автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Оптимизация системы управления многосвязными электроприводами экскаватора при контурном перемещении ковша

% О*

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

ПРИБОРА АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОСВЯЗНЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ЭКСКАВАТОРА ПРИ КОНТУРНОМ ПЕРЕМЕЩЕНИИ КОВША

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы

и системы, включая их • управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1994

- г -

Работа выполнена на кафгдре Автоматизированного электропривода Московского энергетического института.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент ОСТРИРОВ В.Н.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Иванов Г.М. кандидат технических наук Кравцов В.А.

Ведущее предприятие - научно-производственное предприятие "Цикл Плюс"

Защита диссертации состоится "18" ноября 1934 г.

в _ час. _ мин. в аудитории М-214 на заседании

специализированного Совета К-053.16.06.

Отзыв на автореферат б двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 105835, ГСП, Москва, Е-2^0, Красноказарменная ул., дом 14, Ученый Совет )£ЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан "_" _ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

К-053.16.06 к.т.н., доцент

Анчарова Т.В.

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

AKTyjabrnqiLJe-Mbi:

Автоматизация процесса транспортировки ковша занимает важное место среди задач автоматизации технологического процесса экскавации драглайнов. Эта опер£щия составляет до 70-80 % времени цикла и существенно определяет производительность и энергетическую эффективность работы драглайна.

Автоматизация траекторных перемещении позволяет улучшить качество управления, уменьшить напряженность труда оператора, снизить влияние на качество управления квалификации оператора, его психофизиологического состояния и увеличить производительность механизма за счет минимизации Рфемени траекторных перемещений.

Ведущие зарубежные производители одноковшовых экскаваторов, среди которых Harnishfeger, Dresser, Komatsu и др., применяют системы автоматизации технологического процесса на базе микропроцессорном техники. .Например, фирма Harnishfeger с 1*387 года выпускает модификацию экскаватора-мехлопаты Р&Н2800 HR, снабженного микропроцессорной системой Electrotorque, обеспечивающей повышение производительности за счет сокращения времени цикла. Оптимизируются процессы траекторных перемещений с погрузкой автосамосвалов. За счет этого и информационной поддержки технологического процесса производительность увеличивается на ?0Х.

В России промышленные системы автоматизации транспортировки на одноковшовых экскаваторах не применяются.

Анализ разработок систем автоматизации одноковшовых экскаваторов показал, что и настоящее время задача ''оиданин промышленной системы автоматизированной транспортировки имг^т успешное решение только для экскаваторов-мехлопат. Имеется значительная научная и экспериментальная паза для автоматизации экскаваторов-драглайнов, однако исследования в данной области свидетельствуют о нерешенности проблемы обеспечения высокой точности отработки траекторных перемещений ковша драглайна при наличии внешний возмущений.

Тема диссертации связана с продолжением разработки системы управления многосвязными электроприводами драглайна, реализующей контурное перемещение ковша.

Цель работы:

Разработка методики оптимизации системы контурного перемещен ковша по критерию точности воспроизведения траектории на заключ тельном участке при воздействии на систему активного момента сопг тивления, приложенного к платформе и вариаций массы ковша.

Предмет исследования:

Многосвязные электроприводы экскаватора-драглайна, влияние I раметрических и внешних возмущений на систему контурного перемен ния, позиционирование привода поворота драглайна, критерии качест позиционирования, имитационное моделирование процессов позициони| вания привода поворота и контурного перемещения ковша.

Научная новизна:

1. Разработана методика оптимизации системы контурного пере) щения ковша экскаватора-драглайна по критерию точности воспроиэве; ния траектории при воздействии активного момента сопротивления, П| ложе иного к платформе, и вариаций массы ковша. Имитационное моде, рование процессов контурного перемещения ковша подтвердило выса точность воспроизведения траектории при параметрических и внеш возмущениях.

2. Разработана структура и методика синтеза регулятора пола ния привода поворота драглайна, который обеспечивает высокое каче во переходного процесса по угловому положению платформы, астатизм возмущащему воздействию и ограничение раскачивания ковша.

