параметрами, которая является источником продольных и поперечных колебаний Упругие усилия, возникающие при этом, для большинства машин и механизмов являются нежелательными, т к приводят к дополнительным динамическим нагрузкам Для механизмов вращателей буровых станков эти упругие колебания желательно использовать как дополнительный источник механических воздействий, направленный на разрушение горных пород при бурении Решение такой задачи позволяет сформировать энергосберегающую технологию, при которой потенциальная энергия в буровой штанге не рассеивается в элементах электромеханической системы, а направляется на разрушение горной массы при бурении

Процесс резания и разрушения горного массива является одним из энергоемких технологических процессов горного производства Исследования в области энергосбережения средствами электропривода для такого класса горных машин с органами резания практически отсутствуют.

Поэтому обоснование и выбор структур управления электроприводами рабочих органов, обеспечивающих снижение электропотребления горных машин, является актуальной научной задачей

Целью работы является разработка метода регулируемого резонансного режима в электромеханической системе (ЭМС), математической модели ЭМС и установление аналитических зависимостей для обоснования и выбора структур управления электроприводами рабочих органов, обеспечивающих снижение электропотребления горных машин

Идея работы состоит в структурно-параметрической оптимизации систем управления электроприводами рабочих органов горных машин по критерию минимума потребляемой мощности

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1 Метод регулируемого резонансного режима в электромеханической системе рабочих органов горных машин, отличающийся адаптивностью к частотам возмущения

2 Математическая модель системы управления электроприводом рабочих органов горных машин, учитывающая влияние резонансного режима в электромеханической системе на минимальное потребление электроэнергии

3 Аналитические зависимости показателей резонансного режима от параметров системы управления электроприводами рабочих органов горных машин

Научная новизна полученных результатов исследования сосюит

- в разработке метода регулируемого резонансного режима в электромеханической системе для анализа систем управления электроприводами рабочих органов горных машин,

- в установлении закономерностей установившихся колебательных процессов в резонансном режиме, используемых для разработки структур управления электроприводами рабочих органов горных машин с минимальным потреблением энергии,

- в установлении влияния параметров системы управления на показатели регулируемого резонансного режима

Научное значение работы состоит в разработке метода регулируемого резонансного режима в электромеханических системах для анализа систем управления электроприводами рабочих органов горных машин, который развивает теорию автоматического управления электроприводами, разработке математической модели системы управления электроприводом рабочих органов горных машин в регулируемом резонансном режиме, которая развивает теорию электромеханических систем, установлении зависимостей показателей резонансного режима от параметров систем управления электроприводами рабочих органов горных машин

Практическое значение работы заключается в разработке:

- рекомендаций по выбору рациональной структуры системы управления электроприводом механизма вращателя бурового станка, оптимальной по критерию минимума потребляемой мощности, позволяющей повысить эффективность эксплуатации электрооборудования

- методики синтеза рациональной структуры управления электромеханическими системами рабочих органов горных машин, позволяющей сократить время проектирования и повысить эффективность наладочных работ

Реализация результатов работы

Рекомендации по выбору рациональной структуры управления электромеханическими системами по критерию минимума потребляемой мощности и методика синтеза рациональной структуры управления электромеханическими системами рабочих органов горных машин приняты к реализации в ОАО «Лебединский ГОК» (г Губкин, Белгородская обл )

Личный вклад автора.

Теоретические исследования электромеханических систем вращателя бурового станка с разомкнутой и замкнутой структурой управления в резонансных режимах

Разработка модели рациональной системы управления электроприводом вращателя бурового станка с адаптивным регулированием резонансного режима с целью эффективного разрушения горной массы и минимального потребления электроэнергии Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научных симпозиумах МГГУ «Неделя горняка - 2005,2006,2007 » (Москва, 2005,2006, 2007), VI1 Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле», РГГРУ (Москва, 2005), V Международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых», РГТУ (Москва, 2006). на научных семинарах кафедры ЭЭГ'П МГГУ (2005-2007 гг)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ Структура и объём диссертации. Диссертация сосгоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 77 наименований, включает в себя 63 рисунков и 4 таблицы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновываются актуальность работы, ее цель, идея, показаны новизна научных положений, практическая ценность и реализация работы Обоснована необходимость развития исследований и комплексного решения проблемы энергосбережения средствами электропривода для электромеханических систем горных машин и механизмов как объектов с особыми свойствами и характеристиками

В первой главе рассматриваются состояние и техническая направленность работ в области оптимального разрушения горного массива средствами регулируемого электропривода, состояние вопроса использования резонансных явлений в технологиях разрушения горных пород, рассмотрены вопросы взаимовлияния электромеханических процессов на энергетические характеристики электропривода, обосновываются задачи исследования

Учитывая, что более 60% всей вырабатываемой электроэнергии потребляют электроприводы, можно сделать вывод о высокой актуальности задач энергосбережения при проектировании, эксплуатации, а также модернизации систем электропривода

В решение проблем энергосбережения средствами регулируемого электропривода внесли большой вклад ученые России и СНГ В В Алексеев, Г И Бабокин, И Я Браславский, ПД Гаврилов, НФ Ильинский, В И Ключев, Ю П Миновский, Г Б Онищенко, Н Г Переслегин, В И Серов, В С Тулин, Ю В Шевырев, М Г Юньков, А Д Яризов и др При этом решены основные вопросы совершенствования систем электропривода в том числе горных ма-

шин На современном этапе наблюдаются тенденции по замене тиристорных преобразователей транзисторными, аналоговых систем управления - цифровыми, а релейно-контакторных - микропроцессорными

Анализ энергосберегающих технологий в электроприводах машин и установок показал, что переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому электроприводу дает значительный экономический и технологический эффект С развитием преобразовательной и силовой техники появилась возможность качественного перехода к многофункциональному регулируемому электроприводу, в том числе и по энергосберегающей технологии

Литературные источники указывают на значительную экономию электроэнергии на уровне 30-50% средствами регулируемого электропривода

Одним из классов горных машин, где широко используют регулируемый электропривод, являются буровые установки Бурение представляет собой трудоемкий и дорогостоящий процесс Стоимость буровых работ в крепких породах достигает 36% общей стоимости выемки горной массы

Широкий диапазон и плавность регулирования скорости позволяют обеспечить оптимальное по энергозатратам управление процессом бурения

Энергосбережение средствами регулируемого электропривода может быть осуществлено только комплексно с использованием различных способов управления Одним из путей повышения энергоэффективности работы электропривода является использование резонансных явлений, связанных с вибрацией горного оборудования В работе рассматривается состояние вопроса использования резонансных явлений в технологиях разрушения горных пород

При работе буровой станок подвергается действию статических и динамических нагрузок Основным источником нагрузок и вибраций станка является процесс взаимодействия долота с породой, который характеризуются возмущениями в различном диапазоне Наиболее неблагоприятное воздействие на оборудование станка оказывают низкочастотные колебания, доля которых в общей дисперсии возмущающей нагрузки максимальна Спектр вынужденных колебаний определяется наличием гармоник возмущающей случайной нагрузки близких к его собственным частотам, что приводит на практике к резонансным явлениям и, как следствие, резкому повышению динамических нагрузок в механизме подачи Значение коэффициента динамичности осевого усилия в резонансном режиме может достигать 2 .2,5

