Разработка электротехнических комплексов крановых механизмов с учетом влияния упругостей троса Акулов Олег Владимирович

Содержание к диссертации

Введение

1 Анализ современного состояния вопроса и постановка задач 11

1.1 Обобщённая математическая модель силовой части электроприводов крановых механизмов 17

1.2 Анализ типовых диаграмм движения электроприводов крановых механизмов 18

1.3 Анализ влияния упругостей троса на динамику электроприводов крановых механизмов при типовых тахограммах двигателя 30

1.4 Постановка задач исследований 53

2 Разработка рациональных диаграмм движения электроприводов крановых механизмов 54

2.1 Рациональные первого, второго, третьего видов диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов 54

2.2 Определение аналитических зависимостей координат электроприводов крановых механизмов от времени при их рациональном движении 60

2.3 Выводы 72

3 Разработка задатчиков интенсивности для электроприводов крановых механизмов 73

3.1 Задатчики интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов 74

3.2 Задатчики интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов 81

3.3 Выводы 91

4 Разработка САУ движением крановых механизмов 93

4.1 Универсальные эталонные передаточные функции систем 93

4.2 Синтез САР скорости электропривода механизма подъёма крана 98

4.3 Синтез САР скорости электропривода механизма горизонтального перемещения крана 106

4.4 Выводы 110

5 Экспериментальные исследования электроприводов крановых механизмов 112

5.1 Формирование пусковых диаграмм электроприводов с упругим валопроводом 112

5.1.1 Формирование пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма 112

5.1.2 Формирование пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданных значениях момента инерции механизма, жёсткости валопровода и момента инерции электродвигателя 114

5.2 Исследование пусковых диаграмм электроприводов механизма подъёма крана 12 8

5.3 Исследование пусковых диаграмм электроприводов механизма горизонтального передвижения крана 137

5.4 Экспериментальное исследование пусковых диаграмм электропривода тележки мостового крана Ml6 (8+8) - 6К 147

5.5 Использование результатов работы 162

5.6 Выводы 164

Заключение 165

Список литературы 167

• Обобщённая математическая модель силовой части электроприводов крановых механизмов
• Рациональные первого, второго, третьего видов диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов
• Синтез САР скорости электропривода механизма подъёма крана
• Формирование пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданных значениях момента инерции механизма, жёсткости валопровода и момента инерции электродвигателя

Введение к работе

Электрические краны различной конструкции используются почти во всех отраслях промышленности. Электрическое оборудование кранов должно обеспечивать надёжную работу при повторно-кратковременном режиме и большой частоте включений, высокую производительность, безопасность обслуживания и простоту эксплуатации.

Серийно выпускаемые электроприводы крановых механизмов обладают такими статическими и динамическими характеристиками, которые уже не позволяют обеспечивать дальнейшее повышение эффективности транспортировки грузов. Поэтому разработка электроприводов крановых механизмов является весьма актуальной.

Целью работы является улучшение статических и динамических характеристик электроприводов крановых механизмов для интенсификации транспортировки грузов.

« Методы и средства выполнения исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе задач используются общепринятые методы теории автоматического управления, автоматизированного электропривода, теории дифференциальных уравнений.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе получены новые научные результаты.

1. Математическое обеспечение метода синтеза систем по эталонным

передаточным функциям.

2. Способ и методика формирования трёх видов рациональных диаграмм движения электроприводов крановых механизмов в зависимости от величины заданного перемещения за цикл.

3. Методика синтеза задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов.

4. Методика синтеза задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов.

5. Методика синтеза САР скорости электропривода механизма подъёма крана.

6. Методика синтеза САР скорости электропривода механизма горизонтального перемещения крана.

7. Способ и методика формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя.

8. Способ и методика формирования пусковых диаграмм типовых разомкнутых систем управления электроприводов крановых механизмов с упругим валопроводом, при заданных значениях момента инерции механизма, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя и варьируемых параметрах якорной цепи электродвигателя — индуктивности и сопротивления.

Практическая ценность работы определяется тем, что использование полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований позволяет улучшить характеристики электроприводов крановых механизмов и, как следствие, интенсифицировать транспортировку грузов.