3. Проведено имитационное моделирование процессов позициони вания привода поворота драглайнов ЭШ-6/45, ЭШ-15/80 и ЭШ-20/65. казано высокое качество переходного процесса по положению платфор ограничение раскачивания ковша при торможении и астатизм по возму ющему воздействию.

4. Предложена структура системы контурного перемещения ко! реализующая режим автоматизированной погрузки в транспортное сре тво. Проведено имитационное моделирование процессов автоматизиро! ной погрузки. Результаты моделирования свидетельствуют о высс точности погруэки.

Практическая ценность результатов работы:

1. Разработанная методика оптимизации системы контурного п< мещения ковша молет использоваться при разработке системы управле многосвявными электроприводами драглайна, обеспечивающей высс

- & -

точность воспроизведения траектории при параметрических и внешних возмущениях.

2. Методика синтеза регулятора положения может применяться при разработке локальной системы управления приводом поворота драглайна. :

3. Разработанная методика синтеза регулятора положения может применяться при создании систем управления механизмами с гибкой подвеской рабочего органа.

Положения, выносимые на защиту: :

1. Методика оптимизации системы контурного перемещения ковша по { критерию точности воспроизведения заключительного участка траектории I при воздействии на систему активного момента сопротивления, прило- | женного к платформе, и вариаций массы ковша; !

2. Структура и методика синтеза регулятора положения привода ; поворота драглайна, который обеспечивает высокое качество переходного процесса по угловому положению платформы, астатизм по воамущдаце-му воздействию и ограничение раскачивания ковша;

3. Структура системы контурного перемещения-ковша, реализующая режим автоматизированной погрузки в транспортное средство.

Апробация работы:

Основные положения и ревультати работы докладывались и обсуждались на научно-техническом семинаре "Современный регулируемый электропривод малой и средней мощности на основе интеллектуальной силовой электроники и микропроцессорных средств управления" (Москва, МЭИ, февраль 1994 г.), на заседании кафедры автоматизированного электропривода МЭИ.

По результатам нишшюшшх исследований опубликованы Я печатные работы.

Структурами рбге^ работы:

Диссертационная работа состоит ин падения, пяти глав, заключения, списка литературы иа 55 наименований и содержит 116 страниц машинописного -текста и 30 рисунков.

/

- б -СОДЕИНАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована цель работы и перечислены задачи, которые необходимо решить для ее достижения, приведены выносимые на защиту положения.

В первой главе показана актуальность автоматизации транспортировки ковша, приведены примеры промышленных систем автоматизации.

В нашей стране разработкой систем автоматизации транспортных операций драглайна занимались коллективы МГИ, СГИ, НИИТяжмаш "Урал-маизавода", МЭИ. Большой вклад в развитие систем автоматизации внесли работы В.Я.Ткаченко, Л.Д.Певзнера, М. А. Розенцвайга, А.В.Хайновс-ксго, А. Фазылова, Л.И.Троеглааова, М.Ю.Комского, В.Н.Острирова, С.Н.Коваленко.

Настоящая работа является продолжением разработки системы контурного перемещения ковша, проводимой на кафедре автоматизированного электропривода май.

Данный подход к автоматизации управления транспортировкой ковка заключается в воспроизведении за минимум времени траектории, заданной машинистом в установочном цикле (записывается в память системы не менее £00 узловых точек пространственной траектории).

Принято, что положение ковша драглайна в пространстве при пренебрежении раскачиванием ковша может быть описано трехмерным вектором обобщенных координат 0 = С 42 ЧЭ 3 . где 41 = 1п ~ длина подъемного каната; = 1т - длина тягового каната; Чз = Фа ~ угол поворота платформы экскаватора.

Массив М узловых точек содержит для каждого узла координаты длин подъемного и тнгопого канатов и угол попорота:

М = Ч С Ч11 Ч21 аз1 ] > = { [ 1л1 1т1 Фв1 3 >, 1 - 1, ПМ.

где гад - количество узловых точек.

