Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблема повышения эффективности эксплуатации мощных экскаваторов для открытых горных работ. Постановка задач исследования . 12
1.1. Обзор работ и обоснование актуальности темы диссертации 12
1.2.Постановка задач диссертационного исследования 22
Глава 2. Математическая модель движения рабочего органа экскаватора- мехлопаты методом эквивалентного манипулятора 24
2.1. Кинематика системы «поворотная платформа-ковш экскаватора» 24
2.1.1. Выбор метода математического описания кинематики и динамики эквивалентного манипулятора 24
2.1.2. Составление расчетной схемы экскаватора как эквивалентного манипулятора 26
2.1.3. Прямая задача определения координат ковша экскаватора в зависимости от обобщенных координат 29
2.1.4.Обратная задача определения обобщенных координат эквивалентного манипулятора в зависимости от координат ковша 32
2.2.Динамика движения экскаватора как эквивалентного манипулятора 36
2.2.1. Обобщенная модель эквивалентного манипулятора на основе уравнений Лагранжа 36
2.2.2. Расчет тензоров инерции звеньев эквивалентного манипулятора 38
2.2.3. Расчет коэффициентов уравнений динамики экскаватора 39
2.2.4. Вывод уравнений обобщенных моментов 42
Глава 3. Имитационная модель экскаватора - мехлопаты 48
3.1. Математическая модель главных приводов экскаватора 48
3.2. Имитационная модель экскаватора-мехлопаты для транспортных операций 54
3.3. Имитационная модель экскаватора - мехлопаты для операции черпаниябЗ
3.3.1. Математическое представление добычного забоя в базовой системе координат эквивалентного манипулятора 63
3.3.2. Обобщенные моменты сил сопротивления копанию и расчет степени заполнения ковша 66
3.3.3. Компьютерная модель экскаватора-мехлопаты для операции черпания вереде «Simulink» 69
Глава 4. Разработка алгоритмов управления экскаватором-мехлопатой 74
4.1. Управление обобщенными координатами экскаватора 74
4.1.1. Система управления обобщенными координатами экскаватора на основе классических алгоритмов 74
4.1.2. Алгоритм транспортного движения ковша по спланированной пространственно-временной траектории 78
4.2. Система управления процессом копания экскаватора-мехлопаты с применением элементов нечеткой логики 83
4.2.1. Алгоритм управления процессом копания 83
4.2.2. Алгоритм определения толщины стружки 88
4.2.3. Алгоритмы управления приводами при копании 92
Глава 5. Синтез системы автоматизированного управления технологическим процессом экскаватора-мехлопаты 111
5.1.Концепция трехрежимного управления 111
5.2.Стуктурная схема системы управления технологическими операциями 114
5.3. Бортовой специальный вычислитель для системы управления экскаватора 118
5.4. Алгоритм построения модели добычного забоя в базовой системе координат на основе дальнометрической информации 125
Заключение 128
Список использованной литературы 129
- Выбор метода математического описания кинематики и динамики эквивалентного манипулятора
- Обобщенная модель эквивалентного манипулятора на основе уравнений Лагранжа
- Математическое представление добычного забоя в базовой системе координат эквивалентного манипулятора
- Система управления процессом копания экскаватора-мехлопаты с применением элементов нечеткой логики
Введение к работе
Актуальность работы. Проблема эффективного использования мощного карьерного экскаватора вызвана тем, что при ручном управлении сложной и высокопроизводительной машиной в специфических условиях горных работ невозможно достаточно длительно вести процесс экскавации на предельных скоростях и мощностях, что существенно уменьшает производительность машины. Выполнение операций экскаваторного цикла на высоких скоростях, особенно в сложных условиях и к концу смены, ограничивается физическими возможностями человека, поэтому разница в производительности экскаватора, управляемого разными машинистами, может достигать порядка 40%. Длительность реального цикла экскавации часто значительно превышает паспортную в зависимости от квалификации машиниста, его психофизического состояния.