Наиболее универсальным и распространенным способом бурения является шарошечное Шарошки применяют для разрушения пород средней и выше средней прочности, когда резцы на таких породах интенсивно изнашиваются и применение их становится невозможным

У станков вращательного бурения шарошечными долотами основными факторами, определяющими рациональный режим бурения, являются осевая нагрузка на долото, частота его вращения

Одним из путей снижения нагрузок рабочих органов буровых станков является улучшение их динамических свойств за счет выбора рациональных

параметров ЭМС, позволяющих использовать вибрации для разрушения горного массива При этом уменьшатся усилие подачи и частота вращения

Это позволит снизить удельные энергозатраты, повысить производительность станка за счет выбора оптимального режима резания, обеспечить экономию рабочего инструмента

Цель работы - разработка электропривода бурового станка вращателя по энергосберегающей технологии, при которой ЭМС вращателя функционирует в резонансном режиме, исследование структуры управления, анализ энергетических характеристик системы При этом возникает задача, связанная с оптимальным режимом работы электропривода бурового станка, при которой обеспечивается работа системы с динамическими усилиями, не превышающими заданные максимальные значения

Для достижения цели, поставлены основные задачи исследования

1 Обоснование способа и разработка средств энергосбережения в ЭМС вращателя бурового станка с использованием резонансного явления

2 Выявление областей использования управляемого резонансного режима для получения заданных энергеаических свойств электропривода вращателя

3 Анализ энергетических свойств электропривода вращателя бурового станка при резонансе в системе с разомкнутым и замкнутым управлением

4 Разработка структуры адаптивной системы управления электроприводом вращателя бурового станка, оптимальной по критерию минимума потребляемой мощности

5 Обоснование рекомендаций и технических решений по способу и средствам энергосбережения в электроприводах вращателя бурового станка

Анализу работы ЭМС рабочих органов горных машин в резонансном режиме посвящена вторая глава диссертационной работы Приведены математические модели одно- и двухмассовых структур ЭМС рабочих органов и их сравнительные характеристики Произведен анализ резонансных режимов ЭМС в структуре с гибкой обратной связью по току (ГОСТ), с жесткими обратными связями по скорости (ЖОСС) и току (ЖОСТ) двигателя на примере системы управления электроприводом вращателя бурового станка Определены принципы формирования структур управления электроприводами в регулируемых резонансных режимах

В работе предлагается резонансные явления в буровой системе, обусловленные возмущающими колебаниями, оптимизировать посредством электромеханических процессов с целью улучшения энергетических характеристик электропривода Основной задачей управляемого резонансного режима является обеспечение таких нагрузок в кинематических цепях механизма вращателя, чтобы они не превышали предельно возможных

Энергетические свойства электропривода по критерию минимального потребления электроэнергии определяются коэффициентом динамичности тока якоря приводного электродвигателя кд1 Снижение потребления электроэнергии возможно, если коэффициент динамичности по току кд1 > 1 Доказа-

но, что средняя экономия электроэнергии при этом может быть на уровне 30 - 35%

Соотношение между реализуемой мощностью приводного электродвигателя механизма вращения бурового станка и кд, имеет вид обратно пропорциональной зависимости, т е чем больше коэффициент динамичности тока якоря, тем меньше требуется электроэнергии на процесс разрушения

Для получения резонансного режима в ЭМС вращателя бурового станка возможны два канала возмущающего воздействия канал управления и канал статического возмущения в зоне резания, обусловленного состоянием горного массива и особенностями рабочего органа (рисунок 1)

Uy = fiat) Мс = /О®?)

ЭМС ®6е><»Ро

1

Рисунок 1 - Каналы возмущающего воздействия на электромеханическую систему бурового станка

В случае статического возмущающего воздействия цс = f is cot) ее частота (О является неуправляемой величиной Следовательно, кроме ограничения амплитуды вынужденных колебаний, необходимо решать задачу по выбору структуры управления, которая позволяла бы изменять частоту собственных колебаний системы так, чтобы обеспечить их совпадение с частотой возмущающего воздействия Диапазон изменения частот собственных колебаний должен быть таким, чтобы обеспечить их совпадение с частотой возмущающего воздействия

Произведен анализ резонансных режимов, возникающих в ЭМС рабочих органов с разомкнутым управлением при наличии статических возмущающих воздействий, имеющих периодический колебательный характер

Для разомкнутой структуры ЭМС вращателя бурового станка по системе ТП - Д передаточная функция тока якоря по статическому возмущающему воздействию имеет вид.

__L__m

hiP) P*TJM+pTu+l' где гя - ток якоря двигателя при статическом возмущающем воздействии; ic-статическая составляющая тока якоря; 7> электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя, Тм - электромеханическая постоянная времени привода

Возмущающее воздействие для получения резонансного режима представим в виде гс = Ic sm cot, где 1С — амплитуда статической составляющей тока якоря, со - угловая частота возмущающего воздействия

Введем обозначение Ic= Н, - статическое смещение тока якоря После ряда преобразований уравнения (1), получим амплитуду вынужденных колебаний тока якоря двигателя

А. =

И. Q

-а>2) + Лпгсо2 '

где - частота собственных колебаний ЭМС, п =1/27% - коэффици-

ент затухания

Для разомкнутой ЭМС при статическом возмущающем воздействии

л п2

(2)

(3)

Н, ^(П2~а2)2+4п2а2 В системах с малым затуханием, когда коэффициент затухания п « О, можно считать, что резонанс имеет место при а = О В этом случае

^д1рез ~~ >

при этом = п/О. - относительный коэффициент затухания

На рисунке 2 представлена зависимость кд, от угловой частоты возмущающего воздействия, рассчитанная по (2) В качестве исходных данных рассматривалась ЭМС вращателя бурового станка типа СБШ - 250МН, имеющая параметры Гя=0,055 с; Тм=0,022 с, Т„ = 0,005с Для такой системы 0=28,75с"п = 9,091 с'1 , £ =0,316

Кд, 1,8 1,8 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49

w,pad/c

Рисунок 2 - Зависимость коэффициента динамичности по току от частоты возмущающего воздействия

График на рисунке 2 показывает наличие максимума коэффициента динамичности по току при со = 25,72с"1, что не совпадает с резонансной частотой, но соответствует теории колебаний Из графика видно, что в ЭМС вращателя бурового станка с разомкнутой системой управления значения н0, на околорезонансных частотах от 18с"' до 31с"1 превышают величины, допустимые по техническим требованиям.

