Керування асинхронним електроприводом механізму обертання з підвішеним вантажем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Одеський національний політехнічний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Керування асинхронним електроприводом механізму обертання з підвішеним вантажем

Найденко О.В.

Спеціальність 05.09.03 - Електротехнічні комплекси та системи

Одеса 2009

Вступ

Актуальність теми. Завданням гасіння коливань підвішеного вантажу займалося багато учених. У цій області найбільший теоретичний внесок було зроблено роботами В.І.Ключева, Л.Б.Масанділова, В.І.Холодного і ін., відомо багато різних теоретичних рішень вітчизняних і зарубіжних авторів. Проблеми обертальних механізмів висвітлювали Л.І.Кибрік, Д.Смолянінов, Ф.Паліс, П.Хорн і ін., хоча ця задача і сьогодні вузько представлена в наукових розробках. У роботах, виконаних досі в ОНПУ, оптимізовані перехідні процеси електромеханічної системи (ЕМС) з підвішеним вантажем, проте лише для механізмів поступального руху. Стосовно ЕМС механізмів обертання стрілових кранів, які характеризуються особливо тривалими перехідними процесами, проблема демпфування коливань підвішеного вантажу особливо гостра. Саме тому розробка методів керування електроприводом, які забезпечують достатньо|досить| високу швидкодію і одночасно демпфування коливань підвішеного вантажу|тягаря| при його обертанні, здатна зробити істотний|суттєвий| внесок|вклад| до підвищення продуктивності підйомно-транспортних механізмів обертального руху при проведенні вантажно-розвантажувальних і будівельних робіт, підвищити ефективність багатьох транспортних операцій.

У зв'язку з вищесказаним чинна|теперішня| дисертаційна робота, що присвячена питанням оптимізації керування електроприводом механізмів обертання портальних і баштовихкранів на базі сучасної мікропроцесорної техніки, є актуальною для народного господарства України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до держбюджетних тем № 612 - 52 "Дослідження динамічних режимів складних автоматизованих електромеханічних систем з електроприводами змінного струму", номер державної реєстрації 0105U007567, і № 568 - 52 "Дослідження електромеханічних систем автоматизації промислових установок і побутової техніки", номер державної реєстрації 0107U001966, в рамках координаційного плану Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка на базі промислових мікроконтролерів оптимального керування асинхронним електроприводом механізмів обертання, яке забезпечує їх максимальну швидкодію, найшвидкіше демпфування коливань підвішеного на гнучкій нитці вантажу і підвищення таким чином продуктивності транспортних операцій з одночасним обмеженням навантажень в кінематичних ланках.

Задачі дослідження:

- дослідження коливань підвішеного вантажу в механізмах горизонтального переміщення;

- визначення оптимального, за критерієм швидкодії, закону керування електроприводом механізму обертання, що забезпечує за даних умов експлуатації гасіння коливань підвішеного вантажу;

- оцінка впливу пружності кінематичних передач і люфтів на динамічні навантаження при оптимальному керуванні, розробка рекомендацій щодо їх обмеження;

- реалізація оптимального керування електроприводом перетворювач частоти - асинхронний двигун;

- обґрунтування структури мікропроцесорного керування (МПК), розробка алгоритмів керування, рекомендації щодо реалізації МПК на базі промислових програмованих контролерів.

Об'єктом дослідження є динамічні процеси електромеханічної системи механізму обертання крана з підвішеним на гнучкій нитці вантажем.

Предметом дослідження є оптимальне керування асинхронним електроприводом механізму обертання.

Методи дослідження. Методи теоретичної механіки використовувалися для опису явищ обертання підвішеного вантажу; теорія оптимального керування - для отримання закону керування за критерієм швидкодії; методи теорії електроприводу - для вибору асинхронного електропривода при реалізації оптимального керування; диференційне числення, методи чисельного рішення диференційних рівнянь при математичному моделюванні, Matlab (license number: 21808, platform: all, license option: group, term: perpetual, use: classroom), LABVIEW| (computer name: reanimate - 1747c1, computer ID: TM69 - M8C5 - 3CV9 - GPZ7, 6FZP - 4HVW - 57SS - S8FN - 9MV6, use: student) - для розрахунку перехідних процесів.

