Введение к работе
Актуальность работы.
Динамичное развитие отечественной и мировой индустрии связано с расширением ресурсной базы и непрерывным увеличением добычи полезных ископаемых. В настоящее время наблюдается массовое истощение месторождений в относительно доступных областях. В связи с этим активный поиск полезных ископаемых все более смещается в труднодоступные районы. Эффективный поиск полезных ископаемых в районах Крайнего севера, Сибири и Дальнего востока – крайне важная задача для будущего государства. Последнее обстоятельство влечет за собой дальнейшее повышение актуальности обеспечения приспособленности технических средств, предназначенных для проведения разведки месторождений полезных ископаемых и выполнения транспортной работы в труднодоступных районах.
Однако существующие образцы гусеничных машин (ГМ) не учитывают ряд специфических требований, вытекающих из особенностей их применения, и не в полной мере удовлетворяют требованиям эксплуатирующих организаций. Факторы, оказывающее определяющее влияние на облик ГМ можно разделить на две группы – организационные и формируемые характерным воздействием природной среды.
К наиболее значимым организационным факторам, оказывающим решающее воздействие на облик ГМ в период их использования следует отнести: отсутствие баз для квалифицированного обслуживания и ремонта, низкий уровень квалификации обслуживающего персонала, низкое качество эксплуатационных материалов, необходимость автономного функционирования в течение длительных периодов (до полугода и более), длительные переходы без технической поддержки, необходимость поддержания постоянной готовности к применению в течение длительного времени, иногда в течение всего срока использования по назначению.
К наиболее значимым природным факторам, обусловливающим облик ГМ в эксплуатации следует отнести: длительное воздействие низких температур, отсутствие дорожной сети, необходимость преодоления крутых подъемов, косогоров, лесных завалов, водных преград, длительные ночные периоды.
Исходя из особенностей применения ГМ, требования к ним со стороны эксплуатирующих организаций будут существенно отличаться от требований, предъявляемых к транспортным средствам, используемым в обычных условиях.
Для выполнения задач в описываемых условиях ГМ должны обеспечивать достаточную наработку на отказ, иметь функции самодиагностирования, быть пригодными к поблочному ремонту, не требовать высокой квалификации обслуживающего персонала, быть эргономичными и экономичными, обладать высокой подвижностью. Соответствие требованиям должно обеспечиваться во всем спектре возможных природно-климатических и дорожных воздействий, а их невыполнение может привести не только к срыву поставленной задачи, но и гибели экипажа. Заложить технические решения, направленные на достижение указанных требований в конструкцию ГМ возможно только на этапе промышленного производства.
Одним из путей реализации высоких эксплуатационных показателей и их качественного роста на перспективных образцах ГМ является автоматизация управления процессами их функционирования, осуществляемая на основе как локальных систем управления различными агрегатами шасси, так и объединенных, решающих комплексные задачи управления.
Применение автоматических систем управления и контроля позволяет снять с водителя ряд функций по управлению ГМ, что позволяет не только разгрузить водителя, снизить его утомляемость и тем самым облегчить процесс управления, но и способствует повышению уровня подвижности, обеспечивает рациональное управление реализуя требуемый режим движения, повышает надежность функционирования за счет автоматического контроля технического состояния и защиты систем от критических режимов и ошибочных действий водителя, обеспечивает снижение зависимости показателей подвижности от квалификации водителя.
Автоматизация процессов управления режимами работы и контроля технического состояния систем и агрегатов машины, реализуемая за счет оснащения современных ГМ цифровыми системами управления, обеспечивает решение следующих задач: обработку данных о состоянии объекта управления, состоянии внешней среды; обеспечение связи экипажа с пунктом управления и передача информации в автоматическом режиме; контроль состояния систем и агрегатов машины, локализация неисправностей, выдача рекомендаций в аварийных ситуациях; управление отдельными системами и агрегатами и движением объекта в целом и т.д.
При изменении условий, режимов движения и технического состояния ГМ возникает необходимость в коррекции законов управления, осуществить которую одновременно зачастую трудно, а иногда – невозможно. Кроме того, процесс автоматизации управления движением ГМ усложняется вследствие недостатка априорной информации о характеристиках внешних условий, задающих воздействиях водителя и параметрах объекта управления, непредвиденных изменений.
Автоматические системы управления с обратной связью, действующие по жестко заданному алгоритму, не обеспечивают высокой эффективности функционирования объекта, поскольк у традиционная теория управления для определения законов функционирования требует знания математической модели объекта и входящих в эту модель параметров. Вследствие этого традиционные системы управления мало эффективны при изменениях в широких пределах параметров внешних или внутренних условий. Для обеспечения рационального управления ГМ целесообразно применение адаптивных систем, постоянно подстраивающих параметры машины к изменениям условий и режимов функционирования ГМ
Таким образом, оснащение современных подвижных объектов автоматическими системами управления, как отдельными агрегатами, так и движением машины, дает возможность повысить тягово-динамические, топливно-экономические показатели, надежность функционирования систем и агрегатов объекта, улучшить условия работы водителя и в целом показатели подвижности ГМ. Для наиболее полной реализации возможностей бортовых информационно-управляющих систем возникла необходимость в развитии теории автоматического управления движением ГМ, направленном на решение задач выбора рациональной структуры, параметров автоматической микропроцессорной системы управления и законов управления движением в зависимости от особенностей конструкции и назначения ГМ как для уже созданных машин, так и для ГМ на стадии их проектирования, обеспечивающих требуемое качество процессов управления и реализацию наиболее рациональных тягово-динамических и топливно-экономических свойств.