В современных условиях, когда предприятиям, эксплуатирующим карьерную технику, необходимо максимально эффективное её использование с целью повышения рентабельности, эта проблема становится особенно актуальной. Единственный путь решения проблемы – автоматизированное управление, помогающее машинисту или заменяющее его при выполнении операций технологического цикла экскаватора.
Проблема автоматизированного управления, известная еще с конца прошлого столетия, остается актуальной и сегодня. Причиной тому – слабая формализация выполняемых экскаватором операций, особенно операции черпания, и недостаточная развитость технических средств автоматизации и алгоритмического обеспечения систем управления экскаваторами.
Современный уровень развития техники с учетом успехов в смежных отраслях, таких как робототехника, позволяет дать новое решение проблемы автоматизированного управления.
Целью диссертационного исследования является разработка системы автоматического управления технологическими операциями черпания и транспортирования горной массы, позволяющей повысить эффективность использования карьерных экскаваторов-мехлопат.
Для достижения этой цели решаются следующие задачи:
разработка комплексной математической модели движения рабочего органа экскаватора-мехлопаты, учитывающей взаимовлияние поворотного, подъемного и напорного движений, взаимодействие ковша с забоем, для автоматического выполнения операций черпания и транспортирования горной массы;
разработка алгоритма управления транспортными движениями ковша экскаватора;
разработка алгоритма управления сложной операцией черпания горной массы с применением методов искусственного интеллекта;
выполнение модельных исследований разработанных алгоритмов и оценка качества процессов управления.
Основная идея работы заключается в представлении модели карьерного экскаватора-мехлопаты как робота-манипулятора для решения задачи синтеза комбинационного алгоритма управления транспортными движениями ковша экскаватора и алгоритма управления операцией черпания горной массы.
Защищаемые научные положения:
-
-
Метод построения математической модели движения рабочего органа экскаватора-мехлопаты, основанной на представлении расчетной схемы экскаватора в виде эквивалентного робота-манипулятора, отличающейся от известных большей вычислительной эффективностью.
-
Комплексная математическая модель движения рабочего органа и главных механизмов экскаватора-мехлопаты как объекта управления, в которой учитываются взаимовлияния главных механизмов, упругость подъемных и напорных канатов и которая позволяет непрерывно описывать движение ковша в операциях черпания и транспортирования.
-
Комбинационный алгоритм для системы автоматического управления транспортированием ковша экскаватора-мехлопаты, базирующийся на совместном использовании классических алгоритмов управления координатами состояния экскаватора с решением обратной задачи определения координат состояния экскаватора в зависимости от координат кромки ковша в базовой системе.
-
Алгоритм управления операцией черпания, основанный на методах нечеткой логики, позволяющий формировать текущее задание в виде рациональной толщины стружки и, не допуская перегрузки приводов, осуществлять автоматическое выполнение этого задания с требуемой точностью.
Научная новизна работы состоит в следующем:
предложенный метод модельного представления экскаватора-мехлопаты в виде эквивалентного робота-манипулятора отличается от известных методов значительной вычислительной эффективностью;
разработанная новая математическая модель движения ковша экскаватора позволяет учитывать взаимовлияние движений главных механизмов при выполнении операций экскаваторного цикла;
предложенный комбинированный алгоритм управления координатами ковша экскаватора в базовой системе координат, в отличие от известных, позволяет автоматической системе управления выполнять перенос ковша из одной точки в другую как с учетом, так и без учета формы траектории переноса;
разработанный алгоритм управления операцией черпания на основе методов нечеткой логики впервые позволяет в темпе реального времени определять рациональную текущую толщину стружки как задание системе управления и, не допуская перегрузки приводов, осуществлять автоматическое выполнение этого задания с требуемой точностью.
Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается корректным применением известных методов описания динамики роботов-манипуляторов. Достоверность моделирования процессов управления подтверждается допустимым уровнем соответствия с процессами в электромеханических системах главных механизмов реального экскаватора-мехлопаты.
