CC BY
54
-------------------------------------- © Г.И. Бабокин, Т.А. Гнатюк,
2011
УДК 62-581.6
Г.И. Бабокин, Т.А. Гнатюк
НЕЧЕТКИЙ РЕГУЛЯТОР ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ ОЧИСТНОГО КОМБАЙНА
Приведена структура нечеткого регулятора нагрузки электропривода механизма подачи очистного комбайна, включающего пропорциональную и интегральные части.
Ключевые слова: нечеткий регулятор, электропривод, очистной комбайн.
Яовышение эффективности механизированной выемки полезных ископаемых способствуют методы совершенствования конструкций и систем управления очистными комбайнами (ОК). Очистной комбайн основная машина в механизированном комплексе, осуществляющая отбойку и погрузку, например угля, на конвейерную систему комплекса. Производительность ОК в основном определяет и производительность добычи угля на угольных предприятиях. Современные ОК представляют сложную электромеханическую систему, включающую приводы резания и механизма подачи. Как правило, привод резания включает два асинхронных электродвигателя, которые через редукторы вращают шнеки, оснащенные резцами. В качестве привода механизма подачи применяется регулируемый электропривод (ЭП) переменного тока -это частотно-регулируемый асинхронный электропривод, включающий общий преобразователь частоты (ПЧ), питающий два асинхронных электродвигателя (АД), приводящих в движение каждый свой двигатель бесцепной системы подачи (БСП). Для обеспечения полной загрузки электродвигателей резания в системе управления ЭП очистного комбайна применяется регулятор нагрузки (РН), назначение которого обеспечить полную загрузку по мощности электродвигателей шнеков.
На рис. 1. представлена система автоматического регулирования нагрузки электропривода ОК, включающая объект управления и регулятор нагрузки с передаточной функцией [1, 3].
Рис. 1. Структурная схема системы автоматического регулирования нагрузки электропривода очистного комбайна
Объект управления включает передаточные функции элементов электромеханической системы ОК: система «преобразователь частоты - асинхронный электродвигатель» механизма подачи; трансмиссия механизма подачи; шнековый исполнительный орган ОК; трансмиссия привода резания (двухмассовая расчетная схема); электродвигатель резания (колебательное звено второго порядка).
Передаточная функция объекта регулирования регулятора нагрузки [1] имеет вид:
W(р) = К /[(Т3Р + 1)(г2р2 /12 + тр /2 +1) х х (Т42 р2 + 2^4 р + 1)(Т42 р 2 + 24Т5 р + 1)]
где К=К1Кред„Кред.р^КАдр; т - постоянная времени запаздывания в процесса стружкообразования ИО, зависящая от количества резцов в одной линии резания; D - коэффициент зарубаемости, пропорциональный крепости угля; Т3, Т4, Тэ, Тм - постоянные времени; £р,
- коэффициенты затухания; К1, Кредп, Кредр - коэффициенты передачи элементов ОК.
Полученная передаточная функция W(p) показывает, что объект регулирования представляет собой сложную динамическую систему с набором последовательно соединенных звеньев первого и второго порядка. Коэффициент передачи объекта К пропорционален коэффициенту крепости угля D, который изменяется в процессе работы комбайна случайным образом, при этом его математическое ожидание в условиях одной лавы может изменятся в 3 - 5 раз. Кроме того, передаточная функция объекта получена путем линеаризации ряда параметров, тогда как в реальных условиях работы системы управления эти нелинейности существуют. Таким обра-
зом, объект управления регулятора нагрузки обладает элементами неопределенности в части изменения его параметров в процессе работы, поэтому применяемые статические пропорционально - интегрально - дифференциальные (ПИД) регуляторы нагрузки не обеспечивают заданного качества переходных процессов (быстродействия, минимального перерегулирования, минимума среднеквадратической ошибки) во всех режимах работы ОК.
В работе предложено применить в качестве РН цифровой нечеткий регулятор, что потребовало обоснование его структуры.
Далее рассматривается цифровой нечеткий регулятор нагрузки (НРН), на вход которого поступает сигнал рассогласования (рис. 1).
ф
Є = із - і,
где із , іф - соответственно, заданное и фактическое значения тока резания.
В связи со сложностью дифференцирования сигнала рассогласования тока первоначально предложен пропорционально - интегральный (ПИ) НРН.
Такой регулятор обеспечивает статическую ошибку регулирования равной нулю. Кроме того, далее в системе принять «прямое» регулирование. Структура предложенного нечеткого РН представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема нечеткого регулятора нагрузки
а б
Рис. 3. Функции принадлежности нечеткого ПИ регулятора нагрузки: а - пропорциональной части; б - интегральной части
В структурной схеме сигнал рассогласования в дискретном виде ек поступает на блоки «1» вычисления пропорциональной части ер и интегральной части е1 по формуле К
Єї = Т X Є і
І=1
В блоке фаззификации для сигнала ер используются четыре нечетких множества А1, А2, А3, А4, а для сигнала еї три нечетких множества N Z, Р. Функции принадлежности для входов нечеткого регулятора представлены на рис. 3. Применение для фаззификации пропорциональной части четырех нечетких множеств позволяет автоматически изменять коэффициент усиления пропорциональной части регулятора нагрузки в зависимости от величины сигнала рассогласования.
Так если сигнал рассогласования находится в пределах ер1<ер<ер2 или ер3<ер<ер4, то коэффициент усиления одинаков и определяется наклоном статической характеристики и(є) и равен К2, а когда сигнал рассогласования находится в пределах ер2<ер<ер3, то коэффициент усиления равен Кь который меньше К2.
В базу правил предлагаемой структуры регулятора (рис.2) входят 12 элементов лингвинистических правил:
R1: ЕСЛИ (ер = А1) И (еї = Щ, ТО (и - В1)
R12: ЕСЛИ (ер = А4) И (еї = Р), ТО (и - В12)
Дефаззификация осуществляется по методу одноэлементных нечетких множеств с использованием множеств В1...В12, рис. 2. В этом случае сигнал и на выходе регулятора нагрузки принимает одно из дискретных значений В1...В12.
Таким образом, в работе предложена структура нечеткого ПИ регулятора нагрузки, имеющего возможность при настройке (проектировании) устанавливать двенадцать параметров для обеспечения заданного качества процессов регулирования, обладающего астатизмом и обеспечивающего стабильное качество стабилизации нагрузки в условиях неопределенной среды. Проверка предложенного НРН на математической модели в среде МаЙаЬ^тиНпк показала ее работоспособность и эффективность.
--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Серов В.П., Бабокин Г.И., Колесников Е.Б. Система управления частотно - регулируемым электроприводом механизма подачи // Изд. вузов. Горный журнал. - 1992. - №6. - с. 93 - 96
2. Пегат А. Нечеткое моделирование и управление. М.: Бином. Лаборатория знаний. - 2009.- 798 с.
3. Бабокин Г.И., Колесников Е.Б. Частотно-регулируемый электропривод механизмов подачи очистных комбайнов. Горный информационно-аналитический бюллетень - 2004. №3. с. 231-235. И5И=1
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------------------
Бабокин Г.И. - профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой «Электротехника», заместитель директора по научной работе Новомосковского института ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И. Менделеева», [email protected] Гнатюк Т.А. - старший преподаватель кафедры «Электротехника» Новомосковского института ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И. Менделеева».