Исследования проводились в отношении одномассовой ЭМС вращателя бурового станка Однако особенности механики бурового станка требуют произвести сравнительный анализ его работы в резонансном режиме как двухмассовой ЭМС с упругими связями

При исследовании электропривода с упругими связями рассчитаны собственные частоты колебаний в системе, определяющие характер механических колебаний и степень их влияния на скорость и ток (момент) электродвигателя в резонансных режимах

Для двухмассовой ЭМС вращателя бурового станка типа СБШ-250МН с моментами инерции двигателя J; = 2 кГм2 и бурового инструмента J2 = 0,2 кГм2 при коэффициенте жесткости с=1200 Н/м частота собственных колебаний Qy„= 81с"1 (13Гц)

Так как спектр возмущающих частот в своей рабочей части (1 - 8Гц или 6-48с"!) находится в основном в пределах первой резонансной частоты, то второй резонанс носит случайный характер и не оказывает существенного влияния на работу системы в целом

Математическое описание резонансных режимов двухмассовой электромеханической системы представляет собой достаточно сложную задачу Поэтому анализ резонансных режимов в такой системе ограничился моделированием в среде MATLAB

Моделирование двухмассовой ЭМС подтвердило наличие двух резонансных режимов работы, а полученный при этом график зависимости кд, от частоты возмущающих воздействий в диапазоне частот от 1 до 49 с"1 практически полностью повторяет кривую, представленную на рисунке 2, что подтверждает теоретические выводы для одномассовой системы

Следовательно, достаточно исследовать работу системы в резонансном режиме в основном на первой частоте собственных колебаний, определяемой параметрами электродвигателя.

Настройка системы на резонансную частоту при изменении частоты возмущающего воздействия осуществляется изменением параметра гибкой

обратной связи по току (ГОСТ) - Тг = кукпкякп1^опИ где ку, кп, кЯг - статические коэффициенты передачи соответственно суммирующего усилителя, тиристорного преобразователя, якорной цепи двигателя, кот - коэффициент обратной связи по току, Тот~ постоянная времени контура ГОСТ

Произведен анализ работы ЭМС при разных значениях Т2 - параметра гибкой обратной связи по току в резонансном режиме из соотношения

Т 4

2 2пт1

Знак ГОСТ определяется частотой статических возмущающих воздействий со Если частота собственных колебаний О > <э, то для достижения резонансного режима необходимо применять гибкую отрицательную обратную связь по току В случае О < со необходимо использовать гибкую положительную обратную связь по току

Исследования проводились в отношении функциональной зависимости коэффициента динамичности по току кд1 от частоты возмущающих воздействий для ЭМС с ГОСТ при резонансных значениях параметра Т2 из ряда, полученного по формуле (4)

+ 2 пТ2 О^йЩ Кд,ге$ 2д 2 п (5)

Анализ формулы (5) показал значительный разброс значений кл,гех от единицы и до нескольких десятков, поэтому для его оптимизации необходимо структуру управления дополнить жесткими обратными связями по току и скорости Жесткие отрицательные обратные связи по току и по скорости двигателя позволяют ограничивать амплитуду вынужденных колебаний тока якоря до уровня необходимых энергетических показателей, одновременно снижая динамические нагрузки в кинематических цепях до технически обоснованных значений. При этом оптимальными значениями коэффициента динамичности по току являются значения кА, =1,1 1,4

В системе с жесткой обратной связью по скорости (ЖОСС)кЛ в резонансном режиме определяется

'<61геГ г-(6)

где к, = 1 + кукпкякскос - параметр ЖОСС, кос - коэффициент ЖОСС

В системе с жёсткой обратной связью по току (ЖОСТ) кщ в резонансном режиме определяется О

К*™"2 л*2' {7)

где к2 =1 + к какякш~ параметр ЖОСТ, кш - коэффициент ЖОСТ

В работе показано влияние жестких обратных связей по скорости и току на кд1 при резонансе

В третьей главе проведено исследование и построение системы управления ЭМС вращателя бурового станка с целью получения регулируемого резонансного режима Произведен анализ резонансных режимов ЭМС при совместном действии гибкой обратной связи по току и жестких обратных связей по скорос ги и току двигателя Обоснованы основные принципы разработки рациональной структуры ЭМС в управляемом резонансном режиме

на основе концепции адаптивного управления Представлены разработанные рациональные структуры ЭМС с гибкой и жесткой обратными связями по току, с ГОСТ и ЖОСС в резонансном управляемом режиме Предложена электрическая схема для выделения статического тока в электроприводе вращателя бурового станка

Из (3), (5), (6) получено соотношение для коэффициента динамичности по току в резонансном режиме при совместном действии ГОСТ и ЖОСС

(8)

где т- параметр, соответствующий оптимальным значениям коэффициента динамичности по току от 1,1 до 1,4

Из формулы (8) и (4) получаем зависимость параметра от частоты возмущающих воздействий со в резонансном режиме

к,а2

а = — — (9)

т^к, -1)2П2+4га2

Анализ (9) показывает, что ЖОСС при совместном действии с ГОСТ поддерживает требуемые значения коэффициента динамичности по току при статическом возмущении в диапазоне частот ш =20 49с"1 (3,3 8,1 Гц), что не всегда удовлетворяет рабочим частотам.

Для более детального анализа структуры управления с жесткой обратной связью по скорости и ее моделирования получена из (9) зависимость £/(ю)-

_о>2т2а ±атч]п* -4п2(а>2т2 -£12) к'~ П{ф2т2-П2) (10)

Анализируя формулы (3),(5),(7), находим выражение для кд1ге! при совместном действии ГОСТ и ЖОСТ-

ОлЯ + 2иГ7

1пк2 (">

Из формул (4) и (11) определяем зависимость параметра ЖОСТ к2 от частоты возмущающих воздействий со в резонансном режиме

О2

1тпк2

Зависимость частоты возмущающих воздействий ю от параметра ЖОСТ к2(<й) из (12) в резонансном режиме

Анализ (12), (13) показывает, что ЖОСТ при совместном действии с ГОСТ под держивает оптимальные значения кл, -1,1 1,4 в резонансном режиме при статическом возмущении в диапазоне частот со = 1 42с'1 (0,1 7 Гц), что практически соответствует рабочим частотам (1 8 Гц)

При разработке рациональной структуры ЭМС в регулируемом резонансном режиме использованы принципы адаптивного управления Анализ показал, что требуемым условиям удовлетворяет беспоисковая самонастраивающаяся система прямого действия с параметрической настройкой регулятора с фиксированной структурой его связей и алгоритма

Целью управления является резонансный режим в ЭМС с неизменным коэффициентом динамичности по току Основа модели управляемого процесса - создание резонансного режима и поддержание его в ЭМС с оптимальными значениями параметров независимо от частоты возмущающих воздействий

Алгоритм адаптации разрабатываемой структуры ЭМС может быть охарактеризован следующим образом

- создание резонансного режима независимо от частоты возмущающих воздействий,

- ограничение величины коэффициента динамичности по току до оптимального значения в пределах кы= 1,1-1,4,

- поддержание резонансного режима независимо от частоты возмущающих воздействий,

- поддержание постоянства оптимального значения кА1 в рабочем диапазоне частоты возмущающих воздействий

Для построения электромеханических систем с ГОСТ и ЖОСС, с ГОСТ и ЖОСТ определены функциональные зависимости параметров этих обратных связей от частоты возмущающих воздействий при резонансе кос(со), Тоткот{со), кош(со)из формул (4),(10),(13)

Рациональная структурная схема ЭМС при совместном действии ГОСТ и ЖОСС для создания в ней управляемого резонансного режима представлена на рисунке 3

Функциональные блоки ВБ1 и ВБ2 на схеме вычисляют параметры обратных связей соответственно по току и скорости по формулам

2птгкук„кя'

О3 ± ат-^С!* - 4п2(со2т2 - О2) к>кпкякр.{(о1т2 -О.1)

и, —

рТп+1

п

ртя+1

рТм

БУ1

БУ2

БВ1

БИ

X

РЛео) СО и®)

