Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Построение, исследование и оптимизация динамики ЭМС двухроторных вибрационных установок 9
1.1. Унифицированные системы электропривода многороторных вибрационных установок 9
1.2. Математическое описание механической части двухроторных вибрационных установок 28
1.3. Построение и оптимизация СЭП виброустановок с регулированием угла рассогласования между роторами 39
1.4. Исследование взаимосвязанной САРС с поворотными осями дебалансных роторов 45
1.5. Исследование взаимосвязанной электромеханической системы вибростенда при различной массе продукта на платформе и синфазном вращении роторов 50
1.6. Построение взаимосвязанной СЭП для стабилизации режимов
работы виброустановки 53
1.7. Исследование СЭП с поворотными осями дебалансных роторов и вариацией угла рассогласования между ними 57
1.8. Оптимизация динамики вибрационной установки при вариации массы груза на платформе 62
1.9. Разработка системы управления перемещением груза по платформе 66
1.10. Построение имитационной модели взаимосвязанной ЭМС и исследование динамики перемещения груза по платформе 70
Выводы по главе 1 75
ГЛАВА 2. Разработка, исследование и оптимизация динамики ЭМС трехроторных вибрационных установок 78
2.1. Математическое описание механической части трехроторных вибрационных установок 78
2.1.1. Разработка кинематики виброустановки 78
2.1.2. Уравнения динамики механической части виброустановки 2.2. Построение и оптимизация взаимосвязанной СЭП 82
2.3. Исследование СЭП трехроторной вибрационной установки 83
2.4. Введение контура линейных колебаний с обратной связью по положению платформы по оси Y 86
2.5. Построение имитационной модели и исследование системы со стабилизацией линейных колебаний платформы по оси Y 88
2.6. Построение имитационной модели и исследование системы со стабилизацией линейных колебаний платформы по осям Y, Z, X 90
2.7. Построение математической модели перемещения груза по наклонной платформе трехроторной вибрационной установки 95
2.8. Построение имитационной модели трехроторной вибрационной установки для исследования перемещения груза по платформе 98
2.9. Исследование динамики перемещения груза по платформе с регулированием фазового рассогласования роторов и вариации угла наклона платформы 101
2.10. Исследование динамики перемещения груза по платформе с регулированием угла рассогласования роторов и вариации коэффициента трения 106
Выводы по главе 2 110
ГЛАВА 3 . Разработка, исследование и оптимизация динамики ЭМС шестироторных вибрационных установок 112
3.1. Математическое описание механической части шестироторных вибрационных установок 112
3.1.1. Разработка кинематики виброустановки 112
3.1.2. Уравнения динамики механической части вибрационной установки
3.2. Построение и оптимизация взаимосвязанной СЭП 116
3.3. Исследование СЭП шестироторной вибрационной установки 120
3.4. Исследование СЭП при изменении углов рассогласования роторов 126
3.5. Введение контуров стабилизации линейных и угловых колебаний с обратной связью по положению платформы по осям X,Y,Z 128
Выводы по главе 3 135
Заключение 137
Библиографический список
- Построение и оптимизация СЭП виброустановок с регулированием угла рассогласования между роторами
- Разработка кинематики виброустановки
- Уравнения динамики механической части вибрационной установки
- Введение контуров стабилизации линейных и угловых колебаний с обратной связью по положению платформы по осям X,Y,Z
Введение к работе
Актуальность работы. Примерами использования вибрационных установок являются грохоты для горнорудной промышленности, машины для вибрационного погружения и выдергивания свай, шпунта и труб, вибрационные дорожные и строительные машины для трамбования грунта и формирования железобетонных изделий, машины для изготовления литейных форм и выбивки опок, многочисленные вибрационные устройства для транспортирования насыпных грузов и штучных изделий, вибрационные насосы для перекачки жидкостей. В машиностроении такие устройства применяются для виброшлифования, виброгалтовки, перемешивания металлических расплавов, виброобкатки, рубки и обработки ударами; в сельском хозяйстве - для вибросортировки, вибротранспортирования, встряхивания; в