Результаты диссертационной работы: способ и методика формирования трёх видов рациональных диаграмм движения электроприводов крановых механизмов в зависимости от величины заданного перемещения за цикл; методика синтеза задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов; методика синтеза задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов; методи 6

ка синтеза САР скорости электропривода механизма подъёма крана; методика синтеза САР скорости электропривода механизма горизонтального перемещения крана; способ и методика формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя; способ и методика формирования пусковых диаграмм типовых разомкнутых систем управления электроприводов крановых механизмов с упругим валопроводом, при заданных значениях момента инерции механизма, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя и варьируемых параметрах якорной цепи электродвигателя — индуктивности и сопротивления; приняты к использованию при модернизации и наладке электротехнических комплексов крановых механизмов ЗАО "ДЕДАЛ".

Новизна результатов проведённых исследований подтверждена патентами. Задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы изменения скорости электроприводов крановых механизмов с ограничением её четвёртой производной защищен патентом РФ на полезную модель № 34045. Задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы изменения скорости электроприводов крановых механизмов с ограничением её первой и четвёртой производных защищен патентом РФ на полезную модель № 34046. Задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением первой и четвёртой производных скорости защищен патентом РФ на полезную модель № 40121. На задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением четвёртой производной скорости получено решение о выдаче патента на полезную модель РФ № 2004116525/22(018098). На задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением скорости и её первой и четвёртой производных получено решение о выдаче патента на по 7 лезную модель РФ № 2004116549/22(018106). Отдельные блоки САР скорости электропривода механизма подъёма крана и САР скорости электропривода механизма горизонтального передвижения крана защищены патентом РФ на изобретение № 2158468. На САР скорости электропривода механизма подъёма крана получено решение о выдаче патента РФ на изобретение № 2002135561/09(037396).

На основании способа и методики формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валоггро-вода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя Добробабой Ю.П. и Акуловым О.В. поставлена лабораторная работа № 05.14 «Исследование пусковой диаграммы электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и упругим валопроводом», которая внедрена в учебный процесс по дисциплине «Электрический привод» на кафедре электроснабжения промышленных предприятий Кубанского государственного технологического университета.

К защите представляются следующие основные положения.

1. Математическое обеспечение метода синтеза систем по эталонным передаточным функциям.

2. Способ и методика формирования трёх видов рациональных диаграмм движения электроприводов крановых механизмов в зависимости от величины заданного перемещения за цикл.

3. Методика синтеза задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов.

4. Методика синтеза задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механиз-мов.

5. Методика синтеза САР скорости электропривода механизма подъёма крана. 6. Методика синтеза САР скорости электропривода механизма горизонтального перемещения крана.

7. Способ и методика формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя.

8. Способ и методика формирования пусковых диаграмм типовых разомкнутых систем управления электроприводов крановых механизмов с упругим валопроводом, при заданных значениях момента инерции механизма, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя и варьируемых параметрах якорной цепи электродвигателя - индуктивности и сопротивления.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий КубГТУ (2000-2004 гг.); на региональной научно-практической конференции «Повышение эффективности электротехнических комплексов и энергетических систем» (Краснодар, 1998 год); на конференции «Ресурсосбережение В АПК Кубани» (Краснодар, 1998 год); на международной научной конференции «Прогрессивные пищевые технологии -третьему тысячелетию» (Краснодар, 2000 год); на научной конференции факультетов механизации, энергетики и электрификации (Краснодар, 2001 год); на второй межвузовской научной конференции (Краснодар, 2003 год);

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы: монография, четырнадцать статей, три материала конференций, методические указания к лабораторной работе и получены один патент РФ на изобретение, три патента РФ на полезную модель, одно положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение, два положительных решения о выдаче патента на полезную модель РФ. Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 183 страницах, включая 54 рисунка, 24 таблицы. Список литературы содержит 159 наименований.

Первая глава посвящена обзору отечественной и зарубежной литературы- Приведена обобщённая математическая модель силовой части электроприводов крановых механизмов. Для типовых первого, второго, третьего видов диаграмм движения электроприводов крановых механизмов, определены граничные значения пути. Приведены результаты исследований электроприводов крановых механизмов без учёта изменения упругостей троса, что позволило получить аналитические зависимости контролируемых величин электроприводов от времени и выявить характер протекающих в электроприводе процессов. В конце главы поставлены задачи исследований.

Во второй главе разработаны три вида рациональных диаграмм движения электроприводов крановых механизмов в зависимости от величины заданного перемещения за цикл. Определены аналитические зависимости для параметров рациональных первого, второго и третьего видов диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов. Установлены граничные значения пути (угла поворота), позволяющие определять вид рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов. Получены аналитические зависимости координат электроприводов крановых механизмов от времени при их рациональном движении. 

