автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка микропроцессорной системы оптимального управления подъемными установками глубоких шахт

КИ1В0ЫШЯ 110Л1ТЕХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ

на правах рукопису

ГУЫАИСЕ Ярослав Мотислаьоьич

УДК С2Ё.673.1:681.613.^

РОЗРОЕКА М1КРОПРОЦЕ(Х>РНО! СИСТЕЫИ ОПТИМАЛЬНОГО КБРУВАННЯ ШДЙООДНИМЙ УСТАНОВКАМИ ГЛИШКИХ ШАХТ

Спец1аг.ьн1сть 05.13.07 - Автоматиаац1я теу.нол')г1 чних процее1в 1

виробництв

Автореферат диеертац!I на здобуття паукового ступени кандидата техн!чних наук

Ки1в -1994 р.

Днсертац!я е рукопио

Роботу виконано на кафедр i автоматиэацП г1рничо1 промисловост1 Км Iвського псл1техн1чного 1нституту

Лауковий кер1вник: кандидат техн!чних наук, доцент Данильчук Г.1.

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор техн'чних нал?, професор

Кадук Б.Г. '

кандидат техШчних наук, доцент ЩульгаЮ.1. ' _

Иров1дна оргак1зац1я: 1нститут "Автоматвуглерудпром" при НВО "Червоний ,метал!ст" (м. Конотоп)

Захиет дисертацП в1дбудеться _ 1994 року

годин1 на васIдани1 спец!ах1 вешаноI Ради Д068.14.07 у Ки!вському пол1техн1чному ¡нсгитут! (252056,м.Ки1в, пр.Перемоги 37).

3 диссртац1ею можна озиайомитись у (51бл1отец1 Ки1вського пол1техн1чного 1нституту.

Автор1

вферат роз!сланий " ___1994

р

Ечений секретар , ;

спец1ал1вовано1 Ради ^t __ В.Д.Романенко

с ¿Л/

АНОТАЦШ

Метою дисертац1йноГ роооти е розробка, теоретичне та експеримек-тальне досл1дження цифроакалогово! системи автоматичного керування (САК) шахтною п1 дйошюю установкою (ШИУ), яка дозволяв реал1эуЕати программе керування транспортуванням вантаж1в шляхами а вертакальнш та похилисним проф1лем оптиманьне за швидкод1ею та динам 1чкими на-ванталеннями та мае високу точн1сть установки у задане к1нцеве поло-яення п1дйомних посудин.

Для зд1йс11ог.ия ц1сТ мети роав'яван1 наступи! задач!:

1. Розроблено цифрову модель статично зр1вноважено1 шахтно! п!дйса но! установки з урахуванням пруянестей та ро8под1леност1 мае ус!х чогирьох галузей канат1в, а також вм 1 ни параметра п1д чао руху, яка дозволяв досл!джувати на ЕОМ дина«1ку ЫПУ ес!х тнп1з.

2. Доел1дкеио САК положениям п1 дйомнк"* посудин шахтно! п1д(5омно! установки, яка мае електропривод в п1дпорядкованими контурами регу лгаання, та запропоновано спас 16 опт:ли1еацП робота ЦПУ па яви? код1 ею та динэм1чн1етю а допомогон багатокакальюга задст-.'.д'д.ш'./ пристро!з (БЗП).

3. Роэроблеко методику цифрового модеазваняя та синтегу цифровых ЮП, кк! формують оптимаямИ па швкдксд1ею тахограыи скнадпо! ¿орья при дов)льних оСыеженнях фззових координат та вабезпьчують го-ие ре-гулаЕання положенья п1д?„омк:!Х. посудин.

•I. Розроблено принцип побудоЕи, фу.тм;1о1;альну структуру, алго-рптм1чне та программе забеапеченна ми.ропроцесорно! САК ШЧУ, ш'л зд 1 Яснюе 1!ерем1щбнчя оптимальное еа £гаидкод1е»> для ьаданих обмеаень %тахограчою в високою точн1ст» пенил1 снуьаипд.

Аптор захищае:

\. Ыетод дискрот.чогс олису А алгоритм чпцелмюго моделювапн:; ста-7ЯЧН0 зр1ЕН0Еа.кек01 еиетемм ШдСому а урахуваннпм розпод1ленос;-1 та песталост1 параметра пруанях яаиоя.

2. Метод оптим1зац11 за иездтод18я та гзчн! ста багатоконтурниж систсм регулюьанкя положения (СРП) о Шдпсрлдкованк:^ контурами рз гужовання координат, ослоаашй на принцип! яоыб'нокшого за зада вальною д1ею керуванля.

3. 2ункц1онады1у та алгоритм 1чну структура багатэканальнсго а ада валыгаго пристрою, якиЯ автояаткчно фор^уе оптнуальиГ тахт" рами складно I форма при дови.ъних значениях обмежеиь параметр ¡в та-хограм.

4. Споснб оптим1оацП динам!иних реккк1Е а еленс-ита:; Щ1У еа допсио-

- г -

ron багатоканальних вадавальних пристро1в.

5. Принцип побудови, футгкц lo нальну структуру й алгоритм функцЮну-вання м1кропроцесорно! оптимально! САК ШЛУ.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

•jraxasbHlCTfe теми. Енергетична криаа, в якШ опитглась УкраГна, экачноя míрои п!длищуе рель паливновидобувних галузей промисловост1, роавикутих на II територП, зежреиа, Еуг1льно1 промисловост1, не , дквля'ась на велику гдиСину аалягання вуг!льних пласт1в.

Умоеи роСоти сучаснчх пахтпих п1дйомних установок, як! е одн1р.я з основпих ланогс г1ркичого виробиицтва, мають г.евн 1 оеобливост1. Разом 1Е глибиною шахт,пк правило, зрсстае й к1лыс1сгь горивонт!в, як1 оОсяуговуе КЛ1У. Це приаводять до smíhh д1аграм швидкоет1 в1д циклу до циклу п1дйому. 1з аСЧльшенням вантслност1 та твидкост! руху п1дйоаняж посудин внзчно вростаить динам ¡чн1 "д11 в елементах уста-кожгн, а аа калмгосг! додатковм яавантат.ояь, пов'язанкх э коливан-?г.мк, зда виникаять у л 1 дСсмяиг^ канатах глибоких пахт, суудрнi ди-паы!чн) навантачюння можуть вкявитись авар!йними.