пищевой промышленности - для расфасовки, упаковки и сушки; в текстильной промышленности - для прокидки челноков и раскладки нитей при намотке; в медицине - системах искусственного кровообращения; в оптической механике и радиолокации - для создания различных траекторий сканирования и так далее. Электромеханические системы колебательного движения также имеют широкое применение в испытательных, измерительных и калибровочных вибростендах. В то же время общий принцип работы позволяет рассматривать их как единый тип устройств. Значительная часть вибрационных установок оснащена электромеханическими вибровозбудителями, выполненными на основе несбалансированных роторов (дебалансов), приводимых во вращение электроприводом. В настоящее время работа большинства виброустановок базируется на использовании морально устаревших электроприводов и неэффективных алгоритмов управления, осуществляющих выдачу сигнала на запуск и поддержание скорости дебалансов на заданном уровне, как правило, в зарезонансной зоне. При этом виброустановки имеют низкое качество регулирования режимов работы, что в большинстве случаев снижает эффективность их функционирования. Электродвигатели для привода дебалансов выбираются на мощность, необходимую для обеспечения прямого пуска, и в установившемся режиме работают с существенной недогрузкой, что обуславливает неудовлетворительную энергетику приводов.
Некоторые из задач решались в работах, проведенных Н. Х. Базаровым, учеными Санкт-Петербургского политехнического университета А. С. Кельзоном, Л. М. Малининым, А. А. Первозванским, работах профессоров ИПМаш РАН И. И. Блехманом, А. Л. Фрадковым, Санкт-Петербургского института машиностроения В. М. Шестаковым, О. П. Томчиной, А. Е. Епишкиным, а также в работах ряда зарубежных авторов. Кроме того, необходимо отметить труды в областях, близких к исследуемой: это системы с упругими связями и следящие системы. Здесь большая роль принадлежит таким ученым, как Ю. А. Борцов, В. Л. Вейц, С. А. Ковчин, А. Е. Козярук, В. А. Новиков, Л. Н. Рассудов, О. А. Соколов, Г. Г. Соколовский.
Однако существующие разработки не охватывают все аспекты проблемы и посвящены, главным образом, квазиустановившимся режимам работы однороторных виброустановок. В литературе практически отсутствуют сведения о синтезированных системах, обеспечивающих управляемые и стабилизированные процессы, в особенности для многороторных установок.
Одним из путей повышения качества работы электромеханических систем (ЭМС) вибрационных установок (ВУ) является разработка новых многороторных структур с индивидуальными электроприводами, расширяющих спектр возможностей по управлению пространственными колебаниями виброплатформы.
В работе рассмотрен комплекс вопросов построения и функционирования двух-, трех- и шестироторных ВУ с исследованием квазиустановившихся и динамических режимов работы взаимосвязанных электромеханических систем.
Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы "Интеграция" (проект № 2.1-589), направленной на координацию академической (ИПМаш РАН) и вузовской науки (СПбГЭТУ, СПбИМаш, СПбГБТУ).
Цель диссертационной работы заключается в разработке, исследовании и оптимизации взаимосвязанных ЭМС, обеспечивающих рациональное функционирование прецизионных многороторных виброустановок в квазиустановившихся и динамических режимах, определение общих принципов их построения и унифицированных способов оптимизации динамики САУ.
Задачи исследований:
-
Разработка эквивалентных математических и структурных имитационных моделей электромеханических объектов двух-, трех- и шестироторных прецизионных ВУ;
-
Разработка, построение и оптимизация систем автоматического управления многодвигательными электроприводами ВУ;
-
Построение математических и имитационных моделей ЭМС двух- и трехроторных ВУ с наклонной виброплатформой с учетом перемещения продукта (груза);
-
Проведение многофакторных компьютерных имитационных исследований динамики ЭМС многороторных прецизионных ВУ с генерацией регулируемых плоскостных и пространственных колебаний платформы в заданном множестве режимов функционирования;
-
Создание научно-обоснованных подходов к проектированию ЭМС прецизионных многороторных установок.