Наукова новизна одержаних результатів:

- обґрунтовано необхідність при оптимальному керуванні електроприводом механізму обертання одночасного керування електроприводом механізму зміни вильоту стріли в якості другої керуючої дії;

- запропоновані закони керування обома електроприводами, що забезпечують максимальну швидкодію механізму обертання при обмеженні коливань підвішеного вантажу|тягаря|;

- вперше|уперше| запропоновано і використано такий спосіб керування асинхронним двигуном, який обмежує динамічні навантаження в податливих|піддатливих| кінематичних ланках при оптимальному керуванні;

- розроблені методи мікропроцесорного оптимального керування асинхронним електроприводом механізму обертання.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що розроблений спосіб керування обертальними механізмами дозволяє обмежити коливання вантажу при високій швидкодії ЕМС і таким чином підвищити продуктивність процесу і точність позиціювання механізмів обертання. Одночасно запропоновані методи обмеження навантажень в кінематичних передачах при оптимальному керуванні дозволяють збільшити термін експлуатації цих електромеханічних систем. Запропоновані функціональні схеми і розроблені алгоритми керування базуються на сучасних компонентах систем автоматизації, а реалізація запропонованого мікропроцесорного керування на базі сучасного програмованого контролера TWIDO TWDLMDA40DTK і отримані експериментальні дані дозволяють дати рекомендації щодо практичного впровадження цієї системи в різних галузях народного господарства.

Матеріали дисертації розглянуті|розглядувати| на технічних радах|порадах| АТЗТ "ТЯЖПРОМАВТОМАТИКА" (м. Харків) і ТОВ "Ільїчівський судноремонтний|судноремонтний| завод", отримали|одержували| позитивну оцінку і рекомендовані до впровадження. Розробки дисертації використовуються в учбовому процесі кафедри "Електромеханічні системи з|із| комп'ютерним керуванням" Одеського національного політехнічного університету - в курсі лекцій "Динаміка складних електромеханічних систем" і "Електропривод типових промислових установок", в курсовому і дипломному проектуванні.

Особистий внесок здобувача. У роботі [1] здобувачем дані рекомендації щодо способу перемикання керуючої дії з метою обмеження динамічних навантажень в елементах кінематики. У роботі [2] вона досліджувала якість перехідних процесів в тримасовій ЕМС при керуванні радіусом точки підвісу вантажу. У роботі [3] здобувачем доведена можливість оптимального керування ЕМС механізму обертання при одночасній зміні вильоту стріли, а також доцільність використання електропривода ПЧ-АД з векторним керуванням. У роботі [5] вона досліджувала можливість зниження динамічних навантажень в елементах кінематики, вибираючи певні початкові умови при зміні знаку моменту, і якість перехідних процесів. У роботі [7] здобувачем отримано діапазон значень коефіцієнта динамічності в залежності від величини люфта. Роботи [4, 6] написані і опубліковані автором самостійно.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові положення і результати роботи доповідались на міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика" (м. Алушта, 2008 р., 2009 р.), на V Міжнародній (XVI Всеросійській) конференції з автоматизованого електропривода (м. Санкт-Петербург, 2007 р.), на науковому семінарі НАН України "Проблеми динаміки автоматизованих електромеханічних систем змінного струму" (м. Одеса, 2007, 2008, 2009 р.), на конференції молодих дослідників ОНПУ (м. Одеса, 2008 р.), на кафедрі "Електромеханічні системи з комп'ютерним керуванням" Одеського Національного політехнічного університету (2007, 2008, 2009 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано у семи друкованих працях - фахових наукових виданнях, рекомендованих ВАК.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота загальним обсягом 150 сторінок складається з вступу, п'яти розділів, висновків до роботи, списку літературних джерел з 83 найменувань, містить 42 рисунка і 9 таблиць, а також 4 додатки.

1. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовані мета і задачі дослідження, визначені наукова новизна та практична цінність досліджень і їх зв'язок з науковими програмами, планами. Дана інформація про апробацію дисертації, публікації у фахових виданнях, структуру дисертаційної роботи.

