Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса электропривода подъемных установок, обоснование задач исследования 7
1.1. Анализ существующих систем электропривода шахтных подъемных установок 7
1.2. Анализ способов и средств ограничения динамических нагрузок в электроприводах с упругими элементами 20
1.3. Цели и задачи исследования 28
Глава 2. Анализ демпфирующих свойств ЭМС подъемных установок с различными видами коррекции координат 30
2.1. Математическое описание разомкнутой трехмассовой ЭМС подъемной установки с учетом упругих свойств канатов 30
2.2. Демпфирующие свойства ЭМС подъемных установок с разомкнутой системой управления 40
2.3. Математическое описание трехмассовой ЭМС подъемной установки при параллельной коррекции координат 45
2.4. Влияние жесткой и гибкой отрицательных обратных связей по току на демпфирующие свойства ЭМС подъемной установки 51
2.5. Влияние жесткой и гибкой отрицательных обратных связей по скорости двигателя на демпфирующие свойства ЭМС подъемной установки 57
2.6. Влияние жесткой и гибкой обратной связи по упругому моменту нагрузки на демпфирующие свойства ЭМС подъемной установки 62
2.7. Математическое описание трехмассовой ЭМС подъемной установки при смешанной коррекции координат 68
2.8. Влияние жесткой и гибкой отрицательных обратных связей по упругому моменту нагрузки на демпфирующие свойства ЭМС подъемной установки при смешанной коррекции координат 71
2.9. Выводы по главе 2 74
Глава 3. Синтез структур управления электропрнводами подъемных установок 75
3.1. Методология синтеза структур управления при параллельной и смешанной коррекции координат 75
3.2. Установление областей существования параметров обратных связей по упругому моменту нагрузки для структур с параллельной коррекцией координат 76
3.3. Методика синтеза структур управления при параллельной коррекции координат 84
3.4. Установление областей существования параметров обратных связей по упругому моменту нагрузки и параметров регуляторов для структур со смешанной коррекцией координат 89
3.5. Методика синтеза структуры управления при смешанной коррекции координат 95
3.6. Выводы по главе 3 101
4. Глава 4. Имитационное моделирование и экспериментальные исследования электроприводов подъемных установок 102
4.1. Методология экспериментальных исследований 102
4.2. Имитационное моделирование ЭМС подъемной установки с рациональными структурами управления 103
4.3. Экспериментальные исследования системы управления электроприводом подъемной установки 123
4.4. Выводы по главе 4 130
Заключение 131
Список используемой литературы 133
Приложение 144
- Анализ существующих систем электропривода шахтных подъемных установок
- Анализ способов и средств ограничения динамических нагрузок в электроприводах с упругими элементами
- Математическое описание разомкнутой трехмассовой ЭМС подъемной установки с учетом упругих свойств канатов
- Методология синтеза структур управления при параллельной и смешанной коррекции координат
Введение к работе
Актуальность работы. Шахтные подъемные установки предназначены для выдачи полезного ископаемого или породы, подъема и спуска людей, оборудования и материалов. От надежной бесперебойной и производительной работы шахтного подъема зависит работа всей шахты в целом, поэтому к подъемным установкам предъявляют особые требования в отношении надежности и безопасности работы. Фактический срок службы подъемной установки, как правило, совпадает со сроком службы горного предприятия, однако для сохранения конкурентоспособности продукции горнодобывающее предприятие обязано постоянно совершенствовать не только технику и технологию добычи полезных ископаемых, но и другие технологические звенья, среди которых подъемная установка является наиболее значимым.
Одним из способов повышения эффективности работы подъемной установки является оптимальная настройка системы управления электропривода с целью уменьшения продольных колебаний в канатах, что позволяет снизить их износ, так как замена канатов в подъемной установке является трудоемкой и дорогостоящей операцией, при которой подъем полезного ископаемого невозможен. Поэтому повышение эксплуатационных свойств подъемной установки на основе обоснования и выбора структур систем управления электроприводом подъемных установок по критерию максимального демпфирования колебательных процессов в упругих элементах является актуальной научной задачей.
Цель работы обоснование и выбор структур системы управления электроприводом шахтной подъемной установки, направленных на повышение ее эксплуатационных показателей.