Методы исследований. Для получения достоверных и обоснованных научных результатов были применены современные апробированные расчетно- аналитические и машинные методы. Исследование предложенных решений и рекомендаций проводилось путем имитационного моделирования в среде Simulink пакета MATLAB.
Выносимые на защиту результаты:
-
-
Эквивалентные математические и структурные имитационные модели электромеханических объектов двух-, трех- и шестироторных ВУ;
-
Способы построения и оптимизации систем автоматического управления многодвигательными электроприводами установок;
-
Математические и имитационные модели ЭМС двух- и трехроторных ВУ с наклонной виброплатформой с учетом перемещения продукта (груза);
-
Многофакторные компьютерные имитационные исследования динамики ЭМС многороторных ВУ в заданном множестве режимов работы с генерацией регулируемых плоскостных и пространственных колебаний платформы;
-
Научно-обоснованные рекомендации по проектированию ЭМС многороторных установок.
Научная новизна результатов, выносимых на защиту:
-
-
-
Показано, что применение многороторных механизмов с индивидуальными электроприводами и унифицированных систем автоматического регулирования дает возможность значительно расширить область рабочих режимов ВУ и обеспечить управляемые колебания исполнительных органов по заданным координатам;
-
Создано необходимое множество структурных имитационных моделей ЭМС на основе сформированных математических модулей механической и электрической частей агрегатов;
-
Предложены рациональные способы иерархического построения и оптимизации многосвязных САУ для 2-х, 3-х и 6-ти роторных установок;
-
Разработаны математические модели ЭМС 2-х и 3-х роторных ВУ с поворотной виброплатформой и исследованы режимы перемещения груза при вариации механико-технологических параметров объекта;
-
Выполнены многофакторные компьютерные исследования оптимизированных ЭМС, подтвердившие адекватность разработанных моделей и высокое качество функционирования агрегатов в квазиустановившихся и динамических режимах.
Достоверность и обоснованность результатов достигнута применением адекватных математических моделей ЭМС, использованием совокупности апробированных расчетно-аналитических и компьютерных методов исследования динамики, а также тщательным анализом и сопоставлением полученных характеристик систем.
Практическая ценность работы обуславливается применением разработанных рекомендаций при проектировании нового класса высококачественных агрегатов в следующих отраслях:
высокопроизводительные ВУ для строительной и горно-металлургической промышленности;
автоматизированные ВУ для машиностроения;
испытательные вибростенды для контроля качества изделий на площадках и
полигонах;
прецизионные вибростенды для приборостроения;
В данной работе научно обоснованы принципы построения и способы оптимизации ЭМС многороторных установок, обеспечивающих широкий спектр управляемых пространственных колебаний исполнительных органов.
Результаты диссертационной работы могут быть использованы на предприятиях-изготовителях ротационных виброустановок (завод «Красный маяк», г. Ярославль), в научно-исследовательских институтах (ИПМаш РАН, г. Санкт-Петербург) и отраслевых проектно-конструкторских организациях (ОАО «Механобр-техника», г. Санкт-Петербург). Кроме того, применение материалов диссертации в учебном процессе по курсам «Теория автоматического управления», «Автоматизированный электропривод», «Автоматизация технологических процессов и производств», а также при дипломном проектировании позволяет повысить качество учебного процесса и подготовки инженеров по специальности 1406.04 - «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», 2203.01 - Автоматизация технологических процессов и производств» и др.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «НЕДЕЛЯ НАУКИ СПбГПУ» (XXXVII, XXXVIn, XXXIX и XL) в секции «Системы автоматического управления электромеханическими объектами и электротехническими комплексами», на международной научно-технической интернет-конференции Пермского Государственного Технического Университета, а также на научно-технических семинарах кафедры АТПиП ПИМаш.
