автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Синтез электропривода механизма поворота экскаватора с двухзонным регулированием

П6 од

Р г ' '! ' ' ' ?

; ' Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи

ЭСТЕФАН БАСЕМ

УДК 622 : 621.879.3.001.36 : 62—531.6

СИНТЕЗ ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА ЭКСКАВАТОРА С ДВУХЗОННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

Специальность 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научные руководители:

ПЕРЕСЛЕГИН Н. Г.,

канд. техн. наук, доц канд. техн. наук, доц. МАЛИНОВСКИЙ А. К.

Официальные оппоненты: докт. техн. паук, проф. АЛЕКСЕЕВ В. В., канд. техн. наук, доц. ЯРИЗОВ А. Д.

Ведущее предприятие—ИГДим. А. А. Скочинского. Защита диссертации состоится « » мал 1993 г.

,7оо

в 4} . час. на заседании специализированного совета

Д-053.12.04 Московского ордена Трудового Красного Знамени горного института по адресу: 117935, Москва, В-49, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « £0» 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

проф. ДЬЯКОВ В. А.

С'бЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ и

Актуальность рабс™1. Я основным ввдам горного оборудования, от надежности и эффективности работы которых з?юисят технкко-экопош.^еские показатели горнодобывавдого при^триягия, относятся одноковшовые экскаваторы.

К э'октшприводу главных механизмов одноковеоеых экскаваторов предъявляют сложный комплекс требований. Ваьмейшими из них являются требования высокого быстродействия и производительности при благоприятных динамических качествах электроприводов мэханизмов, необходимых оператору для управления перемещением исполнительного органа машины по рабочим траекториям, высокая надежность электрического и механического оборудования п тякомпх условиях эксплуатации, а такке благоприятные характеристики энергопотребления .

Разработке и проектированию электроприводов, отвечающих этому комплексу «робований, посвящено множество научных работ, но в связи с рэзгитием техники управления, расширением возможностей электропривода, интерес исследователей к совершенствованию электроприводов одчоковшовых эчскзватороБ не оелабвв&эт, а постоянно поддергивается потребностям* производства.

Задача повышения производительности одноковшовых экскаваторов пс-прежнему занимает важное не сто среди проблем. стоящих перед учеными, занимающимися совершенствованием электроприводов главных механизмов ¡«сскаваторов.

Эта задача может решаться в двух направлениям.

Одним направлений совершенствования электропривода главных механизмов одноковшового экскаватора является создание систем!; электропривода с высоким быстродействием. Такой системой является система "тир шторный преобразователь - двигатель постоянного тока" (ТП-Л).

Высокое быстродействие тиристорнсю электропривода позволяет создавать сьстемы управления, замкнутые по динамическим нагрузк&м, возникающим в элемеьггос привода. Вследствие эюго обеспечивается ограш1чениэ и демпфирование колебательных динамических нагрузок в механизмах и узлах привода, а также формирук/'ся оптимальные переходные процессы, позволяющие получить максимальную производительность вкскавтора.

Другим направле1Ы )м повышения производительности одноковшового экскаватора является совершенствование электропривода механизма поворота за счет сохранения времени поворотных движений, котороо в общем времени цикла еанимает порядка 60...75%. Это может быть достигнуто расширенном возможного диапазоне регулирования скорости поворота,применением системы электропривода с двухзошшм рзгулиро ванием, что одновременно позволит снизить установленную мощность двигателя поворота, а следовательно, сократить потребление электрической энергии при сохранении допустимых ускорений. Поэтому разработка структурной схемы системы управления электроприводом механизма поворота экскаватора с двухзотшм регулированием скорости является актуальной научной задачей.

Целью работы ьышотся установление зависимостей основных регулируемых переменных электропривода постоянного тока механизма поворота однокоьдовогс экскаватора от его параметров при двухзон-ком регулировании для разработки структурной схемы системы управлении , что позволяет повысить его производительность.

Идея работы заключается в создании структурно? схемы олоктро-привода механизма поворота с двухпокннм регулированием, обесчечи-ьаиирй максимальную производительность эке;сан,сл< >ра при иоддердиши в гочание г.сего нэрохо/шого процесса постояиш», продольно допу -О«п.'.иа ПО условиям МоХЫ'«6СК0Й прочности, 1г?:.'ру30к в э.ч-.м.ьтах кэ/ашчесчсого оборудовал«т.

