CC BY
50
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 3
УДК 62-83-52(075.8)
Г.И. Бабокин, д-р. техн. наук, проф., зам. директора, (48762) 6-13-83, gbabokin@dialog.nirhtu.ru
(Россия, Новомосковск, НИ «РХТУ им. Д.И. Менделеева»)
Н.С. Дегтерёв, ассист., Degterevns@yandex.ru,
(Россия, Новомосковск, НИ «РХТУ им. Д.И. Менделеева»)
ОПТИМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СКРЕБКОВОГО КОНВЕЙЕРА
Разработана система управления скребковым конвейером, в которой выбраны оптимальные параметры регулятора, обеспечивающие заданный апериодический переходный процесс при переменном запаздывании.
Ключевые слова: скребковый конвейер, электропривод, асинхронный электродвигатель, производительность, регулятор Смита.
Скребковый конвейер обратного типа разработан для поточной линии загрузки шлама на ООО «Ванадий-Тула» [1].
Конвейер подает шлам из бункера на основную поточную линию сырья, используемую в технологическом процессе. Обратный конвейер имеет два асинхронных привода, оснащенных преобразователями частоты: электропривод собственно конвейера и электропривод домкрата, подающего став конвейера на отвал шлама в бункере.
Система управления (СУ) электропривода должна обеспечить заданную производительность подачи шлама на основной технологический конвейер, исходя из технологических параметров. Ранее [1] было показано, что скребковый обратный конвейер как объект управления, имеет следующие особенности: имеется запаздывание т в формировании производительности, которое при регулировании линейной скорости конвейера Vk будет переменным; регулирование производительности конвейера возможно изменением скорости штока домкрата Vd (подачи става конвейера) или изменением линейной скорости конвейера. Известны СУ объектов с чистым запаздыванием [4] в которых используется предиктор Смита.
Для регулирования производительности конвейера предложены две структуры СУ: первая - с постоянными параметрами ПИ регулятора и постоянными параметрами предиктора Смита; вторая - с переменными параметрами ПИ-регулятора и переменными параметрами предиктора Смита.
Структура первого варианта СУ представлена на рис. 1 и включает ПИ-регулятор с коэффициентами усиления Кр и интегрирования Ки и предиктором Смита (е'81-1) и упрощенной моделью объекта управления G0.
Сигнал задания управляющего воздействия в виде скачка формируется в блоке «Step». Задачей СУ является формирование заданного переходного процесса производительности конвейера Q (рис. 1).
Рис. 1. Структура системы управления скребковым конвейером
(первый вариант)
Параметры регулятора Кр и Ки первоначально рассчитывались по упрощенной модели объекта управления и затем уточнялись с помощью математической модели, представленной на рис. 2.
Модель включает приводы конвейера и домкрата по схеме «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» с передаточными функциями, соответственно, «Chastot preobraz D», «Transfer Fcn 4,6» и , «Chastot preo-braz K», «Transfer Fcn 5,7» с обратными связями. Приводы формируют линейные скорости перемещения конвейера Vk и става конвейера (домкрата) Vd. Процесс формирования производительности моделируется с помощью блоков деления «Divide 1,2», блока вычисления запаздывания «Variable Transport Delay» и блока умножения «Product». Регулятор сформирован из блоков «Transfer Fcn 1,2,3», «Gain 1» и сумматоров.
При моделировании переходного процесса формирования производительности подавался скачок задания на формирование скорости домкрата Vd при различных значениях скорости конвейера Vk, определяющих производительность и величину чистого запаздывания.
Моделирование осуществлялось для конвейера имеющего следующие параметры: длина става конвейера 5,3 м; номинальные скорости цепи конвейера и штока домкрата, соответственно 1,5 и 0,01 м/с; номинальная мощность электродвигателей конвейера и домкрата 15 и 4 кВт.
Исследование переходных процессов на модели первого варианта СУ показало, что удовлетворительные переходные процессы имеют место, если коэффициенты регулятора Кр и Ки выбираются при чистом запаздывании, имеющем максимальное значение Tmax. Для конвейера с параметрами [1] на рис. 3а, представлены полученные переходные процессы для трех значений т, равных 2,4; 1,28; 0,64 с.
00 On
¡s¡
с?
05
то
Cl
s §
M
то «
a
s л
то
то «
s то
a
«
а
Inj
О ^
N>
fco 0-
s
N> Л
Oj
Рис. 3. Переходный процесс производительности: а - первая САУ б - вторая СА У;
1 - запаздывание 2,4 с; 2 - запаздывание 1,28 с; 3 - запаздывание 0,64 с
Из диаграмм рис. 3,а следует, что переходный процесс изменения производительности Q, настроенный на максимальное запаздывание, имеет максимальное быстродействие, а с уменьшением т время переходного процесса увеличивается.
Авторами предложена структурная схема второго варианта СУ конвейера, представленная на рис. 4.
Во втором варианте СУ предлагается измерять величину временной задержки т, и корректировать параметры регулятора (Кр, Ки) и предиктора Смита (рис. 4).
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 3
Рис. 4. Структура системы управления скребковым конвейером
(второй вариант)
Величина запаздывания в предикторе Смита настраивается на ту же величину задержки, которую имеет объект. В работе получены зависимости Кр(тоб), Ки(тоб) (рис. 5), по которым необходимо изменять параметры регулятора, чтобы получить желаемый переходный процесс - процесс с минимальным временем разгона. Желаемым принят колебательный переходный процесс производительности с допустимым перерегулированием 5 %.
0.8 1.2 1.6 2 2А 0.8 1.2 1.6 2 2А
Рис. 5. Зависимость параметров регулятора от запаздывания
Моделирование СУ конвейера осуществлялось с помощью модели рис. 2. В результате моделирования получены переходные процессы производительности, представленные на рис. 3,б.
Из анализов переходных процессов, представленных на рис. 3,б, следует, что для первой САУ с изменением запаздывания от 2,4 до 0,64 с
время переходного процесса с учетом собственно чистого запаздывания увеличивается с 6,2 до 12,6 с. Применение во второй САУ корректировки параметров регулятора в зависимости от величины запаздывания позволяет уменьшить время переходного процесса, при указанном диапазоне изменения запаздывания с 6,2 до 1,3 с и тем самым улучшить качество переходного процесса регулирования производительности.
Таким образом, с точки зрения качества переходного процесса в СУ ЭП конвейера целесообразно применение САУ с корректировкой параметров регулятора, оптимального в смысле получения максимального быстродействия отработки входного возмущения при переменном чистом запаздывании объекта.
Список литературы
1. Бабокин Г.И., Дегтерев Н.С. Передаточные функции конвейера перегрузки шлама с частотным электроприводом // Известия ТулГУ. Технические науки, 2010. Вып. 5. С. 213-215.
2. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 2001.
697 с.
3. Бабокин Г.И. Исследование параметров частотно-регулируемого электропривода режущего органа // Динамика и функционирование электромеханических систем. Тула, 1989. С. 19-22.
4. Гудвин Г.К., Гребе С.Ф., Сальгадо М.Э. Проектирование систем управления. М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2010. С. 452.
G.I. Babokin, N.S. Degterev
OPTIMUM REGULATOR OF PRODUCTIVITY OF THE SCRAPER CONVEYOR
The control system of the scraper conveyor in which the optimum parameters of the regulator providing set aperiodic transient at variable delay are chosen is developed.
Key words: the scraper conveyor, the electric drive, the asynchronous electric motor, productivity, Smith's regulator.
Получено 19.06.12