Публикации по теме работы. По работе имеется 9 печатных работ, 2 из которых опубликованы в ведущих изданиях из списка ВАК, 2 в рецензируемых изданиях и 5 работ в материалах международных и всероссийских научно- технических конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав с выводами и заключения, изложена на 150 машинописных страницах, включает 86 рисунков и содержит список литературы из 107 наименований, включая отечественных и зарубежных авторов, а также ссылок на интернет-ресурсы.
Построение и оптимизация СЭП виброустановок с регулированием угла рассогласования между роторами
Исходя из вышесказанного, применение ДПТ в приводах вибрационных установок (ВУ) целесообразно рекомендовать в многороторных прецизионных системах с фазовым регулированием координат для процессов вибрационной диагностики и в вибрационных дозаторах с мощностями до 1 кВт.
Вместе с тем при мощностях свыше 1 кВт для создания промышленных систем электропривода с глубоким регулированием скорости или мощности наиболее перспективными представляются вентильные электродвигатели (ВД) с возбуждением от постоянных магнитов.
Современные вентильные двигатели выполняются на базе синхронных машин с возбуждением от расположенных на роторе постоянных магнитов. Магниты изготовляются из редкоземельных элементов (например, неодим-железо-бор) и обладают высокой коэрцитивной силой. Наряду с главным достоинством двигателей с постоянными магнитами — отсутствием щеточного контакта, применение постоянных магнитов обеспечивает и ряд их других положительных качеств. Они обладают малым моментом инерции ротора, простой системой охлаждения, так как на роторе нет нагреваемых током нагрузки обмоток, и лучшим КПД из-за отсутствия потерь на возбуждение. В сочетании с высокой статической точностью и большим возможным диапазоном регулирования скорости эти свойства могут оказаться решающими аргументами при выборе привода с вентильным двигателем, несмотря на более высокую, чем у привода с асинхронным двигателем, стоимость.
Синхронные машины, на основе которых создаются вентильные двигатели, выпускаются многими отечественными [Ленинградский Завод Судового Оборудования (ЛЗСО), концерн KLG (в состав которого входят Завод Крупных Электрических Машин, Южэлектромаш, Электромашина и НЕОКЭМ (правопреемник ЦПКТБ КЭМ) и др.] и зарубежными электротехническими фирмами [Siemens, ABB, Sew-Eurodrive и др.]. По конструктивному исполнению их можно разделить на бескорпусные двигатели встраиваемого исполнения, которые вписываются в конструкцию исполнительного органа рабочей машины, и корпусные двигатели, конструкция которых близка к конструкции электрических машин общепромышленного применения.
Пример электропривода с вентильным двигателем (ВД) на основе двухфазной синхронной машины с постоянными магнитами на роторе представлен на рисунке 1.6,а [78]. На обмотки статора А и В, сдвинутые в пространстве друг относительно друга на угол 90 эл. град., подаются синусоидальные напряжения переменного тока щА и и1В. Для образования кругового вращающегося магнитного поля эти напряжения должны быть сдвинуты друг от друга на Q){t = 90 во времени. Силовые преобразователи СП усиливают входные синусоидальные сигналы щА и щв, поступающие с преобразователя координат (ПК). Преобразователь координат преобразует сигналы постоянного тока ucd и ис в сигналы переменного тока. Вращающаяся с синхронной скоростью система координат называется системой d—q. Вектор потока постоянных магнитов Ф0 и вектор потокосцепления статора от этого потока y/Q = Ф0м/,, жестко связанные с ротором, направлены по продольной оси d. Вектор i/70 показан на рисунке 1.6,6. Угол вс, представляющий собой текущее значение угла поворота вращающейся системы координат d—q относительно неподвижной системы координат х—у, является и углом поворота ротора в электрическом пространстве. Он измеряется датчиком положения ротора (ДПР), которым в приводе с двигателем ДБМ служит синусно-косинусный вращающийся трансформатор. В дальнейшем будем считать, что датчик положения ротора установлен так, что измеряемый им угол 9С равен нулю при совпадении оси d вращающейся системы координат с осью х неподвижной системы координат.