Вельмл актуачыими задачами теорП та практики автоыатиэацП ЦПУ s роьроСка та досл1д;,:8Ш!Я сучасккх САК, як1 б враховували вкаган1 ccr^-TU'.ocTl та г.аГшапсчували ¡Идвшцзння подуктивност1 прац1, uajj'tiHonrl та дсвгоеНност! оО ладная я завдяки оптим1аац11 аа шейд-глдion xa данам 1 чижи навантадеиняии. Враховуючи внмоги ун1ф!кац1! та "pyuHocTl в обслуговуваиШ, розв'язання ц!в! задач! важко лдП1сплти Cea аастосуЕання сучасних эасоб!в керувально! Об чисхозал Jiro! TCXHlKli. '

Сик1лы<н nlftñ&raa установка глибско! шахти являе собою пкладяу едег.трсмехаШчну систему з ровпод1лега1ми ам1нвими параметрами, аяал1тичнс досл1д.ч;егшя пэрс-х1дких процеЫя (ПП), яр проходять в II еленектах, е практично незд!йсненим. Отже для досл1дяення роботи plnir.ís систем ксрусаинл необх!дпо використовувати ЕОМ. Однак, ме-гам1чпа частика ЕПУ, яка нклячаз rosoaiM та зр1вгоьаяувгдънI каната й tsa aalHHl параметри, дотспер не була описана у биглпд1, придатно-V¡ /¡ля кисельного мвделшшшя аа EOU.

Ел робота е складовою частиков науково-досл1дннх роб1т, 1до вико-пултьсн кадедрою автоштезац11 г1рнкчо1 промисловост1 (АП1) КПвсь-кого нол1техи1чного 1нституту.

U«q?5J ¿(Dcsijssm. Основными методами досл1джень у ц1й робпт! е mrnsnmHO моданшавня й чисельпе моделгаання на ЕСМ а подальпею

експериментальною перев1 piran одержаних реэультат1в аа спец!ально розробленому стенд1. Поставлен! у робот1 вадач1 роэв'яаан1 за допо-могою метод1в теоретично1 механ1ки, теорП автоматичного керування лШйними, нел!н1йними та цифровими системами, теорП алгоритм!в, неперервкого та дискретного операц1йного числения.

Наумова новизна. Розрссдено цифрову модель статично зр!вковаке-но1 ШПУ як складно! електромехан1чио1 еистеми з розпод1леними пруж-ними зв'язками ам1нно1 довжини, в;о дозволило доол1джувати с а допомо-гою ЕОМ динам 1 ку роботи ян статично зр!внсвакених п1дйомних установок глибоких шахт, так 1 ШПУ ьс1х Ihieux тип1в.

Розроблено методику синтезу та цифрового модемвання БЗП, аа до-помогою якоI на ЕОМ проведено доел!дж-jhhít функц1онування комб1нова них САК ШПУ, а також сиктезоьано цифроаналогову систему автоматичного керування п1дйомною установкою.

Розроблено принцип побудови та алгоритм1чну структуру ун1Еерсальних дифрових задавальних пристро!в, як1 автоматично формуют ь оптимальн1 д lar рами щвидкоет1 складно! форыи в зале«ност1 в1д величини ааданого переы1щення.

Запропоновано спос1б оптим1зац11 роботи ИЯ1У як СРП аа ашидкод1ею та динам1чними режимами з допомогою БЗП.

Роэрблено принцип побудови, функц1ональну структуру, алго-ритм1чне та програмне забевпечегая м1кропроцесорно! система керуваая ШПУ, яка зд1йсшое перем1ще;шл. оптимальною за ишидкод1ею для ваданих обмежень тахограмою з високою точи 1сти поаиц1онування, а також досл1джеио роботу ц1е! еистеми.

Практична ц1ин>сть работа. Оснози1 результати дисертацП молуть бути використаи1 при створснн! ун1ф1ковано! цифроаналогево! систсми оптимального керування 1ШУ та 1нших аналог1чиих пристро!в, або эастосован! при комплексна» автоматиаац1I шахтного п1дйому на 6aai обчислювалышх комплекс 1в, що приаведе до niДЕШценнл продуотивност1 прац), зб!льшення дойгов1чност1 дорогого механ1чного обладнання та полегшення обслуговування СЛК. Ilpc грима моделювання динам1ки ШПУ дае змогу п1двищити ефективн1сть наукових роб1т по досл1дкению систем шдйому, дозволяе визначати оптимальн1 аакони керування як для пра-цюючих ШПУ,так ! для тих, ¡До проектуютьел, а такой може бути г.ико-ристаиа в учбовому поцес1 вув1а.

Pc&aiaauia результатов poftu-m. Ултер1али дисертацП викорнстши на кнфедр1 АГО при роаробц! на замогаення Науково-досл1дного 1ноти-тугу Прннчо! механ1ки (ВДП'М) !м. М.М.Федорова (м.Донецы*) цифроаналогово! сисгоги оптимального керування приводом иихтко! nljsûowwl

машни. Оч1куваний економефект в1д впровадження системи на одн1й уптановц1 складае 44404,27,3 тис. крб. на р!к у ц1нах на 1.10.93 р.

Кр1м того, запропонован1 автором цифрова модель статично ар1вно-важеко! ШПУ та методик побудови м 1 кропроцесорно I системи оптимального керуЕання електроприводом п1дйому пикористан1 при роэробц1 уп19ерсально1 САК ШПУ, яка створюеться на замовлення Держком1тету УкраГии а вуПльно! проьмсловост1.

Анрзбзц1я ройоти. Основн1 положения дисертац!I допов1дались та оЗгсвортаались у межах каукових досл1дкень САК ШПУ, що проводиться на кс5едр1, в 1Щ1ГМ 1м. М.М.Федорова та на наукових сем1нарах у Ки!вському пол1техн1иному 1нститут1, на сорок п'ят!й студентськК» наук01)0-техн1чн1й конференцП (секц1п г1ркичо1 од<н;трсмахап1ки та автоматики) КиГвського пол1техк$':ного !нстктугу (м.КиГв, 1987), на сем1нар 1 "Шкропроцесорн1 системи керуванкл та контроля елекгролрн-водями одноковшових екскаватор1с" (м. Спердловськ, 1991), на одакад-цят1й м!жнародн1й конференц1I в автокатизац1I у г!рництв1 (м. Екатеринбург, 1992 р.1).