- г -

Научные положения, разработанные лично соискателем,и новизна:

1. Установлены соотношения мезду параметрами диаграммы скорости механизма поворота одноковшового экскаватора, обеспечивающие, минимальный эквивалентный момент- или минимальную эквивалентную мощность двигателя.

2. Определены области экономичной работы электропривода механизма поворота одноковшового экскаватора при двухзонном регулировании скорости( для ЭКГ-4.6Б а>55°,для ЭКГ-8И а>4б'и для ЭКГ-20 а>Б8")

3. Установлены зависимости параметров двухмассовой электромеханической системы (ДЭМС) от параметров нормированных полиномов четвертого и пятого порядка, обеспечивающих различные уровни демпфирования динамических нагрузок и быстродействия.

4. Предложен метод синтеза ДЭМС, позволяющий установить минимальное количество обратных связей, необходимых для разработки системы автоматического регулирования, обеспечивающей необходимбе снижение динамических нагрузок.

5. Разработана система управления электропривода механизма поворота одноковшового экскаватора, обеспечивающая ограничение и демпфирование динамических нагрузок в упругих элементах привода, повышение скорости поворотного движения и производительности экскаватора.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием в работе апробированных методов анализа и синтеза систем автоматического управления, математического моделирования в электромеханических системах электропривода.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей между параметрами ДЭМС механизма поворота одноковшового экскаватора, позволяющих развить теорию элоктроприподт и методы си,..ела

- 3 -

систем управления многомассовых объекюв.с упругими связями для ограничения динамических нагрузок.

Практическое значение • состоит в разработке системы

автоматического регулирования ДЭМС и определении ее параметров, при которых обеспечивается максимальное демпфирование колебательных процессов; в разработке системы управления электропривода механизма поворота, обеспечивающей ограничение и демпфирование динамических нагрузок в упругих связях привода, повышение скорости поворота и производительности экскаватора.

Рекомендации по использовании научных выводов и результатов работы. Основные результаты работы - предложенные системы электропривода с двухзонным регулированием и метод синтеза ДЭМС с упругими овязями-могут быть использованы при проектировании электропривода механизма поворота одноковшовых экскаваторов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены:

- на Международной, межвузовской научно-практической конференции (г.Москва, 19-23 октября 1992 г.);

- на нпучных семинарах кафедры электрификации горных предприятий МГИ (г.Москва, 1992-9? гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликована одна статья.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит 106 страниц машинописного текста,_55 рисунков, I таблицу, список литературы из 76 наименований и I приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении диссертационной работы обоснована актуальность темы, сфошулировшщ основные задачи исследований.

В первой главе приведен анализ существующих систем электроприводов одноковшое.-.ц экскаваторов, режимы их'работы и сформулиро-

_ 4 -

ваны требования, предъявляемые к ним. Показпны возможные пути дальнейшего совершенствования электропривода механизма поворота одноковшовых экскаваторов. Они заключаются в следующем:

1. Расширение возможного диапазона регулирования частота вращения двигателя механизма поворота.

2. Расчет мощности двигателя механизма поворота.

В настоящее время в технической литературе отсутствуют мате -риалы, посвященные рассмотрению системы электропривода механизма поворота одноковшового экскаватора с двухзошшм регулированием скорости поворота. В основном все работы по двухзошгому регулированию частоты вращения двигателя постоянного тока за счет изменения тока возбуждения проводились применительно к металлургическому электроприводу.

Поэтому в диссертационной работе были поставлены следующие задачи:

1. Обосновать целесообразность применения в электроприводе механизма одноковшовсг» экскаватора двухзонного регулирования скорости.

2. Определить параметры оптимальной диаграммы скорости механизма поворота.

'3. Провести синтез САУ электроприводом двухмассовой электромеханической системы с упругими связями.

4. Разработать структурную схему электропривода механизма поворота с двухзонным регулированием скорости.

Во второй главе определены оптимальные диаграммы скорости, обеспечивающие минимальный эквивалентный момент и минимальную эквивалентную мощность двигателя, рациональные параметры движения электропривода механизма поворота при работе с постоянным магнитным потоком Ф=оопв1;. При этом, исходя из выбранной мощности двигателя, обоснована целесообразность применения двухзонного регу„?;(ро-

_5_

вания скорости, а также определены области эффективного его применения .