У першому розділі виконано огляд літератури і показана особливість механізмів обертання, вимоги до їх електроприводів, необхідність такого керування, яке б понизило коливальність підвішеного вантажу в перехідних режимах. Тут же з посиланням на літературу наводиться раніше запропонований спосіб керування електроприводами механізмів поступального руху з підвішеним вантажем. Відповідно до принципу максимуму Л.С. Понтрягіна при оптимізації керування механізмів поступального руху, а саме - забезпечення мінімального часу перехідних процесів пуску і гальмування при заданих обмеженнях розташування вантажу в кінці цих процесів, потрібно забезпечити релейний закон максимально допустимого

динамічного зусилля (моменту): . Діаграма зміни моменту зображена на рис.1, причому час знаходиться|перебуває| вирішенням рівняння

(1)

, (2)

де постійна величина

 (3)

? це час розгону до заданої швидкості маси

за відсутності розгойдування вантажу і дії постійної сили , тобто це мінімальний час перехідного процесу, до якого він може прагнути при оптимальному керуванні;

- максимальне значення сили (моменту двигуна), допустиме за умовами його нагріву і деякими технологічними міркуваннями.

Рис.1. Діаграма моменту під час пуску

Другий розділ присвячено дослідженню ЕМС механізму обертання, який є поворотною платформою із стрілою і підвішеним до неї на гнучкій нитці вантажем. Тому такий механізм можна також представити у вигляді двомасової механічної частини (поворотна платформа - вантаж, зв'язані гнучкою ниткою) (рис.2).

Розрахункова схема при обертанні вантажу|тягаря| ускладнюється із-за наявності тангенціальної і нормальної складових прискорення. Відповідно до цього і кут|ріг| відхилення нитки з|із| вантажем|тягарем| від вертикалі доцільно розкласти|розкладати| на дві складові - проекції цього кута|рогу| на тангенціальну (дотичну) площину, перпендикулярну стрілі, і нормальну площину|площину|, що проходить через вісь обертання і стрілу .

Проте|однак| визначити закон оптимального керування, якщо використовувати лише електропривод механізму обертання, непросто, і сам закон буде надзвичайно складним. Тому пропонується для заспокоєння тангенціальної складової скористатися законом зміни моменту, отриманого|одержувати| для поступального руху, а для заспокоєння нормальної складової кута|рогу| відхилення доцільно змінювати|зраджувати| радіус обертання точки підвісу вантажу|тягаря| за допомогою електропривода зміни вильоту стріли згідно із законом

Рис.2. Розрахункова схема механізму обертання з|із| підвішеним| вантажем

(4).

Тут

,

а і - кутові швидкості платформи і вантажу, - довжина підвісу.

При реалізації закону зміни радіусу не враховувати значну електромеханічну сталу часу приводу зміни вильоту стріли не можна. Щоб|аби| вплив параметрів реального механізму на динаміку ЕМС механізму обертання буле мінімальним, бажано прискорити його перехідні процеси, компенсуючи вплив електромеханічної сталої часу як великої сталої часу. Тому доцільно використовувати двоконтурне підпорядковане керування швидкості двигуна і переміщення механізму зміни вильоту стріли. Обидва контури налаштовуються на модульний оптимум, причому мала стала часу контуру швидкості, що не компенсується, приймається рівною . При такому налаштуванні тривалість перехідного процесу за переміщенням практично не залежить від .

Для перевірки правильного функціонування регуляторів|регулювальників| і оцінки працездатності електроприводу регулювання радіусу точки підвісу вантажу|тягаря| було проведено моделювання ЕМС механізму зміни вильоту стріли реального портального крана. Виявилось, що при такому керуванні електроприводом зміни вильоту стріли реальне значення радіусу відстає від сигналу завдання|задавання| на 0,04 с|із|, що складає .

Була складена математична модель ЕМС в пакеті Matlab||. Результати моделювання ЕМС механізму обертання з урахуванням|з врахуванням| зміни радіусу приведені на рис.3. З|із| графіків видно|показний|, що після|потім| закінчення перехідного процесу розгону нормальна і тангенціальна складові кута|рогу| відхилення нитки з|із| вантажем|тягарем| від вертикалі дійсно майже не коливаються|вагаються|, що, звичайно, задовольняє умовам поставленого завдання|задачі|. Максимальне значення тангенціальної складової кута|рогу| 0,092 рад, що складає приблизно , а значення нормальної складової після|потім| завершення перехідного процесу розгону .

Рис.3. Графіки перехідного процесу пуску механізму обертання з врахуванням|урахуванні| інерційності електропривода зміни вильоту стріли: а - змінні механізму обертання; б - зміна радіусів і .

З|із| графіків рис.3, б витікає, що при необхідній зміні радіусу радіус теж|також| не залишається постійним. Проте|однак| навіть у такому разі|в такому разі| амплітуда його коливань не перевищує 0,03 м|м-коди|, що складає 0,15% від початкового значення радіусу і задовольняє умовам поставленого завдання|задачі|.