Ду&цкацп. 5м1ст роботи викладеко у 0 публ1кац1ях.

Структура та аа'т роСотк. Д!;сертад1я скяадаеться а вступу, »'яти розд1л1в та висновку. Зм1ст робота викладено нз 146 стор1нках ' машинописного тексту, 1люстровано 48 рисункам!. Перел1к використано! л!тератури вм1щуе 164 найменування. Додатки показан1 на 31 сторН!ц1.

У готуя! об грунтована актуглмПсть теми, сформулъовата мета, 1 изведенI основн! положения роботи.

И;?ргмй рогд1д присвячений анал!ну л)тературнях дкерел, на основ1 я;даго вазначено садач 1, що вкр!пуюгь'ся у робот 1.

У д.угсду ропдЬт» вйзначен! основн! принципи та методика чисель-ногс ыоделюванЕЯ механ!чной частини шахтного п1дйому.

У третш:^' розй4я! побудолана чиседька модель статично зр1вкогз-жпоI ЩПУ а урахувчнням зм1ни I! параметр!в. Лосл1джена робота одор-жгц»С I модзл 1.

У чегЕар-пк^у роздШ досд!дкена ко^ЯИнппзна систем автоматичного кьруванак по.юг.энлиы, яка влпте електропрлвод з п1дпоряд1:овани-1Я контурами регулювання. Гозроблеп1 опт;гмаяьч1 САК ШПУ, одеряан1 с гмтосуванняу синтеговаяил сисц1аль;шх БЗП.

1' н'атому о писан 1 розроблена м!кропроцесорна система оп-

•ппгааьяого керувшшя ШПУ та II доел 1джекип.

Г кал-шагу узагалькен! результат« робсти.

-V наведен! пгограии обчислень. вираэи для вивиач-энна

деякже вклачяг, а тшинт, документе, що Шдтвердпують нировадкенпп.

- Б -

КОРОТКИЙ ЗЫ1СТ РОБОТИ

Досл1джуючи перех!дн1 процеси в елементах статично зр1внопа*ено> багатогоривонтнр! ШПУ, необх1дно враховувати пружност1 вс1х чотирьох галузей канат1 в та эм1ну II параметр1в п! д час руху. В цьому випадку застосування анад1тичних метод ¡в затруднена. Доц1лыю використовува-ти ЕОЫ, моделшчи на н1й процеси, ¡до досл1джуються. У наявних ¡шфро-вих моделях ШПУ, як правило, враховака. пружн1с?ь не б1льш як двох галузей кан^1'1в, та проЦиорована ямПга параметр!в ШПУ п1д чае II руху. При цьому Ейкривлнютьсп перех1дн1 процеси, до мс-делкються, 1Гноруються можлив1 резонансь1 явища, цо не доаволяе виксриптовунати ц1 модеи1 для досл!дження Шдйсмних установок глнбоких шахт. Цо е;:з-начило !!8обх1дн1сть розройки цкфрово I мп да л 1 ШПУ, позбавлв'.ю! нагва-них недол1к!з.

Ыехашчна частина статично с-р1в1юэаж.зно1 ШПУ ¡¡одз сЗутп представлена системою, складенок \з зоссреда&них иас та чотирьох пружин ланок 1з розпод1лэшшя уздовд масаьм. Точно кааучи, кепи а з галузей 1сапзг11 п юз Сути описана переда вальцов фун»:ц1еи бсзк1ночного перяд-ку, але за допемогею методу гргнкчнкх ирузишх зь'язк1в йен ие.ъг^лу. в трат у точиост! вона ыозле бути описана передааальнгло ¿унцией другого порядку. Для п1дгв;рд*енк в1рсг 1;-шеот1 одергано! бс-З'лерйрчно! ш-гематичио! ыздел1 статично зр1гновакенс>! ГЛХУ вкксоиотаио мотод Лагрэшла & урахувантам роэпод^еьисП гас канат!б лд принятием Р&-лея. Дсвед«кс. ¡до одерианий га ьйтодо* грапи«них поздних дг'йггл1ь ма-ге.маглчиий опке плптеми, цо роэгля^.-и^ьел, ь каййичк точнкм, от.-меде оути пряйкк^йй за ое,-ш?у при ао6удов1 цифрозо! мод*--! 'ВУ.

Для виьначская соноыгих ир:15»ош1з щ'.фроьего моде/йьдь.-да роьгм-нуго лроету систему, ял.» яълрь собоа одце«1нцвгу ЙЛУ. Одершн1 ?чал1ти ;н! »«1кегност1 дкиаи1чьшг зусиль (¿) та п', (// з •»•.-чкег гз'еднангя л&наОа, Лдхов'.деи, з верхиьоа та юсми-са по^':р5И5«?!СШя масанн при сх-уиЬпалзЧ^ ех1дя1? д!1. Вкакачочц, со длч «одгьяйх ИИ?/ Б 1'ЭЛОЕВШС КПНа'.£Х ПЕ-р?х!Д;<: ЛРЗЛОСМ 2&.'.ЛДП ГОЛ.-за^ЬЫ . Б 7 ЗР'.ВНО"

- одичвяб апорЮдкчииД 1.ч характер » ролдашнях Слизь-ш'.х до крайни;.

Н ччела роьгаяяугд» чнеэгького гндегдозтт акСризо

тод г-форм, шай мг.о иаЯбЫмчу в»о Мдгчердамсь для р!сшгд

cл¿в»iднo¡Шi^ Пырс««стр1г сиатех: пря рогультаг-;«, оябр^ь-

тх чкеедьяо па осиоа! д:с:грегпо.-« гсЛрасад1Ч } ■, ¡>

пдйрлакнм« ааз^тичсо.

- в -

3 огляду на те, цо для статично вр1вноважено! ШПУ аобралеиня кожного а вусилъ иадяе собою др1бно-рацЮналъну функц!ю восьмого порядку 1с амПшими коеф1Шеитами, метод 2-форм лоц1льно вастосовувати до передавалымх функц1й канат! в, складаючи алгоритм безпосерсдньо яя структурно» схемою. Показано, що для вЛ!жчпот1 обчислювалъного процэсу И50бх1дна дискретну пергдавальну функц]ю каната И^ ') ввести до виглнду

+ (г"), _

да КЪ1 доданок, який не вм1шуе эап1вютань 2 1 .