В третье главе разработаны задатчики интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов, задатчики интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов. Проведены исследования на ЭВМ, подтвердившие работоспособность задатчиков интенсивности, формирующих рациональные диаграммы изменения скорости электроприводов крановых механизмов, и задатчиков интенсивности, фор 10 мирующих рациональные диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов.

В четвёртой главе предложено известную физическую закономерность о том, что системы, передаточным функциям которых соответствуют максимально плоские АЧХ, отрабатывают управляющие воздействия с минимально возможной ошибкой, положить в основу разработки универсальных эталонных передаточных функций систем. Разработана эталонная передаточная функция системы девятого порядка. Найдена эталонная передаточная функция для внутренних контуров систем седьмого порядка с полиномом третьей степени в числителе, имеющая три подобных коэффициента полиномов знаменателей с эталонной передаточной функцией внешнего контура девятого порядка. Синтезированы САР скорости электропривода механизма подъёма крана и САР скорости электропривода механизма горизонтального перемещения крана.

В пятой главе предложены способы и разработаны методики формирования пусковых диаграмм: разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя; типовых разомкнутых систем управления электроприводов крановых механизмов с упругим валопроводом, при заданных значениях момента инерции механизма, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя и варьируемых параметрах якорной цепи электродвигателя — индуктивности и сопротивления. Экспериментально подтверждена эффективность предложенных способов и разработанных методик формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов крановых механизмов с учётом влияния упругостей троса.

В заключении отражены основные результаты работы.

1 Анализ современного состояния вопроса и постановка задач

Современные системы электроприводов крановых механизмов выполняются в основном с применением асинхронных двигателей, скорость которых регулируется релейноконтакторным способом путём введения сопротивлений в цепь ротора. Такие электроприводы обладают малым диапазоном регулирования скорости, а при пусках и торможениях создают большие рывки и ускорения, что плохо влияет на работу механизмов крана, ведёт к раскачиванию груза и ограничивает применение таких систем на кранах повышенной высоты и грузоподъёмности /1-5/.

Развитие силовой полупроводниковой техники позволяет вносить принципиально новые решения в структуру автоматизированного электропривода крановых установок. В настоящее время на механизмах подъёма и перемещения башенных и мостовых кранов применяется регулируемый электропривод с двигателями постоянного тока, питаемыми от мощных тиристорних преобразователей, система ТП — Д. Скорость двигателя в таких системах регулируется в диапазоне (20 - 30): 1 путём изменения напряжения на якоре. При этом в переходных процессах система обеспечивает получение ускорений и рывков в пределах заданных норм.

Применение тиристорных преобразователей в автоматизированном электроприводе крановых механизмов находит всё большее применение в отечественной и зарубежной практике.

Прежде чем перейти к решению задачи по улучшению характеристик электромеханических систем необходимо предварительно ответить на один первостепенной важности вопрос: Каким образом следует оценивать характеристики электроприводов крановых механизмов?

Точность установившихся режимов и качество переходных процессов в совокупности определяют характеристики систем. Точность оценивается отсутствием или наличием рассогласования в установившихся режимах. Предлагается качество переходных процессов по аналогии оценивать отсутствием или наличием рассогласования между исследуемым переходным процессом и эталонным (оптимальным) для него переходным процессом.

Известны различные методы синтеза систем регулирования с заданными характеристиками /6 - 20/:

по интегральным оценкам;

по корневым оценкам;

по логарифмическим АЧХ;

по частотным критериям качества. Параметры САР при заданной структуре часто выбирают с помощью интегральных оценок. Минимизация квадратичной интегральной оценки приближает переходную характеристику к ступенчатой, но возможно значительное перерегулирование. Улучшенные квадратичные оценки более сложного вида /21/ используют, когда требование к форме переходной характеристики должно выдерживаться особенно точно.

Зависимость показателей качества переходных процессов САР от значения нулей и полюсов ее передаточной функции известна. Наиболее сильное влияние оказывают полюсы передаточной функции, то есть корни характеристического уравнения. Поэтому разработан ряд методов синтеза САР, использующих эту зависимость:

синтез по преобладающим корням /22/;

метод стандартных (эталонных) передаточных функций /23/;

метод типовых характеристических уравнений /24/; синтез по корневому годографу /20/.

