SU1602949A1 - Способ управлени механизмами одноковшового экскаватора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к управлению электроприводами механизмов одноковшовых экскаваторов и других землеройных машин. Цель изобретени  - повышение точности управлени  за счет учета т-ры внешней среды. Дл  этого измер ют ток, скорость и т-ру двигател  и сравнивают последнюю с ее пороговым значением. В случае превышени  текущим значением т-ры ее порогового значени  осуществл ют сложение с сигналом тока. При превышении этой суммой величины ограничени  вычитают полученный сигнал, сигналы обратных св зей по току и скорости из заданного сигнала и формируют сигнал управлени  электроприводом. Дл  учета т-ры внешней среды измер ют т-ру воздуха, сравнивают ее с пороговым значением и в случае превышени  этого значени  измен ют коэффициент обратной св зи по току. Сформированный таким образом сигнал управлени  электроприводом обеспечивает оптимизацию квадратичных отклонений скорости и тока двигател  от их установившихс  значений при минимуме расхода энергии. Это уменьшает нагрев двигател  в переходных процессах и динамические броски двигател  и усили  в механизмах экскаватора. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к управлению горной техникой, а именно к управлению электроприводами механизмов одноковшовых экскаваторов, в которых требуетс  ограничение токов, возникающих в режимах с управл ющими и воз- мущающими воздействи ми, и может быть также использовано при управлении электроприводами драг и других землеройных машин.

Цель Изобретени  - повышение точности управлени  за счет учета температуры внешней среды.

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что измер ют ток, скорость и температуры двигател , осуществл ют сравнение последнего с по.роговым значением и в случае превьш ени  его те-, кущего значени  осуществл ют сложение с сигналом тока, и в случае пре- вьш1ени  этой суммы над величиной ограничени  вь-читают полученный сигнал, сигналы обратных св зей по току и скорости из задающего сигнала и формируют сигнал управлени , а учет температуры внешней среды осуществл ют

О5

ю со

4::

СО

за счет измерени  температуры воздуха , сравнени  ее с пороговым значением и в случае превышени  этого значв- ни  измен ют коэффициент обратной св зи по току.

Ма фиг. 1 представлена структурна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - схема звена ограничени  и сумматора.

Устройство содерткит последовательно соединенные командоаппарат 1 и сумматор 2, -выход которого подключен к электроприводу в составе преобразовател  3 и электродвигател  4. К другому входу цумматора 2 подключен выход звена ограничени  5, к выходам которого подключены датчик тока 6 и выход порогового элемента 7, вход которого соединен с датчиком температуры двигател  8. Датчик температуры воздуха 9 через второй пороговый элемент 10 соединен с обмоткой коммутационного элемента 11.

Устройство дополнительно снабжено датчиком скорости 12, через усилитель 13 соединэнным с третьим входом сумматора 2-, а датчик тока 6 дополнительно соединен через параллельные каналы, включающие последовательно соединенные замыкающий контакт 14, коммутационный элемент 11 и второй усилитель 15, размыкаю1Щ1Й контакт 16 и третий усилитель 17 - с четвертым входом сумматора 2.

Электродвигатель 4 представлен апериодическим звеном 18 с передаточной функцией , интегрирующим

р + а

«

звеном 19 с передаточной функцией

agi

, пропорциональным звеном

Р

20 с пе0

5

0

5

транзисторов 23, 24, а параллельно соединенные цени эмиттер - коллектор транзистора 23, анод-катод диода 26 и катод-анод диода 25, коллектор-эмиттер транзистора 24 соединены с входом и выходом операционного усилител  27. Сумматор 2 собран на операционном усилителе 27. В устройстве могут быть использованы в качестве командоаппарата 1 - потенциометр, датчика тока 6 - шунт в  корной цепи двигател , датчика скорости 12 - тахо- генератор, пороговых элементов 7 и 10 - стабилитроны, датчиков температуры 8 и 9 - термопары.

Способ управлени  механизмами одноковшового экскаватора осуществл етс  следующим образом.