Идея работы состоит в обеспечении заданных динамических свойств электромеханической системы подъемной установки за счет структурно-параметрической оптимизации по критерию максимального ограничения динамических нагрузок в канатах.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Математические модели электропривода подъемной установки при параллельной и смешанной коррекции координат, отличающиеся тем, что учитывают колебательные процессы в упругих элементах кинематической цепи.
Полученные впервые аналитические зависимости между параметрами электромеханической системы подъемной установки и показателями динамических процессов в электроприводах с разомкнутой системой управления и с системами управления при параллельной и смешанной коррекцией координат.
3. Метод синтеза систем управления электроприводом подъемной установки,
отличающийся учетом допустимых областей демпфирования колебаний в
упругих элементах кинематической цепи.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются корректным применением математических методов теории автоматического управления, теории электропривода, методов имитационного моделирования, сравнения аналитических исследований и имитационного моделирования с данными промышленных экспериментов, а также достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождение в пределах 15 %).
Научная новизна полученных результатов исследования состоит:
в разработке математических моделей электроприводов подъемной установки с учетом динамических процессов, протекающих в упругих элементах, отличающихся формированием многопериодных тахограмм с переменным коэффициентом жесткости канатов;
в установлении закономерностей динамических процессов в электромеханических системах подъемных установок, используемых для разработки структур управления электроприводом, обеспечивающих максимальное демпфирование колебаний в упругих элементах.
Практическое значение работы заключается в разработке: в
методики синтеза структур управления электроприводами подъемных установок при смешанной коррекции координат, учитывающей области демпфирования колебаний.
Реализация результатов работы.
Методика синтеза структуры управления подъемной установки со смешанной коррекцией координат при учете упругих механических связей принята к внедрению в ОАО «Лебединский ГОК» (г.Губкин, Белгородская обл.), ОАО «УК «Алмазная» (г.Гуково, Ростовская обл.).
Апробация работы. Основные положения и разделы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных симпозиумах «Неделя горняка - 2006, 2007, 2008, 2009» (Москва 2006-2009); на научных семинарах кафедры «Электрификация и энергоэффективность горных предприятий»; на VI Международной научно-практической конференции «Наука и новейшие технологии при поисках, разведке и разработке месторождений полезных ископаемых» (Москва, 2007); на международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» (Липецк 2006); на научно-практической конференции «Геоэкологические и инженерно-геологические проблемы развития гражданского и промышленного комплексов города Москвы» (Москва, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, содержит 37 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 103 наименований, приложения.
Анализ существующих систем электропривода шахтных подъемных установок
Эффективная работа горных предприятий в значительной степени определяется эффективностью использования подъемных установок.
Ведущим предприятием в странах СНГ по производству подъемных установок является Новокраматорский машиностроительный завод (Украина). НКМЗ является практически единственным предприятием по производству подъемных установок в странах СНГ. Оно было основано в 1946 году и на нем произведено более 1200 подъемных установок. Подъемные установки НКМЗ нашли широкое применение не только в странах СНГ, но и у зарубежных горнодобывающих компаний. Подъемные установки НКМЗ, используемые зарубежными горнодобывающими компаниями, представлены в табл. 1.1. Кроме того, существует ряд зарубежных предприятий, производящих аналогичное оборудование. Одной из самых известных зарубежных компаний, занимающихся производством подъемных установок, является компания "FFE Minerals - Vecor" . Компания работает в области производства шахтных подъемных машин с 1940 года и произвела более 650 подъемных машин. Рекордной является высота подъема оборудования. Компания производит одноканатные подъемные машины с высотой подъема более 3000 метров и со скоростью до 19 м/с. Основными потребителями данного оборудования являются горнодобывающие компании, разрабатывающие глубокие шахты в США и Южной Африке [29, 30].
Общее устройство основного оборудования, входящего в состав подъемной установки, весьма разнообразно и зависит в большинстве случаев от горно-геологических условий. Вышеперечисленные компании производят ряд подъемных машин, которые подразделяются по типу канатоведущего органа подъемной машины на барабанные и машины со шкивами трения. Барабанные подъемные машины представляют собой систему, для которой характерна жесткая связь между канатом и канатоведущем органом (барабаном), а приведение каната в движение производится путем навивки или свивки его на поверхность барабана.