Свойства САР полностью определяются частотными характеристиками ее разомкнутой цепи. Если все элементы системы минимально-фазовые, то достаточно рассматривать только АЧХ, Построение логарифмических (Л) АЧХ не сложно, поэтому метод синтеза САР, использующий ЛАЧХ, широко применяется в практике. Сущность метода заключается в следующем. Сначала строят ЛАЧХ неизменной части системы. Затем составляют желаемую ЛАЧХ разомкнутой системы. Разница между желаемой ЛАЧХ разомкнутой системы и ЛАЧХ неизменной части системы есть ЛАЧХ дополнительного элемента, который нужно ввести в систему. Желаемую ЛАЧХ строят одним из методов:

по В.В. Солодовникову /21 - 23/;

по Е.А. Санковскому- Г.Г. Сигалову /24/.

Применение синтеза на основе частотных критериев качества /25, 26/ обусловлено тем, что построение желаемой ЛАЧХ значительно упрощается, если качество регулирования оценивать не по переходной характеристике САР, а непосредственно по ее частотным свойствам.

Анализ существующих методов синтеза систем показывает, что они имеют общий недостаток - требуют от разработчика огромных затрат времени для получения оригинальных решений. Исключение составляет метод синтеза систем по эталонным передаточным функциям, так как он прост и доступен широкому кругу исследователей. Сущность метода заключается в том, что выбор варьируемых параметров производится из условия тождественности коэффициентов при равных степенях оператора дифференцирования р в передаточных функциях разрабатываемой и эталонной систем. Данный метод предполагает, что эталонные передаточные функции заранее определены, а число варьируемых параметров равно порядку системы.

В работах /26, 27/ рекомендуются эталонные передаточные функции различных видов, в основе вывода которых отсутствуют физические закономерности, а используются только известные аналитические зависимости. Указанные работы следует рассматривать как первые шаги по разработке математического обеспечения метода синтеза систем по эталонным передаточным функциям, дающие представление о том, к каким значениям варьируемых параметров следует стремиться.

При синтезе электроприводов по эталонным передаточным функциям, с полиномом нулевой степени в числителе, особую трудность составляет обеспечение требуемого числа варьируемых параметров, равного порядку системы, преодолеть которую не всегда представляется возможным.

Таким образом, необходимо разработать математическое обеспечение метода синтеза систем по эталонным передаточным функциям, основанного на физической закономерности и позволяющего обеспечить требуемое число варьируемых параметров.

Известно, что системы с максимально плоскими АЧХ, отрабатывают управляющее воздействие с минимально возможной ошибкой. Предлагается данную физическую закономерность положить в основу разработки универсальных эталонных передаточных функций систем.

При исследовании динамики электроприводов с упругими звеньями большинство авторов, пользуясь методом последовательного упрощения /20/, сводят реальные электроприводы к трех- или двух массовым электромеханическим системам.

При внешних воздействиях на двух массовую электромеханическую систему с упругой связью в ней возникают дополнительные динамические нагрузки, которые могут превысить нормальные в два раза /3» 4, 29-35/.

Расчету динамических нагрузок, обусловленных наличием упругих механических передач, посвящено большое количество исследований /1, 3, 4, 5, 36-91/. Известны работы /92-97/, в которых исследуются влияния упругостей валопроводов на динамику электроприводов бумагоделательных и им подобных машин.

Отечественные и зарубежные авторы на ранних этапах исследований влияния упругости валопровода на динамику электропривода выдавали рекомендации по выбору параметров механической части системы, при которых устраняются колебания /43/. Однако, выполнение данных рекомендаций иногда невозможно и малоэффективно, а порой просто нецелесообразно.

Известно, что демпфирование электромеханических колебаний достигается - диссипативными силами: в механической части привода /3, 4, 36, 37/; в электрической части привода /3, 4,36-42, 55-75, 81-85,98-111/.

Так как демпфирование диссипативными силами не всегда достаточно эффективно /3, 4, 37/, то наиболее целесообразным является разработка способов демпфирования электромеханических колебаний электрической частью привода.

В нашей стране и за рубежом предложены разнообразные способы электрического демпфирования колебаний, возникающих в механической части привода, как в разомкнутых системах - подбором параметров электрической части привода /3, 4, 55-64, 69, 72, 74, 82-85/, так и в замкнутых - последовательной и параллельной коррекциями /3,4,36-42, 81, 90, 98-111/.