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

Электропривод с силовым тиристорным преобразователем в  корной цепи может быт ь представлен системой уравнений:

dig. dt

dW dt

и

,

М - M(j

+ L,

Т .;

L 1 ,

+ E;

40

Привед  систему к относительным единицам получим

редаточным коэффициентом а,, и сумматором 21 ,

Апериодическое звено 18 представл ет собой  корную цепь электродвигател  и характеризуетс  электромагнитной посто нной времени привода. Интегрирующее звено 18 представл ет механическую часть двигател  в виде  кор  и характеризуетс  электромеханической посто нной времени, а пропорциональ- ное звено 20 -. внутреннюю обратную СВЯЗЬ -по ЭДС двигател  и характеризуетс  конструктивной посто нной двигател .

Звено ограничени  5 включает суммирующий операционньй усилитель 22, выход которого соединен с базами

где, R

с,, Ьа активное и индуктивное

сопротивлени   корной цепи;

1602949 6 . .

С - конструктивна  посто- Подставив (3) в систему исходных

 нна  двигател ; уравнений (1) I - момент инерции привода;

, 03 g - базовые значени  напр жени , тока и скорости двигател . Тогда исходна  система уравнений

i, (-а„+Ь), ) х +(-а,+Ь,,) х

X,, а,х,.

Характеристический определитель оптимизированной системы

запишетс  в виде

( м 1 . , + Ьи;

Xg -

15 Характеристический многочлен опти- где а,,, а ,2. 2 параметры электро- мизированной системы

привода в относительных единицах; д(у)у -( +Ь-у), )у-(-а,.)а2,. Х(, Xg - соответственно ток

 кор  и скорость 20 Расширенна  система исходных и двигател  в относи- сопр женных уравнений тельных единицах; и - управл ющее воздействие . Примем критерий оптимальности 25

X, -а , X -а X 2 + j ф, ;

X 2 а 2J Хд ;

I

OtJ

Г 5 J (K,xf+ ) dt, ,

о

где К, Kg, - весовые коэффициенты критери  оптимальности. Kg принимаем равным единице, а К равен 1, или 2, по которому решаетс  задача аналитического конструировани  регул тора.

Составл ем функцию -Гамильтона

Н I (-К х -К х -КциЪ +

+ tf . (-а ,. х.-а,о х„+Ьи) + W а х . ,,

11 . 1 Ai 2. Т2 21 1 Можно доказать, что нечетных пеней в .характеристическом многочлеПриравн в нулю производную функцию не расширенной матрицы не будет Гамильтона по управлению, находим

D(y)y + у Щ1М; + Л О, (4)

оптимальное управление

и -|-V..(2)

Система сопр женных уравнений

V .К,х,+ а,,ц, - 5 V Kj,x + a,t,;, .

45

где М ; - миноры второго пор дка.

Уравнение (4) имеет четыре корн  два из которых, отрицательны илк в о щем случае лежат в левой полуплоско ти комплексных корней

D(y)d(y) ..dgCy),

Иредполоксим, что закон оптимального уравнени  имеет вид . полином отрицательных

корней;

SS , /.

(3)

в правой полуплоскости,

где N, , У2. коэффициенты оптимальныхz

обратных св зей.(у)У -у(у,+Уг) + , х,+ х.

d (у) - полином корней, лежащих

внений (1)

i, (-а„+Ь), ) х +(-а,+Ь,,)

X,, а,х,.

Характеристический определитель оптимизированной системы

-а„ +b, -у

(1)

d(y)

гl

-у

Расширенна  система исходны р женных уравнений

X, -а , X -а X 2 + j ф, ;

Расширенна  р женных ур

X 2 а 2J Хд ;

I

Ц), К,х, +a,,Q;,- аг.у; (J)2 + а,2Ц;,,

Матрица расширенной системы уравнении

D

35

45

где М ; - миноры второго пор дка.

Уравнение (4) имеет четыре корн , два из которых, отрицательны илк в оЬ- щем случае лежат в левой полуплоскости комплексных корней

корней;

, /.

в правой полуплоскости,

d (у) - полином корней, лежащих

Дл  того, чтобы оптималь.на  система бьиа устойчивой, а именно асимптотически устойчивой, необходимо характеристический многочлен оптимизированной системы приравн ть к многочлену корней расширенной матрицы, лежащих в левой полуплоскости,

d«(y)(1)

п

d,(y).