В соответствии с этим и исходя из выражения эквивалентного момента двигателя

1; + М 2 ■ * + М 2 •

—-^-^-3-, (1 )

где и , ы£, м3 - соответственно моменты, развиваемые электроприводом в периоды пуска, установившегося движения и торможения; т = ^ + х + ^ - общее время работы механизма поворота; тп - время паузы (рис.1).было получено новое выражение

/ 2 • т м = / ° _ +

г2 ■ ы.

3 • к

(2)

Т + Тп 2 • (Г + Гп) ■ (Т • ым - а)

р

где к = (1 + ка) / ка; ка = е3 / е1; мо - момент сопротивления; J - приведенный момент Ширции системы; е1, е3 - угловые ускорения при пуске и замедления при торможении; ым - угловая скорость установившегося движения; а - угол поворота платформы экскаватора.

При заданных значениях ыо, т, а, тп, ым и J величина эквивалентного момента зависит от соотношения ускорений, определяющегося коэффициентом ка. Тогда минимальная величина эквивалентного момен-

ак • к 2 - 1

та имеет место при — - = —--= о, т.е. при к = 1.

г а

®а ' Ка •

Следовательно, для электроприводов с электрическим торможением, при котором величина тормозного момента пропорциональна току двигателя, целесообразно применение симметричной диаграммы скорости с одинаковыми абсолютными значениями ускорения и замедления. При этом эквивалентный момент и потери в ягоре минимальны. Выражение эквивалентного момента принимает вид

«е = «с

„ ?■ З2 ■ а2 ■ Ъ "е.~ V " "о + -!- » <3)

где в - V / к,, - <; ^ = ым / ^ > • т (рис.2);

а=Т/Г+Тп- относительная продолжительность включения.

Для заданных значений а, Мо, т, а, и J минимальное знячшмо ьк-вимПентного момента имеет место при

® 2 ' С ' (2 " - 3) „ „ „ „ „ 3

=о, т.е при Кщ = — »

диаграмма скорости в этом случае имеет ^^^Т/З.Тогда в общем случае выражение (3) можно привести к виду

.-Л-. /Г -

-в „ - V + 2 • в t

2 ^ M • т2

где К ---коэффициент статической нагрузки.

J • а

-Зависимости относительной величины эквивалентного момента = Мо • Ку / MQ от коэффициента скорости кш, построешше при различных значениях к ,свидетельствуют о том, что применение диаграмм скорости с коэффициентом скорости, отличающимся от ки = 1,5 незначительно изменяет величину м . Более существенным фактором при выборе коэффициент.", к является необходимая перегрузочная способность двигателя, которая может Сыть определена из выражения

ч ■ ». 'J ■ ■ "» * "цг / . в)

* \о ~ 1

Зависимости X = ftKy) при а 1 и различных показывают, что с уменьшением Кщ возрастает требуемая перегрузочная способность двигателя X. Это может оказаться препятствием для применения диаграммы скорости с малыми зпачошями ку. Но это может оказаться и целесообразным при регулировании с минимальной эквивалентной мощностью, определяемой из выражения

- «о • • Л ■ < + 2 • —Ц- . (6)

При заданной статической нагрузке MQ и неизменных парам--prix

- 7 -

а, а, Т и Л величина эквивалентной мощности определяется только величиной коэффициента К0).

Согласно выражению (6) минимальная эквивалентная мощность двигателя будет иметь место при

= /С " <5 " 4 • Кц)

К= ^--_(7)

* (Ку-1)2

Зависимость = свидетельствует о том, что с увеличе-

1шем Км или с возрастанием мо при неизме!шых параметрах системы необходимо применение диаграммы скорости с меньшими значениями Ку.

Максимальное значение при котором эквивалентная мощность двигателя минимальна, соответствует режиму холостого хода (Км = =о). В этом случав, согласно (7), значение к^ = 1,25. Следовательно, для механизмов, ррЧотающих с малыми нагрузками, таких, как механизм поворота, наивыгоднейшей с точки зрения минимально необходимой мощности двигателя будет диаграмма с им = 1,25 • а / т. Время установившегося движения Лг = 0,6 • т и продолжительность периодов пуска и тормож шя = tг = 0,2 ■ т. По мере увеличения мо или Км величина кш, при которой обеспечивается минимум Р0, должна уме; ьшаться.