Конструктивно подъемные машины подразделяются по типу и размеру канатоведущего органа (барабана). Так применяются цилиндрические (с постоянным радиусом навивки), двойные конические и бицилиндроконические (с переменным радиусом навивки) барабаны подъемных машин. Кроме того, цилиндрические барабаны подразделяются на одинарные (маркировка Ц), одинарные разрезные (маркировка ЦР) и двойные (маркировка 2Ц). Подъемные машины с двойными коническими барабанами находят широкое применение на зарубежных горных предприятиях. В отечественной горной промышленности предпочтение отдано подъемным машинам с бицилиндроконическими барабанами типа БЦК, так как при предельных размерах навивочной поверхности они обладают существенно большей канатоемкостью по сравнению с двойными коническими барабанами.
Преимуществом барабанных подъемных машин является большая степень надежности по отношению к подъемным машинам со шкивами трения [29, 30]. На подъемных машинах со шкивами трения канат огибает канатоведущий орган, не связан с ним жестко и приводится в движение посредством сил трения между поверхностью шкива (футеровкой) и поверхностью каната. Отечественной промышленностью выпускается ряд подъемных машин со шкивами трения типа ШТ (одноканатные) и ЦТТТ (многоканатные).
Подъемные машины со шкивами трения получили широкое распространение за рубежом, в частности, на горных предприятиях Западной Европы [57, 29, 30, 49]. Преимущества подъемных установок со шкивами трения по отношению к барабанным подъемным установкам заключаются в следующем: малая масса подъемной установки, меньшая стоимость; меньшие капитальные затраты на строительство подъемной установки; меньшее энергопотребление подъемной установки. Основным недостатком подъемных установок со шкивами трения является возможность проскальзывания каната относительно поверхности канатоведущего органа (шкива трения), поэтому ограничивается грузоподъемность, соответственно, и производительность подъемной установки.
Одним из важных элементов подъемной установки является электропривод. Следует отметить, что система электропривода подъемных установок работает в повторно-кратковременном режиме. Привод подъемной установки должен обеспечивать устойчивую надежную работу при регулировании скорости в широком диапазоне (так, минимальная устойчивая скорость 0,1 - 0,5 м/с необходима для проведения ремонтно-профилактических работ), с точностью отработки программы движения 1 — 1,5 %. Помимо этого привод должен обеспечивать реверсирование момента на всех участках программы движения, т.е. обеспечивался четырехквадрантный повторно-кратковременный режим, и иметь минимальные массогабаритные показатели и стоимость.
Большой вклад в развитие теории управляемых электроприводов для горных машин и установок внесен трудами ученых: Г.И. Бабокина, А.Д. Динкеля, В.И. Ключева, А.К. Малиновского, Н.Г. Переслегина, B.C. Тулина, В.Н. Фащиленко, О.В. Федорова и др.
Основным критерием выбора системы электропривода подъемной установки является технико-экономическое сравнение различных вариантов [3,6,20,23,29,49,55,59,81].
Основными показателями для сравнения различных систем являются: капитальные затраты на электрооборудование (стоимость оборудования, стоимость энергозатрат, стоимость монтажа оборудования, габаритные размеры и вес оборудования); эксплуатационные данные (установленная мощность привода, коэффициент полезного действия, коэффициент мощности, надежность системы привода, простота и доступность обслуживания, стоимость обслуживания, стоимость ремонта и т.д.); энергетическая эффективность (установленная мощность привода, коэффициент полезного действия, коэффициент мощности, влияние на питающую сеть); управляемость системой привода (точность поддержания заданной скорости, диапазон регулирования скорости).
Наиболее распространенным электроприводом подъемных установок в России и странах ближнего зарубежья считался привод переменного тока, в частности, асинхронный электропривод с резисторным регулированием скорости. Такой привод обладает малыми капитальными затратами, относительной простотой обслуживания, возможностью использования электрической энергии из общепромышленной сети без какого - либо преобразования, малыми затратами времени на восстановление при отказе оборудования.
Однако данному виду электропривода присущи многие недостатки, основными из которых являются: Низкий коэффициент полезного действия из-за значительных потерь мощности в цепи ротора, соответственно, неэффективное расходование электрической энергии. Невозможность построения замкнутых систем автоматического управления, следовательно, неудовлетворительная управляемость. Практически все подъемные установки с асинхронным приводом с реостатным управлением в цепи ротора управляются оператором подъемной установки вручную, при этом присутствует и играет большую роль человеческий фактор, который в 90% случаев является причиной аварий на подъемных установках.