БВ2 со

н>—►

Рисунок 3 - Рациональная схема активного управления резонансными режимами ЭМС вращателя бурового станка с гибкой обратной связью по току и жесткой обратной связью по скорости

Рациональная структурная схема ЭМС при совместном действии ГОСТ и ЖОСТ для создания в ней управляемого резонансного режима представлена на рисунке 4

и, _ —

РТЯ+1

С, •«-

-е

<¿4

рТя+1

БУ1

Р

X «-1

БВ1

и БУ2

от ж

БИ

КН7

кс

РТМ

(О

4—►

Рисунок 4 - Рациональная схема активного управления резонансными режимами ЭМС вращателя бурового станка с гибкой обратной связью по току и жесткой обратной связью по току

Функции, вычисляющие коэффициенты обратных связей по току в резонансном режиме в соответствии с частотой возмущающих воздействий (рисунок 4), имеют вид

= ^—5->

2па кукпкн

„ . . О.2 - 2тпа> Р2{со)--

2тпаж„кпкя

Выходные сигналы вычислительных блоков БВ1 и БВ2 в обеих схемах формируют коэффициенты обратных связей, создавая в ЭМС резонансный режим с постоянным заранее заданным коэффициентом динамичности по току (т=1,1 - 1,4) независимо от частоты возмущающих воздействий

Рациональные схемы ЭМС построены с учетом использования микропроцессорной техники для обработки данных

Одна из возможностей придать системе адаптивные свойства заключается в определении параметров системы в ходе эксплуатации Это может быть достигнуто путем непосредственного измерения параметров системы, что, однако, часто осуществить на практике весьма трудно Второй путь заключается в косвенном определении параметров

Для настройки ЭМС на резонансный режим необходимо непрерывно получать данные о величине частоты возмущающих воздействий со, определяемых частотой колебаний статического тока якоря

В схемах на рисунках 3 и 4 измерение частоты возмущающих воздействий со осуществляется с помощью блока измерения БИ, на вход которого подается статический ток якоря двигателя в виде ¡с = 1С ят оЛ, а с выхода снимается величина со

Принцип работы датчика статического тока основывается на выделении динамической составляющей тока двигателя при помощи модели двигателя Динамическая составляющая затем вычитается из полного тока якоря двигателя, а оставшаяся часть и представляет собой статический ток

В таблице 1 приведены условия реализации структур системы управления в регулируемом резонансном режиме для значений коэффициента динамичное! и по току ~ 1,1 1,4 Для выбора рациональной структуры управления в регулируемом резонансном режиме необходимо учитывать рабочий диапазон частоты возмущающих воздействий

Из таблицы 1 видно, что структура ЭМС с ЖОСТ и ГОСТ поддерживает при резонансе технически обоснованные значения коэффициента динамичности по току в достаточно большом диапазоне возмущающих частот (1 - 42 с"1), что практически соответствует рабочему диапазону Поэтому данная структура рекомендована как наиболее рациональная

Таблица 1 - Условия реализации структур системы управления

в регулируемом резонансном режиме

№ Структуры системы Коэффициент Диапазон частоты

п/п управления динамичности возмущающих

ТО ТОКУ, Кц, воздействий, рад/с

1 ЖОСС и ГОСТ 1,1 26-49

1,2 25-45

1,3 23-41

1,4 20-37

2 ЖОСТ и ГОСТ 1 1 1 - 42

1,2 1-38

1,3 1-34

1,4 1 -33

Разработана методика, предназначенная для синтеза структур управления электромеханических систем с возмущающими воздействиями, имеющими колебательный характер вращатели буровых станков типа СБШ, роторные экскаваторы и другие аналогичные механизмы

Четвертая глава диссертации посвящена результатам имитационного и экспериментального исследованиий Имитационное моделирование в среде МАТЬАВ внпиЬпк на моделях ЭМС вращателя бурового станка СБШ-250 позволило подтвердить полученные теоретические положения работы

Моделирование режима работы при резонансе одно- и двухмассовой ЭМС с гибкой обратной связью по току (рисунок 5) позволило сравнить протекание этого процесса с теоретическими выводами

На рисунке 5 приведены зависимости коэффициента динамичности по току от частоты возмущающих воздействий при резонансе расчетные и снятые путем моделирования для одно- и двухмассовой ЭМС с гибкой обратной связью по току вращателя бурового станка

Сравнение данных графиков показывает, что коэффициент динамичности по току в резонансном режиме для одно- и двухмассовой ЭМС с гибкой обратной связью по току незначительно отличается от расчетных значений (5-7%), что подтверждает правильность расчетов

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

ш, рад/с

1 - расчетная зависимость, полученные при моделировании 2 - для од-

номассовой, 3 - для двухмассовой ЭМС Рисунок 5 — Зависимость кй, при резонансе от частоты возмущающих воздействий для ЭМС с ГОСТ

На рисунке 6 представлены полученные при моделировании зависимости коэффициента динамичности по току при резонансе от частоты возмущающих воздействий

рад!с

1- расчетное значение, полученные при моделировании 2 - для одно-

массовой ЭМС, 3 - для двухмассовой ЭМС Рисунок 6 - Зависимость кдт! от ю для ЭМС с гибкой и жесткой обратными связями по току

В процессе моделирования резонансного режима работы одно- и двух-массовой ЭМ( при совместном действии гибкой и жёст кой обратных связей по гику измерялись значения коэффициента динамичности по току из условия поддержания расчетными функциями значения m=l,4.

Сравнение графиков 1,2.3 на рисунке 6 показывает, что расхождение теоретических данных с полученными при моделировании рациональной од-ио- и двухмассовой ОМС незначительны и находятся в допустимых пределах (7 - I 5%|; Это иод г вер ж дает правильность теоретических расчётов.

Экспериментальные исследования ОМС бурового Станка с рациональной структурой акт и иного управления энергетическими характеристиками проводились в условиях Лебединского ГОКа.

Первая серии 1ксШримеитов производилась С целью проверки рациональной схемы управления по созданию регулируемых резонансных режимов с заданными показателями в условиях работы бурового станка.

Технологическое состояние скважины: крепость пород - 17 по шкале М.М.Протодьякова; глубина скважины Км; скорость бурения - бОоб/мйп. Суровою инструмента (шарошки).

1 La первом этапе исследований фиксировались осциллограммы ¡ока якоря двигателя с отключенной структурой активного управления . Затем производилось включение ГОСТ с настройкой на резонанс при к^ = 1,4,

Вынужденные колебания тока якоря электропривода вращателя имеют вид, представленный па рисунке 1, что соответствует теории.

IJ

Рисунок 7- Осциллограмма тока якоря двигателя вращателя бурового станка СЫ II-250M) I в структуре ЭМС: 1 — е разомкну той системой управления: 2 е I "ОСТ при настройке на резонанс (1 Omv SO А)

Вторая серии экспериментов осуществлялись с целью определения показателей эффекта энергосбережения при работе того же бур о лого станка СБШ- 2 5 ОМ! I в условиях регулируемого резонанс нош режима. Настройка схемы па резонанс производилась путём изменения параметра I ОСТ с Кй>я= 1,4-1 рафик потребления мощности при бурении на одной скважине Представлен па рисунке 8. Замерь! производились каждые 3 мин.

