Разработка и исследование системы автоматического управления технологическими операциями карьерного экскаватора-мехлопаты

• Автор: Бабаков, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Введение
Глава 1. Проблема повышения эффективности эксплуатации мощных экскаваторов для открытых горных работ. Постановка задач исследования.

1.1 .Обзор работ и обоснование актуальности темы диссертации.

1.2.Постановка задач диссертационного исследования.

Глава 2. Математическая модель движения рабочего органа экскаваторамехлопаты методом эквивалентного манипулятора

2.1. Кинематика системы поворотная плагформаковш экскаватора

2.1.1. Выбор метода математического описания кинематики и динамики эквивалентного манипулятора

2.1.2. Составление расчетной схемы экскаватора как эквивалентного манипулятора.

2.1.3. Прямая задача определения координат ковша экскаватора в зависимости от обобщенных координат
2.1.4.0братная задача определения обобщенных координат эквивалентного манипулятора в зависимости от координат ковша

2.2.Динамика движения экскаватора как эквивалентного манипулятора

2.2.1. Обобщенная модель эквивалентного манипулятора на основе уравнений Лагранжа.
2.2.2. Расчет тензоров инерции звеньев эквивалентного манипулятора
2.2.3. Расчет коэффициентов уравнений динамики экскаватора.
2.2.4. Вывод уравнений обобщенных моментов.
Глава 3. Имитационная модель экскаватора мехлопаты.
3.1. Математическая модель главных приводов экскаватора
3.2. Имитационная модель экскаваторамехлопаты для транспортных операций.
3.3. Имитационная модель экскаватора мехлопаты для операции черпаниябЗ
3.3.1. Математическое представление добычного забоя в базовой системе координат эквивачентного манипулятора
3.3.2. Обобщенные моменты сил сопротивления копанию и расчет степени заполнения ковша.
3.3.3. Компьютерная модель экскаваторамехлопаты для операции черпания в среде БтиИпк
Глава 4. Разработка алгоритмов управления экскаватороммехлопатой
4.1. Управление обобщенными координатами экскаватора.
4.1.1. Система управления обобщенными координатами экскаватора на основе классических алгоритмов.
4.1.2. Алгоритм транспортного движения ковша по спланированной пространственновременной траектории.
4.2.Система управления процессом копания экскаваторамехлопаты с применением элементов нечеткой логики
4.2.1. Алгоритм управления процессом копания.
4.2.2. Алгоритм определения толщины стружки
4.2.3. Алгоритмы управления приводами при копании
Глава 5. Синтез системы автоматизированного управления технологическим процессом экскаваторамехлопаты.
5.1 .Концепция трехрежимного управления.
5.2.Стуктурная схема системы управления технологическими операциями
5.3. Бортовой специальный вычислитель для системы управления экскаватора.
5.4. Алгоритм построения модели добычного забоя в базовой системе координат на основе дальнометрической информации
Заключение.
Список использованной литературы


Целью диссертационного исследования является разработка системы автоматического управления технологическими операциями черпания и транспортирования горной массы, позволяющей повысить эффективность использования карьерных экскаваторовмехлопат. Основная идея работы заключается в представлении модели карьерного экскаваторамехлопаты как роботаманипулятора для решения задачи синтеза комбинационного алгоритма управления транспортными движениями ковша экскаватора и алгоритма управления операцией черпания горной массы. Метод построения математической модели движения рабочего органа экскаваторамехлопаты, основанной на представлении расчетной схемы экскаватора в виде эквивалентного роботаманипулятора, отличающейся от известных большей вычислительной эффективностью. Комбинационный алгоритм для системы автоматического управления транспортированием ковша экскаваторамехлопаты, базирующийся на совместном использовании классических алгоритмов управления координатами состояния экскаватора с решением обратной задачи определения координат состояния экскаватора в зависимости от координат кромки ковша в базовой системе. Алгоритм управления операцией черпания, основанный на методах нечеткой логики, позволяющий формировать текущее задание в виде рациональной толщины стружки и, не допуская перегрузки приводов, осуществлять автоматическое выполнение этого задания с требуемой точностью. Достоверность моделирования процессов управления подтверждается допустимым уровнем соответствия с процессами в электромеханических системах главных механизмов реального экскаваторамехлопаты. Реализация результатов работы. Модели и алгоритмы управления движениями ковша экскаватора при черпании и транспортировании горной породы запланированы к использованию ОАО НИИВК им. М.А. Карцева в опытноконструкторских работах. Предложенная структура системы управления и методика построения математических моделей карьерных экскаваторовмехлопат используются при чтении спецкурсов в процессе подготовки специалистов по направлению Автоматизация и управление. Апробация работы. По материалам диссертации были сделаны доклады на научных семинарах кафедры Автоматика и управление в технических системах, научных симпозиумах Неделя горняка в , , годах, на конференции молодых специалистов ОАО НИИВК им. М.А. Карцева в году, международном семинаре Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации, г. Алушта, г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 4 статьи в изданиях по перечню ВАК Минобрнауки России . Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит рисунков, 5 таблиц, список литературы из наименований и три приложения. Глава 1. Проблема повышения эффективности эксплуатации мощных экскаваторов для открытых горных работ. Интерес к проблеме создания систем автоматического управления мощными карьерными экскаваторами проистекает из х годов прошлого столетия. Московскому горному институту и НИИТяжмаш УЗТМ Министерством тяжелого машиностроения СССР была поставлена задача создания автоматизированной системы управления рабочими операциями для мощного шагающего экскаваторадраглайна. Параллельные исследования, направленные на создание автоматизированных электроприводов для тяжелых экскаваторов драглайнов и карьерных мехлопат, проводились коллективами ГУА, МЭИ, СГИ, МИСИ, ИГД им. Скочинского коллективами под руководством Ю. Я. Вуля, В. И. Ключева, В. М. Мамкина, Б. В. Ольховикова, Кошкарева, В. В. Березина ,. Результаты трудов этих ученых являются фундаментальной основой для многих современных исследований. Книги, написанные этими учеными, содержат требования к экскаваторным электроприводам и их оптимальные структуры, реализации этих структур для различных типов экскаваторов, способы наладки этих реализованных систем. Приведенные результаты являются отправной точкой при создании и реализации современных систем автоматизированных электроприводов мощных горных машин. М.С. Ломакина, Л. Д. Певзнера, Л. И. Толпежникова, А. Д. Яризова, В. Г.Б. Петерса, Л. Г. Наумкиной, А. И. Троеглазова, А. Ф.Фазылова,В. В СГИ под руководством профессора А.