Разработка электропривода поворотного механизма экскаватора

Величины и периоды действия статических токов в периоды ускорений, замедлений и движений с установившейся скоростью, согласно табл. 5.4, можно задавать Булевой алгеброй по следующей форме:(u>0)*571*(u<0.3)+(u>0.3)*926*(u<9.55)+(u>9.55)*725*(u<18.45)++(u>18.45)*725*(u<18.65)+(u>18.65)*648*(u<20)+(u>20)*(-571)*(u<20.2)++(u>20.2)*306*(u<29.7)+(u>29.7) *306*(u<30)Модель воспринимает такую форму записи как то, что с 0 до 0,3-й секунды статический ток составляет 571 А; с 0,3-й секунды до 9,55-й секунды статический ток составляет 926 А, и т.д.Запись Булевой алгебры осуществляется в окне настройки блока Fcn1 и имеет такой же вид, как на рис. 6.21, но со своими численными данными.На осциллоскопе Scope5 получаем диаграмму статических токов (рис. 5.10) за цикл экскавации.Рисунок 5.11Диаграмма статических токов электропривода механизма подъемаза период цикла экскавацииРезультаты моделирования в виде динамических процессов для координат по току якоря и угловой скорости электропривода фиксируются на Scope6 и представлены на рис. 5.11. Как видно по графику переходных процессов, цикл экскавации увеличился по сравнению с расчетными данными. Это связано с тем, что модель не учитывает изменение момента инерции системы в процессе движения механизма подъема с груженым и порожним ковшом. При расчете нагрузочной диаграммы это обстоятельство учитывалось, и период цикла экскавации составил 30 с. В модели цикл экскавации составил примерно 31,5 с, т.е. погрешность моделирования не превышает 5%.6 Моделирование динамических процессов электропривода по схемеУВ-Д (ТП-Д) механизма тяги одноковшового экскаватораРисунок 5.12 - Структура двухконтурной системы подчиненного регулирования координат электропривода по схеме УВ-ДИсходными данными для моделирования являются:1. Структурная схема электропривода постоянного тока по схеме УВ-Д (ТП-Д), представленная на рис. 5.12, учитывая, что в экскаваторных электроприводах используется задержанная отрицательная обратная связь по току якоря для формирования экскаваторной электромеханической характеристики и внешний контур регулирования напряжения. 2. Расчетные данные вышеПо структурной схеме рис. 5.12 составляется блок-схема модели электропривода системы УВ-Д механизма тяги экскаватора, представленная на рис. 5.14.Рисунок 5.13- Переходные процессы по току якоря и угловой скорости электропривода механизма подъема одноковшового экскаватора за период цикла экскавацииРисунок5.14 -Блок-схема модели электропривода системы УВ-Д (ТП-Д) механизма тяги экскаватораНа блоке Gain3 (усилитель) реализован коэффициент усиления регулятора напряжения, его численное значение вносится в окно настройки. Блоки Gain и Gain2 предназначены для реализации коэффициентов обратных связей по току якоря и напряжения якорной цепи соответственно, их численные значенияВ/А и Вс и вносятся в соответствующие окна настройки. Блок Gain5 задает коэффициент усиления регулятора напряжения по цепи задержанной обратной связи тока якоря, его коэффициент усиления вносится в окно настройки.Ограничение сигнала задания по току осуществляется с помощью блока Saturation, который извлекается из библиотеки Nonlinear (Нелинейные блоки). Рекомендуется в окне настройки выставлять напряжение ограничения В.Регулятор тока реализован в модели с помощью блока Zero-Pole, который извлекается из библиотеки Continuous (Непрерывные блоки). Передаточная функция регулятора тока имеет вид ,где численные значения электромагнитной постоянной времени якорной цепи с и постоянной времени регулятора тока с.Для реализации передаточной функции регулятора тока на блоке Zero-Pole, необходимо эту передаточную функцию представить в следующем виде:.В окно настройки блока Zero-Pole (рис. 6.32) вносятся численные значения и с-1.