Дискрэтио описуючи у такий спос!б тримасову систему г чоткрж канатами, отримуеко розгорнуту дискретну структурну схему механ1чир! частини статично эр1вноважено1 ШПУ. За Паю склзден1 в!д'емн) р1внян-ня для виэначеннн ?.их1дних величиг. Уг».. . ¿/^ дискретнит пэреда-валъних функц1й

к-гому кроц! обчислень, тгЛ мають

вигляд аналог 1чннй наведеним для У е.

СЮ

X,

(КЧ)

= х , Л{ -

га

Г1У

и г,

у (Г-О .

- Л о > ,!С)

Vу'1" ГЛ

— лг = и.

г-* (*) Г*ПК) 1-1 (К) г~

Значения оуспль у годовних Оя , О» > <Уу > та гр!вковакуЕадь-_____ркд .. . . . ,

'»У ■

уу канатах на в!дпов1дному кроц1 обчислень яизначакться

так < ¿у

шляхом розв" я гзанкя А-В-Р .'да

матричного р!вняння

Л Н

V

г =

О О

о

/г;Г \

г 14 рШ)

рпк!

»ко

Г«*?

О

О

К1Ъ О

-А« О

о о

2Кгт(

О О

О -кгч

7

шестого-

О -(А и О

О {

О

иорядку

О О

о

0

1

•г*

I

Зггагктк р1вшшь

пг

\

-¿'А?

. а;

а!

<А

«

та велич<>к:1

о',.-.в«* . у своп чергу вз-чехшк в!д сп!ваЦпоаеяйл ькс ЕЙУ

вазезЯЕТь в1д парагмтр'а Ы.^ ,

«с • (■'>:( ■ •'

•г?5. реъеяг гатпв. На засад! фэри&Ипоашвог £Ирав1а ааадш програ-аг ооч^о^екй« 1Ш цш ус'/ оусиль яр» ступ1вчг,ст:й их!.ди1Я ДН Р, . Дал гус алл грг. си!лв!д?гасег1лг г>а1лк!зтр1г- ег:.«вст(1алзяс

результата, одержан1 за допомого» чисельного ыоделювання та аналНично. Сп1 вставления покааало високу точн1сть модел!.

Анал1тичний рсзв'язок було отримано аа допсмогою анорот^ого по-ретвореня Карсона-Хев1 сайда, застосованого до зображення яке

е функцию восьмого порядку, попередньо роэкладеного иа елементарн1 доданки. Для цього була використана програш, наведена у додатку 1.4 до дисертацП, яка ш!цуе п1дпрограму перемножения пол1ном1в, тдпрограму чисельного розв'язання алгебра 1чних пол1ном1альних р1внянь, засновану на метод! Х1чкока, та п!дпрограму розв'язання систем л1н1йних алгебра1чних р1внянь, складену аа методом Гауса а вибором голоеного елемента.

Врахування прудшоетей та розпод1леност! май ус!х истирьох галу-зей канат1Б статично ср1вноважено! шпу дозволяв одержати крив! пе-рех^длих процеЫв з характеристиками блмзькими до реальннх. Г/роте на параметрах перех1дних процесс в!дЬбражуетьея такок эм!иа дов^ош канат 1 а п1д час руху ШПУ. Зокрема ам!нюеться тривал1с!ь перех1дних прсцес!в. Кр1м того, перех1дк! процэси у канатах глибоких пихт ш-«у'1ь тривати до к!лькох ::вшчн, тому шжливе наложения, наприкд-д, перех1дного процесу при споь!львекя1 Шдйомно! машини на ноаавератаний перех1дниП лроцес, цо почався у пер1од II присксрення. За пер!од р1внсм1рного руху довжини канат1в зм1шсаться, то треба враховувати, досд!джути динам!ку ШПУ. Будуючи цифрову модель, гм1цу довжик канат 1 е зраховусмо на основ1. перем1|дення систем«» в ¡Цлску у в!дпов!ДПОСТ1 до виразу

¡¡(г,;иЦсИМ,

або, переходячи до в1д'емшх р1енянь, для к-го крску обчислекь

г,т С1К-!). С <*> - с % - , Ъ, - Ъв .

В!днов1дяо, довжини клнат1Е ,

ди ~ еГ'= I для кожного к.

На '/1дстав1 1глх величин ризсачнемо л^точн! параметра сястс-^и

¿г1; >г>„/тг.е™

ан /Т}вл> ¡7!ох - маси одного м-тра гслоаних та зр! еноввдгвадьвдо ка-иптлз; , ¡'¡П. - 1саси кПшевих вантлА'с, Е1япоч1дво, рр

- В -

п1ди!маеться та що опускаеться; /77, - эведена до рад1уса каяагоп-рнв1дного шк!ва маса частин, що обертаються; Ок - ввидк1сть роз-поасидаэикя пружних деформац1й увдовж каната, та ус1 1кз1 параметру залежн1 в1д цих. .

На п1дстаз1 анал1ау Еианачено, що дотримуючиеь вимог усталеност! дли швидко агасаячих складових перех!дного процесу та вимог яотрЮио! точност1 0,01...О,IX - для пов1льно агасаячих складових, мас^о окткмальяу за авидкод'ею тривал1сть пер 1 оду ксантуваиня-для дов1лыгаго положения реально! ШПУ, яка складае 0,01 с. Досл1джуючи Ш на невелик1й д1лышц! шляху неприлегл1й до крайн1х г.олокень п1дЛсмш1х посудин, доц1льно визначати оптимальне значения Т за'про-понованим у робот1 алгоритмом.