Проаналізувавши графіки перехідних процесів, можна зробити висновок|висновок|, що запропонований спосіб оптимального керування електроприводом механізму обертання цілком задовольняє умовам поставленого завдання|задачі| відносно поведінки підвішеного вантажу|тягаря|.

Матеріал третього розділу присвячено оцінці пружності кінематичних ланок і люфтів в передачах на динамічні навантаження при оптимальному керуванні. Відомо, що динамічні моменти в перехідних режимах передаються від двигуна до робочого органу через пружні ланки - вали, металоконструкції, значно їх навантажуючи. Природно, що будь-який механізм обертання також характеризується пружністю механічної частини і, головне, люфтами в передачах. Тут же не слід не враховувати, що для оптимального керування механізмом, який забезпечує швидкі перехідні процеси і одночасно гасіння коливань вантажу, потрібні не плавні, а миттєві зміни максимального моменту (рис.1). Але саме стрибкоподібна зміна моменту двигуна приводить до найбільших динамічних навантажень в кінематичних ланках. Тому для з'ясування значення цих навантажень слід аналізувати досліджуваний механізм з його електроприводом як електромеханічну систему з тримасовою механічною частиною, розрахункова схема якої наведена на рис.4. ЕМС з тримасовою механічною частиною якщо відсутні

люфти і зневажаємо|нехтуванні| втратами на деформацію, описується системою диференціальних рівнянь

(6)

де - коефіцієнт жорсткості пружних елементів кінематики, а - еквівалентна жорсткість, що відповідає розгойдуванню підвішеного вантажу, вона залежить від довжини каната .

Рис.4.Розрахункова схема тримасової ЕМС механізму обертання

Найбільше перевищення навантаження в податливих ланках передачі над середнім характеризується коефіцієнтом динамічності , який бажано знижувати, створюючи безпечний режим для цього устаткування.

Розглядаючи спочатку механічну частину без люфту (), можна стверджувати, що під час перемикання без люфту істотно залежить від початкових умов, які в загальному випадку носять випадковий характер. Проте можна, виходячи з виразів, які виведені для двомасової механічної частини (за відсутності вантажу), знайти екстремальні початкові умови при перемиканні без люфта на другий і третій етапи оптимального перехідного процесу:

,

і , (рис.5).

Розрахунки (табл.1) і моделювання свідчать, що найбільше навантаження має місце у разі перемикання при максимальному початковому значенні моменту пружності , тобто при

,

а найменша - при мінімальному, тобто коли

.

Тут - власна частота коливань ланки з . З таблиці також очевидно, що наявність третьої маси (вантажу) сприяє зниженню динамічних навантажень на другому етапі на 10% - 18% в залежності від початкових умов перемикання.

Рис.5. Момент пружного зв'язку , швидкості двигуна і платформи під час реверсу

Одним з шляхів зниження коефіцієнта динамічності незалежно від початкових умов може бути зміна моменту не стрибком, а плавно, наприклад за законом експоненти (рис.6) зі сталою часу .

Таблиця 1 Значення коефіцієнтів динамічності при перемиканнях з різними початковими умовами

Рис.6. Зміна керуючої дії за законом експоненти

На рис.7 представлено діапазон коефіцієнтів динамічності в залежності від сталої часу експоненти на першому , другому і третьому етапах при розгоні обертальної платформи. Отже, якщо момент двигуна змінюється за експоненціальним законом, то навантаження в кінематичних передачах помітно знижуються, причому тим сильніше, чим більше час зростання моменту. Одночасно відзначимо, що застосування запропонованого способу керування замість ідеального, коли момент змінюється стрибком, практично не впливає на показники якості роботи ЕМС (похибки в сталому режимі). Коли стала часу більше, ніж період власних коливань двомасової механічної частини двигун - обертальна платформа, значення коефіцієнта динамічності вже істотно не змінюється. Практично доцільно приймати

на першому і другому етапах і

- на третьому, що приводить до (навіть без врахування втрат від в'язкого тертя). Тут - період коливань:

. (7)

Складнішим виявляється|опиняється| питання при дослідженні навантажень в реальних кінематичних передачах з урахуванням|з врахуванням| люфту. Саме за наявності люфтів в кінематичних ланках механізмів - вузлах вал-шестерня-зубчатий| вінець обертальної платформи - диференційні рівняння реальних електромеханічних систем є|з'являються| нелінійними. Для механізмів з|із| великими моментами інерції робочого органу, до яких відносяться механізми обертання, дуже важливо|поважно| досліджувати явища перехідних режимів під час вибору люфту.