-Н ММ IUI' I I ■ -Н—Й-НЧ ' I ■ --ч-ЧЗ-ч И I I I-W I I Н-4-4 7 1 0 13 16 19 22 25 7.8 31 34 37 40 43 46 49 52

55 SB 61 t (мин )

1,2,3,4 -бурение в обычном режиме; 5,6 - бурение в резонансном режиме Рисунок & — График потребления мощности вращателем пурстапка

На рисунке 4 представлена диаграмма расхода электроэнергии в кВт*ч за период работы, представленный на рисунке 7 графиками 3,4,5,6. Интервал замеров составляет 9 мин. Диаграмма показывает, как изменяется расход электроэнергии при обычном бурении и бурении с резонансом.

W. кВт'ч

9

t, мин

Рисунок 9 — Расход элек гроонергпи электроприводом вращателя бурового станка

Результаты анализа данных графиков приведены в таблице 2 Таблица 2 - Технико-экономические показатели работы бурового станка

Режим Удельное Скорость Время

бурения потребление, бурения, бурения 1м,

кВт ч/м м / мин мин

Обычный 6,3 0,119 8,4

В резонансе 3,4 0,153 6,54

Расчеты выявили следующие показатели энергоэффективности

- экономия электрической энергии - 46%,

- увеличение скорости бурения - на 22%,

- среднее снижение нагрузки по мощности на двигатель - 31,6% Экспериментальные исследования ЭМС вращателя бурового станка с

рациональной структурой управления в регулируемом резонансном режиме по критерию минимума потребляемой электроэнергии подтвердили значительный энергосберегающий эффект при разрушении горного массива Качественные показатели энергоэффективности при этом соответствуют теоретическим расчетам, и общая экономия энергопотребления с учетом маневровых работ на вращателе может достигать 30-35%

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научная задача по оптимизации структур управления электромеханической системы бурового станка по критерию минимума потребляемой мощности путем введения электромеханической системы в управляемый резонансный режим

На основании исследований получены следующие результаты и выводы

1. Обосновано снижение нагрузок рабочих органов буровых станков средствами регулируемого электропривода путем введения электромеханической системы в активный управляемый резонансный режим с целью обеспечения энергосбережения в технологических процессах разрушения горной массы

2 Доказано, что для получения управляемого резонансного режима в электромеханической системе вращателя бурового станка с целью повышения эффективности разрушения пород наиболее рациональными следует считать структуры с жесткими обратными связями по скорости и току двигателя при статическом возмущающем воздействии, дополненные гибкой обратной связью по току якоря двигателя для настройки на резонансную частоту

3 Разработанная математическая модель электропривода вращателя бурового станка с разомкнутой и замкнутой структурами управления позволяет в наглядной форме анализировать резонансные режимы электромеханической системы в процессе резания

4 Установлено, что достаточно исследовать работу системы в резонансном режиме в основном на первой частоте собственных колебаний, определяемой параметрами электродвигателя, т к анализ двухмассовой ЭМС вращателя показал, что второе значение частоты собственных колебаний Qy„ находится вне рабочего диапазона частоты возмущающих воздействий

5 Получены аналитические зависимости параметров рациональной схемы управления в резонансном режиме от частоты возмущающих воздействий

6 Разработаны математические модели рациональной электромеханической системы привода вращателя бурового станка, основанные на принципе адаптивности и применении микропроцессорной техники

7 Определены условия реализации структур системы управления в регулируемом резонансном режиме

8 Разработана методика синтеза рациональной структуры управления электромеханической системой рабочего органа бурового станка, оптимальной по критерию минимума потребляемой мощности, позволяющая определить параметры настройки на резонансную частоту с ограничением динамических нагрузок

9 Рекомендации по выбору рациональной структуры управления ЭМС вращателя бурового станка приняты к реализации в ОАО «Лебединский ГОК», которые позволят обеспечить экономию потребляемой мощности до 30-35%

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих публикациях

1 Пейль Н Г Исследование резонансных режимов ЭМС с обратными связями / Горный информационно-аналитический бюллетень -2005 -№5 - С 242-246

2 Пейль Н Г Сравнительный анализ работы одномассовых и двухмас-совых электромеханических систем рабочих органов в резонансном режиме/ Горный информационно-аналитический бюллетень - 2006 - №7 - С 331 -336

3 Пейль Н Г Принципы технической реализации регулируемого резонансного режима в ЭМС бурового станка / Горный информационно-аналитический бюллетень —2007 - №8 - С 234-236

4 Пейль Н Г, Фащиленко В Н Анализ электромеханической системы с гибкой обратной связью по току в резонансных режимах / Горный информационно-аналитический бюллетень - 2005 - №1 - С 49 -52

5 Пейль Н Г, Фащиленко В Н Анализ резонансных режимов электромеханических систем с обратными связями Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня -2005 -№10 -С 21

6 Пейль Н Г, Фащиленко В Н Анализ структур управляемых резонансных режимов в электроприводах вращателя бурового станка // V Международная конференция «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» / Материалы докладов - М . Изд-во РГГРУ,2006 - С 176

7 Пейль Н Г, Фащиленко В Н Структурный анализ систем активного управления резонансными режимами органов резания горных машин// VI1 Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле» / Материалы докладов - М . Изд-во РГГРУ, 2005, Т 3 - С 213

8 Пейль Н Г, Фащиленко В Н. Результаты испытаний электропривода вращателя бурового станка в энергосберегающих режимах/ Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня — 2007 - №8 — С 9

Подписано в печать -iO.09.Q7 , Формат 60x90/16

Объем 1 п л Тираж 100 экз Заказ № 5 ЪЧ

Типография Московского государственного горного университета Москва, Ленинский проспект, 6

Введение.

Глава 1 Состояние вопроса и техническая направленность работ в области оптимального разрушения горного массива средствами регулируемого электропривода.

1.1 Техническая направленность работ в области энергосберегающих технологий средствами регулируемого электропривода.

1.2 Анализ исследований в области оптимального разрушения горного массива.

1.3 Состояние вопроса использования резонансных явлений в технологиях разрушения горных пород.

1.4 Анализ взаимовлияния электромеханических процессов разрушения на энергетические характеристики электропривода.

1.5 Постановка задач исследования.

Глава 2 Анализ режимов работы электромеханических систем рабочих органов.

2.1 Математические модели электромеханических систем рабочих органов

2.1.1 Математическая модель электромеханической системы вращателя буровых станков.

2.1.2 Математическая модель электромеханической системы вращателя, содержащей упругие связи.

2.1.3 Электромеханические параметры электропривода вращателя.

2.1.4 Принципы формирования структур управления электроприводами в резонансных управляемых режимах.

2.2 Анализ резонансных режимов в электромеханических системах рабочих органов с разомкнутым управлением.

2.2.1 Анализ резонансных режимов в одномассовой ЭМС с разомкнутым управлением.

2.2.2 Анализ резонансных режимов в двухмассовой ЭМС с разомкнутой системой управления.

2.3 Исследования резонансных режимов ЭМС в структуре с гибкой обратной связью по току.

2.4 Исследования резонансных режимов ЭМС в структуре с жёсткими обратными связями по скорости и току двигателя.

2.4.1 Анализ влияния жёсткой обратной связи по скорости двигателя на параметры электромеханической системы в резонансных режимах.