Для описания электромагнитных процессов удобно воспользоваться функциональной моделью ВД, представленной на рисунке 1.7. Математическая модель может быть представлена в виде системы уравнений для проекций обобщенных векторов на оси вращающейся системы координат: uu=R\hd + PVid-aWxq\ (1-17) uiq=RJiq + Piq-Wid (1.18) Вектор потока направлен по оси d вращающейся системы координат d-q. Так же направлен и вектор составляющей потокосцепления статора от потока постоянных магнитов, т.е. y/Qd =ц/0, y/0q =0. В случае, если машина выполнена с неявнополюсным ротором, индуктивности статора по продольной и поперечной осям равны друг другу, т.е. Ц - Lid - Llq.
Момент ВД определяется формулой: Откуда следует, что при i//0 = const Мд однозначно определяется составляющей тока iiq. Следовательно, наиболее экономичным режимом работы вентильного двигателя является такой, при котором iid = 0, что соответствует наименьшему значению тока, потребляемого при данной нагрузке.
Разработка кинематики виброустановки
Как видно из пункта 1.5, параметры колебаний вибрационной установки в значительной степени зависят от нагрузки на платформе. Исследуем возможность стабилизации колебаний платформы в плоскости XY с помощью средств коррекции САУ. Рассмотрим предложенный в п. 1.5 вариант коррекции САУ, представленный имитационной моделью на рисунке 1.26, где обозначены: ZLK, ZUK - задатчики линейных и угловых колебаний; DLK, DUK - датчики линейных и угловых колебаний; RLK, RUK - регуляторы линейных и угловых колебаний; и - блоки выделения модуля сигналов. Параметры РЛК и РУК соответствуют настройкам, рекомендованным выше.
Было произведено имитационное моделирование СЭП при набросе нагрузки массой 5 кг (рисунки 1.37, 1.39), а также при линейно нарастающей досыпке груза с 10-й по 25 секунду со значения 0 до 5 кг. (рисунки 1.38, 1.40). Из графиков видно, что СЭП стабилизирует амплитуду вертикальных и угловых колебаний в процессе нагружения платформы при вариации а, от 0 до л/4, что является вполне достаточным для промышленных виброустановок. m Имитационная модель взаимосвязанной ЭМС двухроторной вибрационной установки после оптимизации САУ
Графики линейных и угловых колебаний при а, =0;а2 =0 в системе со стабилизацией колебаний при плавном возрастании нагрузки Графики линейных и угловых колебаний при а, =45;а2 =45 в системе со стабилизацией колебаний при плавном возрастании нагрузки
Рассмотрим кинематическую схему двухроторной вибрационной установки с грузом, движущимся по наклонной платформе (рисунок 1.41). На рисунке введены обозначения: Г - груз; П - платформа; тг - масса груза; VY линейная скорость перемещения груза; аг - линейное ускорение груза; ST перемещение груза; ап - угол наклона платформы; Fr - сила тяжести груза; Б1 - боковое усилие от силы FT; Fy - Fiy + F2y - вынуждающая сила дебалансных роторов на ось Y; Fs - реакция опоры, действующая на груз со стороны платформы; Б2 - боковое усилие от силы FB; н — сила нормального давления груза; F - сила трения; g = 9,8м/с - ускорение свободного падения; /и - коэффициент трения, который для большинства пар материалов
На основании (1.70) - (1.72) можно построить структуру модели, показанную на рисунке 1.42. В данной модели возможен случай, когда аг 0 при F FEL, т.е. реально груз не перемещается по платформе, поэтому отрицательные значения аг следует исключить из рассмотрения. перемещения груза по платформе Таким образом, динамическая структурная схема механической части двухроторной виброустановки с учетом перемещения груза по платформе примет вид, представленный на рисунке 1.43. sin(-)
Динамическая структурная схема механической части двухроторной виброустановки с учетом перемещения груза по платформе 1.10. Построение имитационной модели взаимосвязанной ЭМС с поворотными осями дебалансных роторов с учетом перемещения груза по платформе
На основании имитационной модели двухроторной виброустановки и ДСС (рисунок 1.43) можно в пакете Matlab Simulink создать соответствующую модель взаимосвязанной электромеханической системы (ВЭМС) с учетом перемещения груза по платформе. При перемещении груза сопротивлением воздушной среды пренебрегаем. Данная модель представлена на рисунке 1.44. При этом учет динамики груза производится в подсистеме «gruz» модели. При исследовании ВЭМС дебалансные роторы выводятся на околорезонансную скорость сод =30 с-1 при их синфазном вращении.