Таким образом, работа направлена на решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение, а именно: обеспечение и поддержание требуемого уровня функционального потенциала ГМ, предназначенных для использования в сложных природно-климатических и дорожных условиях.
Цель исследования: автоматизация процессов управления движением ГМ при их непрерывной готовности к применению по назначению в сложных природно-климатических и дорожных условиях на этапе промышленного производства.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи исследования:
-
Определены место и роль ГМ в экономике Российской Федерации, область решаемых ими задач и характерные условия их использования.
-
Задан функциональный потенциал ГМ, достижение которого в процессе промышленного производства позволит им наиболее полно соответствовать обоснованным в работе условиям эксплуатации.
-
Проведен анализ процессов функционирования автоматической системы управления шасси ГМ в различных условиях и на разных режимах работы машины;
-
Обоснованы принципы организации функционирования автоматической системы управления движением ГМ, разработан метод исключения возникновения цикличности переключения передач при автоматическом управлении;
-
Обоснована структура информационного обеспечения адаптивной системы управления шасси ГМ, предложен метод построения нечетких алгоритмов управления шасси ГМ, реализуемых на базе микропроцессорных систем;
-
Обоснован вариант технической реализации комплексной системы управления движением ГМ на основе нечетких алгоритмов, включающий совокупность технических решений, направленных на повышение эффективности автоматических систем управления за счет снижения динамических нагрузок при переключении передач и регулирования теплового режима работы двигателя и трансмиссии;
-
Разработаны экспериментальный и имитационный методы оценки автоматических систем управления движением ГМ;
-
Проведены экспериментальные исследования ГМ с автоматической системой управления шасси и оценка разработанных технических решений.
-
Разработаны предложения по автоматизации промышленного производства предлагаемой системы, направленные на поддержание заданного уровня функционального потенциала ГМ в ходе их использования по назначению во всем диапазоне характерных внешних воздействий.
Научная новизна. Научная новизна исследования состоит в: разработке метода построения нечетких алгоритмов управления шасси ГМ, реализуемых на базе микропроцессорных систем управления; формировании принципов построения и обосновании структуры системы информационного обеспечения автоматической системы управления шасси, реализующей адаптивные алгоритмы функционирования ГМ; разработке метода анализа условий возникновения цикличности переключения передач при автоматическом управлении трансмиссией; разработке метода оценки эффективности автоматических систем управления движением ГМ.
Практическая ценность работы заключается. В построении адаптивных алгоритмов управления движением ГМ и реализации их на базе микропроцессорных систем управления шасси; создании на основе разработанных технических решений автоматической системы управления шасси ГМ, реализующей адаптивные законы связного управления двигателем и трансмиссией; анализе возможности возникновения цикличности переключения передач в различных условиях функционирования машины; исследовании параметров и законов управления автоматических систем управления шасси ГМ (в том числе, и на стадии их проектирования); проведение экспериментальной оценки влияния автоматической системы управления движением на основные эксплуатационные свойства ГМ, разработке предложений по автоматизации процессов управления движением ГМ при их непрерывной готовности к использованию по назначению в сложных природно-климатических и дорожных условиях на этапе промышленного производства.
Методы исследования. При разработке диссертации применялось сочетание математического и физического моделирования с использованием методов аналитической механики, дифференциального и интегрального исчисления, теории дифференциальных уравнений, преобразований Фурье для анализа и оценки результатов моделирования. Методы экспериментальных исследований и теории вероятности использовались при подготовке и проведении ходовых испытаний гусеничной машины и при обработке полученных экспериментальных данных.
Основные положения, выносимые на защиту.
метод построения нечетких алгоритмов управления шасси ГМ, реализуемых на базе микропроцессорных систем управления;
структура информационного обеспечения адаптивной системы управления ГМ;
метод анализа условий возникновения цикличности переключения передач при автоматическом управлении трансмиссией ГМ;
вариант технической реализации комплексной системы управления движением ГМ на основе нечетких алгоритмов управления;
технические решения по повышению качества регулирования температурного режима работы моторно-силовой установки и по снижению динамических нагрузок в силовой цепи «двигатель-трансмиссия» при переключении передач;
метод экспериментальной оценки автоматических систем управления шасси ГМ;
имитационный метод исследования электронных и микропроцессорных систем управления шасси ГМ.
предложения по автоматизации процессов управления движением ГМ при их непрерывной готовности к использованию по назначению в сложных природно-климатических и дорожных условиях на этапе промышленного производства.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на региональных межвузовских научно-практических конференциях Амурской области 2005-2009г.г.; на научно-практических конференция ДВВКУ(ВИ) в 2004-2009г.г., на научных конференциях МАДИ (ТУ) 2008-2009г.г. , научно-практических конференциях Общевойсковой Академии ВС РФ 2008-2009г.г.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 51 научном труде общим объемом 16 печатных листов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 151 наименований, приложений. Работа насчитывает 357 страниц машинописного текста, содержит 51 рисунок и 22 таблицы.