При звичайних пусках рекомендується на період вибору люфтів знижувати момент двигуна, проте в наших умовах ця рекомендація не може бути використана із-за малої тривалості етапів. Дослідження показали, що і в цьому випадку навантаження реально знижуються при зміні моменту, як і раніше, за експоненціальним законом, причому це зниження знову таки тим сильніше, чим більше значення сталої часу зростання моменту. Діапазон коефіцієнтів динамічності на етапах при розгоні обертальної платформи з коефіцієнтом співвідношення моментів інерції і величиною люфту демонструє рис. 8.

Рис.7. Діапазон коефіцієнтів динамічності як функція сталої часу експоненти

Рис.8. Коефіцієнти динамічності на всіх етапах при виборі люфту, коли момент двигуна змінюється експоненціально

Очевидно, що при значення коефіцієнта динамічності вже цілком допустиме. Практично доцільно приймати на першому і другому етапах і

- на третьому, тоді коефіцієнти динамічності не перевищуватимуть 2,7 на першому і другому етапах і 3,2 - на третьому.

Відомо, що реально величина люфту у гіршому випадку може досягати одного обороту двигуна, тобто складати 5,5 - 6,0 рад, а із збільшенням люфту коефіцієнти динамічності значно зростають. Помічено, що зміна керуючої дії за експонентою особливо ефективно знижує динамічні навантаження в пружних ланках на другому і третьому етапах: наприклад, при коефіцієнти динамічності знижуються на 39% і 43% відповідно. На рис.9 наведені залежності середнього значення коефіцієнта динамічності від величини люфта при експоненціальному характері моменту (рис.6) з врахуванням і без врахування в'язкого тертя.

Рис.9. Залежність середнього значення коефіцієнта динамічності від величини люфту в ідеальній системі ( ) і з врахуванням в'язкого тертя

Осцилограми перехідного процесу для рекомендованих значень з врахуванням в'язкого тертя показані на рис.10.

Таким чином, якщо і в цьому випадку змінювати момент двигуна за експоненціальним законом з

,

можна досягти істотного зниження навантажень в кінематичних передачах.

У четвертому розділі обґрунтовується можливість застосування в якості регульованого електропривода асинхронного короткозамкнутого двигуна з частотним перетворювачем (ПЧ-АД). Такий електропривод дозволяє реалізувати переважну більшість вимог, що пред'являються до статичних і динамічних характеристик виробничих механізмів, які експлуатуються в різних умовах. І одночасно саме застосування короткозамкнутого асинхронного двигуна істотно спрощує експлуатацію і підвищує надійність електропривода.

Рис.10. Перехідний процес характерних величин (а) і моменту пружної деформації в тримасовій ЕМС з при зміні задаючої дії за експонентою з врахуванням в'язкого тертя

Вище було показано, що для реалізації оптимального керування механізмом обертання без істотних|суттєвих| перевантажень ланок потрібно певним чином формувати момент АД, а також змінювати|зраджувати| його знак в перехідних режимах, тобто необхідно мати можливість|спроможність| швидкого безпосереднього керування моментом електродвигуна.

У відповідності до цього, в розрахунках використовувалася модель асинхронного частотно-керованого електропривода з|із| векторним керуванням (рис.11) в пакеті Matlab

Результати моделювання АД в режимі пуску в складі ЕМС механізму обертання з підвішеним вантажем з миттєвою і експоненціальною () зміною моменту переконують в можливості завдання потрібного характеру моменту при оптимальному управлінні ЕМС механізму обертання.

Для доведення можливості|спроможності| реалізації необхідних діаграм моментів за допомогою серійних промислових контролерів і електроприводів були проведені експериментальні дослідження в лабораторії кафедри ЕМСКУ. Експеримент був

Рис.11. Модель електропривода ПЧ-АД з|із| векторним керуванням

проведений на лабораторному стенді без механічної частини|частки| - вантажу|тягаря| () непрямим методом. Під час експерименту використовувалися: асинхронний 3-х фазний двигун потужністю 0,32 кВт з|із| тахогенератором постійного струму|току|; частотний перетворювач з|із| векторним керуванням Schneider| Altivar| ATV71| H037M3| для двигуна потужністю 0,37 кВт; контролер Schneider| TWIDO| TWDLMDA20DTK|; аналого-цифровий реєстратор сигналів National| instruments| з|із| програмним забезпеченням LABVIEW||.