Все вышепредставленные недостатки показывают, что в настоящее время асинхронный электропривод с реостатным регулированием скорости шахтных (рудничных) подъемных установок не отвечает требованиям, предъявляемым к управлению подъемной установкой, что значительно сдерживает автоматизацию режимов работы, а тем самым увеличивает эксплутационные затраты за счет неэффективного расходования электрической энергии. Разработке схем асинхронного электропривода с реостатным регулированием скорости, используемого в качестве привода подъемных установок, посвящено большое количество работ [11, 12, 53, 56, 82, 83]. Также следует заметить, что контакторное управление двигателем не может обеспечить достаточную плавность переключений, следовательно, возникают броски тока в обмотках двигателя при коммутационных переключениях. Помимо этого, подбор механических характеристик двигательного и тормозного режимов двух электродвигателей и выход на результирующую механическую характеристику системы электропривода осуществляется с помощью коммутационных переключений добавочных сопротивлений (резисторов), поэтому механические характеристики носят дискретный характер.
Анализ способов и средств ограничения динамических нагрузок в электроприводах с упругими элементами
Подъемная установка представляет собой сложную электромеханическую систему, масса которой распределена определенным образом в ее элементах, а звенья связей между элементами кинематической цепи обладают упругими и диссипативными свойствами [11, 12, 13, 14, 29, 42, 44, 46, 55, 57, 91]. Характерными, для подъемной установки, являются знакопеременные нагрузки с частыми пусками, пульсациями скоростей и усилий (моментов) вследствие наличия упругих и нелинейных звеньев. Для повышения эффективности функционирования подъемных установок, как электромеханической системы с упругими элементами, предлагается управлять их динамикой и осуществлять автоматическое согласование всех звеньев технологической цепи.
В зависимости от поставленной задачи исследования подъемной установки, ее можно представить как одномассовую динамическую модель или как многомассовую. Однако одномассовая динамическая модель подъемной установки позволяет оценить только усредненные динамические нагрузки подъемной системы. Такое исследование является необходимым для решения задачи по определению мощности приводного двигателя подъемной установки.
Многомассовая динамическая модель подъемной установки позволяет оценить более широкий спектр задач, связанных с исследованием динамических режимов подъемных установок. Такая модель представляет собой упрощенный энергетический аналог, в котором представленная реальная подъемная установка с ее сложной структурой и распределенной в составных элементах массой заменяется системой дискретных масс с невесомыми связями, характеризующимися определенными упругими и диссипативными свойствами.
Все связи в многомассовых системах электроприводов, начиная с двухмассовых, при нагружении элемента системы деформируются, так как механические связи не являются абсолютно жесткими. При изменениях нагрузки, массы имеют возможность взаимного перемещения, которые при данном приращении нагрузки определяются жесткостью связи. К механическим связям многомассовых систем электропривода можно отнести следующие элементы: валы, опоры, клиноременные передачи, зубчатые зацепления, канаты и т.д. Значительное влияние на динамику системы электропривода оказывают наибольшие массы и наименьшие по жесткости механические связи [55, 89, 91, 93].
При проведении исследований динамических свойств системы электропривода моменты инерции (массы) и жесткости реальных элементов обычно известны, а действующие в системе силы либо заданы, либо рассчитываются по исходным данным конструкции механизма и технологическим условиям.
Исследования кинематических усилий показывают, что неразветвленные механические схемы в большинстве практических случаев сводятся к трехмассовой системе в результате выделения главных масс и жесткостей [55, 89, 91, 93].
Подъемную установку со шкивами трения можно также представить как трехмассовую систему, где приводной двигатель представлен первой массой, груженый подъемный сосуд представлен второй массой, порожний подъемный сосуд представлен третьей массой. Канаты подъемной установки представлены механическими упругими связями между массами. Ввиду того, что длина подъемных канатов достаточно велика, упругие элементы можно представить как элементы с распределенными параметрами.
В работе [36] представлено описание математической модели трехмассовой ЭМС, рекомендации по повышению эффективности вертикальных подъемных установок, однако в математических моделях не учтены колебания, возникающие в упругих элементах при работе подъемной установки. Кроме того, модели подъемных установок не учитывают влияние систем управления на динамические процессы.