Рисунок 5.15 - Окно настройки блока Zero-Pole, моделирующего ПИ-регулятор токасистемы управления электроприводом механизма тягиПереход от ЭДС двигателя к угловой скорости электропривода осуществляется с помощью блока Gain6. Коэффициент усиления блока, который вносится в окно настройки, определяется как величина, обратная коэффициенту ЭДС двигателя /Вс,где Вс – коэффициент ЭДС двигателя Реализация звена ЭДС двигателя выполнена с помощью блоков Gain1 и Integrator. Коэффициент усиления блока Gain1 определяется из соотношенияВ/Ас,где В/А – статический коэффициент передачи звена напряжения; с – электромеханическая постоянная времени привода. Численные значения и определены выше.Для механизма тяги экскаватора-драглайна применяется десятипериодная диаграмма движения. Реализация управляющего сигнала задания по напряжению , в соответствии с заданной диаграммой движения, осуществляется оператором (экскаваторщиком). Моделирование задания по напряжению оператором на рис. 6.31 осуществляется с помощью блоков Cloсk1 (время), Fcn (задание f(u) произвольной функции), Integrator1 (интегратор) и Gain4 (усилитель).Определим угловые ускорения, учитывая, что .с-2; с-2;с-2; с-2;с-2.Представим диаграмму угловых ускорений в табличной форме.Таблица 5.5 Данные расчета диаграммы угловых ускорений механизма тяги экскаватораt, с0 – 0,80,8 – 6,36,3 – 25 25 – 25,125,1 – 37 , с-23,32002,660t, с37 – 38,238,2 – 43,543,5 – 44,3 44,3 – 5959 – 60 , с-2-2,440-3,6502,92С помощью блока Fcn зададим, используя Булеву алгебру, зависимость изменения углового ускорения «» во времени «t» за цикл экскавации. Величины и периоды действия ускорений, замедлений и движений с установившейся скоростью, согласно табл. 5.5, можно задавать Булевой алгеброй по следующей форме:(u>0)*3.32*(u<0.8)+(u>0.8)*0*(u<6.3)+(u>6.3)*0*(u<25)+(u>25)*2.66*(u<25.1)++(u>25.1)*0*(u<37)+(u>37)*(-2.44)*(u<38.2)+(u>38.2)*0*(u<43.5)++(u>43.5)*(-3.65)*(u<44.3)+(u>44.3) *0*(u<59)+(u>59)*2.92*(u<60)Модель воспринимает такую форму записи таким образом, что с 0 до 0,8-й секунды угловое ускорение равно 3,32 с-2; с 0,8-й секунды до 6,3-й секунды угловое ускорение равно 0, и т.д.Необходимо обратить внимание, что в окне настройки необходимо букву «u» писать строчной; нельзя допускать в записи пробелов; замедление имеет знак (-); в десятичных дробях используется точка, а не запятая. На рис. 5.16 представлена форма записи Булевой алгебры в окне настройки блока Fcn.Рисунок5.16- Окно настройки блока Fcn, реализующей диаграмму ускорений механизма тяги экскаватораНа осциллоскопе Scope3 получаем диаграмму угловых ускорений (рис. 5.17) за цикл экскавации. Чтобы получить диаграмму управляющего сигнала задания по напряжению (скорости) на регуляторе напряжения, необходимо проинтегрировать ускорение. Для этого используется блок Integrator1, включаемый после блока Fcn (рис. 5.14). После интегратора включается блок Gain4, коэффициент усиления которого должен быть таким, чтобы обеспечивать максимальный сигнал задания напряжения 10 В для обеспечения номинальной скорости тягового механизма. Диаграмма управляющего сигнала задания по напряжению наблюдается с помощью осциллоскопа Scope2 и представлена на рис. 5.18.Рисунок 5.17 - Диаграмма угловых ускорений механизма тягиРисунок 5.18 - Диаграмма управляющего сигнала задания по напряжению системы управления электроприводом механизма тяги экскаватораВ отличие от подъемных установок, где момент статического сопротивления является неизменной величиной за цикл движения подъемного сосуда, для экскаваторных электроприводов характерно изменение момента сопротивления за цикл экскавации. Моделирование процесса изменения момента статического сопротивления осуществляется аналогично тому, как формировалась диаграмма угловых ускорений. Моделирование изменения момента статического сопротивления за цикл экскавации на рис. 5.17 осуществляется с помощью блоков Cloсk (время) и Fcn1 (задание f(u) произвольной функции).На структурной схеме рис. 5.12 задается статический ток, поэтому вместо моментов будем использовать токи. Используя данные расчетов для значений моментов статического сопротивления механизма тяги, определяются величины статических токов для соответствующих периодов экскавации: I1с = 596 А; I2с = 1308 А; I3с = 556 А; I4с = 556 А; I5с = 556 А; I6с = 556 А; I7с = 0 А; I8с = 318 А; I9с = 318 А; I10с = 318 А.