Выражение, позволяющее определить минимальное значение эквивалентной мощности при заданном коэффициенте к^,, можно представить в Еиде

/ р 3 - 2 • К,

Р , = М • ы . • /а • К,,2 ■---— • (8)

• еш1п о шип » ъ> _ с . . „

5 - 4 Ки

Для заданных параметров механизма а, т,в и при определенной нагрузке М0 минимальная мощность привода б}, тет равна Регахл = лр " Мо ' а 7

/ г - 2 ■

гд. Кр = /а • V

5 - 4 • ^

Зависимость к - свидетельствует о снижении коэффициен-

та мсадости Кр при ¿меньшенш Кщ, который в рассматриваемом случаи определяется коэффициентом км.

Конкретные параметры наивыгоднейшей диаграммы скорости при различных к и заданных значениях а, а, Т, J, и Мц могут бить найдены из выражений (7) и (Я).

Исходя из диаграммы скорости, обеспечивающей минимальную эквивалентную мощность двигателя, была определена область эффок -тинного применения двухзонного регулирования скорости механизма повороте экскаватора. Максимальная установившаяся скорость принималась равной ы --- К1 - и . При этом сокращение времени рабочего

цикла поворота экскаватора пцраисается следующим образом (рис Л):

1 a t." 4 At. + t- + At„

AT - 1---- • -----------------1------------ . (9)

' K, 2

При tj -- -• t, At1 = At., = At выражение (9) примет вид

1 a

AT ^ 1 - ..........(t 4 At). (10)

K1 <"м

Из поражений ■'.■) >: i'J) следует, что двухзонноу регулирование эффективно для yi>....i» nr...¡.ova а, которым удовлетворяет следующею условие

а >--. (t f At, + At- ft.). (11)

2 1 1 г J

Это условие определяет значение предельного угла поворота Oj , т.о. минимальный угол Поворота, при котором двухзонного регулирования не требуется %

% = ~~ ' <*, 1 AS ' " У- (12)

В третьей главе проведен синтез систем управления электроприводом с двухзошшм регулированием. Определены оптимальные настройки регуляторов, необходимые для получения бнстродойствуицих контуров регулирования основных переменных электропривода. Анализ переходных процессов проводился согласно системе диффорен циальннх уравнений и структурной схеме электропривода с двухз ним

- 9 -

рогулиронаниим, представленным на рис.3

Из- за сложности анализа протекающих переходных процессов в системе управления в связи с наличием множества регулируемых переменных, взаимно влияющих друг на друга, был применен принцип разделения движения электропривода при его работе в первой (Ф = Фном,

и_ ^ vlív) и во второй (Ф = уаг, и = и„„„., = oonst) зонах, для ** я ином

которых автономно оптимизированы контуры регулирования тока якоря тока возбуждения. Такое разделение стало возможным потому, что при работе привода ниже основной скорости ыном напряжение на якоре двигателя увеличивается до номинального, а Ф =■ Фдом = оог^ и магнитопровод двигателя насыщен, а при работе со скоростями выше основной напряжение на якоре постоянно и генератор практически наоыщон.

В связи с этим были оптимизированы оба канала регулирования в отдельности с применением подчиненного регулирования и настройкой контуров на технический оптимум.

Результаты синтеза системы управления, структурная схема которой при работе привода во второй зоне, представленной на рис.4, пока.нвают, что для получения максимального быстродействия контура регулипования ЭДС д. лгатёля необходимо применять одноконтурную систему регулирования с применением ПИД-регулятора ЭДС, если тя ^ ттЬ (ттв с о,01 с - постоянная времени тиристорного преобразователя в цепи обмс ,'ки возбуадения). При этом некомпенси-пуемая постоянная времени контура ЭДС = Ттв + тд.

Если > ттв , то предпочтителен вариант двухконтурной системы регулирования с ПИД-регулятором ЭДС и Ш-регулятором в контуре ре^.,1ирования тока возбуждр,гия. При этом некомпенсируемая постоянна : времени .сонту^а ЭДС = 2 Ттв.