В работе [42] применены следующие допущения: т.к. наибольшее влияние на процессы в системе оказывает груженая ветвь каната при расположении в крайнем нижнем положении, то при математическом описании можно исключить из системы уравнений третью массу и представить расчетную схему механической части подъемной установки в виде двухмассовой системы. В результате рассмотрения реальных соотношений масс погрешность находится в пределах 10%, что не допустимо при определении качественной стороны протекающих процессов.
Исходя из этого, необходима разработка математических моделей трехмассовой ЭМС с различными структурами управления, учитывающие особенности работы подъемных установок.
Подъемной установке характерны режимы работы с частыми пусками, различными скоростями электропривода, различными моментами усилий. Ввиду чего происходит деформация упругих элементов, связанная с влиянием механических колебаний, вызванных характерными режимами работы подъемной установки. Проблема усугубляется тем, что наиболее опасные частоты, ведущие к разрушению механических конструкций, находятся в диапазоне от 1 до 10 Гц [41, 55, 91]. При расчете, как правило, пренебрегают неравномерностью массы по длине каната, которая обусловлена деформацией от собственного веса и внутренними силами в канате, на порядок превосходящие силы трения подъемного сосуда о направляющие.
При постановке задачи исследования основное значение имеют продольные колебания каната, а поперечные и крутильные колебания являются второстепенными. В частности, большую роль при деформации упругого элемента играет ограничение скорости изменения ускорения -рывок.
Увеличение надежности и долговечности упругих элементов может быть достигнуто снижением динамических нагрузок путем уменьшения колебательных процессов [55, 91]. Поэтому устранение колебательного характера нагрузок способствует повышению долговечности и эффективности эксплуатации оборудования.
В настоящее время существует несколько способов ограничения динамических нагрузок в упругих элементах ЭМС подъемных установок. В работах [4, 9, 10, 28, 38, 44, 47, 55, 91] представлены способы механического демпфирования колебаний. В качестве поглотителей энергии выступают гидравлические или пружинные муфты предельного момента. С помощью данных устройств возможно получение снижения максимальных нагрузок на 30 — 60%. Однако, внедрение муфт предельного момента и демпферов на механизмах связано с конструкционными трудностями, к тому же они имеют ограниченный срок службы.
Ограничение динамических нагрузок посредством использования демпфирующих свойств электропривода является наиболее перспективным. Усилиями научных коллективов под руководством В.И. Ключева, Н.Г. Переслегина, Г.Г. Соколовского и др. были выполнены исследования, которые составили теоретическую основу нового раздела автоматизированного электропривода — теории электромеханических систем с упругими механическими связями.
Вопросы оптимального управления многомассовой электромеханической системой с упругими механическими связями рассматриваются в работах [7, 14, 28, 37, 38, 45, 55, 57, 63, 75, 65, 64, 88, 91].
В частности, в работах [12, 13, 14, 33, 34, 35, 44, 46, 55, 64, 63, 88, 91] рассмотрены вопросы демпфирования упругих колебаний в электромеханической системе посредством электропривода. Предложены обобщенные параметры, позволяющие оценить эти демпфирующие свойства, а также методы оценки влияния упругих связей на динамические свойства электропривода с помощью коэффициента электромеханической связи.
Математическое описание разомкнутой трехмассовой ЭМС подъемной установки с учетом упругих свойств канатов
Многомассовая динамическая модель подъемной установки позволяет оценить более широкий спектр задач, связанных с исследованием динамических режимов подъемных установок. Модель представляет собой энергетический аналог, в котором реальная подъемная установка с ее сложной кинематической структурой и распределенной в составных элементах массой эквивалентируется системой дискретных масс с невесомыми связями, характеризующимися определенными упругими и диссипативными свойствами.
При проведении исследований динамических свойств системы электропривода моменты инерции (массы), жесткости реальных элементов обычно известны, а действующие в системе силы либо заданы, либо рассчитываются по исходным данным кинематической схемы механизма и технологическим условиям. После приведения их значений к базовой скорости представляется возможным, сопоставив приведенные значения моментов инерции и жесткостей, осуществить выбор главных масс и главных упругих связей и на этой основе составить корректную эквивалентную расчетную схему механической части многомассовой системы электропривода.
