Математическое моделирование и исследование систем управления грузоподъемных механизмов

• Автор: Муллин, Игорь Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 182 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. УСЛОВИЯ РАБОТЫ И МОДЕЛИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МЕХАНИЗМОВ
1.1. Особенности работы ГПМ
1.2. Варианты электроприводов ГПМ
1.3. Варианты кинематических цепей ГПМ и их модели
1.4. Математические модели звеньев и системы управления
1.5. Влияние способа управления на работу ГПМ
Выводы к главе
2. РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ ГПМ И ИХ МОДЕЛЕЙ
2.1. Обоснование использования ТрРН и его модель
2.2 Применение ТрРН в схеме регулирования переменного напряжения
2.3. Вариант ТрРН с форсированием режимов работы
2.4. Модели вычислителей координат на основе сигналов датчиков ускорения и моментов
2.4.1. Обзор и выбор датчика ускорения
2.4.2. Вычислители сигналов потокосцепления и момента асинхронного двигателя на основе первичных датчиков
2.5. Моделирование и расчет выходного фильтра ШИМ регулятора напряжения
2.6. Численные исследования по обоснованию применимости линейной
модели
Выводы к главе
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И СИНТЕЗ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ГПМ
3.1. Синтез и моделирование элементов системы управления перемещения
3.2. Синтез и модели ЭП подъема
3.3. Синтез и моделирование ЭП перемещения
3.4. Синтез модели АД-ТрРН
3.5. Анализ влияния дискретности на работу системы
Выводы к главе
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Моделирование
4.2. Разработка и испытание ТрРН
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Грузоподъемные механизмы (ГПМ) с асинхронным электроприводом в настоящее время широко применяются в различных отраслях промышленности. Постоянно существенно расширяются функциональные возможности ГПМ, что предъявляет к ним более высокие требования. В таких устройствах в основном используются релейпо-контакторные схемы управления асинхронными двигателями подъема и перемещения. Скорость асинхронного двигателя (АД) чаще всего не регулируется или регулируется ступенчато за счет использования многоскоростных АД. Применение такого управления приводит к рывкам при подъеме и раскачиванию груза при перемещении.
Имеется множество вариантов устройств, позволяющих бороться с раскачиванием груза при помощи использования специальных схем и механизмов подвеса. Подобные системы сложны в изготовлении, требуют настройки, неспособны справиться с резкими непредвиденными изменениями ситуации, связанными со сторонними воздействиями. Также существуют антиколлизийные (системы предотвращения столкновений) системы, отличающиеся высокой степенью адаптации и качеством результатов, но стабилизация груза не входит в круг решаемых этими системами задач, а цена не позволяет таким системам быть массовыми. Применение регулируемого электропривода (ЭП) без дополнительных приемов не устраняет отмеченные недостатки
Вопросами моделирования и синтеза приводов крановых механизмов занимались: Р.П. Герасимяк1’2, Н.С. Путилин, А.Т. Заремба, В.М. Мамалыга,
1 Герасимяк Р.П. Анализ и синтез крановых электромеханических систем / Р.П. Герасимяк, В.А. Лещев. - Одесса: СМИЛ, 2008. - 192 с.

Ф.Л. Черноусько3, Б.Ы. Соколов, А.Б. Зеленов'1, A.B. Садовой, Ю.П. Петров, М.П. Белов5, И.Г. Однокопылов6 и др. Их исследования касаются в основном вопросов оптимизации перемещения груза, а также выполнения особых требований к их приводу.
Вышесказанное позволяет утверждать, что тема диссертации, связанная с моделированием и исследованием систем управления ГПМ с целью повышения их технико-экономических показателей являются актуальной.
Объектом исследования является система управления асинхронным двигателем грузоподъемного механизма.
Предметом исследования являются математические модели и методы построения систем управления грузоподъемными механизмами, соответствующие алгоритмы и программы.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование моделей элементов системы управления и механической части грузоподъемных устройств, в том числе разработка силовых маловентильных преобразователей для системы автоматизированного управления электроприводами подъема и перемещения электротали.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
2 Гсрасимяк Р.П. Оптимальное управление крановым механизмом передвижения / Р.П. Герасимяк, Л.В. Мельникова // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. - 1999. - № 1. - С. 87-94.
3 Ананьевский И.М. Методы управления нелинейными механическими системами / И.М. Ананьевский, С.А. Решмин, Ф.Л. Черноусько. - М.: Физматлит, 2006. - 328 с.
4 Зеленов А.Б. Теория электропривода / А.Б. Зеленов. - Украина, г. Алчсвск: ИГ1Ц «Ладо», ДонГТУ, 2005. - 382 с.
5 Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для студентов высших учебных заведений / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.II. Рассудов. - 3-е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 576 с.
6 Однокопылов И.Г. Асинхронный электропривод механизма подъема крана мостового типа с повышенной безопасностью и живучестью: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / И.Г. Однокопылов. - Томск, - 2008. - 143 с.

Рис. 1.13. Модель нереверсивного трехфазного управляемого выпрямителя.
Модель содержит трехфазный источник питания (Va, Vb, Vc), трехфазный У В (Thyristor Converter), блок управления У В (6-Pulse Generator), L, С фильтр и нагрузку, блоки задания угла управления УВ (alfa) и измерения линейных напряжений (Vab, Vbc, Vca) [24].
Измерение тока и напряжения в нагрузке УВ, тока в источнике питания и тока в тиристоре осуществляется блоком Multimeter.
В подсистему (Subsystem) «спрятаны»:
- блок для измерения постоянной составляющей тока нагрузки (Fourier 10) и аналогичный блок для измерения постоянной составляющей напряжения на нагрузке (Fourier U0);
блок для измерения амплитуды и фазы первой гармоники тока питания (Fourier II);
- блок для измерения действующего значения тока питания (RMS II);
-блок для измерения действующего (RMS Т) и среднего (Fourier ТО)
токов тиристора.