Практическое значение работы заключается в том, что:
методика построения математических моделей движения рабочего органа карьерных экскаваторов-мехлопат, включающая программы расчета коэффициентов модели и генерации их представления в среде «Simulink» программы «MATLAB», применима для описания отечественных и импортных экскаваторов;
математическая модель позволяет синтезировать и настраивать параметры алгоритмов управления операциями экскаваторного цикла при построении систем автоматизации различных моделей карьерных экскаваторов;
разработанная структура системы автоматического управления технологическим процессом экскавации реализует с достаточным качеством полученные алгоритмы управления операциями полного экскаваторного цикла и применима в АСУТП мощных карьерных экскаваторов всех типов;
предложенное аппаратное обеспечение системы управления на основе специализированного вычислителя отечественной разработки, удовлетворяющее горнотехнологическим условиям карьеров, позволяет реализовать не только разработанные алгоритмы управления операциями полного экскаваторного цикла, но и алгоритмы управления вспомогательными приводами и оборудованием экскаватора.
Реализация результатов работы. Модели и алгоритмы управления движениями ковша экскаватора при черпании и транспортировании горной породы запланированы к использованию ОАО «НИИВК им. М.А.Карцева» в опытно-конструкторских работах. Предложенная структура системы управления и методика построения математических моделей карьерных экскаваторов-мехлопат используются при чтении спецкурсов в процессе подготовки специалистов по направлению 220400 - «Автоматизация и управление».
Апробация работы. По материалам диссертации были сделаны доклады на научных семинарах кафедры «Автоматика и управление в технических системах», научных симпозиумах «Неделя горняка» в 2010, 2011, 2012 годах, на конференции молодых специалистов ОАО «НИИВК им. М.А. Карцева» в 2010 году, международном семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта, 2011 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях по перечню ВАК Минобрнауки России.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 76 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 78 наименований и три приложения.
Выбор метода математического описания кинематики и динамики эквивалентного манипулятора
Приведенный выше анализ предлагаемых математических и имитационных моделей карьерных экскаваторов-мехлопат показал, как уже отмечалось, практически полное отсутствие комплексных моделей, совместно рассматривающих поворотное, подъемное и напорное движения ковша экскаватора. Однако именно такие модели необходимы для построения и тестирования алгоритмов управления движением ковша экскаватора различной сложности. Создание подобных моделей требует составления уравнений Лагранжа П-го рода для описания динамики движения ковша экскаватора. Требуется также вывод соотношений для описания положения ковша экскаватора в базовой системе координат.
Упростить решение описанной задачи возможно путем применения структурного представления [15,16,41,42] манипуляционных роботов, используемого в робототехнике. При применении структурного представления для эквивалентного манипулятора, к расчетной схеме которого может быть сведена расчетная схема экскаватора-мехлопаты, процедура описания кинематики и динамики для подобной системы начинает носить достаточно формальный характер, что существенно облегчает и ускоряет процесс получения модели. Что немаловажно, современный уровень математических и имитационных программных средств позволяет создавать программы для расчета коэффициентов уравнений динамики и кинематических соотношений модели, а также генерировать готовые подсистемы, имитирующие эти соотношения и коэффициенты.
Успешное применение структурного подхода для описания экскаватора-мехлопаты принадлежит В.А. Кравцову [19,45]. Однако одним из недостатков его работы было то, что он использовал неэффективное в вычислительном плане и ненаглядное представление Денавита-Хартенберга. Оригинальным и современным методом описания кинематики и динамики манипуляционных роботов является метод, предложенный сотрудниками ИПМ им. М.В. Келдыша [17,18]. Этот метод использует уравнения Лагранжа П-го рода и матричное представление третьего порядка для описания робота манипулятора, имеет хорошую вычислительную эффективность. Метод пригоден для описания манипуляторов как с вращательными, так и с поступательными шарнирами, позволяет решать прямую задачу динамики манипуляторов, получить замкнутую систему уравнений динамики. Расстановка промежуточных систем координат звеньев имеет большую наглядность. Метод имеет хорошую алгоритмизуемость и удобен в программировании.