Схема з'єднання|сполучення| перетворювача частоти, контролера, двигуна і тахогенератора наведена на рис.12.

Рис.12. Експериментальна електрична схема з'єднань

Для порівняння характеру|вдачі| зміни швидкості на рис.13 представлені|уявляти| розрахункові для даного стенда (з|із| певними моментом інерції і максимальним моментом двигуна) і експериментально|експериментальний| зняті графіки швидкості двигуна для різних сигналів керування моментом. Вони свідчать|засвідчують| про те, що на сучасних частотних електроприводах дійсно можливо реалізувати необхідні закони зміни моменту двигуна, однак|однак| для цього необхідно використати векторний електропривод з|із| прямим керуванням моменту.

Окрім|крім| цього, завданням|задачею| експерименту була також перевірка можливості|спроможності| формування експоненти в контролерах з|із| довільним часом циклу (періодом квантування). Це завдання|задача| вирішувалося|розв'язувалося| записом в пам'ять мікроконтролера (МК) таблиці розрахункових значень з|із| кроком 1 мс| і подальшою|наступною| синхронізацією МК з|із| реальним часом за допомогою таймера. Надалі з|із| таблиці бралось значення, відповідне поточному часу, незалежно від періоду квантування. Таким чином, будь-який стандартний контролер незалежно від фактичної тривалості циклу дозволяє реалізувати необхідний закон керування.

Рис.13. Розрахункові (а) і експериментально|експериментальний| отримані|одержувати| (б) осцилограми перехідного процесу швидкості двигуна при зміні керуючої дії стрибком (1) і за експоненціальним законом (2) для

У п'ятому розділі запропоновано реалізацію оптимального керування електроприводом механізму обертання на базі сучасного перетворювача частоти з векторним керуванням і мікроконтролера. Векторне керування АД закладено в перетворювачі частоти і не вимагає додаткових пристроїв або регуляторів. Керування електроприводами механізмів обертання ЕПП і зміни вильоту стріли ЕПВ доцільно здійснювати від одного контролера, який здатний видавати потрібні сигнали на електроприводи обох механізмів. Функціональна схема мікропроцесорного керування наведена на рис.14. Відповідно до розробленого способу керування запропоновано алгоритм оптимального керування.

Рис.14. Функціональна схема мікропроцесорного керування

Для підтвердження можливості|спроможності| реалізації програми оптимального керування електроприводом механізму обертання відповідно до алгоритму була створена програма для промислового контролера виробництва фірми|фірма-виготовлювача| Schneider| з|із| програмним забезпеченням TwidoSuite|. Останнє дозволяє створювати програми для контролерів Twido|, імітувати роботу контролера в процесі налаштування програми, а потім легко переносити її в пам'ять реально діючого|установленого| контролера.

За допомогою програми формується сигнал завдання моменту АДП, змінюється його знак відповідно до розрахованого часу етапів перехідного процесу механізму обертання, а також видається сигнал керування перетворювачем частоти ПЧв електропривода зміни вильоту стріли ЕПВ. Оскільки в програмі необхідно проводити розрахунки з|із| великою точністю, для реалізації програми оптимального керування було обрано контролер TWIDO| TWDLMDA40DTK|, який дозволяє здійснювати операції з|із| дробовими числами.

Отримана|одержувати| осцилограма пуску представлена|уявляти| на рис.15. Таким чином, була доведена можливість|спроможність| реалізації мікропроцесорного керування асинхронним електроприводом механізму обертання з|із| підвішеним вантажем|тягарем| і зміни радіусу вильоту стріли за допомогою промислового мікроконтролера|мікроконтроллера|, були визначені необхідний клас контролера і можливості|спроможності| мови|язика| програмування. Розроблена програма дозволяє надалі корегувати процеси керування.

На підставі сформульованих вимог, яким повинен задовольняти електропривод механізму обертання, дана порівняльна оцінка перетворювачів частоти найбільш відомих фірм|фірма-виготовлювачів|, представлених|уявляти| на світовому ринку. Вона дозволяє зробити висновок|висновок|, що сучасний ринок пропонує широкий асортимент перетворювачів частоти, які задовольняють всім умовам поставленого завдання|задачі|, а вибір інженера, в основному, залежить від цінової політики і набору додаткових якостей і вбудованих функцій, необхідних для вирішення інших завдань|задач|, яких не торкнулася чинна робота.