Враховучи эм1ну зусилля на обвод! канатоприв1дного органу, а гакол зм1ну дсвжии канат!в у валежносп в1д перем1щення системи, цаз>:о мку Загальну посл1доен1сть чисельного мойелюьанна оО'екта, що роаглядаятьсл: 1) введения вих!дних значекь мае та довжин канат!с; 2) Еизначэння пер1оду квантуваиня Т (аба встановлення Т«0,01с); 2) отчисления аначень параметр1в розгорнуто! дискретно! структурно! схем й елек:ент1в матричного р1вчянкл; 4) розв'язання матричного р1акяинп э метою визначення поточного значения зусиль; Б) вианачоння величшш перем!цення га час Т та иових значень довжин канат!в; 6)обчислення аначеиня на наступному кроц1; 7)перех1д до пункту 3. На конкретних:прикладах показана робота цифрово! модэл1 при моделю-Еанп1 статично ар1вноважено!, незр1вноважено1 двок1кцево! та од-нок1;щем! ШПУ. Одердан! за до помогаю модел! граф!ки перех1дних прощав для эусиль у канатах при трапецо! дзлыПй трипср1одн1й тахограф ьга«эаи1 на рипушах наыгдених у досертзц! !. Програма наведена у додагку 1.6 до дисертацП.

0дн1сю з ссновких вимог до САК ШПУ е викога точноI зупккки л1дйомно! посудаки у ваданому положенк1. В ав'аку з цим в дисертзд1I рсзроблен1 та доол1джен1 методи оптим1вац1! роботи ШПУ як системи регулюьаня положения.

У робот! розглянута триконтурна система регулювання положения роОочого органу. Вена являв собою однократно !итегруючу систему ре-гулюиання тв,.дкосг! п1дйомно! машини, яка мае привод системи ти-ристорнпй прретворювач - двигуп (ПЬД) в п1дйорядкованим контуром регулювання струму, до яко1 додан 1 !нтегратор, ¡до формуе сигнал пе-реМщэння 5" , аворотний зв'язок за положениям з коеф1ц)аятсм передач! Нп 1 регулятор положения. Показано, що в оптиШзоьаному контур! регулювання положения велечинн перем!щсння та ивидяоет! у мо-

мент замикання цього контура маять бути обмежен1 значениями, при яких струм якоря ке дослгас гранично! величин:!.Щоб уникнут'и додатко-„ во1 похибки регулмвання, необх1дно ввести обметания змЬ'Ших стану системи (швидкост1, прискорення, струму). Для зд1йсноння точного з1дпрацювання ззвдань по ус1м зм1нним стану треба коипексуватд 1нерц1йн!сть лапок систеки г допомогою ксмб1нованого за задаюшгой д1ея керування.

Для п1двмцганя динак 1 чно I точност1 САК по завданни.та для заглу-Еенкя пружних колг.зань у механ1чн!й частин 1 ШПУ мякугь О.гти розвэн-зан! задач1 синтезу додаткових корсктуючих д1й. Тому в робот! проведен! подальш1 досл!дкеня комб! нованих систем Шдпорядковаиого керу-занкя пахтиим п!дйомом.

ЩоЗ оЩнити вплив додаткових канал 1 в корування по д!ях завдакня гг«дксст1 и^я та струму У;.с , що формупться сисц1ашл»1 ГОЛ кз п!дитав1 обмеяснь ивидкоот1 та прискореккя , проведено

ай&51з система, структурна схема яко1 показана на рис.1. Еилначоно, що коли рэгуллтори струму (РС) та мввдкост! (И!) вибран1 за критерия модульного'оптимуму, а регулятор положена (РП) - аз критер1ем гиметричного оптимуму, перех1дний процес, ликликаний ум1 ноя керу-рально! д11, Суде оптималмшм'ва як!стп регулювання.

При анал1э) залежност! статично! похибки перемШекня 4 ^ в1д струну 1с , в!дпоб1дного величин! моменту статичного опору, визаа-чено, що розглянута система мае другий порядок астатизму, а отж.э &Щ =0 як у випадку сталого навантаження, так 1 у випадку йоге л1н1йио1 вм1ни у час!.

В канатах ШПУ модуть виникзти коливаиня, як! примупують сбЬи.пу-вати тривал!еть пер!оду длтягуваяня, то5то зшвгувати лродуктиЕа!сть установки. Знача! динам 1чн1 павантаже.чня, породжен! цими коливанями, зменьпують довгов1чц!сть облзднаня. Кр1м того, наявиЮть таютх ютлл-вань ебмекуе величина розрахункових прнскорень, як! застосоауготься на ШПУ з! пк!нами тертя, тому цо сумарн1 кчттев1 значения прнскорень модуть досягати величин, при яких ыояливе авар 1 вне праслизатст ка-чат1в. Через нестал!сть довжин та мае капа?!в та а!дсутя1сть зворот-ного зв'язку за положениям Шдйомних посудин у стовбур! з допомогос самкч регуллтор1в м1и!м!зуЕати динам 1 ад 1 наваятажзння в систем! практично немохливо. Тому в ро(5от1 запропоновано використати длд цьего БЗП.

Зм1июпчи 'задмЕадьпу дIю с , яку визиача« кобф!ц'ент передач! 0<с 1 яку подають ка регулятор струму, за д1н1йним або стуШнчзстим законом, залелним в!д частот коливань у канатах, формують оптимальна

- iO -

А Б

Ц}м

E>

Щ.с

-*{p С

Kn

I « 1-

Kc J-

Гйдйошш uasHiiä

з ТП-Л

IP «►»

CO

Jl

Рис. i

JT}-------

£j Xj '-lü

Рис. г

Se ( )

in

yyi í-ZtHj¿Ía^i,

[

S»

T •.у:

"tili0* -А m

i <АЯ

I

CitCTritlii «ix-перадаоьаво -го керцганна

Риг. 3

-lina динам1чн1стп керувзння. В робот! наведена д1аграма зм1ни вусиль для такого керування niдЛомпов установкою, взятою за пркклал при доел! дленн1 рогроблено! цифровоТ мопс л 1. Пор1ЕВ»лпчи д1агарзми, неладно пом1тити значке, практично до нуля, зниження коливапьност1. ОлтимальниЯ закон терування був визначепий за'допоаогога цифрово! г.га-рел1 ШПУ.

В!домо, то сптамзлпИ ча псидкодНю та динам1чн1стя 'Гахогр-ыи руку ШПУ т урэхуваниям обмглгень мо*уть виявлятпся дусять складнжот та 8м1н»ватясь у галскнсст) в!д поточного положения установки Я за-дадого иьрем1цы1нл. В вв'гку з цк/, в робот! розробл'н] та дсел1длен1 багзтогаяальн! задавальн1 пристроТ, як) автоматично фор-МУЮТЬ ТЗ ТОЧНО ['O'L'll ЭуЮ^Ь так! Т*>ХОГраМИ.