В табл. 2.1 [17] представлено сравнение вычислительной эффективности различных методов описания для манипуляторов с шестью степенями свободы, также отражена возможность решения прямой задачи динамики и получения замкнутой системы уравнений.
Кейна Ma/Xu 1020 851 - Приведенные в таблице данные подтверждают, что алгоритм, предложенный ИПМ, обладает высокой вычислительной эффективностью в классе алгоритмов, базирующихся на уравнениях Лагранжа П-го рода.
Это обстоятельство, совместно с новизной, элегантностью, способностью решать прямую задачу динамики и предпочтительностью формы для задач анализа динамики, позволяет сделать выбор в пользу этого метода для получения уравнений кинематики и динамики карьерного экскаватора-мехлопаты как манипуляционного робота.
Как показано в [19,45], структура механической системы канатного экскаватора не допускает непосредственного применения использованных в робототехнике методов описания. Поэтому реальная механическая система экскаватора-мехлопаты предварительно преобразуется в эквивалентную, для которой может быть построена расчетная схема, позволяющая применить робототехнический подход для построения математического описания. Процедура преобразования исходной системы включает следующие операции: 1) устранение голономной связи через подъемный канат, с заменой ее действия силой Qn, равной реакции этой связи; 2) представление кинематической пары в подъемно-напорном механизме в виде композиции вращательного и поступательного сочленений; 3) приведение движущих моментов механизмов к осям сочленений. После выполнения указанных преобразований расчетная схема механической системы экскаватора-мехлопаты принимает вид, показанный на рис 2.1. Согласно этой схеме кинематическая цепь экскаватора становится разомкнутой и включает следующие элементарные звенья: - подвижное основание (нижняя рама с ходовой тележкой);
Обобщенная модель эквивалентного манипулятора на основе уравнений Лагранжа
Главные электропривода мощных экскаваторов-мехлопат в основной массе имеют многодвигательные схемы с машинами постоянного тока Г-Д с тиристорным управлением [36,49]. Схема ТП-Г-Д используется по сей день в серийно выпускаемых моделях экскаваторов, ее эволюцией стала схема управления ТП-Д, при которой управление напряжением якоря электродвигателя осуществляется непосредственно от мощного тиристорного преобразователя. Как уже говорилось в обзоре, на современном этапе ведутся работы по переводу электроприводов экскаватора на управляемые асинхронные двигатели. Пока, однако, имеются лишь отдельные опытные образцы некоторых моделей экскаваторов, работающих с использованием подобных электроприводов.
Для разработки модели и системы управления движением рабочего органа экскаватора используется «оптимальная структура экскаваторного электропривода» схема, описанной в работах В.И. Ключева, Ю.Я. Вуля [24,25]. В этих работах приведены и требования, которым должна соответствовать настроенная система управления электроприводом.
Эта схема является типовой для главных приводов. Основным отличием того или иного привода является различное число двигателей: для привода подъема их два, для напора - один, для поворота - три. Привод поворота в своей структуре имеет еще и блок выбора кинематического зазора.
Схема управления приводом подъема содержит регулятор тока якорной цепи привода, регулятор ЭДС, жесткие и гибкие обратные связи по току и напряжению. Воздействие на привода осуществляется при помощи изменения тиристорным преобразователем напряжения возбуждения генератора, формируемого двухконтурной системой подчиненного регулирования.