В последнем тождестве приравн ем коэ(рфициенты при неизвестных, имеющих одинаковые показатели степени, в результате получим систему уравнений 15

ГХ

-а„ + b-i, .у, + -а, (-3,4+ Ь }2.) .

(5)

Из (5) определ ем коэффициенты

: - ZJ ±-22 ±-iiJ. X

(6)

:Л a2i..Zi

1-J i.

г а.Ь

Если подставить значени  параметов электромеханической системы, то олучим конкретные численные значени  зо птимальных обратных св зей по току корной цепи и скорости двигател . Ко- эсрфициенты усилени  усилителей 15 и 17 устанавливаютс  различными, поэтому дл  усилител  15 ), j , получен- ного при Кд 1, а дл  усшштел  17 , , полученного при К 2. Сформированный таким путем сигнал управлени  электроприводом обеспечивает оптимизацию квадратичных отклонений дд скорости и тока двигател  от их установившихс  значений, при минимуме расхода энергии, что уменьшает нагрев двигател  в переходных процессах. , .. - Работа устройства заключаетс  в 45 следующем.

В гфоцессе разгона привода и резкого стопорени  сигнал с датчика тока 6 на входе звена ограничени  5 превьшает сигнал с выхода первого по- Q рогового элемента 7, который зависит от температуры двигател  и определ ет стопорное значение тока двигател . Звено ограничени  5 уменьшает напр жение на выходе сумматора 2 и соот- , ветственно напр жение на выходе преобразовател  3, ограничива  таким образом текущее значение тока двигател  на уровне стопорного.

0

5

20

25

зо дд .. - 45

Q ,

При превышении температурой двигател  заданного значени  сигнал с датчика температуры двигател  8 превышает опорный сигнал в первом пороговом элементе 7 и проходит на вход звена ограничени  5, уменьша  сигнал с выхода сумматора 2 При уменьшении температуры воздуха ниже заданного значени  сигнал с датчика температуры воздуха 9 становитс  больше опорного сигнала во втором пороговом элементе 10 и вызовет включение коммутационного элемента 11, размыкание контакта 16 и замыкание контакта 14. В результате этого сигнал с датчика тока 6, который усиливалс  усилителем 17, будет усиливатьс  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 случа х ограниченный выходным сигналом звена ограничени  5, поступает на вход преобразовател  3 и через него управл ет электродвигателем 4.

Звено ограничени  5 работает следующим образом. На входе операционного усилител  22 сравниваютс  сигналы с датчика тока 6 двигател , с выхода первого порогового элемента 7 и опор- ньш сигнал. По мере повьш1ени  температуры двигател  напр жение на выходе звена ограничени  5 увеличиваетс .. Этот сигнал вычитаетс  из опорного сигнала, формиру  сигнал задани  опорного тока двигател . При увеличении текущ. го значени  тока двигател  до ,стопорного значени  напр жение на вы- |ходе опера дионного усилител  22 снижаетс . С этим напр жением сравнивает- с  напр жение на выходе операционного усилител  27, на основе которого построен сумматор 2. Если напр жение на выходе операционного усилител  27 становитс  большенапр жени  на выходе усилител  22, то открьшаетс  транзистор 23 или 24 в зависимости от пол рности напр жени  на выходе усилител  27, на его вход проходит напр жение с его выхода, не позвол   этому напр жению больше увеличиватьс .

Действие звена ограничени  и оптимальных .обратных св зей уменьшает динамические броски тока двигател  и усили  в механизмах.

16029

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ управлени  механизмами одноковшового экскаватора, включающий измерение тока, скорости и температуры двигател , сравнение последнего с пороговым значением и в случае превышени  его текущего значени  осуществл ют сложение с сигналом тока, а Q в случае превышени  этой суммы под величиной ограничени  вычитают полу/7

   49

   10

   ченный сигнал, сигналы обратных св зей по.току и скорости из задающего сигнала и форм11руют сигнал .управлени  , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности управлени  за счет учета температуры внешней среды, измер ют температуру воздуха, сравнивают ее с пороговым значением и в случае превьш1ени  этого значени  измен ют коэффициент обратной св зи по току.

   Ю

   Фиг.1