Предложенный алгоритм контурного перемещения в каждый момент времени реализует предельное быстродействие как минимум одного из главных приводом. При автоматической отработке траектории этот привод работает в позиционном режиме, а другие приводы при атом работают в следящем режиме.

Для расчета управляющих воздействий на следящие приводы массив узловых точек представляется в виде набора координат слрдящих приводов и координаты позиционного привода:

М = < С Ч11 1 ТЗ1 3 > = < I Пс..!1 <],;. .и С1п' 1 К где 1 - номер узловой точки, 1=1, пм

Чп - координата позиционного привода; (]с. 1. ас.г. " координаты следящих приводов. Координаты следящих приводов принимаются зависимыми от координаты позиционного привода qп:

М = ( Г Чс.11 Чс, я' Чп1 ]> = ■(,[ Рг1 (дп) Сап) а,,1 1 >• По набору значений С Рг1, ] в окрестности текущей координаты позиционного привода чп строятся интерполяционные зависимости Г1, Гг, по которым вычисляются заданные значения координат следящих приводов Чс.Г'. Чс.23: Чс.1э = Чс. 23 = Гг(Чл)-

Управляющие воздействия на следящие приводы вычисляются корректирующим устройством, выполненным по принципу комбинированного управления. Управляющее воздействие получается в результате суммирования -сигналов с регулятора положения, имеющего передаточную функцию мр(р)= Кр, и с. выхода корректирующего звена, имеющего передаточную функции №к(р), обратную передаточной функции объекта регулирования №ор(р). Изображение по Лапласу управляющего воздействия для 1-следя-щего привода II! (р) записывается как

1Мр) = (Чс, >3- <Ъ)'«р(р) + ч.:, ¡Э'Ч<(Р). где Чс. ^ - заданное- значение координаты ¡-следящего привода; qj - текущем (измеренное) значение координаты ¿-следящего привода;

ик(р) = С И,,,,^)]-1.

Для позиционного привода координата, соответствующая точке его остановки, устанавливаемся в.качестве заданной для регулятора положения.

На приводе ппиорота бил применен параболический регулятор положения, который ,-1д;оптировался к суммарному моменту инерции привода поворота, изменяя коэффициент усиления параболы. Для избежания перерегулирования по положению парабола имела сдвиг и линейный участок с постоянным ко:и|»(1ици<'Птом усиления и зон«' маимх ошибок, причем регулятор работай только п одном квадранте системы координат, который выбирался в зависимости от направления поворота (запрет, изменения знака скорости).

Если ошибки следящих приводов выходят за установленный предел, то они по перекрестным связям воздействуют на скорость позиционного

привода.

Анализ процессов транспортировки ковша, выполненный на адекватной математической модели и на действующем экскаваторе ЗШ-6/45М при различных позиционных приводах свидетельствует о том, что наименьшие ошибки слежения достигаются при позиционном приводе поворота. Поэтому система контурного перемещения при исследованиях была выполнена в конфигурации с позиционным приводом поворота и следящими приводами подъема и тяги.

Системой реализуется принцип интерактивного управления: машинист подает системе команды установкой командоконтроллеров в крайние положения. Система, ослабляя сигналы задания по величине, предельно быстро (в пределах поданных заданий) ведет отработку траектории.

При проведении экспериментальных исследований на действующем экскаваторе ЭШ-6/45М выявились основные возмущения, действующие на систему контурного перемещения и вызывающие ухудшение точности воспроизведения траектории. '

При негоризонтальности установки экскаватора возникает дополнительный активный момент сопротивления, приложенный к платформе и воздействующий на привод поворота.

Масса ковша меняется от цикла к циклу в значительных пределах,, вследствии неполного заполнения и налипания или намерзания породы.

Ухудшение точности воспроизведения проявилось в отклонениях от - заданной траектории на участках в окрестностях точки разгрузки ковша и точки возврата в забой, которые требовали ряде случаев вмешательства в управление со стороны машиниста.

Исходя из вышесказанного, сформулирована цель настоящей работы.

Показано, что влияние выявленных параметрических и внешних возмущений на процессы слежения приводов подъема и тяги значительно меньше их влияния на процесс позиционирования привода поворота.