При цкфгюво><у мод? лот?, ни 1 або спнтсз! цифрових БЗП 1нтетрух.ч1 ланий подаиться у еигляд1 певних дяскретпкх пегедавадашх Як псгазано у робот1, nis "иглялу пзредавальннх ¿уют?!.1, одертаних за допокогоы z-форм, залеячть точн!сть чиселыгого !!;т<гтруваккя. Зап-¡юпоновзчо ци^грпяиа e¡tnlталант л)я1й!ГОГ -Ьстяпя зпдзгеалы'ого ;?р??ст-рою третьего порядку (ЗЛ-3) (рас.2), яка являв собою три косз1добио спслучелих 1нтэграгора А-//? о ьиусда?я1 íf¿*< при 1 •=!...3.

У Сагагьох шпэдтах очтямалт» я5агрз.»я вшидкост! гкявлйсться песичетркчпрю. резл1?лцИ таких д!агра.м рогрсблени® ЗП-З, ататй автоматично фориуе ептамаnurj ъа для гздаиэго переИцеяня

д!пгрэму ввидкоет! при дов5дьиих немюттричних сОмекеиштг шпвдмст!, прискоъенчя та pi:r¡-n. В дпесртаа1* ясюладяо списано алгоритм роботе тшюго ЗП-'З, кавгдика програьа, зр кодрлш-його роботу, та диаграмм рм1ни тх)дних ксрусалмаос сигкал!в.

Для ЗЛУ кзв практичней lmrcpec ските» етпуктури САК а е<?га-пер1однсг /¡¡згеамем етидкоитI. Тага cac»?»» в1др1ояяоться грьох д!ляно;; руху а поет.'Ряоп пвкдПстю ( Ц , ^ , l'x ) та чотирьох д!лякок з nocTlífjifw язиу.'.тявум ярискереняси (QH, й< , Ог , ). Струи гурт таклГ с.ястеми, побудог^'о! на ccroai РГТ-2, покатаю -i

на ряе.З.

•ХувкЩоналъя! перетяорют1 ®Н.. .<й!4 )*?аз1зуоть те^" аалк*-гюст!: (Э1:

[У-, до* > ' ;

V*= -j vi, да.,- з/s < 5m- ¿V , 5.Г

IV« Т« ,< * :

ФП2: Сй„ л« 5< 3«, а, при

Ог я« < Э < ¿к, лУ<0',

<ШЗ:

, при

СП4: с А,-5

•* = [ о ПРИ у>0,

де ёа . - вт ' в^личики перем1щень 1з эниженою ивидк1стю на початку 1 б к1иц1 циклу та аадане перемЩенкя.

Реад1вац1я описано1 САК на анапогов1й елеиентн!й баз! мае певн! сг'ладнос\1 з точ*к вору наотровваяня та гнучкост! еистсни-. Тому такий вздааальния прмэтр1й лояльно реаи1асвуЕатн на баз! обчислгаально! т0хе1ки. При цьоиу, кр1>! обможеиь, до об'шзлсзально* система по-даг-л>ся тЬта-а: пгретворене у цифрсЕий код спрантее пгрем1и,гння робо-чого оргаяа г, В роСют1 НЕеРдеШ Слоч-схема алгоритму таксI стстеш, програ1,!а. щэ 11 модолжс, та сформован 1 нею д1пгрз-чи р!зних значен* еадаясго перемШеннл.

«'.рх.'у.л'!-. е«>лпеп(одку д1огра)1у ¡¡гоид;отгт1 з сбыеженнта вельчияи "&<;тт*р аягорзчцу, еча реал!зуе .5Я-8, ваШтет аьгор/тыом, ЗП-З я нееамвтр;г;.<шмк обмекенклм»:. Як. Оуло «ззч^чоко. С11зг.рюкад 1»8глянут1 задавалы:! пристро!, , *а;и.г.ь50 скгерлиоауаати сбчкслйзллгпу тгг.Ику, эолре!» ««гропрз-»гсоор/1 "¿¿тб*и. О/Л та' поклэдснчя Угункц!й прагргмлэго ксру&цц-«ога иразуеоз та рэгДОапДОв на едзиай об%"!и.жвих.окиа прис-грШ, ач иркашл, кедо'Ояькиы. Е!лы: догильно шИйсклЕата рсвгсо-

ьу нк4р««н;.т.говоГ снстпш к&л/ааии 1»; ад1Ястнняи четики або уоЬ: ■ рета*2чго«/1а ъ лънг2ТШ»у вг'.г.дд.ц!.

V рсхю'Л с^ворону »/[кропроцесоряу СМ". 1ШУ, прпйначвау

"^орг^'чзинй ::е«уьлльно1 дП, пна подмтьил кг стандарте! акхио-

гоь» регулятор'/. 2 нотой; опт5й&зьно| за ваддгогдг« д!пгра-

ци та гд'йснгянс точного ;ыз;:ц!окгваиня пШгкюиг посуди:--,

Чр,; I и] кг^прац&оорло: е.^тода керумнки даа доск/чмЕал

адуглОас! 1-очноот> П рсЛок» игобПдго, сей ¿юр.« поддана опв1'«кд»е аг-бвлавчу<иик4 дос«ть хагу еззийг/, ^ьерива^гсд!йоиея-опоред1й. 7»чй£ й.ясЗх«дчо, у вкс-н&чешк меоах ' «ли^^ь йкакрвтигадИ га час-си, дья чого апяин^п ¡¡ахи

'•¡лгглилс'; авачекчд п-'^'од ке&лхуьаихя Т. Кгааиалеис !х*гв'г.г.:г.шг, цид йй'-'х э^дач' ьеом-*ьсг. *,о ыОору глара^ЩА г^С/Си» та ройры5«й щьъ-

тивного алгоритму обчислень.

