Введение к работе
Работа посвящена автоматизации портального крана с подвесной траверсой, широко используемого при производстве строительных материалов, в частности, на участке автоклавирования ячеистого бетона.
Актуальность проблемы.
Строительное производство в настоящее время предъявляет высокие требования к эффективности работы подъемно-транспортных устройств, в том числе – портальных кранов. Портальные краны с подвесной траверсой имеют простую конструкцию. Это объясняет их широкое применение на предприятиях строительной индустрии, например, на участке автоклавирования изделий из ячеистого бетона. Основной недостаток промышленной эксплуатации этих кранов заключается в том, что при существующих способах управления кранами возникают значительные колебания перемещаемого груза (при производстве ячеистого бетона - массив сырца) и, как следствие, удары траверсы о механические упоры ограничителей. Это приводит, во-первых, к преждевременному износу и даже к разрушению конструкции крана и, во-вторых, к динамическим воздействиям на сырец ячеистого бетона, что вызывает необратимые изменения его реологических свойств и приводит к браку готовой продукции.
Поэтому весьма актуальным является автоматизация и совершенствование управления портального крана с подвесной траверсой с целью придания этой машине новых динамических показателей качества управления, отвечающих технологическим требованиям производства изделий из ячеистого бетона.
Диссертация выполнена в соответствии с тематическим планом госбюджетных научно-исследовательских работ ГОУВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» по направлению «Автоматизированные системы в строительстве» (№ 01970005686 Госрегистрации от 23.05.2007г.) и на основании госбюджетной фундаментальной научно-исследовательской работы «Математическое описание технологического процесса производства ячеистого бетона как объекта управления» (№ 0120.0 850036 Госрегистрации от 01.01.2008г.)
Целью работы является создание автоматической системы управления портальным краном с подвесной траверсой на участке автоклавирования ячеистобетонных изделий.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать математическое моделирование портального крана с подвесной траверсой как объекта управления;
- выполнить структурный синтез системы автоматического управления краном и параметрическую оптимизацию регуляторов;
- разработать алгоритм программной реализации задатчика и регуляторов системы управления;
- создать испытательную установку на базе портального крана и разработать методику проведения натурных и вычислительных экспериментов;
- разработать инженерную методику проектирования системы автоматического управления краном и выполнить проектирование варианта технической реализации системы.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы теории систем автоматического управления, методы идентификации и аппроксимации моделей объектов управления. В работе широко используется имитационное моделирование на ЭВМ в программной среде MatLab и MathCAD.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:
- математическая модель портального крана с подвесной траверсой как объекта управления, отличающаяся от известных моделированием электромеханического привода крана в виде двухмаятниковой системы, учетом упруго-диссипативных характеристик тросового подвеса и ограничителей колебаний траверсы, позволяющая адекватно оценивать динамику движения крана и траверсы;
- структура системы автоматического управления портальным краном с подвесной траверсой (САУ ПКПТ), отличающийся от известных построением ее в виде двухконтурной системы с одной измеряемой координатой (положение крана относительно рельсового пути) и выделением в структуре динамического звена, моделирующего колебания траверсы и ее динамический удар о механические упоры ограничителей колебаний, позволяющая решить задачу автоматического управления движением крана без колебаний траверсы с минимальным использованием датчиков обратной связи и регуляторов;
- методика параметрической оптимизации регуляторов и задающего устройства двухконтурной системы с одной измеряемой координатой, отличающаяся от известных тем, что она ориентирована на обеспечение робастности системы управления краном, позволяющая, минимизировать амплитуду колебаний траверсы и динамического удара.
Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается:
- в разработанной методике и полученных результатах проведения вычислительных и натурных экспериментов по исследованию объекта и системы управления;
- в создании экспериментальной установки исследования динамики портального крана с подвесной траверсой как объекта системы автоматического управления;
- в создании инженерной методики расчета системы автоматического управления портальным краном с подвесной траверсой, на основании которой разработан вариант технической реализации системы управления.
Реализация результатов работы. Результаты работы используются в практике инженерного проектирования на Самарском комбинате по производству и монтажу изделий из ячеистого бетона ОАО «Коттедж» и в учебном процессе при подготовке в Самарском архитектурно-строительном университете инженеров по специальности «Механизация и автоматизация строительства» и магистров по направлению «Строительство», программа подготовки – «Комплексная механизация строительства».
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрение на Международных, Российских конференциях и форумах: на Международной научно-технической конференции «ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2007,-2008» (Самара, СГАСУ, 2007г.; Владимир, ВлГУ, 2008); на Международной научно-технической конференции «СТРОЙКОМПЛЕКС-2008» (Ижевск, ИжГТУ, 2008); на Международной научно-технической конференции «Автоматизация технологических процессов и производственный контроль» (Тольятти, ТГУ, 2006); на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика» (Самара, СГАСУ, 2005, 2008, 2009); на 32-ой Самарской областной студенческой научной конференции. Общественные, естественные и технические науки» (Самара, СГАУ, 2006); на 25-ой юбилейной межвузовской студенческой научно-технической конференции (Самара, СГАСУ, 2006).
Публикации. Материалы диссертационных исследований опубликованы в 10 научных изданиях, в том числе 1 статья [1] опубликована в издании, включенном в утвержденный ВАК РФ Перечень ведущих научных журналов и изданий, выпускаемых в РФ.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка из 103 наименований и приложения. Основной текст работы изложен на 142 страницах, диссертация содержит: 57 рисунков, 13 таблиц, приложение на 12 страницах, библиографический список на 8 страницах.
Положения, выносимые на защиту:
-
Математическая модель портального крана с подвесной траверсой как объекта управления.
-
Методика структурного синтеза системы автоматического управления портальным краном с подвесной траверсой.
-
Методика параметрической оптимизации регуляторов и задающего устройства двухконтурной системы с одной измеряемой координатой.