U3 - напряжение задания ЭДС генератора (частоты вращения привода; хе, ие - входные и выходные сигналы регулятора ЭДС; ке, Ue - коэффициент усиления и ограничение по выходному напряжению регулятора ЭДС; х„ щ - входные и выходные сигналы регулятора тока; kt, Th Ui - коэффициент усиления, постоянная времени интегрирования и ограничение по выходному напряжению регулятора тока; аиа2- коэффициенты жесткой и гибкой отрицательной обратной связи по току; а3, а4, а5 - коэффициенты обратных связей по ЭДС; Ттп, тп, «тп - постоянная времени, коэффициент усиления и напряжение тиристорного преобразователя; 7г, kY, є - постоянная времени, коэффициент усиления и ЭДС генератора; Тя,кя - постоянная времени и коэффициент усиления якорной цепи; гя - ток якорной цепи; с - конструктивная постоянная двигателя; Мд - электромагнитный момент двигателя; Фд - угол поворота вала двигателя; JJX - момент инерции двигателя; -Мупр.д- упругий момент механизма подъема, приведенный к первичному валу редуктора. В контуре управления током якорной цепи использован ПИ-регулятор, а в контуре управления ЭДС генератора - П-регулятор. Для вычисления коэффициентов обратной связи и параметров регуляторов тока и ЭДС воспользуемся методикой, приведенной в [24,25], а именно настройку контура тока будем выполнять в режиме короткого замыкания, а контура стабилизации ЭДС - в режиме холостого хода. Настройку контуров будем производить на критерий модульный оптимум [29,40,62,65,66].
На основе уравнений динамики движения экскаватора-мехлопаты как эквивалентного робота манипулятора, уравнений моментов, действующих на звенья манипулятора, описанных во второй главе, а также уравнений главных приводов была построена имитационная модель экскаватора-мехлопаты для транспортных операций.
При построении модели использовалась программа автоматической генерации коэффициентов уравнений динамики эквивалентного манипулятора, способная, помимо вычисления в символьном виде коэффициентов, создавать и встраиваемые программные блоки «Embedded Matlab Functions», реализующие модели этих коэффициентов в приложении «Simulink». Текст программы расчета коэффициентов и генерации функциональных блоков приведен в приложении. Эти программные блоки служат основой описываемой модели. Достоинством такого подхода является отсутствие лишних графических объектов модели и возможность легкой адаптации под другие модели экскаваторов. Модель представлена на рис
Математическое представление добычного забоя в базовой системе координат эквивалентного манипулятора
Характер и времена полученных переходных процессов [68], а также установившиеся значения скоростей, близкие с наблюдаемыми на практике, позволяют судить об адекватности полученных результатов и модели в целом. Результаты сравнения паспортных и полученных модельно скоростей приведены в табл. движения рабочего органа экскаватора достаточно адекватно описывают процессы, протекающие в его главных приводах при транспортных операциях. Однако для описания процессов при операции черпания они не достаточны из-за того, что не учитывают силы и моменты, возникающие в ходе процесса копания.
В теории процессов копания принято считать силы, действующие на ковш и рукоять экскаватора, пропорциональными толщине снимаемой ковшом экскаватора стружки [30,48,50,55,54]. Для корректного введения этого понятия необходимо вначале ввести представление добычного забоя в базовой системе координат экскаватора.
Рассмотрим плоскость стрелы и рукояти экскаватора. Не ограничивая общности, будем считать ее совпадающей с плоскостью YOZ базовой системы координат. Это допущение не является существенным, так как система координат, в которой подобное условие выполняется всегда, нами уже введена как локальная система координат XXYXZX, получаемая из базовой поворотом вокруг оси Z. При рассмотрении процессов черпания будем иметь в виду представление забоя в этой плоской системе координат.
