Способ управления механизмами одноковшового экскаватора

 

Изобретение относится к управлению электроприводами механизмов одноковшовых экскаваторов и других землеройных машин. Цель изобретения - повышение точности управления за счет учета т-ры внешней среды. Для этого измеряют ток, скорость и т-ру двигателя и сравнивают последнюю с ее пороговым значением. В случае превышения текущим значением т-ры ее порогового значения осуществляют сложение с сигналом тока. При превышении этой суммой величины ограничения вычитают полученный сигнал, сигналы обратных связей по току и скорости из заданного сигнала и формируют сигнал управления электроприводом. Для учета т-ры внешней среды измеряют т-ру воздуха, сравнивают ее с пороговым значением и в случае превышения этого значения изменяют коэффициент обратной связи по току. Сформированный таким образом сигнал управления электроприводом обеспечивает оптимизацию квадратичных отклонений скорости и тока двигателя от их установившихся значений при минимуме расхода энергии. Это уменьшает нагрев двигателя в переходных процессах и динамические броски двигателя и усилия в механизмах экскаватора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

È9) (11) (51)5 Е 02 Г 9/20 ф1»» j»» )))f

>.

i ?»" .;., ) ».

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4496929/27-03 (22) 25.08.88 (46) 30.10.90. Бюл. N- 40 (71) Научно-производственное объедии нение Сибцветметавтоматика и Красноярскии политехнический институт (72) В.11. Кочетков, Н.Б. Лыков, В.В. Мадудов и II.P. Хаспеков (53) 621.879(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1432150, кл. Е 02 Р 9/20, 1986. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МЕХАНИЗМАМИ ОДНОКОВИОВОГО ЭКСКАВАТОРА (57) Изобретение относится к управлению электроприводами механизмов одно- . ковшовых экскаваторов и др. землеройных майин. Цель изобретения — повышение точности управления за счет учета т-ры внешней среды. Для этого измеряют ток, скорость и т-ру двигателя и сравнивают последнюю с ее пороговым

Изобретение относится к управлению горной техникой, а именно к управлению электроприводами механизмов одноковшовых экскаваторов, в которых требуется ограничение токов, возникающих в режимах с управляющими и возмущающими воздействиями, и может быть также использовано при уПравлении электроприводами драг и других землеройных машин.

Цель изобретения — повышение точности управления за счет учета температуры внешней среды.

2 значением. В случае превышения текущим значением т-ры ее порогового значения осуществляют сложение с сигналом тока. При превышении этой суммой величины ограничения вычитают полученный сигнал, сигналы обратных связей по току и скорости из заданного сигнала и формируют сигнал управления электроприводом. Для учета т-ры внешней среды измеряют т-ру воздуха, сравнивают ее с пороговым значением и в случае превышения этого значения изменяют коэффициент обратной связи по току. Сформированный таким образом сигнал управления электроприводом обеспечивает оптимизацию квадратичных отклонений скорости и тока двигаI теля от их установившихся значений при минимуме расхода энергии. Это уменьшает нагрев двигателя в переходных процессах и динамические броски двигателя и усилия в механизмах экскаватора. 2 ил.

Ь)

Сущность изобретения заключается в том, что измеряют ток, скорость и температуры двигателя, осуществляют сравнение последнего с пороговым значением и в случае превышения его текущего значения осуществляют сложение с сигналом тока, и в случае превышения этой суммы над величиной ограничения вьчитают полученный сигнал, сигналы обратных связей по току и скорости из задающего сигнала и формируют сигнал управления, а учет температуры внешней среды осуществляют

16 02949

3:1 счет измерения температуры воздуха, сравнения ее с пороговым значени-. ем и в случае превышения этого зваче— ния изменяют коэффициент обратной

5 связи по току. йа фиг. 1 представлена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг, 2 — схема звена ограничения и сумматора.— . Устройство содержит последовательно соединенные командоаппарат 1 и сумматор 2, выход которого подключен к электроприводу в составе преобразователя 3 и электродвигателя 4. К другому входу с умматора 2 подключен выход звена ограничения 5, к выходам которого подключены датчик тока 6 и выход порогового элемента 7, вход которого соединен с датчиком температуры двигателя 8. Датчик температуры воздуха

9 через второй пороговый элемент 10 соединен с обмоткой коммутационного элемента 11.

Устройство дополнительно снабжено 25 датчиком скорости 12, через усилитель

13 соединенным с третьим входом сумматора 2, а датчик тока 6 дополнительно соединен через параллельные каналы, включающие последовательно соединенные замыкающий контакт 14, коммутационныи элемент 11 и второй усилитель 15, размыкающий контакт

16 и третий усилитель 17 — с четвертым входом сумматора 2.

