авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Автоматизация портального крана с подвесной траверсой (на примере участка автоклавирования ячеистого бетона)

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи


БЛИНЧИКОВ Олег Игоревич

АВТОМАТИЗАЦИЯ

ПОРТАЛЬНого КРАНа С ПОДВЕСНОЙ ТРАВЕРСОЙ

(НА примере УЧАСТКа АВТОКЛАВИРОВАНИЯ ЯЧЕИСТОГО БЕТОНА)

Специальность 05.13.06 Автоматизация и управление технологическими

процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Самара – 2009

Работа выполнена на кафедре "Механизация, автоматизация и энергоснабжение строительства" ГОУВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор Галицков Станислав Яковлевич
Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Абакумов Александр Михайлович - кандидат технических наук Макаров Сергей Владиславович
Ведущая организация: ГОУВПО «Московский государственный строительный университет», г. Москва

Защита состоится " 24 " декабря  2009 г. в 9.00 на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 в Самарском государственном техническом университете

по адресу: 443010 г. Самара, ул. Галактионовская, 141, 6 корпус, ауд. №28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: 443100, г.Самара, ул. Первомайская, 18, корп №1 и на официальном сайте www.samgtu.ru

Отзывы на автореферат просим высылать (в 2-х экземплярах) по адресу: 443100 г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Самарский государственный технический университет, главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.03.

Автореферат разослан " " ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.217.03 Губанов Н.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена автоматизации портального крана с подвесной траверсой, широко используемого при производстве строительных материалов, в частности, на участке автоклавирования ячеистого бетона.

Актуальность проблемы.

Строительное производство в настоящее время предъявляет высокие требования к эффективности работы подъемно-транспортных устройств, в том числе – портальных кранов. Портальные краны с подвесной траверсой имеют простую конструкцию. Это объясняет их широкое применение на предприятиях строительной индустрии, например, на участке автоклавирования изделий из ячеистого бетона. Основной недостаток промышленной эксплуатации этих кранов заключается в том, что при существующих способах управления кранами возникают значительные колебания перемещаемого груза (при производстве ячеистого бетона - массив сырца) и, как следствие, удары траверсы о механические упоры ограничителей. Это приводит, во-первых, к преждевременному износу и даже к разрушению конструкции крана и, во-вторых, к динамическим воздействиям на сырец ячеистого бетона, что вызывает необратимые изменения его реологических свойств и приводит к браку готовой продукции.



Поэтому весьма актуальным является автоматизация и совершенствование управления портального крана с подвесной траверсой с целью придания этой машине новых динамических показателей качества управления, отвечающих технологическим требованиям производства изделий из ячеистого бетона.

Диссертация выполнена в соответствии с тематическим планом госбюджетных научно-исследовательских работ ГОУВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» по направлению «Автоматизированные системы в строительстве» (№ 01970005686 Госрегистрации от 23.05.2007г.) и на основании госбюджетной фундаментальной научно-исследовательской работы «Математическое описание технологического процесса производства ячеистого бетона как объекта управления» (№ 0120.0 850036 Госрегистрации от 01.01.2008г.)

Целью работы является создание автоматической системы управления портальным краном с подвесной траверсой на участке автоклавирования ячеистобетонных изделий.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать математическое моделирование портального крана с подвесной траверсой как объекта управления;

- выполнить структурный синтез системы автоматического управления краном и параметрическую оптимизацию регуляторов;

- разработать алгоритм программной реализации задатчика и регуляторов системы управления;

- создать испытательную установку на базе портального крана и разработать методику проведения натурных и вычислительных экспериментов;

- разработать инженерную методику проектирования системы автоматического управления краном и выполнить проектирование варианта технической реализации системы.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы теории систем автоматического управления, методы идентификации и аппроксимации моделей объектов управления. В работе широко используется имитационное моделирование на ЭВМ в программной среде MatLab и MathCAD.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:

- математическая модель портального крана с подвесной траверсой как объекта управления, отличающаяся от известных моделированием электромеханического привода крана в виде двухмаятниковой системы, учетом упруго-диссипативных характеристик тросового подвеса и ограничителей колебаний траверсы, позволяющая адекватно оценивать динамику движения крана и траверсы;

- структура системы автоматического управления портальным краном с подвесной траверсой (САУ ПКПТ), отличающийся от известных построением ее в виде двухконтурной системы с одной измеряемой координатой (положение крана относительно рельсового пути) и выделением в структуре динамического звена, моделирующего колебания траверсы и ее динамический удар о механические упоры ограничителей колебаний, позволяющая решить задачу автоматического управления движением крана без колебаний траверсы с минимальным использованием датчиков обратной связи и регуляторов;

- методика параметрической оптимизации регуляторов и задающего устройства двухконтурной системы с одной измеряемой координатой, отличающаяся от известных тем, что она ориентирована на обеспечение робастности системы управления краном, позволяющая, минимизировать амплитуду колебаний траверсы и динамического удара.