Имитационная модель ЭМС двухроторной вибрационной установки с учетом перемещения груза по платформе
На рисунке 1.45 представлены графики аг, Vr и ST груза массой 5 кг при углах наклона платформы ап=Ю и 15 с коэффициентом трения ц=0,5. На рисунке 1.46 построены графики изменения аг, VY, ST от коэффициента трения ju при 0=0 за время моделирования 10с при шг = 5 кг. Из графиков видно, что с увеличением угла наклона платформы, при том же значении ц, достигаются большие величины ускорений, скоростей, и, как следствие, грузом проходится больший путь.
На рисунке 1.47 представлены графики изменения аг, Vr, Sr от массы груза тг при вариации ап для /л =0,5. Из графиков видно, что при увеличении mr значения ускорения, скорости и пути груза уменьшаются, что связано с увеличением силы трения и снижением амплитуды колебаний платформы.
Из полученных результатов следует, что применение оптимизированной ВЭМС двухроторной ВУ с поворотной платформой позволяет получить достаточно широкое множество технологических режимов установки с заданными траекториями колебаний и перемещения продукта (груза).
Уравнения динамики механической части вибрационной установки
Если динамическую структурную схему для расчета перемещения груза на платформе (рисунок 2.15) включить в состав имитационной модели трехроторной вибрационной установки, выполненной в Matlab Simulink (рисунок 2.10), то получим имитационную модель взаимосвязанной электромеханической системы для проведения многофакторных исследований. При этом систему учета перемещения груза по платформе для наглядности представления и удобства отладки рационально выполнить в виде подсистемы, представленной на рисунке 2.16 в виде подсистемы. При этом переключатели Switchl, Switch2, Switch3, управляемые с помощью блока Step, задающего выдержку времени, позволяют начинать данные измерения не с нулевого момента времени, а с произвольно выбранного. Данное обстоятельство позволяет избежать влияния переходных процессов при пуске вибрационной установки на результаты моделирования перемещения груза.
Имитационная модель трехроторной вибрационной установки с системой учета динамики перемещения груза по платформе (ускорение, скорость и пройденный грузом путь) представлена на рисунке 2.17.
Исследование динамики перемещения груза по платформе с регулированием фазового рассогласования роторов и вариации угла наклона платформы На основе имитационной модели трехроторной виброустановки с учетом перемещения груза по платформе (рисунок 2.17) рассмотрим динамику его перемещения. Поскольку полученная модель позволяет исследовать динамику установки в плоскости YX, то будем рассматривать только те сочетания углов рассогласования роторов, которые обуславливают колебания в данной плоскости. Исходя из этого, ограничимся исследованием сочетаний: Єі2=0, Є13=180; Є,2=45, Є13=135; 0,2=9О, Є13=90; Є12=135, 9із=45; 012=180, 9і3=0. Коэффициент трения между платформой и грузом примем равным 0,5.