Электродвигатель 4 представлен апериодическим звеном 18 с передаточ1 ной функцией — -- — --, интегрирующим р+ а< звеном 19 с передаточной функцией ау пропорциональным звеном 20 с пеP редаточным коэффициентом а,2и сумматором 21 °

Апериодическое звено 18 представля-<„

45 ет собой якорную цепь электрбдвигателя и характеризуется электромагнитной постоянной времени привода. Интегрирующее звено 18 представляет механическую часть двигателя в виде якоря и характеризуется электромеханической постоянной времени, а пропорциональ.ное звено 20 †. внутреннюю обратную связь по ЗДС двигателя и характеризуется конструктивной постоянной дви55 гателя.

Звено ограничения 5 включает суммирующий операционный усилитель 22, выход которого соединен с базами

Й 2.га

1 К + 1 — + Е

Q Q 0dt

M — M = I с

dt

Приведя систему к относительным единицам получим

dia Re + + +

3. С ---- И +

dt 1. а LaX

К в 1 3 +.

+ — — — Ц

1., Х

dQ Мь

dt l (Q(СИУ М а а

12 LGXy Я I Яу к

B 1

Ь = ---.—; М = CI, КпИ3 а гдеК, L рЭ вЂ” активное и индуктивное сопротивления якорной цепи; транзистироп 23, 24, а параллельно соединенные цепи эмиттер — коллектор транзистора 23, анод-катод диода 26 и катод-анод диода 25, коллектор-эмиттер транзистора 24 соединены с входом и выходом операционного усилителя 27. Сумматор 2 собран на операци=нном усилителе 27, В устройстве могут быть использованы в качестве командоаппарата 1 — потенциометр, датчика тока 6 — шунт в якорной цепи двигателя, датчика скорости 12 — тахогенератор, пороговых элементов 7 и

10 — стабилитроны, датчиков температуры 8 и 9 — термопары.

Способ управления механизмами одноковшового экскаватора осуществляется следующим образом.

На вход сумматора 2 подают задающий сигнал с командоаппарата 1, арифметически вычитают из него сигналы обратных связей по току с выхода усилителя 15 или 17 и по скорости с выхода усилителя 13. Коэффициенты усиления усилителей 13 и 15 (17) устанавливают такими, что коэффициенты обратных связей по скорости и току становятся оптимальными, Методика синтеза оптимальных обратных связей приведена ниже.

Злектропривод с силовым тиристорным преобразователем в якорной цепи может быть представлен системой уравнении:

1á02949

-а +Ь 4

»г

-ан +Ь 9< -у запишется в виде

d (у)= а

1 а 2(х»

15 где à <(, a «, az< — параметры электропривода в относительных единицах; х», х 2 — соответственно ток якоря и скорость двигателя в относительных единицах; управляющее воздействие.

Примем критерий оптимальности 25

1 и г ,/=-„,j(Кх+Кх+KU)dt, о где К, К вЂ” весовые коэффициенты критерия оптимальности. 30

К принимаем равным единице, а К< равен 1, или 2, по которому решается задача аналитического конструирования регулятора.

Составляем функцию -Гамильтона

i хг =аг(х

< (.1(< = К,х !

Kz+ г

+а п Ж» аг (/

+ а»гЖ

Ь

Ки

0 0

-а,г

-а

»» а, 0

0 а„

К2 а,, 0 к, 0

Можно доказать, что нечетных сте40 пеней в характеристическом многочлене расширенной матрицы не будет

D(y)=y + y» М + d = О, (4)

+ г. (z) (z)

45 где М; — миноры второго порядка.

Уравнение (4) имеет четыре корня, два из которых отрицательны или в общем случае лежат в левой полуплоскости комплексных корней о Ь

U = - — ((К,„ (2) 50

D(y)=d»(y) dz(y) где d (у)

»

55 d (y)

U = g х + g x (3) У2

С вЂ” конструктивная посто— янная двигателя; момент инерции привода;

U,Iy, Ю у †базовые значения напряжения, тока и скорости двигателя.

Тогда исходная система уравнений

I х(=а»,х,— а, х + bU;

Н= — (Кх-Кх-KU) +

1 z 2 г z

+ (1(» (а»(< »z Z+bU) + 1(2 2< <

Приравняв нулю производную функцию

Гамильтона по управлению, находим оптимальное управление

Система сопряженных уравнений (11 = К,х,+ а<,(1(, — аг,((1 (1) = К х + а„Я(11редположим, что закон оптимального уравнения имеет вид где 1<, »(г — коэффициенты оптимальных обратных связей.