Задача оптимизации системы контурного перемещения ковша при позиционном приводе поворота сформулирована как задача разработки регулятора положения привода поворота, обеспечивающего необходимую точность регулирования при воздействии активного момента сопротивления и вариаций массы ковша.

С целью упрощения алгоритмов формирования траектории и автомагического управления, обеспечения минимального времени транспортировки позиционное управление поворотным механизмом определено как

управление положением платформы при требовании астатиума по возмущающему воздействию.

Управление драг .чайном, сложным и дорогостоящим объектом, обуславливает выдвижение дополнительных требований к процессу регулирования положения и технической реализации алгоритма управления. В качестве дополнительного требования к регулированию положения выдвинуто ограничение раскачивания ковша, удовлетворение которого уменьшит динамические нагрузки на конструкцию драглайна. Условия эксплуатации экскаваторного электрооборудования, особенности механизма поворота и технология обуславливает следующие требования по технической реализации регулятора положения: жесткая структура, постоянные параметры, минимальное количество датчиков и функционирующего при изменении радиуса инерции, высоты подвеса и массы ковша.

На основе анализа параметров механической части привода поворота драглайна сделан пывод о том, что при синтезе управления положением платформы необходимо рассматриьать поворотный механизм как двухмассовую упругую механическую систему.

Рассмотрены законы управления позиционированием, при синтезе которых оЛггт.т упр;тл''1П1!1 потчал г; (;г;г>й состав дг;ухмассовую упругую механическую систему. Вндпииутые тц'-лок-чния г, и|<оц>-'Т.у позиционирования, особенности механизма поворота и условии эксплуатации не позволяют применить известные алгоритмы управления.

Вторая глава посвящрпа разработке методики синтеза регулятора положения привода поворота.

Получено математическое описание разомкнутой электромеханической системы привода поворота как последовательного соединения замкнутого контура момента '(тока) и двухмассовой упругой механической части. В пекторно-матричном форме- в безразмерном гиде разомкнутая система описывается следующим уравнением

.X - АХ +- ви, где (1)

X - вектор состояния системы; и - вектор управления;

Л и В - матрица системы и входа, определяемые как

X =

т

<>Ч

Ш12

Мо

Дф.1

в =

1/Т-.М

(I

О

о о

А =

1/Т..„

О О О

о -1(

о ,

О V о

О ,

'(Г о

о о о о о

где т. <>»1, т]о,

Дф1 - безраамерные переменные состояния

системы, соответственно электромагнитный момент двигателя, угловая скорость первой массы, упругий момент, угловая скорость второй массы и угловое рассогласование платформы.

Безразмерные параметры системы Л1*. Лг*. С12*, ТЭм* и « определяются через параметры контура момента и двухмассовой упругой механической части:

^ , , „ „ ,

Л1 . = - • -; ¡2. = - ' -1 С12 = С12П6Т6/ мстоп;

, Метоп Гб Метоп . "Гб

Тэм = Там/ Тб; <х = П6Тб/ (2К). где Тэм * постоянная времени контура момента;

Jí - момент инерции платформы;

с12 " жесткость связи между платформой и ковшом;

Л2 - момент инерции ковша;

Метоп - стопорное (максимальное) значение момента двигателя;

Об, Тб - базовые величины угловой скорости и времени.

Параметры разомкнутой системы для конкретного драглайна определяются по результатам настройки системы электропривода и паспортным данным: Там = Тпп-'Ои);

- М^2;

Стг • 1-,

где Тпп - время переходного процесса тока якоря в опыте короткого замыкания; Мк, Ь - масса, радиус инерции и высота подвеса ковша; £ - ускорение свободного падения.

Процесс позиционирования привода поворота рассмотрен в фазовом пространстве с координатами (ш, шь П112, юг, Д<Р1). Сделан вывод, что процесс позиционирования является задачей стабилизации, которая заключается в переводе системы из начального состояния в нулевое. Как критерий качества стабилизации введено значение интеграла от квадратичной формы

I = (2^17 + итК2и)с1т: , (2)

То

где 2 - вектор выходных переменных;

1?1, 1?2 - положительно определенные весовые матрицы.