На кафедре электроснабжения промышленных предприятий Кубанского государственного технологического университета разработан целый ряд электроприводов с упругими валопроводами для различных технологических установок. Результаты этих исследований обобщены в монографиях /112-115/, авторскими свидетельствами /116-123/ и патентами /124, 125/ на изобретения. 

Обобщённая математическая модель силовой части электроприводов крановых механизмов

Прежде чем перейти к решению задачи по улучшению характеристик электромеханических систем необходимо предварительно ответить на один первостепенной важности вопрос: Каким образом следует оценивать характеристики электроприводов крановых механизмов?

Точность установившихся режимов и качество переходных процессов в совокупности определяют характеристики систем. Точность оценивается отсутствием или наличием рассогласования в установившихся режимах. Предлагается качество переходных процессов по аналогии оценивать отсутствием или наличием рассогласования между исследуемым переходным процессом и эталонным (оптимальным) для него переходным процессом.

Известны различные методы синтеза систем регулирования с заданными характеристиками /6 - 20/: по интегральным оценкам; по корневым оценкам; по логарифмическим АЧХ; по частотным критериям качества. Параметры САР при заданной структуре часто выбирают с помощью интегральных оценок. Минимизация квадратичной интегральной оценки приближает переходную характеристику к ступенчатой, но возможно значительное перерегулирование. Улучшенные квадратичные оценки более сложного вида /21/ используют, когда требование к форме переходной характеристики должно выдерживаться особенно точно. Зависимость показателей качества переходных процессов САР от значения нулей и полюсов ее передаточной функции известна. Наиболее сильное влияние оказывают полюсы передаточной функции, то есть корни характеристического уравнения. Поэтому разработан ряд методов синтеза САР, использующих эту зависимость: синтез по преобладающим корням /22/; метод стандартных (эталонных) передаточных функций /23/; метод типовых характеристических уравнений /24/; синтез по корневому годографу /20/. Свойства САР полностью определяются частотными характеристиками ее разомкнутой цепи. Если все элементы системы минимально-фазовые, то достаточно рассматривать только АЧХ, Построение логарифмических (Л) АЧХ не сложно, поэтому метод синтеза САР, использующий ЛАЧХ, широко применяется в практике. Сущность метода заключается в следующем. Сначала строят ЛАЧХ неизменной части системы. Затем составляют желаемую ЛАЧХ разомкнутой системы. Разница между желаемой ЛАЧХ разомкнутой системы и ЛАЧХ неизменной части системы есть ЛАЧХ дополнительного элемента, который нужно ввести в систему. Желаемую ЛАЧХ строят одним из методов: по В.В. Солодовникову /21 - 23/; по Е.А. Санковскому- Г.Г. Сигалову /24/. Применение синтеза на основе частотных критериев качества /25, 26/ обусловлено тем, что построение желаемой ЛАЧХ значительно упрощается, если качество регулирования оценивать не по переходной характеристике САР, а непосредственно по ее частотным свойствам. Анализ существующих методов синтеза систем показывает, что они имеют общий недостаток - требуют от разработчика огромных затрат времени для получения оригинальных решений. Исключение составляет метод синтеза систем по эталонным передаточным функциям, так как он прост и доступен широкому кругу исследователей. Сущность метода заключается в том, что выбор варьируемых параметров производится из условия тождественности коэффициентов при равных степенях оператора дифференцирования р в передаточных функциях разрабатываемой и эталонной систем. Данный метод предполагает, что эталонные передаточные функции заранее определены, а число варьируемых параметров равно порядку системы. В работах /26, 27/ рекомендуются эталонные передаточные функции различных видов, в основе вывода которых отсутствуют физические закономерности, а используются только известные аналитические зависимости. Указанные работы следует рассматривать как первые шаги по разработке математического обеспечения метода синтеза систем по эталонным передаточным функциям, дающие представление о том, к каким значениям варьируемых параметров следует стремиться. При синтезе электроприводов по эталонным передаточным функциям, с полиномом нулевой степени в числителе, особую трудность составляет обеспечение требуемого числа варьируемых параметров, равного порядку системы, преодолеть которую не всегда представляется возможным. Таким образом, необходимо разработать математическое обеспечение метода синтеза систем по эталонным передаточным функциям, основанного на физической закономерности и позволяющего обеспечить требуемое число варьируемых параметров. Известно, что системы с максимально плоскими АЧХ, отрабатывают управляющее воздействие с минимально возможной ошибкой. Предлагается данную физическую закономерность положить в основу разработки универсальных эталонных передаточных функций систем. При исследовании динамики электроприводов с упругими звеньями большинство авторов, пользуясь методом последовательного упрощения /20/, сводят реальные электроприводы к трех- или двухмассовым электромеханическим системам. При внешних воздействиях на двухмассовую электромеханическую систему с упругой связью в ней возникают дополнительные динамические нагрузки, которые могут превысить нормальные в два раза /3» 4, 29-35/. Расчету динамических нагрузок, обусловленных наличием упругих механических передач, посвящено большое количество исследований /1, 3, 4, 5, 36-91/. Известны работы /92-97/, в которых исследуются влияния упруго-стей валопроводов на динамику электроприводов бумаго-делательных и им подобных машин. Отечественные и зарубежные авторы на ранних этапах исследований влияния упругости валопровода на динамику электропривода выдавали ре 16 комендации по выбору параметров механической части системы, при которых устраняются колебания /43/. Однако, выполнение данных рекомендаций иногда невозможно и малоэффективно, а порой просто нецелесообразно. Известно, что демпфирование электромеханических колебаний достигается - диссипативными силами: в механической части привода /3, 4, 36, 37/; в электрической части привода /3, 4,36-42, 55-75, 81-85,98-111/. Так как демпфирование диссипативными силами не всегда достаточно эффективно /3, 4, 37/, то наиболее целесообразным является разработка способов демпфирования электромеханических колебаний электрической частью привода.