Подставив (3) в систему исходных уравнений (1) х, = (-а „+Ъ1< ) х +(-а +Ъ1 ) х

В х = а,х

Характеристическии определитель оптимизированной системы

Характеристический многочлен оптимизированной системы

d (у)=у -(-<«+bQ» )у (Я

Расширенная система исходных и сопряженных уравнений

1 b г

Матрица расширенной системы уравнений поливом отрицательных корнеи; полином корней, лежащих в правой полуплоскости, 1602949

Для тога, чтобы оптимальная система была устойчивой, а именно асимптотически устойчивой, необходимо характеристический многочлен оптимизиро5 ванной системы приравнять к многочлену корней расширенной матрицы, лежащих в левой полуплоскости, 10

В последнем тождестве приравняем коэффициенты при неизвестных, имеющих одинаковые показатели степени, в ".! результате получим систему уравнений

< -а< + Ь)! = у + у

-а (-а< + Ь )=у„у (5) 20

Из (5) определяем коэффициенты

Х + ХЛ + S!. ч! Ь

t. (6) Если подставить значения параметров электромеханической системы, то получим конкретные численные значения 30 оптимальных обратных связей по току якорной цепи и скорости двигателя. Коэффициенты усиления усилителей 15 и

17 устанавливаются различными, поэтому для усилителя 15 9, v, получен 35

Л! ного при К = 1, а для усилителя 17 полученного при K1 = 2. Сформированный таким путем сигнал управления электроприводом обеспечивает оптимизацию квадратичных отклонений 40 скорости и тока двигателя от их установившихся значений, при минимуме расхода энергии, что уменьшает нагрев двигателя в переходных процессах.

Работа устройства заключается в 45 следующем, В процессе разгона привода и резкого стопорения сигнал с датчика тока 6 на входе звена ограничения 5 превышает сигнал с выхода первого по- 50 рогового элемента 7, который зависит от температуры двигателя и определяет стопорное значение тока двигателя, Звено ограничения 5 уменьшает напряжение на выходе сумматора 2 и соответственно напряжение на выходе преобразователя 3, ограничивая таким образом текущее значение тока двигателя на уровне стопорного.

При превышении температурой двигателя заданного значения сигнал с датчика температуры двигателя 8 превышает опорный сигнал в первом пороговом элементе 7 и проходит на вход звена ограничения 5, уменьшая сигнал с выхода сумматора 2. При уменьшении температуры воздуха ниже заданного значения сигнал с датчика температуры воздуха 9 становится больше опорного сигнала во втором пороговом элементе 10 и вызовет включение коммутационного элемента 11, размыкание контакта 16 и замыкание контакта

14. B результате этого сигнал с датчика тока 6, который усиливался усилителем 17, будет усиливаться усилителем 15. На вход сумматора 2 поступают сигналы с командоаппарата 1, с датчика скорости 12 через усилитель

13, с датчика тока 6 через усилитель

15 или 17. Результирующий сигнал с выхода сумматора 2, в необходимых случаях ограниченный выходным сигналом звена ограничения 5, поступает на вход преобразователя 3 и через него управляет электродвигателем 4.

Звено ограничения 5 работает следующим образом. На входе операционного усилителя 22 сравниваются сигналы с датчика тока 6 двигателя, с выхода первого порогового элемента 7 и опорный сигнал. По мере повышения температуры двигателя напряжение на выходе звена ограничения 5 увеличивается..

Этот сигнал вычитается из опорного сигнала, формируя сигнал задания опорного тока двигателя. При увеличении текущ го значения тока двигателя до стопорного значения напряжение на вы! ходе опера ионного усилителя 22 снижается. С этим напряжением сравнивается напряжение на выходе операционного усилителя 27, на основе которого построен сумматор 2, Если напряжение на выходе операционного усилителя 27 становится больше напряжения на выходе усилителя 22, то открывается транзистор 23 или 24 в зависимости от полярности напряжения на выходе усилителя 27, на его вход проходит напряжение с его выхода, не позволяя этому напряжению больше увеличиваться.

Действие звена ограничения и оптимальных .обратных связей уменьшаег динамические броски тока двигателя и усилия в механизмах.

l0.

1602949

Фиа 1

Ф о р м у л а и з о б р е т е и и я

СпоСгб управления механизмами одноковшового экскаватора, включающий измерение тока, скорости и температуры двигателя, сравнение последнего с пороговым значением и в случае превышения его текущего значения осуществляют сложение с сигналом тока, а в случае превышения этой суммы под величиной ограничения вычитают полученныи сигнал, сигналы обратных связей по току и скорости из задающего сигнала и формируют сигнал .управления, о т л и ч а ю щ H и с я тем, что, с целью повышения точности управления за счет учета температуры внешней среды, измеряют температуру воздуха, сравнивают ее с пороговым значением и в случае превышения этого значения изменяют коэффициент обратной связи по току.

1602949

Гыюмяго, ЗВЕНО ОГРАНИЧЕНИЯ

Составитель А. Мартынов

Техред Л.Олийнык Корректор Э; Лончакова

Редактор М. Товтин

Заказ 3364 Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35» Раушская наб., д..4/5

Произвогственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101