Регулятор положения синтезируется как линейный детерминированный оптимальный регулятор, минимизирующий интегральный критерий качества (2) (задача оптимальной стабилизации). Требуется определить такое управление и на интервале времени СЬо ,Ьчтобы доставить минимум (2) при переводе системы из начального состояния в нулевое. Поставленная задача относится к классу вариационных и сводится к ре-

- 11 -

тению дифферента un, ного уравнения Риккатн :

-Fit) - DTNil) - F(t)BR2 1BTH(tj + P(t.)A -t ATP(t) {■<)

с конечным vcJiouiK'm P(lj) = 0.

Имея решение P(t1, можно определить матрицу коэффициентов обратных связей как Kit.) = к1;; 1 В1 И С t J. Управление Li получается в виде линейной комбинации компонент X п

U(t) = -КПШП = -Л k3l(t)xai(t). i-i

При минимизации критерия качества на интервале времени [to, решение дифференциального уравнения Риккати, если оно существует, стремится к установившемуся значению F, которое определяется решением алгебраического уравнения Риккати:

О = DTRiD - PBR^~'1BTP + АТР 4 РА. (4)

В этом случае закон управления существенно упрощается и принимает следующий вид: U(t.) = - KX(t), • (5)

где К - постоянная матрица коосИ'ицимп'он обратных связей, определяемая как, К = R2_1BtP. (6)

Существовании установившегося решения (4) определяется свойством полной управляемости системы И). 11' l.nv'ii -и') аналитичегжом вырл-жение для проверки полной управляемости (1).

В качестве компонент Z выбраны Лчч и пцо. Щт стабилизации A'pi обеспечивается регулирование углового положения платформы. Учет позволяет ограничивать раскачивание ковша.

Проанализирована возможность намерения вектора состояния системы (1) и сделан вывод о том, что организовать измерение полного вектора состояния невозможно. Предложено использовать закон управления с обратной свяиьн по1 выходной переменной.. Измерения выходной переменной используются дли оценивания полного вектора системы с помощью наблюдатели.

Закон управления в угом случае принимает вид

u(t ) = - кх1п , (7)

л

где X(t ) - вектор, состояния наблюдателя.

Наблюдатель выполняется на основе пекторно-матричного описания дтИ'еренциаиьногС) уравнения:

9, - ЛХ + BU 4 I.ív V), (8)

где у - выходная перемени;« системы; I. - матрица коэффициентов наблюдателя.

Показано, что наиболее целесообразно в качестве выходной пере-

менной выбрать Л<Р1. Измерение Лфа возможно при использовании фотоимпульсного датчика. Выбор коэффициентов наблюдателя при измерении единственной координаты системы производится из желания обеспечить парапет ппл.ишор расположение корней характеристического уравнения наблюдателя на комплексной плоскости.

Ролможнос'гь построения наблюдателя определяется условием наблюдаемости системы. Получено аналитическое выражение для проверки.

Система с обратной связью по выходной переменной обладает ста-тнзмом по возмущающему воздействию. Для синтеза закона управления, обеспечивающего астатическое регулирование в вектор выходных переменных необходимо добавить интеграл от Лч>1:

I = I (аДгр!2 + Ьт122 + сг,2 + рик)<Л (9)

и изменить описание системы, расширив вектор состояния системы до-

бавлением интеграла от углового рассогласования г, X = АХ + Ш, где

(10)

X =

ш

ГП12 <1)2

X А 1 0 ,4 в

- , А = 1 , в =

н, 0 0 0 0 1 0 0

Для упрощения синтеза процесс позиционирования разделен на два этапа. На первом этапе, при |Д|р11 > &фп, требуется обеспечить высокое качество переходного процесса по положению платформы и ограничение раскачивания ковша. На втором этапе, при |Д<Р1| < йфп. требуется обеспечить нулевую установившуюся ошибку по положению. Для каждого этапа синтезируется свой регулятор положения.

Для первого этапа синтезируется закон управления с вектором выходных переменных, состоящим из углового рассогласования и упругого момента: « .