В нашей стране и за рубежом предложены разнообразные способы электрического демпфирования колебаний, возникающих в механической части привода, как в разомкнутых системах - подбором параметров электрической части привода /3, 4, 55-64, 69, 72, 74, 82-85/, так и в замкнутых - последовательной и параллельной коррекциями /3,4,36-42, 81, 90, 98-111/.

На кафедре электроснабжения промышленных предприятий Кубанского государственного технологического университета разработан целый ряд электроприводов с упругими валопроводами для различных технологических установок. Результаты этих исследований обобщены в монографиях /112-115/, авторскими свидетельствами /116-123/ и патентами /124, 125/ на изобретения.

Рациональные первого, второго, третьего видов диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов

Результаты диссертационной работы: - способ и методика формирования трёх видов рациональных диаграмм движения электроприводов крановых механизмов в зависимости от величины заданного перемещения за цикл; - методика синтеза двух задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов; - методика синтеза трёх задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов; - методика синтеза САР скорости электропривода механизма подъёма крана; - методика синтеза САР скорости электропривода механизма горизонтального перемещения крана; - способ и методика формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя; - способ и методика формирования пусковых диаграмм типовых разомкну тых систем управления электроприводов крановых механизмов с упругим валопроводом, при заданных значениях момента инерции механизма, жёст кости валопровода, момента инерции электродвигателя и варьируемых пара метрах якорной цепи электродвигателя — индуктивности и сопротивления; приняты к использованию при модернизации и наладке электротехнических комплексов крановых механизмов ЗАО "ДЕДАЛ". Отдельные блоки САР электроприводов крановых механизмов защищены патентом РФ на изобретение № 2158468. На САР скорости электропривода механизма подъёма крана получено решение о выдаче патента РФ на изобретение № 2002135561/09(037396).Задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы изменения скорости электроприводов крановых механизмов с ограничением её четвёртой производной защищен патентом РФ на полезную модель № 34045. Задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы изменения скорости электроприводов крановых механизмов с ограничением её первой и четвёртой производных защищен патентом РФ на полезную модель №34046. Задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением первой и четвёртой производных скорости защищен патентом РФ на полезную модель №40121. На задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением четвёртой производной скорости получено решение о выдаче патента РФ на полезную модель №2004116525/22(018098). На задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением скорости и её первой и четвёртой производных получено решение о выдаче патента РФ на полезную модель №2004116549/22(018106). На основании способа и методики формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валопро-вода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя Добробабой Ю.П. и Акуловым О.В. поставлена лабораторная работа № 05.14 «Исследование пусковой диаграммы электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и упругим валопроводом», которая внедрена в учебный процесс по дисциплине «Электрический привод» на кафедре электроснабжения промышленных предприятий Кубанского государственного технологического университета. Предложен способ и разработана методика формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя. Предложен способ и разработана методика формирования пусковых диаграмм типовых разомкнутых систем управления электроприводов крановых механизмов с упругим валопроводом, при заданных значениях момента инерции механизма, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя и варьируемых параметрах якорной цепи электродвигателя - индуктивности и сопротивления. Экспериментально подтверждена эффективность предложенного способа и разработанной методики формирования пусковых диаграмм разомкнутой системы управления электропривода для механизма подъёма крана с учётом влияния упругостей троса. Экспериментально подтверждена эффективность предложенного способа и разработанной методики формирования пусковых диаграмм разомкнутой системы управления электропривода для механизма горизонтального перемещения крана с учётом влияния упругостей троса. Экспериментально подтверждена адекватность обобщённой математической модели объектам исследований — электроприводам крановых механизмов. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований электроприводов крановых механизмов заключаются в следующем. 1. Обоснованы рациональные диаграммы движения электроприводов крановых механизмов, обеспечивающие повышение эффективности транспортировки грузов за счёт увеличения быстродействия электроприводов крановых механизмов при ограничениях скорости исполнительного органа механизма (скорости груза) и её первой, второй и четвёртой производных. Предложен способ и разработана методика формирования трёх видов рациональных диаграмм движения электроприводов крановых механизмов в зависимости от величины заданного перемещения за цикл, с учётом влияния упругих связей. Определены аналитические зависимости координат электроприводов крановых механизмов от времени при их рациональном движении. 2. Разработаны методики синтеза задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов и задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов, с учётом влияния упругостеи троса. Цифровое моделирование задатчиков электроприводов крановых механизмов подтвердило их работоспособность. 3. Разработаны математическое обеспечение метода синтеза систем по эталонным передаточным функциям, методики синтеза САР скорости электропривода механизма подъёма крана и САР скорости электропривода механизма горизонтального передвижения крана с учётом влияния упругостеи троса.