В тех случаях, когда лучше отказаться от приме' пия ПИД-регулятора в силу сложности его настройки, можно применять вариант

сл

ли)

ti

¿ti

12

/412

tí

дт

tn

Рас? Г

"Рвв?2

U

рм

W,

ре

Ктв

ÎTftpfl

i/ßft

Тв.р+1

ь

Коэо

Кое

К<$>

41е

Wpc ^

"л

W.

Р1

«р

Ц

р

К-гб

Ттв.р»!

Кг

Trptl

Кос

кот

Коэ

г' —

♦О"

£3

i /R*

Iii

J,-F

Mt

"F зг'8'

KOiD

wp3D

ujj -

A-je

Wp

Ктв 1/RB

Ттй-ptl Тв.р+i

Ков

*-

Л4

¿+Тм-р+ТиТ)р

гРио. 4

-Ti" -

\

u.

лцухконтурной системы регулирования с ПИ-регулятором ЭДС и ПИ-рогулятором тока возбуждения, но некомненсируемая постоянная времени контура ЭДО возрастает т = 2 (ттв + тя).

Обработка осциллограмм переходного процесса механизма поворота применительно к экскаваторам ЭКГ-4.6Б, ЭКГ-8И и ЭКГ-20 позволила определить предельные угли поворота, монее которых применение двухтонного регулирования не требуется: для ЭКГ-4.6В а = 55° , для ЗКГ-8И с^ = 46°, для ЭКГ-20 а^ = 58°.

В качестве примера на рис.5 и рис.6 представлены графики переходных процессов скорости и момента соответственно для варианта работы электропривода механизма поворота экскаватора ЭКГ-8И с Ф - оопз! и Ф = уаг , с углом поворота а = 90° .

В четвертой главе проведен анализ систем управления электроприводами даче с упругими связями при двухзонном регулировании. Анализ и синтез проведены с использованием довольно простого и удобного метода, основанного на применении развотвлонной структурной схемы, которая позволяет выявить особенности ДЭМС и наглядно оцонить поведение каждой координаты ЭМС. Метод построен на сравнении характеристического полинома ЗМС с нормированным полиномом и определении минимального числа обратных связей, необходимых для равонства параметров этих полиномов.

Струк -рная схема ДЭМС представлена на рис.7, а ее разветвленная структурная схема - на рис.8. В схемах приняты следующие обозначения: *

•)1 * 37> 1

Т - Т1Р = /----------- =--- - период собственных колеба-

4 ''г ^ П12 т" упругой механической

части;

Т.. * - .Пг . „ .. п , „. т _ + •'г

Т. » Т2 - ^ = р / с; Тм =

«Г, ^ км _ ' 1

>■-1 = 7-: тма = -р-: - — = К - _

ш1 - угловая скорость первой массы; м - момент двигателя; ы12 -упругий момент; ы2 - угловая скорость второй массы; j1 , J2 -соответственно моменты инерции первой и второй масс; с)г - жесткость механической связи; ß - жесткость механической характеристики; С = к • Ф .

Характер изменения скорости второй массы J2 , являющейся платформой экскаватора, определяется собственным оператором, который является характеристическим полиномом ДЭМС

А(р) = ад ■ р4 + а3 • р3 f а2 • рг + а, • р +1, (13)

где ад = тм-тя • тг; а3 = Тм ■ тг; а2 = Тм • Тя + т ■ тг; а, = тм;

J, + J?

.1

Поведение координат системы при изменении управляшего воздействия по ид зависит, кроме того, от входных, операторов;

А, (р) = • Тм • р • (тг ■ рг + 1) - по координате Ii;

Аг(р) = ^ • К0 • (Г2г • рг + 1) - по координате w,;

а3(р) = Км • ' Р -по координате м)2;

А4(р) = Ку. KQ ' - по координате ыг;

Для механизмов, которые не требуют высокого быстродействия и работают с малыми и постоянными моментами нагрузки мо, например механизм поворота экскаватора, амплитуды колебаний могут быть существенно ограничены плавным изменением во времени величин и и м, что в принципе обеспечивает система Г-Д 4с ТВ и подчиненным регулированием координат электродвигателя. Если плавность регулирования в системе недостаточна, то целесообразно применение систем, регулирования, обеспечивающих демпфирование упругих колебаний.

