У більшості випадків для спрощення представлення кінцевих розрахункових схем динаміка електромеханічних систем розглядається з припущення про те, що момент опору навантаження М_С у динамічному режимі, принаймні в межах направленого руху, не залежить від його швидкості, тобто М_C=const. Виходячи з даного допущення виконується і синтез регуляторів, що забезпечують задані показники якості регулювання. У тих випадках, коли залежність являється функцією кутової швидкості М_С=f і має висхідний характер, показники регулювання, отримані в результаті синтезу з умови незмінності статичного моменту навантаження М_C=const, не погіршуються.

Зовсім інший результат має місце, якщо залежність М_C носить падаючий характер, тобто момент опору зі зростанням швидкості ЕП зменшується. У подібних випадках ЕП варто розглядати як електромеханічну систему з від'ємним в'язким тертям, у якій можлива динамічна нестійкість, що у реальних умовах приводить до автоколивальних режимів.

Регулятор, синтезований за умови М_C=const, може не тільки не усунути автоколивальні режими, але і сприяти їхньому збудженню.

З теоретичної точки зору вищевказані систем являються більш загальними у порівнянні з ЕМС, що мають навантаження типу М_C=const, що представляє значний інтерес. До того ж традиційні висновки по динаміці ЕМС із М_C=const, є частковим випадком динаміки ЕП із залежним від швидкості моментом опору.

Із практичної точки зору вивчення ЕМС із ВВТ важливо тому що до цього класу відносяться ЕП багатьох машин і механізмів, зокрема таких, у яких має місце проковзування, буксування, юз і в яких спостерігаються так звані фрикційні автоколивання.

У механіці широко відоме явище фрикційних автоколивань, що виникають при проковзуванні. Прикладами їх є звук скрипки при русі смичка по струні, скрип гальм, скрип дверей з незмазаними петлями і ін. У техніці автоколивання спостерігаються при буксуванні і юзі коліс щодо рейок, валків прокатного стана щодо металу, взаємного проковзування в напрямних супорта токарського верстата та інших механізмах, що працюють у нормальних або аномальних режимах. Автоколивання звичайно істотно погіршують технологічні і техніко-економічні показники, а також знижують надійність роботи машин і механізмів аж до поломки кінематичних ланок.

Таблиця 3.1. Приклади машин та механізмів, у яких спостерігаються АФК

Відомі, однак, випадки, коли АФК забезпечують позитивний ефект, наприклад, у кульових млинах, поліпшуючи розмел сировини та істотно знижуючи споживання електроенергії.

Першопричиною фрикційних автоколивань є динамічна нестійкість ЕМС із навантаженням, що містить падаючу ділянку, за умови розташування робочої точки на даній ділянці.

Найбільш характерними представниками подібних систем є ЕП з навантаженням типу «пари тертя», у якій має місце взаємне проковзування поверхонь. При цьому коефіцієнт тертя нелінійно залежить від швидкості проковзування. У цій залежності є так званий «падаюча ділянка», на якому збільшення швидкості проковзування супроводжується зниженням коефіцієнта тертя. Наявність даної ділянки підтверджується дослідженнями відомих вчених-механіків.

Рис. 3.5. Характеристика тертя

Падаюча ділянка може мати місце в механічній характеристиці навантаження і викликається різними причинами, наприклад, рухом антени радіолокаційної станції «за вітром», ковзанні сипучого вантажу по похилій площині стрічкового транспортера, нестійкою частиною механічної характеристики асинхронного двигуна, коли він є навантаженням у випробувальному стенді.

Відомо, що під в'язким розуміється тертя, сила якого лінійно залежить від швидкості проковзування, тобто різниці швидкостей поверхонь ковзання:

Прикладом в'язкого тертя є, наприклад, добре відоме внутрішнє в'язке тертя в пружних валах, що створює відповідний момент:

де - коефіцієнти в'язкого тертя, - кутові або лінійні швидкості. Якщо коефіцієнти в'язкого тертя додатні, то його вплив виявляється в сприянні демпфуванню виникаючих у механічній підсистемі ЕП пружних коливань, завдяки виведенню з неї коливальної енергії у вигляді теплових втрат.

Для лінеаризованих падаючих ділянок МХ навантаження коефіцієнт в'язкого тертя має від'ємне значення і за аналогією з відомим поняттям «від'ємний динамічний опір» подібне тертя назване - «від'ємним в'язким тертям».

При переміщенні робочої точки по ділянці характеристики навантаження з ВВТ в ЕМС вивільняється коливальна енергія, що приводить до зростання амплітуди пружних коливань від періоду до періоду, тобто до динамічної нестійкості.

Дослідження фрикційних автоколивань, обумовлених нелінійністю характеристики пари тертя, проводилися вченими-механіками, як правило, при допущеннях, що рушійний момент є, величина, що не залежить від руху системи. Тим часом, ЕП як джерело механічної енергії, навіть у найпростішому виконанні взаємопов'язаний із механічною підсистемою і володіє специфічними динамічні властивостями, завдяки чому може обумовити появу нових форм автоколивань в одних випадках і подавити фрикційні автоколивання в інших.