Синтез САР скорости электропривода механизма подъёма крана

Минимальное значение входного напряжения задатчика интенсивности, формирующего рациональную диаграмму перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением скорости и её первой и четвёртой производных, равно максимальному значению входного напряжения задатчика интенсивности, формирующего рациональную диаграмму перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением первой и четвёртой производных скорости.

Максимальное значение входного напряжения задатчика интенсивности, формирующего рациональную диаграмму перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением скорости и её первой и четвёртой производных, равно максимальному значению напряжения, пропорциональному перемещению исполнительного органа механизма, U9max,

Разработаны задатчики интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов. Задатчик интенсивности, формирующий рациональную диаграмму изменения скорости электроприводов крановых механизмов с ограничением её четвёртой производной, выполнен с параметрической адаптацией. Задатчик интенсивности, формирующий рациональную диаграмму изменения скорости электроприводов крановых механизмов с ограничением её первой и четвёртой производных, выполнен без адаптации.

Разработаны задатчики интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов. Задатчик интенсивности, формирующий рациональную диаграмму перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением четвёртой производной скорости, и задатчик интенсивности, формирующий рациональную диаграмму перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением первой и четвёртой производных скорости, выполнены с параметрической адаптацией. Задатчик интенсивности, формирующий рациональную диаграмму перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением скорости и её первой и четвёртой производных, выполнен без адаптации.

Цифровое моделирование указанных задатчиков интенсивности подтвердило их работоспособность.

Метод синтеза систем по эталонным передаточным функциям находит всё более широкое применение, так как он прост и доступен. Сущность метода состоит в том, что выбор варьируемых параметров корректирующих устройств выполняется из условия тождественности коэффициентов при равных степенях оператора дифференцирования р в передаточных функциях разрабатываемой и эталонной систем. При этом предлагается, что эталонные передаточные функции заранее определены.

В работах /26, 27, 130/ рекомендуется эталонные передаточные функции различных видов, в основе вывода которых отсутствуют физические закономерности, а используются только известные аналитические зависимости. Поэтому задача по разработке эталонных передаточных функций, базирующихся на физической закономерности, является актуальной.

Известна следующая физическая закономерность: системы, передаточным функциям которых соответствуют максимально плоские амплитудно-частотные характеристики (АЧХ), отрабатывают управляющее воздействие с минимально возможной ошибкой. Предлагается данную физическую закономерность положить в основу разработки универсальных эталонных передаточных функций систем. Для этого на первом этапе необходимо определить аналитические зависимости максимально плоских АЧХ систем, а затем на втором этапе разработать универсальные эталонные передаточные функции систем.