Исследования динамики электроприводов показывают, что неразветвленные расчетные механические схемы, в большинстве практических случаев, в результате выделения главных масс и жесткостей сводятся к трехмассовой системе [11, 12, 13, 14, 29, 44, 46, 55, 57, 91].
Подъемную установку можно представить как трехмассовую эквивалентную систему, где первая масса представляет собой вращающиеся элементы, вторая масса отображает груженый подъемный сосуд, третья масса отображает порожний подъемный сосуд. Механические упругие связи между массами отображают канаты подъемной установки.
Трехмассовые кинематические схемы подразделяются на линейные и кольцевые. Эквивалентная расчетная схема трехмассовой линейной системы представлена на рис.2.1. Эквивалентная расчетная схема кольцевой трехмассовой системы представлена на рис.2.2. Отличием кольцевой схемы от линейной является наличие замкнутого механического контура, состоящего из трех масс, соединенных между собой упругими элементами. Линейная схема эквивалентна двухконцевой подъемной установке без хвостового каната. Кольцевая схема эквивалентна двухконцевой подъемной установке с хвостовым канатом. Исходя из простоты схемы, следует принять к более детальному рассмотрению линейную трехмассовую схему двухконцевой подъемной установки.
Уравнения механических связей устанавливают соотношения между скоростями ее элементов. Наиболее общей формой записи дифференциальных уравнений движения являются уравнения движения в обобщенных координатах (уравнения Лагранжа) [11, 29, 44, 55, 57, 91]. дЬ dt а?,. dq, L = Wt-W„, где: L — функция Лагранжа, разность кинетической и потенциальной энергии, выраженная через обобщенные координаты д,- и обобщенные координаты qt; Ot -8Aij5qi - обобщенная сила, определяемая суммой элементарных работ SAt всех действующих сил на возможное перемещение Sqt; Wk — запас кинетической энергии системы, выраженный через обобщенные координаты qt и обобщенные координаты qi; W„ — запас потенциальной энергии системы, выраженный через обобщенные координаты д, и обобщенные координаты qt. Для трехмассовой ЭМС подъемной установки, представленной на рис.2.1, обобщенными координатами являются угловые перемещения масс ері, М,, J3 a Рисунок 2.1 Эквивалентная расчетная схема трехмассовой линейной системы Рисунок 2.2 Эквивалентная расчетная схема трехмассовой кольцевой системы ср2, (рз, им соответствуют обобщенные скорости 00;, со2, соз- Для данной системы функция Лагранжа имеет вид: " 2 2 2 2 2 Подставляя функцию Лагранжа в уравнение Лагранжа получаем математическое описание механической части линейной трехмассовой ЭМС подъемной установки: М - (М21 -Ми) = Jxpcox; М21 -Мс2 =J2pa 2; -Mu+Mc3=J3pa 3 (2.1) pM2l =С21(й , -а 2); где: М— момент приводного двигателя; Мі і — приведенный момент упругих сил между двигателем и груженым подъемным сосудом; М13 — приведенный момент упругих сил между двигателем и порожним подъемным сосудом; Ji — приведенный момент инерции первой массы, включая момент инерции двигателя, редуктора, органа навивки, направляющих шкивов; CDJ — угловая скорость вращения двигателя; Мс2 — приведенный статический момент груженого подъемного сосуда; J2 — приведенный момент инерции второй массы, груженого подъемного сосуда; со2 — приведенная к угловой скорости двигателя скорость груженого подъемного сосуда; Мсз - приведенный статический момент порожнего подъемного сосуда; J3 — приведенный момент инерции третей массы, порожнего подъемного сосуда; со з — приведенная к угловой скорости двигателя скорость порожнего подъемного сосуда; С?/ -приведенный коэффициент жесткости струн каната между органом навивки и груженым подъемным сосудом; С із — приведенный коэффициент жесткости струн каната между органом навивки и порожним подъемным сосудом.