На рисунке 2.18 представлены графики изменения ускорения, скорости и пройденного грузом пути при 012=0, 0 із= 180 для масс груза 5 кг и 10 кг с углом наклона платформы ап=5. Из графиков видно, что форма колебаний ускорения имеет импульсный характер.
В целях более компактного представления результатов моделирования целесообразно скомпоновать их в виде номограмм ускорений, скоростей и пройденных грузом путей.
На рисунках 2.19 - 2.21 представлены соответственно номограммы ускорения, скорости и пройденного грузом пути в зависимости от соотношения 012 и 0із, а также вариации ап и тг.
Из номограмм видно, что увеличение массы груза при прочих равных условиях вызывает снижение величины ускорения, а также, как следствие, снижаются скорость и пройденный грузом путь. Это связано со снижением амплитуды линейных колебаний платформы при увеличении нагрузки. Снижение ускорения груза будет наблюдаться вплоть до его полной остановки, что связано с недостаточностью величин вынуждающих сил для преодоления силы трения груза о поверхность платформы.
Увеличение угла наклона платформы приводит к увеличению ускорения, скорости и пройденного грузом пути, что полностью соответствует физическим представлениям.
Исследование динамики перемещения груза по платформе с регулированием угла рассогласования роторов и вариации коэффициента трения.
Рассмотрим динамику перемещения груза при углах рассогласования между роторами, как в п.2.9. При этом масса груза будет неизменной тг=10кг, а коэффициент трения ц между платформой и грузом в данном случае будет варьироваться.
Также как и ранее, результаты моделирования представим в виде номограмм. На рисунках 2.22 - 2.24 представлены соответственно номограммы ускорения, скорости и пройденного грузом пути в зависимости от соотношения 012 и 013, а также вариации ап и ц. 0.1 02 03 0А OS
Результаты исследований, проведенных во второй главе, могут быть сформулированы следующим образом:
1. На основе разработанного математического описания создана структурная имитационная модель для исследования колебаний платформы трехроторной виброустановки.
2. Синтезированы структуры и параметры регуляторов линейных колебаний платформы, выполнено имитационное исследование работы взаимосвязанных ЭМС, подтверждающее достаточно высокое качество функционирования ЭМС виброустановки в условиях вариации массы платформы.
3. Произведено исследование СЭП трехроторной вибрационной установки со стабилизацией линейных колебаний платформы при введении дополнительных средств коррекции по координатам Y, Z, X в условиях вариации массы груза.
4. Построены зависимости амплитуд колебаний платформы для различных значений угла рассогласования 0)3 в функции от 0i2, иллюстрирующие достаточно широкие возможности управления амплитудой колебаний платформы по координатам Y, Z, X.
5. Разработана динамическая структурная схема для исследования динамики перемещения груза по платформе трехроторной вибрационной установки.
6. Построены номограммы ускорения, скорости и пройденного грузом пути при перемещении груза по платформе трехроторной вибрационной установки с регулированием фазового рассогласования роторов и вариации угла наклона платформы. Из номограмм следует, что увеличение массы груза при прочих равных условиях обуславливает снижение ускорения, скорости и пройденного грузом пути. Это связано со снижением амплитуды линейных колебаний платформы при увеличении нагрузки. Снижение ускорения груза будет
Введение контуров стабилизации линейных и угловых колебаний с обратной связью по положению платформы по осям X,Y,Z
На основании изложенного выше, при помощи пакета MATLAB Simulink [21] построена имитационная модель (рисунок 3.3), на которой проведены исследования динамики взаимосвязанной электромеханической системы. На рисунках 3.4 - 3.9 раскрыто содержимое блоков подсистем, представленных на рисунке 3.3.