+ Ьпн22 + ри2)с1Ь. (11)

интеграл от него: ~

1 (аДф!'

Для второго этапа вместо углового рассогласования берется

! = Л (аг/ + Ьг112 + ри")с1Ь.

(12)

Наличие ограничения сигнала управления на входе системы нелинейным звеном может привести к потере устойчивости. Анализ устойчивости замкнутой системы выполняется методом гармонического баланса.

Замкнутая система нрюбцтаутг.-н к последовательному соединению однозначной нелин'.'йн'.ч.'.ти и линейной <п>:ти. Такая система будет устой-чипа. если в области частот, где амплитудная характеристика линейной части больше единицы, фазовая характеристика большн -1Н0°. При постоянной матрица К'] обеспечение устойчивости сводится к подбору Rg-Получены выражения для передаточной функция и комплексного коэффициента усиления линейной части регУЛНТ<>р( )11 положения первого и второго этапов, по которым определяются частотные характеристики и проверяется устойчивость замкнутой нелинейкой системы.

Для Проектирмнанин Р>' гуля ТП| 1,4, ' 'охраиятщего УСТОЙЧИВОСТЬ при изменении параметров системы, неооходимо задаться диапазоном изменения параметром и проверить устойчивость замкнутой системы в крайних точках скачана как .мит-йнои, а потом как нелинейной. Для этого необходимо получить распределение корней замкнутой системы в крайних точках интервала и построить частотные характеристики линейной части системы. Обеспечение устойчивости сводится к изменении) элементов весовых матриц !ч и !■••.•. интегральном критерии качества.

В третьей . главе проводится нее.цедпванпе процоссов позиционирования и контурного перемещения ковша на .адекватной математической модели в среде Di ap;OAD.

При моделировании механической части системы приняты следующие допущения:

- приводы подтема и тяги двутассоше с общей массой ковша;

- канаты янлякт-я невесомыми упругими нитями, причем канаты подъема и стрела образуют единую конструкцию с независимой от положения ковша жесткостью;

- жесткость канатов тяги линейно зависит от их длины;

- масса ковша сосредоточена и точке пересечения продолжений длин канатов;

- зазоры н передаточных механизм:« 'подъема и тяги отсутствуют;

- привод поворота трехмассовмй;

- для привода поворота стрела представляет собой абсолютно жесткую конструкцию:

- в упругих кинематических связях механической системы логарифмический декремент затухания равен O.K.

В математическом описании объекта учтены: силы трения в передаточных механизмах; диссинативные потери в упругих звеньях; составля-

ющие моментов двигателей, обусловленные силами трения в подшипниках и потерями в стали; зависимость жесткостей и диссипативных потерь от длин канатов, а сил трения от скоростей и передаваемых мощностей; зазоры в зубчатых передачах поворота.

При математическом описании главных электроприводов приняты допущения :

- привод выполнен по системе Г-Д;

- реакция якоря электрических машин скомпенсирована идеально;

- гистерезис кривых намагничивания отсутствует;

- влияние вихревых токов в стали пренебрежимо мало;

- тиристорные преобразователи представляются линейными апериодическими авеньями;

- структура электропривода двухконтурная с последовательной коррекцией и адаптивным задатчиком интенсивности (применяется на экскаваторах-драглайнах АО "НКМЗ").

Для анализа качества процессов позиционирования введены показатели качества:

- точностной le, определяемый как экстремальное значение углового рассогласования платформы за заданное время;

- временные 1т и lté, равные соответственно времени, когда угловое рассогласование платформы равно величине допустимой ошибки по положению и времени, начиная с которого модуль углового рассогласования не превосходит допустимой ошибки;

- колебательности движения ковша Im, определяемый как макси-малыюе значение упругого момента во время торможения.

Для оценки эффективности регулирования положения и степени ограничения раскачивания ковша проведено сравнение показателей качества процесса позиционирования с их значениями, полученными при отработке тралециидальной тахограммы в ручном режиме. Здесь и даче»,- осуществляется моделирование технологических процессов драглайна типа 311-6/45.