Простейшим представлением забоя в подобной системе является кусочно-линейная функция. Введем следующие параметры забоя (рис. 3.19): h -высота забоя, а - угол естественного откоса, уо - координата точки излома
У h + y0tga tga Подобного представления добычного забоя вполне достаточно для моделирования и отработки взаимодействия ковша с забоем. Конечно, подобным представлением модели забоя не исчерпываются. Например, можно использовать представление в виде степенной кривой и-порядка. При этом степенная кривая должна проходить через две характерные точки
Для оценки сил, возникающих при взаимодействии ковша с породой, воспользуемся понятием «сопротивление породы копанию», используемым для описания физико-механических свойств горных пород. Сопротивление копанию является обобщенным сопротивлением, учитывающим сопротивления: резанью, продвижению горной массы в ковш при его заполнении; трению породы о ковш и ковша о породу. Величина сопротивления характеризуется коэффициентом сопротивления копанию KF. По Н.Г. Домбровскому [30,48,52,53], касательная сила сопротивления копанию будет иметь вид
В этом выражении Кх =0,1- 0,95 -коэффициент пропорциональности, принимающий большие значения для более затупленного инструмента и более твердых пород, для рациональной формы режущей кромки и однородных пластичных пород коэффициент Кх =0,1- 0,15. При моделировании принимаем нормальную силу сопротивления копанию P02=0.LP01 Тогда обобщенные моменты сил сопротивления копанию принимают вид (см. рис. 3.21):
Рис. 3.21. К выводу уравнений моментов сил сопротивления копанию Остается определить толщину снимаемой стружки. Для этого воспользуемся введенным выше представлением добычного забоя в базовой системе координат. Пусть забой задан функцией z = f(y), зубья ковша находятся в точке с координатами 0 ковша,2ковша), как показано на рис. 3.22. Рассмотрим окрестность шириной 2Ду, вычислим значение функции забоя для точек ДЛовша+ЛУ) и /(Ловша-ДУ) и проведем через эти две точки прямую:
При построении системы автоматизированного управления технологическим процессом экскаватора-мехлопаты одной из основных задач является задача автоматического управления состоянием этой системы. Управление состоянием - некоторыми обобщенными координатами оказывется важным, когда необходимо выполнить транспортные операции или вывести ковш из стопорения [41,46]. В самом деле, решение прямой задачи -управления координатами вместе с решением обратной задачи -определения обобщенных координат экскаватора при известных координатах зубьев ковша в базовой системе, дает возможность решать задачу управления движением ковша по заранее спланированной пространственно-временной траектории.
Часто при управлении экскаватором возникает задача перенести ковш из одной точки рабочего пространства в другую, без отслеживания траектории. Эта задача решается путем управления обобщенными координатами экскаватора.
Система управления процессом копания экскаватора-мехлопаты с применением элементов нечеткой логики
Автоматизация процесса копания экскаватора-мехлопаты является важной и очень сложной задачей, поскольку этот процесс слабо формализован и, кроме того, значительная часть информации о процессе недоступна для измерения. Это прежде всего информация о форме разрабатываемого забоя, которую машинист получает зрительно. До недавнего времени ее получение и обработка были крайне затруднительны, однако с развитием бесконтактных средств измерения расстояния, таких как сканирующие лазерные, ультразвуковые и радарные уровнемеры и дальномеры, получение такой информации стало возможным. Прогресс производительности вычислительных средств сделал возможным быструю обработку этой информации, поэтому будем предполагать, что располагаем двумерной моделью забоя.
Управление процессом копания сложно реализовать путем классического управления по рассогласованию теми или иными параметрами. Это, как уже говорилось, вызвано необходимостью учета их достаточно большого числа и реализации различных стратегий управления в зависимости от значений этих параметров.