Для этого необходимо сравнить полином (13) с нормированным полиномом. При этом значения коэффициентов нормированных полиномов могут быть заданы в зависимости от желаемого качества процессов

- 14 -

регулирования. Например, для получения монотонного процесса регулирования скорости Ug исполнительного органа с наибольшим бистро-действием можно задать нормированный полином в общем виде Ад(р) = (t2-p2 + 2£р + 1) • (Т,2 • р2 + 2 • ^ • Т, • р + 1) =

= Ьд • р* + Ъ3 • р3 + Ъ2 • р2 + Ь1 • р + 1 , (14)

где ьд = а2 • 1Л; ъэ = 2 ■ а ■ (а + ъ) • £ • г3;

ъг = (1 + 4 • а • ъ • |2 + аг) • т2;

Ь, = 2 ■ £ • (1 + а • Ь) • т; а = г, / т; ь, = Ц /

Приравняв коэффициенты собственного оператора А(р) и нормированного полинома Ан(р). можно найти зависимости для определения необходимых параметров ЭМС, обеспечиваюшдх заданный характер динамических процессов. При а4 = Ьд; а3 = Ъ3; а2 = Ьг; а1 = Ь1 пара-мэтры ДЭМС должны быть равны:

2

Тм = а1 ■ Г = Тя =

(а ■ а, - а • а ) • а

7 =-1-3-И---(15)

аз

р

Зависимости / тя, тм / т и 7 от коэффициента колебательности вычисленные с помощью выражений (ТЗ), (14) и (15), представлены на рис.9 при а=1, ь=1 иг=1. Эти зависимости показывают, что хорошие демпфирующие свойства ЭМС (£ > 0,7) обеспечи-

р

ваются при / тя > 7,9, i / Г > 2,8 и т г 3.

Длительность переходного пр: есса характеризуется постоянной ьремени г, равной т = ¡/ти ■ тя • т2. Причем с уменьшением t хоро шие демпфирующие свойства ЭМС обеспечиваются ш больших значениях !ГМ / Т2. Зави' -мости этих же параметров от | и т, рассчитанные на ЭВМ, представлены на ^¡с.Ю. Эти зависимости позволяют судить о характере поведения ЭМС с тг ки зрения ее демпфирующих сво^тв и быстродействия. При несоотвествии параметров реальной системы требуемым значениям для обеспечения равенств - коэффициентов собст-

Рис.7

ЫЙ Км.Тм.рГт.у+D

• i. s + мр)

И

rte

о. 2 o.e.

о . 4 о . s

Рис.9

венного оператора и нормированного полинома, можно принять обрит ную связь по регулируемой координате ш2. L атом случае собстпншшй оператор ЭМС равен

А(р)

А(р) f WQ0(p)

Vp>»

где иоо(Р) - передаточная функция обратной связи по и .

При необходимости коррекции коэффициентов при производный высших порядков требуется применение обратных связей по производным от со? такого же порядка, что может оказаться практически нереализуемым. ' Поэтому для- упрощения реализации системы управления можно использовать корректирующие обратные связи по другим координатам. Тогда собственный оператор ЗМС <$^дет иметь вид

А'(Р) = А(р) + 2Wool(p) • А1(р),

(16)

где Wooi(P)

передаточная функция обратной связи по i-ой коорди-

нате; А ^ (р) - входной оператор передаточной функции 1-ой коордшш ты (рис.8).

Такой метод анализа и синтеза ЭМС позволяет простым способом находить минимальное число обратных связей, необходимых для того, чтобы ЭМС обладал? переходными процессами определенного вида. Однако с увеличением порядкового номера характеристического полинома усложняется задача синтеза. Поэтому удобно пользоваться при этом нормированным полиномом по Вышнаградскому (ОПВ), который содержит число коэффициентов Ъ,. .Ь4 на единицу меньше. При этом 1В на основании (14) будут иметь для ДЭМС четвертого порядка следующий вид:

Ь„ 2 • (а + Ь) ■ £

l/»4

/а

ь.

1 )- А

Я?

