Совершенствование методов синтеза систем управления электроприводами поворотных механизмов карьерных экскаваторов

• Автор: Подборский, Павел Эдуардович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Абакан
• Количество страниц: 205 с. : ил.

1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Экскаватор как объект автоматизации открытой добычи полезных ископаемых
1.1.1 Электромеханическая система управления процессом экскавации
1.1.2 Автоматизация технологических процессов экскавации
1.1.3 Экскаваторный электропривод как система автоматического регулирования скорости и момента
1.1.4 Обзор результатов совершенствования экскаваторного электропривода
1.2 Математическое описание объекта управления
1.2.1 Электрическая часть электропривода поворота экскаватора
1.2.2 Механическая часть электропривода поворота экскаватора
1.2.3 Трех-, двух- и одномассовая электромеханическая система поворота экскаватора
1.3 Классические системы последовательной коррекции
1.4 Унифицированная структура экскаваторного электропривода
1.5 Выводы
1.6 Постановка задачи исследования
2 ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОВОРОТА ЭКСКАВАТОРА С МНОГОКОНТУРНОЙ СИСТЕМОЙ
ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
2.1 Синтез регуляторов системы управления
2.1.1 Расчет четырехконтурной системы подчиненного регулирования
2.1.2 Расчет пятиконтурной системы подчиненного регулирования
2.2 Синтез компенсирующих обратных связей системы управления
2.2.1 Коррекция четырехконтурной системы подчиненного регулирования
2.2.2 Коррекция пятиконтурной системы подчиненного регулирования
2.3 Исследование динамики электропривода с многоконтурными системами подчиненного регулирования
2.4 Выводы
3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОВОРОТА ЭКСКАВАТОРА С
ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ
3.1 Синтез системы оптимального управления электроприводом
3.1.1 Введение избыточности в вектор состояния объекта управления
3.1.2Выбор квадратичного критерия оптимальности
3.1.3 Методика синтеза аналитически конструируемого оптимального регулятора электропривода поворота экскаватора
3.2 Разработка метода выбора весовых матриц критерия оптимальности
3.2.1 Исследование уровня влияния весовых коэффициентов функционала на качество регулирования
3.2.2 Методика определения весовых коэффициентов критерия оптимальности
3.3 Исследование динамики электропривода с оптимальной системой управления
3.4 Выводы
4 ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОВОРОТА ЭКСКАВАТОРА С КОМБИНИРОВАННОЙ
ОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ
4.1 Исследование комбинированных оптимальных систем управления без учета допущений при синтезе

4.2 Синтез комбинированных оптимальных систем управления с учетом допущений при синтезе
4.2.1 Комбинированная оптимальная система управления с коррекцией питающего
напряжения
^1 4.2.2 Комбинированная оптимальная система управления с последовательной
коррекцией координат
4.3 Исследование динамики электропривода с комбинированной оптимальной системой управления
ф 4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Сведения о параметрах электропривода поворота экскаватора ЭКГ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Б.1 Математическая модель двухмассового расчетного объекта управления в
относительных единицах
Б.2 Математическая модель трехмассового расчетного объекта управления в
относительных единицах
• ПРИЛОЖЕНИЕ В
В.1 Показатели переходник процессов двухмассовой оптимальной ЭМС
В. 1.1 С основными критериями оптимальности
В. 1.2 С модифицированным критерием оптимальности
В.2 Показатели переходник процессов двухмассовой комбинированной оптимальной

В.2.1 С основными критериями оптимальности
В.2.2 С модифицированным критерием оптимальности
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Программа «Исследование оптимальных электромеханических систем»
(ф ПРИЛОЖЕНИЕ Д
Извещение о государственной регистрации программного продукта
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
0 Акт о внедрении результатов работы на предприятии 000«Черногорская угольная
компания»
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж
Акт о внедрении результатов работы в учебном процессе Хакасского технического
института - филиала КГТУ
ПРИЛОЖЕНИЕ И
Общая концепция практической реализации системы управления электропривода поворота экскаватора

На всех этапах развития отечественной тяжелой индустрии добыча минерального сырья являлась важнейшей народно-хозяйственной задачей. В современной горнорудной и угледобывающей промышленности в общем комплексе преобладает открытый способ, в котором равномерная и бесперебойная подача полезных ископаемых обеспечивается именно выемочно-погрузочными работами. При выемочно-погрузочных работах экскавация - основополагающий технологический процесс, который осуществляется при помощи экскаваторов.
В настоящее время в России существует большой парк карьерных, шагающих и роторных экскаваторов, среди которого карьерные экскаваторы функционируют в наиболее трудных условиях при разработке скальных пород и мерзлых грунтов.
Оптимизация управления технологическими процессами экскавации позволяет решить две важнейшие проблемы: повышение производительности и увеличение эксплуатационной надежности. Производительность одноковшового экскаватора в значительной степени определяется временем поворотных движений, которое составляет до 75% времени цикла. Механизм поворота вместе с поворотной платформой и рабочим оборудованием обладают большим моментом инерции, и в течение основного времени поворотных движений имеет место переходный процесс разгона (торможения) платформы. Время цикла экскавации может быть уменьшено за счет сокращения длительности переходных процессов. В то же время надежность и долговечность могут быть повышены при условии, что действующие нагрузки будут надежно ограничены предельно допустимыми значениями. В начале разгона и торможения поворотной платформы в редукторе механизма поворота возникают ударные динамические нагрузки вследствие наличия зазоров в кинематических парах редуктора и особенно в открытой венцовой паре. В процессе поворота возможно возбуждение значительных колебаний резонансного характера в механизмах и металлоконструкции в результате действия возмущающих сил, обусловленных несовершенством кинематических зубчатых зацеплений. При выборе люфтов возника2 ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОВОРОТА ЭКСКАВАТОРА С МНОГОКОНТУРНОЙ СИСТЕМОЙ ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ
Произведен синтез многоконтурных СПР (при числе контуров выше трех) с коррекцией перекрестных связей объекта управления. Приведены результаты анализа динамики полученных систем с учетом одинаковых и разных зазоров в передачах. Все исследования проводились на математических моделях различных типов экскаваторов. В данной работе отражены результаты исследований на примере двухдвигательного электропривода поворота экскаватора ЭКГ-8 (ПРИЛОЖЕНИЕ А). Исследование переходных процессов производилось при помощи пакета МАТЬАВ у6.0 и специально написанной для этих целей программы (ПРИЛОЖЕНИЕ Г, Д).
2.1 Синтез регуляторов системы управления
При синтезе классических двух- либо трехконтурных СПР, включая унифицированную структуру, в качестве объекта управления использовалась одномассовая система (рис. 1-10). Применение полученных для таких систем регуляторов к двух- (рис. 1-8) и трехмассовому (рис. 1-6) объектам управления с учетом зазоров приводит к сильным колебаниям упругого момента, которые устраняются подачей слабого входного сигнал во время выбора зазоров, что увеличивает время переходных процессов и поэтому является крайне неэффективной мерой.
Нужно рассчитывать системы подчиненного регулирования как минимум для двухмассового объекта управления (рис. 1-8), т.е. осуществлять переход от регулирования скорости двигателя к регулированию скорости механизма. При этом для синтеза регуляторов полагаем, что кинематические зазоры отсутствуют, а также временно пренебрегаем перекрестными обратными связями по ЭДС двигателя, упругому моменту и скорости механизма. Система электропривода в этом случае может быть четырех- (рис. 2-1) либо пятиконтурная (рис. 2-2) с