Приведенные моменты инерции и коэффициенты жесткости струн канатов между органом навивки подъемными сосудами определяются следующим образом: 1. В качестве функциональной схемы механической части подъемной установки принимается схема, изображенная на рис.2.3; в качестве расчетной схемы принимается трехмассовая линейная схема двухконцевой подъемной установки (рис.2.4);
Определяется приведенный радиус вращения как отношение скорости подъемного сосуда vc к угловой скорости двигателя шдв, или отношения диаметра органа навивки (барабана) D к двойному значению передаточного числа редуктора :
Методология синтеза структур управления при параллельной и смешанной коррекции координат
В системе управления ЭМС с параллельной коррекцией координат возможно применение ограниченного количества обратных связей для достижения заданных демпфирующих свойств системы. Ограничение числа обратных связей связанно со значительным усложнением настройки системы управления при их увеличении. Использование минимального числа обратных связей накладывает жесткие ограничения по их применению. В связи с этим необходимо провести исследования и определить допустимые области демпфирования колебаний в ЭМС подъемной установки при использовании структуры с параллельной коррекции координат.
Для определения областей демпфирования в ЭМС подъемной установки при использовании структур управления с параллельной коррекцией координат целесообразно воспользоваться методом нормированных передаточных функций, в котором корни нормированного полинома имеют нефиксированные значения 4l/2. Так как параметры обратных связей входят в выражения для собственного оператора в различных комбинациях, то необходимо выбрать такое сочетание обратных связей, чтобы их количество было минимальным.
Решая систему уравнений (3.7) относительно z, получаем уравнение граничных значений областей существования жесткой и гибкой Тождественность параметров гибкой и жесткой обратных связей по упругому моменту нагрузки обеспечивается равенством соответствующих Л и тп в уравнениях системы (3.6). Полученная система из двух уравнений позволяет установить соотношения между параметрами ЭМС подъемной установки и коэффициентами обратных связей по току.
Область существования жесткой и гибкой отрицательных обратных связей по упругому моменту нагрузки при параллельной коррекции координат (вариант 1) Таким образом, демпфирование колебаний в ЭМС подъемной установки посредством применения жесткой и гибкой отрицательной обратной связи по упругому моменту нагрузки возможно в области параметров ЭМС, представленной на рис.3.1. Исследуя область существования структуры управления с параллельной коррекцией координат содержащей гибкие отрицательные
Методика предназначена для синтеза структур управления при параллельной коррекции координат ЭМС подъемной установки, которая рассматривается в виде трех сосредоточенных масс. Методика предусматривает оптимальный выбор структуры системы управления электромеханической системой по критерию максимального ограничения динамических нагрузок и расчету параметров выбранной структуры в случае нарушения условий естественного демпфирования колебаний. Выбранная структура системы управления обеспечивает ограничение динамических нагрузок в трехмассовой ЭМС с относительным коэффициентом затухания колебаний равным 0,707.
Определение параметров электромеханической системы подъемной установки Для расчета необходимо определить следующие параметры: к2 =J2/J] - относительное значение момента инерции второй массы; k =J /Jl - относительное значение момента инерции третьей массы; п = Сп/С21 - относительное значение коэффициента жесткости; C2] - приведенная жесткость струн каната между органом навивки и груженым подъемным сосудом; Сп - приведенная жесткость струн каната между органом навивки и порожним подъемным сосудом; у = (./, + J2 + J3)/./, = 1 + k2 + k3 - относительный момент инерции трехмассовои электромеханической системы; «// — приведенный момент инерции первой массы, включая момент инерции двигателя, редуктора, органа навивки, направляющих шкивов; J2 - приведенный момент инерции второй массы, груженого подъемного сосуда; Js — приведенный момент инерции третей массы, порожнего подъемного сосуда.
В связи с тем, что вариант с гибкими отрицательными обратными связями по току и упругому моменту нагрузки; жесткими отрицательными обратными связями по току и упругому моменту нагрузки вводит ограничение на применение, рассмотрена будет система с параллельной коррекцией координат с гибкими отрицательными обратными связями по току и упругому моменту нагрузки и жесткими отрицательными обратными связями по скорости и упругому моменту нагрузки.
Синтез структуры с параллельной коррекцией координат трехмассовой ЭМС подъемной установки при учете упругих механических связей считается завершенным, если определены все значения величин дополнительных обратных связей, по которым производится настройка системы управления. Настройка обеспечивает заданные динамические свойства трехмассовой ЭМС: минимальное время регулирования; минимально возможное перерегулирование; ограничение динамических нагрузок с заданным относительным коэффициентом затухания.