2.4.2 Анализ влияния жёсткой обратной связи по току двигателя на параметры электромеханической системы в резонансных режимах.

Глава 3 Исследование структур электромеханических систем в регулируемом резонансном режиме.

3.1 Исследования резонансных режимов ЭМС при совместном действии гибкой обратной связи по току и жёсткой обратной связи по скорости.

3.2 Исследование резонансных режимов ЭМС при совместном действии гибкой обратной связи по току и жёсткой обратной связи по току.

3.3 Принципы разработки рациональной структуры электромеханической системы в управляемом резонансном режиме.

3.3.1 Основные понятия и подходы к формированию концепции адаптивного управления.

3.3.2 Разработка структуры ЭМС в управляемом резонансном режиме при совместном действии гибкой обратной связи по току и жёсткой обратной связи по скорости.

3.3.3 Разработка рациональной структуры ЭМС в управляемом резонансном режиме при совместном действии гибкой и жёсткой обратных связей потоку.

3.3.4 Разработка электрической схемы для выделения статического тока в электроприводе вращателя бурового станка.

3.4 Разработка методики синтеза структур управления электроприводом вращателя бурового станка оптимальных по минимуму динамической нагрузки.

Выводы.

Глава 4 Имитационное моделирование и экспериментальные исследования электроприводов органов резания с оптимальной системой упра4икккал£дование.схру.кт.ур. управления. регулируемыми .реаонансньиМО режимами в ЭМС буровых станков.

4.1.1 Методика исследований режимов работы ЭМС вращателя бурового станка с помощью моделирования.

4.1.2 Моделирование резонансных режимов в ЭМС при наличии гибкой обратной связи по току.

4.1.3 Моделирование регулируемых резонансных режимов в одномас-совых ЭМС при совместном действии ГОСТ и ЖОСС.

4.1.4 Моделирование регулируемых резонансных режимов в одномассо-вой ЭМС при совместном действии ГООСТ и ЖООСТ.

4.1.5 Моделирование режима работы разомкнутой двухмассовой ЭМС с упругими связями.

4.1.6 Моделирование резонансного режима работы двухмассовой ЭМС с гибкой обратной связью по току.

4.1.7 Моделирование работы двухмассовой ЭМС с гибкой и жёсткой обратными связями по току в управляемом резонансном режиме.

4.1.8 Моделирование работы двухмассовой ЭМС с гибкой обратной связью по току и жёсткой обратной связью по скорости в управляемом резонансном режиме.

4.2 Сравнительный анализ резонансных режимов одно- и двухмассо-вых ЭМС при совместном действии гибкой и жёсткой обратных связей по току.

4.3 Экспериментальные исследования резонансных режимов.

4.4 Выводы.

Актуальность работы. В последние годы энергосбережение является одним из приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира. Это связано с ограниченностью всех основных энергоресурсов, с непрерывно возрастающими сложностями их добычи и соответственно стоимостью.

Известно, что при производстве горных работ доля затрат, связанных с энергопотреблением, составляет 30 -50 % в себестоимости продукции, отсюда следует, что реализация в горнодобывающей отрасли организационных и технических мероприятий по энергосбережению может привести к заметной экономии топливо - энергетических ресурсов.

В настоящее время на карьерах и разрезах до 70-80% объемов бурения выполняется шарошечными станками. Потери мощности в трансмиссиях главных механизмов современных буровых станков подчас достигают 2040% как для электроприводов постоянного тока, так и для объемных гидроприводов, выполненных по традиционной схеме.

Буровая штанга представляет собой систему с распределенными параметрами, которая является источником продольных и поперечных колебаний. Упругие усилия, возникающие при этом, для большинства машин и механизмов являются нежелательными, т.к. приводят к дополнительным динамическим нагрузкам. Для механизмов вращателей буровых станков эти упругие колебания желательно использовать как дополнительный источник механических воздействий, направленный на разрушение горных пород при бурении. Решение такой задачи позволяет сформировать энергосберегающую технологию, при которой потенциальная энергия в буровой штанге не рассеивается в элементах электромеханической системы, а направляется на разрушение горной массы при бурении.

Процесс резания и разрушения горного массива является одним из энергоемких технологических процессов горного производства. Исследования в области энергосбережения средствами электропривода для такого класса горных машин с органами резания практически отсутствуют.

Поэтому обоснование и выбор структур управления электроприводами рабочих органов, обеспечивающих снижение электропотребления горных машин, является актуальной научной задачей.

Целью работы является разработка метода регулируемого резонансного режима в электромеханической системе (ЭМС), математической модели ЭМС и установление аналитических зависимостей для обоснования и выбора структур управления электроприводами рабочих органов, обеспечивающих снижение электропотребления горных машин.

Идея работы состоит в структурно-параметрической оптимизации систем управления электроприводами рабочих органов горных машин по критерию минимума потребляемой мощности.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод регулируемого резонансного режима в электромеханической системе рабочих органов горных машин, отличающийся адаптивностью к частотам возмущения.

2. Математическая модель системы управления электроприводом рабочих органов горных машин, учитывающая влияние резонансного режима в электромеханической системе на минимальное потребление электроэнергии.

3. Аналитические зависимости показателей резонансного режима от параметров системы управления электроприводами рабочих органов горных машин.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: корректным применением математических методов, теории автоматического управления, теории электропривода, теории колебаний, методов имитационного моделирования, сравнением результатов аналитических исследований и имитационных экспериментов с данными экспериментов, достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми не превышает 15%.

Научная новизна полученных результатов исследования состоит:

- в разработке метода регулируемого резонансного режима в электромеханической системе для анализа систем управления электроприводами рабочих органов горных машин;

- в установлении закономерностей установившихся колебательных процессов в резонансном режиме, используемых для разработки структур управления электроприводами рабочих органов горных машин с минимальным потреблением энергии;

- в установлении влияния параметров системы управления на показатели регулируемого резонансного режима.

Научное значение работы состоит в разработке метода регулируемого резонансного режима в электромеханических системах для анализа систем управления электроприводами рабочих органов горных машин, который развивает теорию автоматического управления электроприводами; разработке математической модели системы управления электроприводом рабочих органов горных машин в регулируемом резонансном режиме, которая развивает теорию электромеханических систем; установлении зависимостей показателей резонансного режима от параметров систем управления электроприводами рабочих органов горных машин.

Практическое значение работы заключается в разработке:

- рекомендаций по выбору рациональной структуры системы управления электроприводом механизма вращателя бурового станка, оптимальной по критерию минимума потребляемой мощности, позволяющей повысить эффективность эксплуатации электрооборудования.

- методики синтеза рациональной структуры управления электромеханическими системами рабочих органов горных машин, позволяющей сократить время проектирования и повысить эффективность наладочных работ.

Реализация результатов работы.

Рекомендации по выбору рациональной структуры управления электромеханическими системами по критерию минимума потребляемой мощности и методика синтеза рациональной структуры управления электромеханическими системами рабочих органов горных машин приняты к реализации в ОАО «Лебединский ГОК» (г. Губкин, Белгородская обл.). t

Личный вклад автора.

Теоретические исследования электромеханических систем вращателя бурового станка с разомкнутой и замкнутой структурой управления в резонансных режимах.