Формирование пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданных значениях момента инерции механизма, жёсткости валопровода и момента инерции электродвигателя

Трёх видов рациональных диаграмм движения электроприводов крановых механизмов в зависимости от величины заданного перемещения за цикл; - методика синтеза двух задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов; - методика синтеза трёх задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов; - методика синтеза САР скорости электропривода механизма подъёма крана; - методика синтеза САР скорости электропривода механизма горизонтального перемещения крана; - способ и методика формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя; - способ и методика формирования пусковых диаграмм типовых разомкну тых систем управления электроприводов крановых механизмов с упругим валопроводом, при заданных значениях момента инерции механизма, жёст кости валопровода, момента инерции электродвигателя и варьируемых пара метрах якорной цепи электродвигателя — индуктивности и сопротивления; приняты к использованию при модернизации и наладке электротехнических комплексов крановых механизмов ЗАО "ДЕДАЛ". Отдельные блоки САР электроприводов крановых механизмов защищены патентом РФ на изобретение № 2158468. На САР скорости электропривода механизма подъёма крана получено решение о выдаче патента РФ на изобретение № 2002135561/09(037396).Задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы изменения скорости электроприводов крановых механизмов с ограничением её четвёртой производной защищен патентом РФ на полезную модель № 34045. Задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы изменения скорости электроприводов крановых механизмов с ограничением её первой и четвёртой производных защищен патентом РФ на полезную модель №34046. Задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением первой и четвёртой производных скорости защищен патентом РФ на полезную модель №40121. На задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением четвёртой производной скорости получено решение о выдаче патента РФ на полезную модель №2004116525/22(018098). На задатчик интенсивности для формирования рациональной диаграммы перемещения электроприводов крановых механизмов с ограничением скорости и её первой и четвёртой производных получено решение о выдаче патента РФ на полезную модель №2004116549/22(018106). На основании способа и методики формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валопро-вода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя Добробабой Ю.П. и Акуловым О.В. поставлена лабораторная работа № 05.14 «Исследование пусковой диаграммы электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и упругим валопроводом», которая внедрена в учебный процесс по дисциплине «Электрический привод» на кафедре электроснабжения промышленных предприятий Кубанского государственного технологического университета. Предложен способ и разработана методика формирования пусковых диаграмм разомкнутых систем управления электроприводов с упругим валопроводом при заданном значении момента инерции механизма и варьируемых параметрах индуктивности якорной цепи электродвигателя, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя, сопротивления якорной цепи электродвигателя. Предложен способ и разработана методика формирования пусковых диаграмм типовых разомкнутых систем управления электроприводов крановых механизмов с упругим валопроводом, при заданных значениях момента инерции механизма, жёсткости валопровода, момента инерции электродвигателя и варьируемых параметрах якорной цепи электродвигателя - индуктивности и сопротивления. Экспериментально подтверждена эффективность предложенного способа и разработанной методики формирования пусковых диаграмм разомкнутой системы управления электропривода для механизма подъёма крана с учётом влияния упругостей троса. Экспериментально подтверждена эффективность предложенного способа и разработанной методики формирования пусковых диаграмм разомкнутой системы управления электропривода для механизма горизонтального перемещения крана с учётом влияния упругостей троса. Экспериментально подтверждена адекватность обобщённой математической модели объектам исследований — электроприводам крановых механизмов. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований электроприводов крановых механизмов заключаются в следующем. 1. Обоснованы рациональные диаграммы движения электроприводов крановых механизмов, обеспечивающие повышение эффективности транспортировки грузов за счёт увеличения быстродействия электроприводов крановых механизмов при ограничениях скорости исполнительного органа механизма (скорости груза) и её первой, второй и четвёртой производных. Предложен способ и разработана методика формирования трёх видов рациональных диаграмм движения электроприводов крановых механизмов в зависимости от величины заданного перемещения за цикл, с учётом влияния упругих связей. Определены аналитические зависимости координат электроприводов крановых механизмов от времени при их рациональном движении. 2. Разработаны методики синтеза задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм изменения скорости электроприводов крановых механизмов и задатчиков интенсивности для формирования рациональных диаграмм перемещения электроприводов крановых механизмов, с учётом влияния упругостеи троса. Цифровое моделирование задатчиков электроприводов крановых механизмов подтвердило их работоспособность. 3.