У вв'язку в цим, алгоритм побудови семипер1одно1 тахограми було оптим1вовано так, щоб ycl обчислегня, як! не залежать в1д перем!щен-ня S, виконувались до початку руху. ШПУ. Кр1м того введениям до алгоритму величин поточних прирост1в швидкосП dV та перем1щення dS ва пер1од Т було м!н1м1зовано похибку, пов'яяану з налвн1стп часу еашзнювання м1ж введениям вх1дно! !нформац11 та виводом керувально-го сигналу.

Структурна схема рзэроблено! системи складена з блока керування та обчислень, л1чидьккка 1мпульс!в пуч1, двох вх1дних та двох бих1диих лог1чкпх порт1в, порта виводу цифрового сигналу задано! шЕидксст1, який псдаеться на двополярний циФроанаяоговкЛ перетворю-вач (ЦЛП), який форнуе акалоговий сигнал. Для кваптування часу внко-ркстовуютьсл таймер та вуэол переривзнь. Для абередення керувально! программ тэ констант приэначепий пост1йний еапам'ятовуьальнкД яристр1й (ГОП), а для збер!ганик ам1шгах - оперативиий запам'ятову-зальний пристр!й (08П). До сибтемх такал входять благ, лмвлення та блок зв'зку пс каналу 1РПС, прнзкачсюй для с5;йиу 1пформац1эк в ЕОЧ в:щого р1вня.

В результат! анал1ву- припустимих похибок квавтування р1вяя та часу Сули встанозлзн! вначення од:нгаць молодагого роаряду для прискорення, швидкост! та перемЩення, потр1бн1 роврядяост1 ЦАП та ■ л»чилъч1;ка ?мпульС1в пут!, а також величин, ко ф!гурувть в оОЧислеа-нлх, на п1дстав! мсмиеого д1апааояу Jx знячень. Пер1од кваптування Т мохе знаходитись у »/ежах в1д-0,01 до 0,05.с та прийкати, у эагаль-ному випадку, чотири значения ва цикл и1дйому у в1дпов1дкост1 до лначень прискрснь.

Для реалЮацП м1кроггроцесарна1 керувально! система внкористанкй еер!йпий и!кропрсцчссрний контролер (Ы'О "Електро/Ига МС2721". 3 робот! показана функц!снальна cxeva розроблено1 системи. Три наявннх таймера використаг.1, ь5дпса 1 дно, для эаздапня пер1оду квантувакяя, .для рзхучзння 1шульс1е пут! та для вчбдзння опорно! частот каналу зл'яяку РИС, або для перетвсрекпя папруга-частота при викорястачп1 аналогового анорсяного зв'яаку по ивкдкост!. В рсбот! паведена фун;щ!ональна гристксю столу чспня Ж з аналоговимя регулятора-

ми слектрогтривода ИЛУ та 7ехиогог!чнав схемок кзрутлнкя иаятикм

п1дй0м0м.

Осноений алгоритм роботи систем поччнаетъсл а ввздеппя до ОЗУ паранетр!в тахограф в сдан !а трьох х»ос»лиз«х способ!«: в пульта ко-руваннл Ш, по каналу 1FH0 чи в ПЗП. Пот!м обч-нелнсться стал! для

дана го циклу п1дйоыу величини та 1н1ц!ал1зуютьея пристро! ЦК. Шсля надходаеная сигналу "Пуск" еапускаеться таймер аавдання пер1оду Т, та почикаеться цикл!чне виконашш выводу поточного значения Б на д1сплей пульта керування КК або у канал 1РПС. Вив1д значения Б при-эушшяеться, коли надходить запит на" переривання.

По переривашш, яке 1н1цИсеться таймером аавдання Т, зд!йснюютьси считування значения 3 а л1чильника, обчислення та вида-ча сигналу ваьдашш швадкост1 на ЦАП. Друга переривання !н1ц!юетьея таймером, який виконуе функц1ю л1чильника путьових !мпульс!в, коли в1н перопознееться. Програма обробки цього переривання 1нкрементуе старший Сайт трибайтного слова велкчини пройдено1 пут1, який роамИцений в ОЗП.

Шд час роботи системи за описаним алгоритмом використовуються слеш ал ыю роаробден1 максимально швидкод1йн1 при потр1бн1й точност1 п!дп уграми арйфметичних д1й для операнд 1 в р1аних розы Арностей, п!дпрограыи перетворення данах а дв1йково-десятково! форми у дв1йко-ву та навпаки, котр1 використовуються для вводу даних в клав1атури пульта керування ДО та виводу чисельних даних на дЮпдей у виг ляд) десяткових чисел. Ир 1м того, для контролера 1 для 1ВД сум1сно! НШ розроблен1 п1дпрограми, як1 аабеапечують обм1н данями по каналу 1РПС.

Розроблена м1кропрацесорна система оптимального керування ШПУ була досл1дяена на лабораторному стенд1. У робот1 наведен! осцшюг-рами швидкост! обертання двигуна для р!эних аавдань перем!щення при р1зних параметрах тахограми . для випадк1в системи ТП-Д без регулятор! в та ТП-Д у систем1 п1дпорндкованогй регулкдаання швидкост! та струну. Показания л!чильника 1ипулье!в Шд час експерименту в1до0ра-хуоться на Д1спле1 пульта керування м1кроконтролара.

Експьриментальн! досл1дження показали, що тривалост1 пер(од1в д1аграм швидкост! сп1впадають а ролрахунковими для р!аних обыекень 1 форм цих д1аграм. При цьому контрольоване за показаниями л1чильника путьових 1ыпульс1в в1дхилення Ыдпрапьованого перем1щення в!д зада-иого для системи п1дпорядконаного керування не переыппуе 1-2 пу-тьорнх 1ылульси, тобто не Ылыие 0,02 м. Точн!сть в1дпрацювання д1аг'рам швидкаст! у пер1од спов!льнелня аначною м 1 рою заложить ь!д ьеднчини коефилента компеноац! I в!дхилення реально! д!аграми в1д 1цевлыю1 К( .