Практическая значимость полученных в диссертации результатов заключается:

- в разработанной методике и полученных результатах проведения вычислительных и натурных экспериментов по исследованию объекта и системы управления;

- в создании экспериментальной установки исследования динамики портального крана с подвесной траверсой как объекта системы автоматического управления;

- в создании инженерной методики расчета системы автоматического управления портальным краном с подвесной траверсой, на основании которой разработан вариант технической реализации системы управления.

Реализация результатов работы. Результаты работы используются в практике инженерного проектирования на Самарском комбинате по производству и монтажу изделий из ячеистого бетона ОАО «Коттедж» и в учебном процессе при подготовке в Самарском архитектурно-строительном университете инженеров по специальности «Механизация и автоматизация строительства» и магистров по направлению «Строительство», программа подготовки – «Комплексная механизация строительства».

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрение на Международных, Российских конференциях и форумах: на Международной научно-технической конференции «ИНТЕРСТРОЙМЕХ-2007,-2008» (Самара, СГАСУ, 2007г.; Владимир, ВлГУ, 2008); на Международной научно-технической конференции «СТРОЙКОМПЛЕКС-2008» (Ижевск, ИжГТУ, 2008); на Международной научно-технической конференции «Автоматизация технологических процессов и производственный контроль» (Тольятти, ТГУ, 2006); на Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика» (Самара, СГАСУ, 2005, 2008, 2009); на 32-ой Самарской областной студенческой научной конференции. Общественные, естественные и технические науки» (Самара, СГАУ, 2006); на 25-ой юбилейной межвузовской студенческой научно-технической конференции (Самара, СГАСУ, 2006).

Публикации. Материалы диссертационных исследований опубликованы в 10 научных изданиях, в том числе 1 статья [1] опубликована в издании, включенном в утвержденный ВАК РФ Перечень ведущих научных журналов и изданий, выпускаемых в РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка из 103 наименований и приложения. Основной текст работы изложен на 142 страницах, диссертация содержит: 57 рисунков, 13 таблиц, приложение на 12 страницах, библиографический список на 8 страницах.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Математическая модель портального крана с подвесной траверсой как объекта управления.
  2. Методика структурного синтеза системы автоматического управления портальным краном с подвесной траверсой.
  3. Методика параметрической оптимизации регуляторов и задающего устройства двухконтурной системы с одной измеряемой координатой.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулирована цель работы, отражены основные положения, выносимые на защиту, показаны их научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проанализированы режимы работы портального крана с подвесной траверсой на участке автоклавирования изделий из ячеистого бетона. Установлено, что используемые оператором режимы ручного управления скоростью крана приводят к недопустимо большой амплитуде колебания массива ячеистого бетона, что в условиях существующей конструкции крана вызывает значительные удары траверсы о механические упоры. Показано, что стационарные условия расположения технологического оборудования участка создают предпосылки для создания системы автоматического программного управления краном. Существенной особенностью такой системы является требование обеспечения минимизации раскачивания траверсы при перемещении и позиционировании.

Вопросам компенсации раскачивания груза на тросовой подвеске, перемещаемого краном, посвящено значительное число работ отечественных и зарубежных авторов (Терехов В.М, Герасимяк Р.П., Ключев В.И., Зарецкий А.А., Каминский Л.С., Кабаков А.М., Пабат А.И., Сысоев С.Н., Киммо Хютенен и др.). Анализ известных подходов автоматической компенсации раскачивания груза показывает, что они ориентированы, в основном, на управление краном оператором и заключаются в автоматической коррекции скорости, задаваемой оператором. Коррекция управляющих воздействий на исполнительные приводы выполняется с запаздыванием, величина которого зависит от периода колебания. Для вычисления периода дополнительно используются датчики длины подвеса и массы груза.

Применительно к системе автоматического программного управления портальным манипулятором с подвесной траверсой на участке автоклавирования эти подходы компенсации колебания груза не обеспечивают выполнения технологических ограничений по амплитуде колебаний и величине удара. Поэтому сформулированная задача автоматизации портального крана с подвесной траверсой ориентирована на создание автоматической системы программного управления, отрабатывающей требуемую программную траекторию, ориентированную на минимальное отклонение массива ячеистого бетона от вертикального положения в условиях известных технологических ограничений.





Во второй главе исследуется математическая модель объекта управления, под которым понимается совокупность моста крана с траверсой и двигателя, который через редуктор, карданные валы и зубчатые колеса осуществляет линейное перемещение крана по рельсовому пути. За выходные координаты объекта принимаем линейные положения моста Х1 и рабочего органа Х3 по оси движения крана. Управляющее воздействие при использовании двигателя постоянного тока - напряжение якоря Uя, а в случае асинхронного двигателя - частота питающего напряжения. Основные возмущения - изменения массы m3 груза и вертикального положения траверсы, сила Fс трения колес крана.