Ці системи у випадку їхньої нестійкості розглядаються як вихідні об'єкти в задачі синтезу, метою якого є забезпечення стійкості і заданих показників регулювання ЕП.

Механічна характеристика спірально-гвинтового транспортера теж носить нелінійний характер, що обумовлене проковзуванням часток сипучих матеріалів відносно шнеку. Вона являє собою складну нелінійну залежність рис. 3.6 зі зростаючим і падаючим навантаженням. Дане навантаження проявляє себе по-різному залежно від режиму роботи СГТ. Найцікавішими її проявами є випадки: плавного розгону електропривода з одночасною роботою завантажувального пристрою; завантаження СГТ при постійній швидкості обертання спіралі; вихід швидкості ЕП на падаючу ділянку при виконанні операції точного дозування. Немаловажним є і режим холостого ходу ЕП, що може мати місце на початку завантаження і наприкінці розвантаження.

Рис. 3.6. Механічна характеристика нелінійного навантаження спірально-гвинтового транспортера і її лінеаризація

Встановлено, що в подібних системах виникають автоколивальні режими, пов'язані з нелінійністю навантаження, які збільшуються наявністю пружності.

Умовою виникнення автоколивань є динамічна нестійкість системи на падаючій ділянці механічної характеристики навантаження. В даному випадку об'єкт регулювання описується передавальною функцією, що відноситься до групи не мінімально-фазових, таких, що мають праві нулі і полюси. Більш того, якщо жорсткість падаючої ділянки нелінійної характеристики навантаження з якої-небудь причини, що часто носить випадковий характер, набуває величини, більшої за жорсткість механічної характеристики електроприводу, він стає статично нестійкий.

Список джерел

1. Весоизмерительное оборудование: Справочник перев. с венгер. ПавловаА. Б. Демский, М.А. Борискин, Е.В. Тамаров, А.С. Чернолихов. - М.: Агропромиздат, 1990. - 351 с.

2. Машины и оборудование для цехов и предприятий малой мощности по переработке с Под общ. ред. проф. Нечаева Г.К. - К.: Вища шк., 1985. - 279 с.

3. Дозатор полуавтоматический для фасовки муки ДВМ - 50П. Паспорт 687 ПС. - 1981. - 27 с.

4. Птушкина, Г.Е., Товбин, Л.И. Высокопроизводительное оборудование мукомольных заводов. - М.: Агропромиздат, 1987. - 288 с.

5. Ключев В.И. Теория электропривода. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 с.

6. Москаленко В.В. Электрический привод. - М.: «Высшая школа», 1991. - 432 с.

7. Акимов Л.В., Долбня В.Т., Клепиков В.Б., Пирожок А.В. Синтез упрощенных структур двухмассовых электроприводов с нелинейной нагрузкой Под общей редакцией В.Б. Клепикова. - Харьков: НТУ «ХПИ», Запорожье: ЗНТУ, 2002. - 160 с.

8. Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. - СПб.: Энергоатомиздат, 1992. - 288 с.

9. Попович М.Г., Ковальчук О.В. Теорія автоматичного керування: Підручник. - К.: Либідь, 1997. - 544 с.

10. Галай М.В. Теорія автоматичного керування: неперервні та дискретні системи: Навчальний посібник. - Полтава: ПНТУ, 2002. - 454 с.

11. Динамика двухмассовых систем с нетрадиционными регуляторами скорости и наблюдателями состояния: Монография О.В. Слежановский, Л.Х. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с.

12. Зюзев А.М., Нестеров К.Е. К построению бездатчикового электропривода системы ТПН - АД. Электротехника, 2005, №09.

13. Акимов Л.В., Долбня В.Т., Пирожок А.В. Синтез статических регуляторов положения для двухмассового электропривода ТРН - АД с нелинейной нагрузкой. Электротехника, 2003, №02.

14. Ишматов З.М., Волков М.А., Плотников Ю.В. Принципы построения и методы синтеза цифровых регуляторов внешних контуров электропривода. Электротехника, 2005, №09.

15. Глинкин Е.И., Глинкин М.Е. Схемотехника МИС. Компьютерный электропривод: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2002. 76 с.

16. Браславский И.Я, Плотников Ю.В. Математические модели для определения энергопотребления различными типами асинхронных электроприводов и примеры их использования. Электротехника, 2005, №09.

17. Акимов Л.В., Пирожок А.В. Синтез статических и астатических регуляторов ЭДС для двухконтурных двухмассовых и одномассовых электроприводов с нелинейной нагрузкой. Электротехника, 2002, №09.

18. Шапарев Н.К. Расчет автоматизированных электроприводов систем управления металлообработкой: Учеб. пособие. К.: Лыбидь, 1992. - 272 с.

19. Шульга О.В. Системи керування електроприводами: Навчальний посібник. - ПолтНТУ, 2003. - 220 с.

20. Пирожок А.В. Синтез регулятора астатической системы двухмассового электропривода без датчика скорости с упрощенной структурой и нелинейной нагрузкой Электротехника и электроэнергетика, 2002, №02.

Размещено на Allbest.ru