Представим диаграмму статических токов в табличной форме, где реактивные статические моменты (токи) имеют знак (+), а активные – знак (-).Таблица 5.6 Расчетные данные диаграммы статических токов электропривода механизма тяги экскаватораt, с0 – 0,80,8 – 6,36,3 – 25 25 – 25,125,1 – 37 , А5961308-556-556-556t, с37 – 38,238,2 – 43,543,5 – 44,3 44,3 – 5959 – 60 , А-5560-318-318318С помощью блока Fcn1 зададим, используя Булеву алгебру, зависимость изменения статического тока «» во времени «t» за цикл экскавации. Величины и периоды действия статических токов в периоды ускорений, замедлений и движений с установившейся скоростью, согласно табл. 6.8, можно задавать Булевой алгеброй по следующей форме:(u>0)*596*(u<0.8)+(u>0.8)*1308*(u<6.3)+(u>6.3)*(-556)*(u<25)+(u>25)*(-556)*(u<25.1)++(u>25.1)*(-556)*(u<37)+(u>37)*(-556)*(u<38.2)+(u>38.2)*0*(u<43.5)++(u>43.5)*(-318)*(u<44.3)+(u>44.3) *(-318)*(u<59)+(u>59)*318*(u<60)Модель воспринимает такую форму записи как то, что с 0 до 0,8-й секунды статический ток составляет 596 А; с 0,8-й секунды до 6,3-й секунды статический ток составляет 1308 А, и т.д.Запись Булевой алгебры осуществляется в окне настройки блока Fcn1 и имеет такой же вид, как на рис. 5.16, но со своими численными данными.На осциллоскопе Scope получаем диаграмму статических токов (рис. 6.36) за цикл экскавации.Рисунок5.19-Диаграмма статических токов электропривода механизма тяги за период цикла экскавацииРезультаты моделирования в виде динамических процессов для координат по току якоря и угловой скорости электропривода фиксируются на Scope1 и представлены на рис. 5.20.Рисунок5.20 Переходные процессы по току якоря и угловой скорости электропривода механизма тяги экскаватора-драглайна за период цикла экскавацииСписок литературы1. Гришко А.П., Шелоганов В.И. Стационарные машины и установки: Учебное пособие для вузов. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. – 328 с.2. Ефимов В.Н., Цветков В.Н., Садовников Е.М. Карьерные экскаваторы: Справочник рабочего. – М.: Недра, 1994. – 381 с.3. Исаев И.Н., Созонов В.Г. Электропривод механизмов циклического действия. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 144 с.4. Католиков В.Е., Динкель А.Д., Седунин А.М. Автоматизированный электропривод подъемных машин глубоких шахт. – М.: Недра, 1983.5. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учебник для вузов. – СПб.: Энероатомиздат. Санкт-Петербургскоеотд-ние, 2000. – 496 с.6. Кочетков В.П. Основы теории управления: Учебное пособие. – Абакан: Издательство ХГУ им. Н.Ф.Катанова, 2001. – 264 с.7. Ляхомский А.В., Фащиленко В.Н. Управление электромеханическими системами горных машин. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. – 296 с.8. Петров В.Л., Фащиленко В.Н. Регулируемый электропривод переменного тока: Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2001. – 37 с.9. Петров В.Л., Фащиленко В.Н. Регулируемый электропривод постоянного тока: Учебное пособие. – М.: МГГУ, 2001. – 62 с.10. Преобразователи частоты в современном электроприводе // Доклады научно-практического семинара. – М.: Изд-во МЭИ, 1998. – 72 с.11. Розанов Ю.К., Соколова Е.М. Электронные устройства электромеханических систем: Учеб.пособие для студентов высш. учеб. заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 272 с.12. Сборник задач по теории автоматического регулирования и управления / В.А.Бесекерский, А.Н.Герасимов, С.В.Лучко, А.В.Небылов и др. / Под ред. В.А.Бесекерского. – М.: Наука, 1978. – 512 с.13. Системы электропривода и электрооборудования роторных экскаваторов / Ю.Т. Калашников, А.О.Горнов, В.И.Остриров и др. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 312 с.14. Современные карьерные экскаваторы / Б.И.Сатовский, Г.М.Ярцев, П.И.Полещук, В.Н.Цветков и др. – М.: Недра, 1971. – 480 с.15. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 616 с.16. Сташинов Ю.П. Теория автоматического управления: Учебное пособие. - Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2008. – 134 с.17. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений / Под ред. В.М.Терехова. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 304 с.