Разработка модели рациональной системы управления электроприводом вращателя бурового станка с адаптивным регулированием резонансного режима с целью эффективного разрушения горной массы и минимального потребления электроэнергии.

Апробация работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы доклады вались и получили одобрение на научных симпозиумах МГГУ «Неделя горняка - 2005, 2006, 2007 » (Москва, 2005,2006, 2007); VI1 Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле», РГГРУ (Москва, 2005); V Me- , ждународной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых», РГГУ (Москва, 2006): на научных семинарах кафедры ЭЭГП МГГУ (2005-2007 г.г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 77 наименований, включает в себя 63 рисунка и 4 таблицы.

4.4 Выводы

1. Результаты моделирования разомкнутой ЭМС вращателя бурового станка показали полную идентичность расчётным данным. Погрешность на некоторых частотах составляет всего около 1%.

2. Сравнительный анализ теоретических и имитационных исследований электромеханической системы вращателя бурового станка в структурах с замкнутым управлением показывает, что погрешность находится в области допустимых значений и не превышает 10-13%.

3. Экспериментальные исследования электромеханической системы вращателя бурового станка в структуре с замкнутым управлением показывают, что качественные показатели поведения координат в резонансном режиме соответствуют полученным теоретическим положениям.

4. Разработанная методика определения параметров электромеханической системы вращателя бурового станка позволяет получить оптимальные параметры рациональной структуры активного управления резонансными режимами по критерию минимума потребляемой электроэнергии.

5. Экспериментальные исследования электромеханической системы вращателя бурового станка с рациональной структурой активного управления резонансными режимами показывают, что качественные показатели энергоэффективности при этом соответствуют теоретическим расчётам, и общая экономия энергопотребления может достигать 30-35%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научная задача по оптимизации структур управления электромеханической системы бурового станка по критерию минимума потребляемой мощности путем введения электромеханической системы в управляемый резонансный режим.

На основании исследований получены следующие результаты и выводы:

1. Обосновано снижение нагрузок рабочих органов буровых станков средствами регулируемого электропривода путем введения электромеханической системы в активный управляемый резонансный режим с целью обеспечения энергосбережения в технологических процессах разрушения горной массы.

2. Доказано, что для получения управляемого резонансного режима в электромеханической системе вращателя бурового станка с целью повышения эффективности разрушения пород наиболее рациональными следует считать структуры с жесткими обратными связями по скорости и току двигателя при статическом возмущающем воздействии, дополненные гибкой обратной связью по току якоря двигателя для настройки на резонансную частоту.

3. Разработанная математическая модель электропривода вращателя бурового станка с разомкнутой и замкнутой структурами управления позволяет в наглядной форме анализировать резонансные режимы электромеханической системы в процессе резания.

4.Установлено, что достаточно исследовать работу системы в резонансном режиме в основном на первой частоте собственных колебаний, определяемой параметрами электродвигателя, т.к. анализ двухмассовой ЭМС вращателя показал, что второе значение частоты собственных колебаний Qyn находится вне рабочего диапазона частоты возмущающих воздействий.

5. Получены аналитические зависимости параметров рациональной схемы управления в резонансном режиме от частоты возмущающих воздействий.

6. Разработаны математические модели рациональной электромеханической системы привода вращателя бурового станка, основанные на принципе адаптивности и применении микропроцессорной техники.

7. Определены условия реализации структур системы управления в регулируемом резонансном режиме.

8. Разработана методика синтеза рациональной структуры управления электромеханической системой рабочего органа бурового станка, оптимальной по критерию минимума потребляемой мощности, позволяющая определить параметры настройки на резонансную частоту с ограничением динамических нагрузок.

9. Рекомендации по выбору рациональной структуры управления ЭМС вращателя бурового станка приняты к реализации в ОАО «Лебединский ГОК», которые позволят обеспечить экономию потребляемой мощности до 30-35%.

1. Браславский И.Я. О возможностях энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов // Электротехника. -1998.- №8.-С. 15

2. Гетопанов В. Н., Гудилин Н. С., Чугреев Л.И. Горные и транспортные машины и комплексы: Учеб. для вузов. М.: Недра, 1991. - 304с.

3. Гойхман В.М., Миновский Ю.П. Регулирование электропотребления и экономия электроэнергии на угольных шахтах. М.:Недра, 1990. -187с.

4. И. Динамика машин. Под ред. С.Н. Кожевникова. М.: Машиностроение, 1966.-223с.

5. Днепровский А.И., Храпаль А.Я., Крамарь В.И. Контроль и управление буровыми работами в задачах АСУ карьеров. В кн.: Автоматизация производственных процессов на открытых горных разработках. Под ред. Г.К. Акутина. - Киев: Техника, 1974. - С. 30 - 35.

6. Дубинин А.Ф. Исследование электропривода со статическими преобразователями для станков шарошечного бурения взрывных скважин. Ав-тореф. канд. дис. Л., 1973. - 23 с.

7. Ильинский.Н.Ф., Рожанковский Ю.В., Горнов А.О. Энергосбережение в электроприводе. М.: Энергоатомиздат,1989. - 185с.

8. Квартальное Б.В. Динамика электропривода с упругими связями. -М.: Энергия, 1965.-88с.

9. Ключев В.И., Жильцов J1.B., Калашников Ю.Т. Состояние и перспективы развития теории электропривода с упругими механическими связями // Электричество. 1981 ,№7. - С.28 - 32.

10. Ключев В.И., Миронов J1.M., Ефимов В.Н. Серия унифицированных модульных тиристорных преобразователей для тяжелых условий эксплуатации // Горные машины и автоматика. 2001, № 10. - С.25-27.

11. Крапивин М.Г. Горные инструменты. Изд. 2-е. М.: Недра, 1979.263с.

12. Кузин JI.T. Основы кибернетики. Т.1. Математические основы кибернетики. М.: Энергия, 1973,- 504с.

13. Кутузов Б.Н. Теория, техника и технология буровых работ М.: Недра, 1972.-310с.

14. Леоненко С.С., Леоненко А.С. Специальные технические средства повышения эксплуатационных свойств электромеханического оборудования горных предприятий: Монография. Иркутск: ИрГТУ, 1999. - 126с.

15. Лисиенко В. Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г. Хрестоматия энергосбережения: справочное издание в 2-х книгах. Кн. 1. М.: Теплоэнергетик, 2002. - 668с.

16. Лисиенко В. Г., Щелоков Я. М., Ладыгичев М. Г. Хрестоматия энергосбережения: справочное издание в 2-х книгах. Кн. 2. М.: Теплоэнергетик, 2002. - 768с.

17. Луковников В.И. Электропривод колебательного движения. М.: Энергоатомиздат, 1984.- 152с.

18. Ляхомский А.В., Фащиленко В.Н. Управление электромеханическими системами горных машин. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. - 296с.

19. Мартынов М.В., Переслегнн Н.Г. Автоматизированный электропривод в горной промышленности. Изд.2, перераб. и доп М.: Недра, 1977. -375с.

20. Меньшов Б.Г., Яризов А.Д. Цифровое моделирование переходных процессов в электрических цепях. М.: Недра, 1997. - 235с.