а ■ b

а

С2 4 а2

b

з

, Ь, 2 • (1 + а ■ Ъ) • Е

Ь. =

1 4

Ь4 (/а

и тогда нормированный полином' по Вышеградскому для четвертого порядка будет иметь вид

Ахв(р) = Р4 + Ьз • + Ьг ■ р2 + Ъ,' • р + 1 ,

В диссертационной работе рассчитаны различные зависимости соотношений параметров ЭМС, коэффициентов нормированных полиномов четвертого и пятого порядка и их ОПВ от £ для различных значений ■х-

Двухмаесовая система электропривода с двухзонным регулированием описывается характеристическим полиномом пятого порядка, что осложняет задачу синтеза ЭМС. Несмотря на то, что применение ОПВ позволило сократить число параметров полинома на единицу, задача синтеза таких сложных систем остается трудоемкой. Поэтому, исходя из принципа разделения движения при работе электропривода в первой и второй зонах, анализ был проведен для замкнутых систем электроприводов с подчиненным регулированием и с настройкой на модульный оптимум. Это позволило упростить задачу синтеза и преобразовать характеристический полином пятого порядка в полином четвертого порядка

Л<р) = а4 • р4 + а3 ■ р3 +■ аг ■ р2 + а, • р. + 1,

? р ?

где ад - 8 ■ Тм ■ 7 • Т , а3 = 4 • Тм • т -г;

? Р

а2 = 7 • (8 ■ Тм + !ГС); а, = 4 ■ 7 ■ тм, который зависит только от 7, т и тм.

Разветвленная структурная схема при работе двигателя с Ф = =уаг представлена на рис.11. Она позволяет легко анализировать происходящие процессы и наглядно наблюдать за поведением каждой координаты в отдельности.

Рис.il - IS -

[| работе рассчитали згакке з^асядаста 1, I от коэффициента ::олвбг«тздьнэст.к. .доздолялцав с/даттъ о, характера поведения ■ оястеын эли,'траприводя «с точки здания демпфировав я упругих колебания л быстродействия.

ЩКЛИШИЕ

Б диссертационной фзгхгге дат ловое рзшелив актуальной научной задачи, состоящее ~в ;разрэОсгго 'сярустурноЯ схемы система управления элэкзролриводсш мохаш.зиа ловорота адгокошоюго зкска-ватзра с ащухзонным рчг.7-'ятровшгаем <тщюая,'что гоетоляст лошсить ото ¡лроизводителыюспь.

Основные лшучпио .-вывод;' с

I- 'Усташвляш соотношгаия между параметрами диаграммы скорости механизма ¡поворота однсншвшоваго экскаватора. обеспечиващие :киьтмялшый акшвалентнИй монент ¡или шптэльпуъ экшвалехлцую мощность дв:н>ателя.

.2_ (Определены области э4й»тащиэй ¡работы элекзропрл^ода механизма поворота ¡однокавшватх) экскаватора при двух зонном регудиро-ваиш скорости

.3- Установлены .'зашгсдаопта •паражлров дв/хмэстобой электромеханической системы от щрзтгрог. тгормированкых подиномоз четвертого .и ¡пятого .порядка,, лОапшаиапюпза различные уроЕШ двипфировагая динамических ¡загрузок ¡и йбнетролеЯствия-

4_ Предложен ятюд азттвзг лщухмассовой электромеханической системы, шазволяющйй зетаяавить зяинимзльпоз чжсло обратных связей, нооОходамых для разработки асизтеш автомашчессогэ регулирования, обеспечивающей ввобходтгов ¿снижение дпнамэтескил' нагрузок.

■5. Разработан? стютша управления электропривода механизма поворота одноковшового .акскаватсра, обеспечЕыагщгя ограничение и демпфирование данамичешшх нагрузок в .упругих .тмонтах привода, повышение старости поворота л лроигводагелыюсти экскаватора.

6. Показано, что решение задачи синтеза двухмассовой электромеханической системы методом обобщенных параметров по Вьшнеградскому позволяет сократить число коэффициентов, входящих в характеристический полином, на единицу и при этом эти же параметры не зависят от показателя времени тг, что имеет важное значение при анализе ЭМС высоких порядков.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в статье.

Эстефан Б. Двухзонное регулирование скорости поворота одноковшовых экскаваторов//Совершенствование конструкции, технологии изготовления и эксплуатации горного оборудования и средств автоматизации: Тр. Междунар. межвуз. научн.-практ. конф. 19—23 октября 1992,— М.: МГИ, 1992, с. 256—258.

Подписано в печать 28.04.1993 г.

Объем 1 п. л. Тираж 100 экз.

Формат 60X90/16 Заказ 223

Типография Московского горного института. Ленинский проспект, д. 6