електропривід кінематичний мікропроцесорний контролер

Рис.15. Осцилограма перехідного процесу в режимі Simulation|

Висновки

Дисертація присвячена вирішенню питань оптимізації керування електроприводом обертальних механізмів портальних і баштових кранів на базі сучасної мікропроцесорної техніки і є актуальною для народного господарства України.

Найбільш істотні|суттєві| конкретні результати, отримані|одержувати| в дисертації:

Проаналізовано проблему швидкодії механізмів обертання і одночасно демпфування коливань підвішеного на гнучкій нитці вантажу|тягаря|, на підставі чого сформульовані мета|ціль| і задачі|задачі| роботи.

Показано, що отриманий|одержувати| з використанням принципу максимуму Понтрягіна закон зміни динамічного моменту електропривода на всіх етапах перехідного процесу забезпечує гасіння тангенціальних коливань вантажу|тягаря| до кінця перехідного процесу пуску (гальмування) механізму обертання і при даних параметрах електромеханічної системи - мінімальну тривалість цих процесів.

Обґрунтовано необхідність|спільного| використання електропривода механізму зміни вильоту стріли як другої керуючої дії, що змінює|зраджує| за виведеним законом радіус обертання точки підвісу вантажу|тягаря| для гасіння нормальної складової кута|рогу| відхилення.

Показано, що стрибкоподібний характер|застосування| моменту двигуна при оптимальному керуванні може привести до значних перевантажень в пружних|піддатливих| ланках кінематичних передач, які становлять 3 - 10 кратні значення по відношенню до середнього моменту.

Обґрунтовано доцільність зміни моменту двигуна не стрибком, а експоненціально; показано, що в цьому випадку коефіцієнт динамічності не перевищує 2-3, якщо стала часу експоненти залежно від стану|достатку| кінематики складає 0,5 - 2 періоду власних коливань двомасової механічної частини|частки|.

Моделювання підтвердило, що відхилення способу керування від ідеального (стрибка) практично не впливає на показники якості: похибка для кутів|рогів| не перевищує 3 - 5,5 %.

Обґрунтовано доцільність застосування для механізму обертання електропривода ПЧ-АД з|із| векторним керуванням; аналітично і експериментально|експериментальний| доведено можливість|спроможність| формування таким електроприводом потрібного характеру|вдачі| зміни моменту двигуна.

Запропоновано функціональну схему і розроблено алгоритм оптимального керування електроприводами механізмів обертання і зміни вильоту стріли, які реалізуються на базі сучасних промислових контролерів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Герасимяк Р.П. Динамические нагрузки при оптимальном управлении электроприводом механизма перемещения с подвешенным грузом / Р.П.Герасимяк, Е.В.Найденко, А.Л.Тогобицкий, В.А.Лещев // Електромашинобуд. та електрообладн. - 2006. - Вип. 66. - С.144 - 146.

2. Герасимяк Р.П. Особливості керування електроприводом механізму вильоту стріли під час обертання крана з підвішеним вантажем / Р.П.Герасимяк, О.В.Найденко // Електромашинобуд. та електрообладн. -2007. - Вип. 68. - С.11 - 15.

3. Герасимяк Р.П. Оптимальное управление электроприводом механизма поворота / Герасимяк Р.П., Тогобицкий А.Л., Найденко Е.В. // Сб. материалов V Международной (XVI всероссийской) научной конференции. - С.Петербург, 2007. - С.384 - 387.

4. Найденко Е.В. Управление электроприводом механизмов горизонтального перемещения с подвешенным грузом / Найденко Е.В. // Електромашинобуд. та електрообладн. - 2007. - Вип. 69. - С.17 - 22.

5. Герасимяк Р.П. Управление асинхронным электроприводом механизмов поворота, обеспечивающее снижение динамических нагрузок / Р.П.Герасимяк, Е.В.Найденко - Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. - Вісник НТУ "ХПІ" - Харків: НТУ "ХПІ", 2008. - № 30.- С. 111- 112.

6. Найденко Е.В. Микропроцессорное управление асинхронным электроприводом механизмов поворота с подвешенным грузом / Найденко Е.В. // Електромашинобуд. та електрообладн. -2009. - Вип. 73. - С. 16 - 20.

Размещено на Allbest.ru