ОСНОВМ П53УЛЬТАТИ РОЮТИ

1. ЮТроОабнс цифрову модель статично ер1вноважшо! ШПУ, в акгл

врахован! пружиост! yclx чотирьох галуаей канат1в та зм1яа параметр^ установки при перем!щенн! вантаж!в. Ця модель toe виеоку точн1сть при максимально швидкодИ 1 позволяв досл1джувати на ЕШ динам 1ку роботи всяких систем шахтного п! дйо!/у, визкачати параметри оптимальних закон 1 в керуглння з урахуваням пзаемного впдиву пе-рех1дних процес1в, що проходять в yclx чотирьох галузях гсанат!в та почмнавться у р!зн1 лер!оци цттклу п)дЯому при р!зних положениях !ШУ,

?.. Досл1д*ено СЛК ИЯУ як систему керузаиня положениям з п 1 дпо-рядковаккми контурами регулювзиня координат струму та ггеидкнст!. Показано, rao в момент замикашш контура положения величин» перемИцення та швидкост! чз robuhhI перевищувати певггих граничних экачгяь, тобто д!аграш швидкост! мае гЧдпраиьовувзтись а досить високоя гсчгйста.

3. Показано, ш.о застоссвуячи томб 1 носаче керува'.шл положения» робочого органу в систем! тдпорядковапэго регулюванпя координат 1 вибравши в'. дпоМдн! регулятри, молша практично иошПстю сиомпеисува-ти стая! часу систола. Таким чи-юм, за допомогои додатксгих канал 1 в регуяованнч реальна замкнута система за сво!ми пластйвостлми набли-жаетьсп дс 05з1иерц1йно! дм:гси.

4. Розроблеко функЩональну та алгсритм!чяу структура Сагатста-изльноге эадавалиюго пристрою третього порядку, якиД формуе епти-мальну для заданого перамрдення тахограму э дов!льштеи аесимэтрвч-га:ш обмелениями координат. Розриблено методику чиергы'ого моделя-вання такого ВЗП, яка разом з ци^ровимя моделями механ!чпо1 частияи ШПУ тз систем олег.тропривода досволяе досл!ддугати на ECW роботу комб1нованих САК вахтним п1дЯсмом.

5. ЗзпрононоЕаяо ,спсс1б оптим1зац1I кэруъаня №ПУ за динам 1чтши кавантаженнями с дог.омогоп багатоканалыгаз: задавальних пристро!в аляхпм бсзпосередлього керування координатою струму по в!д:шв!дному закону, який шкигочэе або вначдо сигагуе гсодигалыМсть пэрх!дннх прочее! в у п1дйсмнах каната::.

6. Розрсблеио структуру Л алгоритм функЩояуваняя цифрового за-давалького пристрою, який формуе с-птимальну за пгидкодПсв для зада-ного герек1!г,е1шя «минер 1 одну тахограмг/ та забевпечув цисшу точн1сть регулпвакня положения п1дйо;/ких посудил. Система елвктроп-ривода п1дпорядг.свансго регулованая з робочш органом у деяких еи-падкзх розглядаетйся як один з 1н-еграгор1в задэвалъиоп пристрою. На п1дстав1 данях 1 «тульского датчика перем^еипя 0д1йс!говться робота еистеми за алгоритмом.

7. РолроСлено та ркпробувако м!кропроцесорну цифроаналогову оп-тимальну ','ЛК положениям л!дйомяих посудил,яка дозволяя п!двиеют

продуктивн1сть шахтного п1дйому, довгов1чн1сть обладнання та аруч1 к1сть в обслуговуванн1. Оч1куваний економ1чний ефект в!д впроваджен-ня системи складае 444042,73 тис. крб. на р1к у ц1нах на 1.10.93 р.

8. Ревультати проведении досл1джень викорастовуються на кафедр! АГИ при . проведенн! наукових роб1т, а також у навчальному лроцес 1.

Основа! положения дисертацП опубл!кован! у наступних роботах:

1. Лисовский B.C., Гуманюк Я.Ы. Снижение энергопотроебления шахтными подъемными установками//Горная электромеханика и автоматика. 1989. - N56. - С.7-9.

2. Чермалых В.М., Тышевич Б.Л., Гуманюк Я.М. Многоканальное ва-дающее устройство с несимметричными диаграммами управлявших сигналов// Вести. Киев, политехи, ин-та. Горн, электромеханика и автоматика, 198S, вып.20.- С.3-7.

3. Пермяков В.Н., Гуманюк Я.М., Шуляк A.A., Джагут 3. Еыбор математической модели статически уравновешенной шахтной подъемной установки как единой электромеханической системы//Всстн. Киев, поли-чечн.ин-та. Гсри.электромеханика и автоматика, 199l.Bun.22.- С. 19-25.

А. Пермяков В.Н., Козьякова JI.A., Гуманкк Я.М., Джагут 3. Расчет параметров и исследование режимов асинхрснного привода с тиристорнка регулятором тока ротора//Вестн. Киев, политехи, ин-та. Горн, электромеханика и автоматика, 1991. Выч.22.- С.13-19.

5. Чермашх A.B., 1умашок Н.Ы., -Джагут 3. Микропроцессорная система оптимального упрааледоя шахтной подъемной установкой//Деп. в УкрШИТИ 08.05.91, К644. Ук. 91.- 9 г.

6. Гуманюк Я.Ы., Чьрмалых A.B., Шуляк A.A. Построение микропроцессорной систеш! управлении ловиционннм электроприводом с подчиненными контурами регулирования координат//Вестн. Киев. пелнтохп. ии-га. Горн.электромеханика к азгоматжа, 1992.Bk'ii.23.- C.ü-tS.

7. Гуыанш Я.У., Тывечнч Б.Л., Чермаид A.b. Моделирование к оптимизация управлении подъемными установками глуоо.-шх шахт// Тезисы докладов одиннадцатой международной конференции п.i ачюматиаации в гормш деле. -Екатеринбург, IÜAMC, 1992. - С.25,26

в. Чсрмапих В.tí., Гушнш H.H. Уодалювакня дг.пау,;ку. тдооииих установок глибоких захт//В!сн. Ки1в. нсл!техн. ш-ту. Прн.елек-TpOMoxaHíKU П пптоштгка, 1993, сил.24.- С.3-13.

9. Гудзь ¡O.a., Чермагих О.В., Глаевич В.Л., iyuam.«: Я.I!. Побуди-ва, мжропроцвеорно! системи керувапня погиц!йним елегстролриво-¡Ш// Bich. Ки!в. пел i техн. tu ту. Tip«. ел?кт(юм<гхаягкй й автоматика, 19Ö3, вип.24.- С. 13-20.