Вопросам математического описания портальных кранов посвящено значительное количество работ (Лобов Н.А., Зерцалов А.И., Бурдаков С.Ф., Коловский М.З., Грохбург М.М, Зарецкий А.А, Комаров М.С., Подобед В.А. и др.). Однако в этих работах не рассмотрены математические модели портального крана с подвесной траверсой как объекта управления.

При разработке математической модели приняты следующие основные допущения. Мост, траверса и крупногабаритный груз представляют собой конструкции с распределенными массами. Считаем, что движение моста и подъем траверсы выполняется раздельно, последовательно: при движении моста привод подъема траверсы не работает. Поэтому пренебрегаем динамикой деформации тросов, изгибными колебаниями моста и траверсы. Кроме того, учитывая достаточно высокие значения жесткостей конструктивных элементов крана, можно допустить, что в полосе пропускания системы управления мостом будет проявляться только первая составляющая спектра колебаний объекта с распределенными параметрами.

Это позволяет перейти от распределенных к сосредоточенным массам m1, m2, и m3 моста, траверсы и рабочего органа, расположенным в соответствующих центрах масс.

На основании принятых допущений разработана структура механической части объекта (рисунок 1) в виде связанных маятников. Первым маятником моделируем подвеску траверсы к мосту с помощью несущих тросов. Считая, что центр масс траверсы расположен на оси ее поперечины, можно принять, что l1=О1О2. Вторым маятником моделируем крепление траверсы к блокам тросовой подвески, l2=О2О3. Верхние и нижние упоры ограничителей крепятся к подъемной траверсе на расстоянии l3=QO2. Левые и правые упоры траверсы моделируются в виде упруго-диссипативных звеньев CaDa и CbDb с зазорами и . Жесткости и демпфирующие факторы механической связи между тележкой и траверсой учтены в расчетной схеме упруго-диссипативным звеном C1D1, а между траверсой и рабочим органом C2D2.

Показано, что динамику объекта управления можно представить уравнениями Лагранжа, описывающими механическую конструкцию крана,

и уравнениями исполнительного двигателя (на примере машины постоянного тока):

где Мдв, Мc – момент, развиваемый приводным двигателем и момент статической нагрузки; J –момент инерции двигателя; iя –ток якоря двигателя; – эквивалентная жесткость; – коэффициентами демпфирования; - жесткости упоров; - упругие свойства упоров и ограничителей в сечениях «А» и «В»; Uя – напряжение обмотки якоря; iя – ток якорной цепи; Lя, Rя – индуктивность и сопротивление обмотки якоря; Ф – магнитный поток; с – конструктивный коэффициент машины.

На основании системы уравнений синтезирована структура механической части объекта управления (рисунок 2). Здесь входным воздействием является тяговое усилие Fт. Структура механической части дополнена структурой двигателя, в результате чего построена обобщенная структура объекта (рисунок 3), где управляющее воздействие - напряжение якоря Uя, выходные координаты - перемещение моста крана Х1 и отклонение груза X3, возмущающие воздействия - сила FС, масса m3 груза, длина тросовой подвески.

Объект управления описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений с нестационарными параметрами. Поэтому для исследования его динамики разработана вычислительная модель (глава 4). Поскольку синтезируемая САУ ПКПТ относится к системе программного управления, где основное назначение замкнутого по положению контура заключается в отработке программной траектории, то замкнутый контур работает преимущественно в режиме малых отклонений от программной траектории. Это позволило сделать вывод о возможности использования при синтезе регуляторов системы модели объекта управления, линеаризованной «в малом».

Параметрическая идентификация объекта «в малом» осуществлялась по анализу переходных характеристик, полученных в малой окрестности относительно четырех точек объекта (они определяют его рабочие режимы при максимальном разбросе возмущений m3 и l2), методом сравнения с аналогичными характеристиками линейной модели с переменными параметрами.

Показано, что линеаризованная модель объекта может быть представлена передаточной функцией

(1)

где постоянная времени T1 изменяется в 2,5 раза, а Т2 – в 6 раз. Изменение значений коэффициентов и приводит к тому, что в рабочих точках А2 и А3 форсирующее звено второго порядка вырождается в два форсирующих звена первого порядка, а в точке А3 колебательно звено вырождается в апериодическое второго порядка. Результаты этих экспериментов позволяют сделать вывод об изменении структуры и параметров объекта в его рабочем пространстве.

Рисунок 3 - Обобщенная структурная схема объекта

Оценка адекватности разработанной модели выполнена путем сравнения динамических характеристик крана, полученных в условиях его промышленной эксплуатации, и аналогичных характеристик, полученных на созданной вычислительной модели. Показано, что величина их среднеквадратичного отклонения не превышает 10-15%. Поэтому сделан вывод об адекватности разработанной математической модели объекта управления.

Третья глава посвящена вопросам синтеза САУ портального крана с подвесной траверсой (ПКПТ). Сформулированы требования, предъявляемые к системе управления.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.