Для этого синтезирован набор законов управления с различными коэффициентами упругого момента при минимизации суммы квадратов ûtpi и mi2- В табл.1 приведены результаты моделирования процессов позиционирования поворотного механизма в относительных единицах. В качестве базовых величин взяты значения показателей качества, полученные в ручном режиме (для.точности регулирования в качестве базовой велкчи-

ны взята величина допустимой ошибки по положению, ранпаи 0.02 рад).

таблица 1

ограничение рггк,-11 шмания кеч;ша.

Положение ковпп в плоскости стрелы

у ПЯТЫ стрел;

v головы стрелы

Коэффициент упругого момента 1 Указатели качества

/, II*, г [те X т * X

0.3 г,0 0 111.0 111 0 77 0

0.7 60 0 151.0 151 0 72 0

1 .0 0 0 113.0 113 0 56 0

Ь.О --1Г0 0 1 ОМ. 0 144 0 64 0

0. 1 -ЙЬ 0 '.1Н. 5 •■•в 5 88 9

и.! 1 и 1ПП.() 100 0 72 0

0. '."I 0 '.(,. г, п 71. 1

Ннвисиме>етв к| 1ит«'рия к<>.т-0ат>М11Л1П'"ги I,,, от ви-оюто коэффициента упругого пек.а;-шлет, что <• <т<> ростом происходит ограничение раскачивания корта по сравнению с ручным режимом работы. Однако при л том ух.уд Шг и чч-.я точность регулирования положения платформы, о чем свидетельству«я- плачения 1т, Ие. Результаты моделирования доказывают противоречивость регулирования положения платформы и ограничения раскачикания ковша, что согласуется с физикой двухмассовой системы. Для одновременного регулирования положения платформы и ограничения колебаний ковша требуется обеспечить компромисс.

Исследовано влияние активного момента сопротивления. Показан статизм по возмущение регулирования положения платформы, если регулятор положения синтезирован при минимизации гуммы квадратов Лу\ и шц;-

Дли устранении установившейся ошибки по положению платформы введен регулятор положения второго этапа. функционирующий при I Лч>1 | Лфп- О.ос, рад и синтепирогмнний при минимизации:

• I --- )' (10-'е.: ^ 0. Ьш|:>; * О. 1 и'-)с|1,.

ПЗ)

Н тао.п.:': приведены показатели качества процессов иоаиционирова-

ния.

таблица 2

Приложение активного момента сопротивления (двухэтапный регулятор).

Активный момент сопротивления, в o.e. к номинальному реактивному Показатели качества

1е, рад IT, с 1те, с

-2.0 - 0.052 12.0 17.8

2.0 0.008 14.5 14.5

Показана возможность учета параметрических возмущений на стадии синтеза на примере регулятора, синтезированного при минимизации суммы квадратов йч>1 и ^12-

Проведено моделирование процессов контурного перемещения ковша экскаватора при движении в отвал. В структуру системы встроен исследованный ранее двухэтапный регулятор положения.

Результаты моделирования контурного перемещения ковша при движении в отпал при изменении массы ковша и при введении активного момента сопротивления приведены на рис.1 и 2, полученные соответственно при уменьшении массы породы на 30% и при введении активному моменту сопротивления, двухкратного от реактивного. Введение возмущений не приводит к существенному ухудшению процесса позиционирования платформы. Максимальная ошибка позиционирования не превышает 0.02 рад. Величины ошибок слежения не приводят к возникновению сигналов перекрестной связи, что подтверждают кривые скорости привода поворота. Ухудшения качества процессов слежения не происходит.

Таким образом, точность воспроизведения траектории системой контурного перемещения с регулятором положения привода поворота, синтезированным по разработанной методике, при воздействии на систему параметрических и внешних возмущений не ухудшается.

Моделирование контурного перемещения при параметрических и внешних возмущениях показало, что методика оптимизации системы кон-т\'рного перемещения ковша по критерию точности воспроизведения траектории при воздействии активного момшта сопротивления и вариациях массы ковша состоит в:

- применении структуры системы с позиционным приводом поворота и следящими приводами подъема и тяги;

- использовании регулятора положения привода поворота, синтези-

Рис.г

ропанного по разработанной методике и обеспечивающего необходимую точность регулирования положения платформы при параметрических и внешних возмущениях.