Разрешить эти сложности можно путем применения алгоритма управления, объединяющего жесткую программу и алгоритм с элементами нечеткой логики[31,32,33,34]. Блок-схема алгоритма приведена на рис. 4.12. Начало
Алгоритмический блок расчета текущего объема породы в ковше « и текущей высоты ковша А„
В этой блок-схеме применены следующие обозначения: М„ап, Мпод - моменты механизмов напора и подъема; М„апкритический, Мподкритический -критические значения моментов напора и подъема соответственно; ковша_ текущее значение высоты ковша в базовой системе; крит - критическая высота черпания; Етек - текущий объем породы в ковше; пасп - паспортная вместимость ковша; Согласно блок-схеме, первоначально выполняется оценка текущего наполнения ковша с использованием соотношения 3.18 в его дискретном представлении и оценка текущей высоты ковша из соотношения
После вычисления этих величин принимается решение о завершении процедуры черпания. Если ковш не заполнен до конца, определяется, есть ли возможность его дальнейшего заполнения путем подъема. Иначе говоря, проверяется, не достигнута ли критическая высота черпания - высота, равная либо высоте забоя, если та меньше максимальной высоты черпания, либо максимальной высоте черпания. На практике возможна коррекция этой высоты в зависимости от формы забоя и угла уступа в сторону значения, при котором рукоять выше своего горизонтального положения и за счет естественного движения рукояти происходит отдаление ковша от груди забоя.
Если эта высота еще не достигнута, то производится первичная идентификация превышения моментами приводов напора и подъема своих критических значений - идентификация ситуации «стопорения». Если критическая высота достигнута, а ковш не заполнен, выполняется его автоматическое опускания на высоту, которая ниже горизонтального положения рукояти, при помощи блока управления процедурой опускания ковша.
Данный алгоритмический блок реализует управление опусканием ковша при помощи управления обобщенными координатами экскаватора (q3 и q4). Это управление ведется по классической схеме, структура которой представлена выше. Задания ЭДС генераторов подъема и напора вычисляются по П-закону на основе рассогласования задания и текущего значения обобщенной координаты. Задания обобщенных координат рассчитываются путем пересчета значений координат точки в базовой системе, в которую нужно опустить ковш, в значения обобщенных координат, соответствующих этой точке.
После идентификации состояния стопорения приводов, если оно не наблюдается, вычисление заданий скоростей приводов подъема и напора осуществляется при помощи алгоритма, содержащего элементы нечеткой логики. Если один из приводов застопорился или близок к нему, то программа входит в алгоритм выхода из аварийной ситуации стопорения, блок-схема которого приведена на рис. 4.13.
После расчета управляющих заданий приводам или выхода из стопорения алгоритм переходит в начало и выполняется циклически до момента, пока ковш не будет наполнен.
В алгоритм выхода из ситуации стопорения программа управления процессом копания входит, если один из моментов, развиваемых приводом напора или подъема, или они оба превышают критический порог. Для различных разрабатываемых пород этот порог может несколько варьироваться, но при этом не должен превышать 90% стопорного момента соответствующего электропривода. При входе в алгоритм обнуляется счетчик попыток автоматического выхода из критической ситуации. Считается, что автоматическому алгоритму дается три попытки для его разрешения. После трех попыток управление экскаватором передается машинисту и включение автоматического режима возможно только после окончания цикла экскавации. После анализа условия перехода в ручной режим анализируется, какие из приводов перегружены. Соответственно, возможны три ситуации - перегрузка приводов напора, перегрузка привода подъема и перегрузка обоих приводов.
Перегрузка привода напора определяется из условия превышения им критического значения развиваемого момента, при этом момент привода подъема не превышает номинального значения. В этом случае подъем останавливается, программно подключается регулятор степени выдвижения рукояти - регулятор стабилизации координаты ?4- Степень выдвижения рукояти при этом уменьшается на 15% от своего текущего значения. После этого приводам напора и подъема устанавливаются задания 50% от их номинальных скоростей вращения, показатель счетчика попыток разрешения аварийной ситуации увеличивается на единицу и алгоритм переходит к проверке достижения критического числа попыток разрешения аварийной ситуации. Далее, снова проверяются все условия перегрузок приводов. Если перегрузки не наблюдается, то происходит выход из данного блока алгоритма и управление передается нечеткому алгоритму управления процессом копания. Если перегрузка не устраняется, то попытка уменьшения степени выдвижения рукояти повторяется. И так до достижения
Похожие диссертации на Разработка и исследование системы автоматического управления технологическими операциями карьерного экскаватора-мехлопаты
-