Имитационная модель построена на базе типовых математических моделей механической и электрической частей ЭМС, разработанных и использованных в предыдущих главах. Приводы дебалансов с замкнутыми контурами тока и скорости, находятся в подсистемах ServoDrive (рисунок 3.4). Выходами подсистем является моменты двигателей Md. Роторы дебалансов расположены в подсистемах Rotor (рисунок 3.4). Выходами данных подсистем являются проекции вынуждающих сил, действующих на виброплатформу, а также угловые скорости дебалансов. Модель механической части виброплатформы разделена на три подсистемы Platform с проекциями по осям Y, Z и X (рисунки 3.7 - 3.9). Выходами подсистем являются линейные движения виброплатформы, а также их производные. Подсистема Interconnect реализует сложение проекций вынуждающих сил дебалансов в проекции суммарных вынуждающих сил и моментов, действующих на виброплатформу по каждой координате (рисунок 3.6).
При моделировании на 15-й секунде ступенчато изменялась нагрузка платформы (тг=12 кг), где видно существенное изменение параметров колебаний платформы (рисунок 3.10). Таким образом становится очевидным, что необходима коррекция системы с целью стабилизации параметров колебаний при вариации массы платформы.
При помощи имитационной модели, представленной на рисунке 3.3, проведем исследование СЭП шестироторной вибрационной установки при изменении углов рассогласования роторов для анализа возможности управления колебаниями платформы. На рисунке 3.11 показаны зависимости колебаний платформы при вариации углов в п , в 15 между парами роторов при нулевых значениях углов рассогласования внутри пар. Из графиков видно, что колебания платформы по оси Y не зависят от угла в із, а колебания по оси X инвариантны углу 0 \$, что обусловлено ортогональностью осей Y и X к плоскостям вращения 2-й и 3-й пар дебалансных роторов соответственно. Вместе с тем очевидна возможность управления колебаниями платформы по всем шести координатам при обеспечении независимого регулирования по двум линейным и трем угловым координатам.
На рисунке 3.12 представлена структурная схема управления шестироторной вибрационной установкой со стабилизацией линейных и угловых колебаний. Концепция построения данной СЭП состоит в том, что на вход контура скорости ведущего привода вводится наложенное вибрационное управление по всем линейным колебаниям с отдельными регуляторами линейных колебаний (РЛК) [15]. При этом РЛК воздействуют на САРС1, изменяя положение рабочей точки сос на резонансной характеристике в пределах сос = (0,7...0,9)о)уп {соуп - резонансная частота упругих колебаний платформы).
Также, помимо РЛК, вводятся контуры регулирования угловых колебаний (РУК). При этом задатчики положения осуществляют начальное задание углов рассогласования роторов, а задатчики угловых колебаний (ЗУК) - задание амплитуд угловых колебаний. Контуры угловых колебаний, состоящие из датчиков угловых колебаний, блоков выделения модуля и регуляторов угловых колебаний, осуществляют коррекцию сигналов задатчиков с учетом заданных величин ЗУК и сигналов обратных связей рп, у/п, х„ Передаточная функция разомкнутого контура линейных колебаний платформы может быть записана в виде:
Данная настройка позволяет в первом приближении выбрать параметры регулятора угловых колебаний (РУК).
На рисунке 3.13 представлена имитационная модель ЭМС со стабилизацией колебаний по максимальному количеству координат. При моделировании на 15-й секунде ступенчато на 12 кг изменялась нагрузка платформы (рисунок 3.14). Также рассмотрен вариант плавного увеличения нагрузки до 12 кг с 10 до 25 секунды (рисунок 3.15). При введении системы стабилизации контуры угловых колебаний осуществляют регулирование углов рассогласования дебалансов, что приводит к стабилизации амплитуд колебаний по двум линейным Y, X и трем угловым фп, і/п, Хп координатам. При этом амплитуда колебаний по оси Z несколько уменьшается.
Похожие диссертации на Разработка, исследование и оптимизация взаимосвязанных электромеханических систем многороторных вибрационных установок
-
-
-