В четвертой главе разрабатывается структура системы контурного перемещения, реализующая режим автоматизированной погрузки драглайном в транспортное средство. Показана актуальность режима автоматизированной погрузки.'

Для выполнения автоматизированной погрузки в транспортное средство разработана структура системы контурного перемещения.

Проведено моделирование автоматизированной погрузки. Сделан вывод о высокой точности погрузки. Ошибка по угловому положению ковша не превосходит 0.02 рад. (См. рис.3 и 4 для Мс= ±2007. от Мсреак' ном).

■н^оо«

«.5 I/» М.000 гж1

Н.877 гй

-10.00 В V +-Л2 \л +-Ш 1л 4-вЗ.В 1/5

«.не -4.681 гЫ 4- 10 1л ♦ «.00 I

1X5 А МЫ I/» №02! ги! №0И Ш «« №

Рис.

3

и настройке оптимизированной системы контурного перемещения.

Задачей настройки двухэтапного регулятора положения является установка минимального Лфп, при котором ошибка регулирования положения платформы не превосходит допустимых пределов.

Настройку регулятора положения предложено проводить в настроечном цикле позиционирования как инженерный эксперимент с целевой функцией - точностью регулирования положения платформы, определяемой как экстргмал.1-мое значение углового рассогласования платформы за заданное время.

Настройку ограничения ковша при торможении рекомендуется осуществлять выбором закона управления из набора законов, синтезированных при различных весомых коч||фициецтах

Показано, что время расчета управляющего воздействия варьируется от 610 мке (КР1810ВМ80, 1801 ИМЯ') до 1У.5 мс ( "Ниектроника-60"), не нрегиюходит величины такта упрннлеиин. рассчитанного для НИ-6/4Н и равного 1. 11.1б с. и зависит от аппаратного обеспечения.

- 20 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Анализ разработок систем автоматизации одноковшовых экскаваторов показал, что в настоящее время задача создания промышленной системы автоматизированной транспортировки имеет успешное решение только для экскаваторов-мехлопат. Применение систем автоматизированной транспортировки существенно повышает эффективность использования этих машин. Для автоматизации экскаваторов-драглайнов имеется значительная научная и экспериментальная Саза, однако 'исследования в данной области свидетельствуют о нерешенности проблемы обеспечения высокой точности отработки траекторных перемещений ковша драглайна при наличии внешних возмущений.

2. Разработана методика оптимизации системы контурного перемещения ковша по критерию точности воспроизведения заключительного участка траектории при воздействии на систему активного момента сопротивления, приложенного к платформе, и вариаций массы ковша. Результаты имитационного моделирования контурного перемещения ковша на адекватной математической модели в среде Бга^САО подтверждают эффективность разработанной методики.

3. Рапработаяа методика синтеза регулятора положения привода поворота драглайна, который обеспечивает высокое качество переходного процесса по угловому положению платформы, астатизм по возмущающему воздействию и ограничение раскачивания ковша при торможении, что подтверждается результатами имитационного моделирования процессов позиционирования привода поворота.

4. Разработана структура системы контурного перемещения ковша, реализующая режим автоматизированной транспортировки при погрузке в транспортное средство.

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях:

1. Остриров В.Н., Прибора А.Н. Робастный регулятор позиционирования для мощного биотехнического манипулятора// Электротехника. 1994. N 7. с.35-38.

2. Остриров В.Н., Прибора А.Н. Бортовой комплекс поддержки машиниста экскаватора-драглайна// Тяжелое машиностроение.1993.N 11-12.

3. Остриров В.Н., Прибора А.Н. Бортовой комплекс поддержки машиниста// Автоматическое управление технологическими процессами в горной промышленности. Межвуз. науч.- темат. сб. Свердл. горный инс.т. , 1991. С. 15-23.

Подписан Псч. л.

Гирл ж /00 Заказ м

Типография МЭИ, Красноказарменная, №