21. Микропроцессорные автоматические системы регулирования. Основы теории и элементы: Учеб. пособие / В.В.Солодовников, В.Г. Коньков, В.А.Суханов, О.В.Шевяков; Под ред. В.В. Солодовникова. М.: Высш. шк., 1991.-255с.

22. Моцохейн Б.И. Электротехнические комплексы буровых установок-М.: Недра, 1991.-253 с.

23. Никифиров Г. В., Олейников В. К., Заславец Б. И. Энергосбережение и управление энергопотреблением в металлургическом производстве. М.: «Энергоатомиздат», 2003- 480с.

24. Обморшев А.Н. Введение в теорию колебаний. М.: Наука, 1965.276с.

25. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г., Электропривод турбомеханизмов. -М.: Информэлектро, 1985,-238с.

26. Оптимизация привода выемочных и проходческих машин. Научн./ Под ред. чл.- кор. АН СССР А.В. Докукина. М.: 1983 - 264с.

27. Пейль Н.Г. Исследование резонансных режимов ЭМС с обратными связями / Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005. - №5-С.242-246.

28. Пейль Н.Г. Принципы технической реализации регулируемого резонансного режима в ЭМС бурового станка / Горный информационно-аналитический бюллетень. -2007. №8 - С.205-210.

29. Пейль Н.Г.Сравнительный анализ работы одномассовых и двух-массовых электромеханических систем рабочих органов в резонансном режиме/ Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. №1- С.49 -52.

30. Пейль Н.Г., Фащиленко В.Н. Анализ резонансных режимов электромеханических систем с обратными связями: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня. М.: Изд-во МГГУ, 2005. -№10-21с.

31. Пейль Н.Г., Фащиленко В.Н. Анализ электромеханической системы с гибкой обратной связью по току в резонансных режимах / Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005. - №1- С.49 - 52.

32. Пейль Н.Г., Фащиленко В.Н. Результаты испытаний электропривода вращателя бурового станка в энергосберегающих режимах. М.: 2007. -Деп. в изд-во МГГУ05.06.2007, №8. - 9с.

33. Пейль Н.Г., Фащиленко В.Н. Структурный анализ систем активного управления резонансными режимами органов резания горных машин// VII Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле»/ Материалы докладов. М.: Изд-во РГГРУ, 2005, Т.З - С.213.

34. Петров И.П., Ситников Н.Б. Самонастраивающаяся система регулирования процесса бурения и результаты её испытаний/ Горный журнал. М.: Изд. вузов, 1967- №12-С. 148-153.

35. Петров Б.Н., Рутковский В.Ю., Крутова И.Н., Земляков С.Д. Принципы построения и проектирования самонастраивающихся систем управления. М.: Машиностроение, 1972. - 260с.

36. Плащанский JI.A., Фащиленко Д.В., Хапаев А.Б. Анализ энергетических характеристик электромеханической системы в резонансных режимах.-М.: 2001 Деп. в изд-во МГГУ 04.06.2001, №468.

37. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ: Учебное пособие. В 2 т. 4-е изд., стер. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001. - 422с.

38. Применение методов математического программирования для оптимизации режимов бурения/Н. Б. Габашвили, Т.А. Кирия, А.Г. Чачашвили и др. -Тбилиси: Изд-во «Мецниереба», 1971. -95с.

39. Протасов Ю.И. Разрушение горных пород. М.: Издательство Московского горного университета, 1995. - 457с.

40. Райбман Н. С., Чадеев В.М. Построение моделей процесса производства. М.: Энергия, 1975. - 376с.

41. Регулирование и управление режимами бурения взрывных скважин/ Н.И. Терехов, И.С. Авраамов, П.Д. Гаврилов, П.Н. Кунинин. JL: Недра, 1980.-223с.

42. Суханов А. Ф., Кутузов Б.Н., Шмидт Р.Г. Вибрация и надёжность работы станков шарошечного бурения.- М.: Недра, 1969.—127с.

43. Тимошенко С. П., Колебания в инженерном деле М.: Физмат-гиз, 1959. -257с.

44. Тулин B.C. и др. Технико-экономическое обоснование энергетического перевооружения подземной добычи угля на основе регулируемого привода электрического / Краткое содержание техотчета МГИ по теме ПУ-13-541/223.-МГИ, 1971.

45. Тулин B.C. Теоретические основы автоматизации производственных процессов в горной промышленности-МГИ, 1961. -236с.

46. Унифицированные системы тиристорных электроприводов постоянного тока наземных буровых установок / М.Г. Юньков, Б.И.Абрамов, А.И.Коган и др. М.: Информэлектро, 1985. - 237с.

47. Файнштейн В.Г., Файнштейн Э. Г. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами / Под ред. О.В. Слежановского. М.: Энергоатомиздат, 1986.-240с.

48. Фащиленко В.Н., Хапаев А.Б. Динамика электроприводов в резонансном режиме. / Отдельные статьи горного информационно-аналитического бюллетеня. -2003. №8. - С. 10-18.

49. Фащиленко В.Н., Хапаев А.Б. Резонансный режим электромеханической системы. /Отдельные статьи горного информационно-аналитического бюллетеня. 2003. - №8. - С.3-10.

50. Хапаев А.Б. Анализ энергетических характеристик электромеханической системы в резонансных режимах с замкнутыми структурами управления.- М.:2003- Деп. визд-воМГГУ 31.10.2003,№27/9-324с.

51. Хапаев А.Б. Разработка электропривода вращателя бурового станка по энергосберегающей технологии: Дис. . канд.техн.наук: 05.09.03 / Моск. горный ун-т. М.:МГГУ, 2004.-192с.

52. Цыганков В.А. Статически оптимальное управление процессом вращательного бурения.//Сборник научн. трудов ЧПИ, вып. 88. Челябинск: изд-во ЧПИ, 1972 -С.63 -75.

53. Частотно-регулируемый электропривод горных машин и установок / Г. И. Бабокин, В. И. Щуцкий, В. И. Серов М.: Рос. хим.-технол. ин-т, 1998- 240 с.

54. Черноруцкий Г.С., Цыганков В.А. О стохастическом характере свойств САУ процессом бурения взрывных скважин. //Сборник научн. трудов ЧПИ, вып. 64. Челябинск: изд-во ЧПИ, 1970 - С. 44 - 50.

55. Черноруцкий Г.С., Цыганков В.А. Станок шарошечного бурения как объект автоматического управления.//Сборник научн. трудов ЧПИ, вып. 64- Челябинск: изд-во ЧПИ, 1966. С. 87-97.

56. Шевырев Ю.В., Алексеев В.В., Парфенов Б.М., Смирнов О.В. Энергосбережение в геологоразведочной отрасли посредством выбора рационального электропривода// Геологическое изучение и использование недр.- МГГА, 2000.- №4. - С.44-68.

57. Шкурко О.А. Электромеханический преобразователь для бурового снаряда на грузонесущем кабеле: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.09.03. /С-Петербург. гос. горный ин-т. РИЦ СППГИ. 1998. - 24с.

58. Электропривод и автоматизация промышленных установок как средство энергосбережения // И.А.Авербах, Е.И. Барац, И.Я. Браславский, З.Ш.Ишматов. Екатеринбург: Свердловгосэнергонадзор, 2002. - 28с.

59. Юнин Е.К., Хегай В.К. Динамика глубокого бурения. М.:000 «Недра - Бизнесцентр», 2004. - 286с.