CC BY
6
Ovsyannikov Dmitry Sergeevich, postgraduate, ovsyannikov_d_s@mail. ru, Russia, Tula, Tula State
University
УДК 629.7.062.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-531-537
ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КАНАЛА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА
В.И. Лалабеков, С. Л. Самсонович
Разработана математическая модель энергосберегающего силового канала электромеханического привода, позволяющая верифицировать эффективность введения в структуру энергетического тракта канал отрицательной обратной связи между блоками источника питания исполнительного механизма и разностью скоростей располагаемой приводом и требуемой нагрузкой.
Ключевые слова: располагаемая механическая характеристика привода, нагрузочная характеристика органа управления, электромеханический привод, эллипс нагрузки.
В работе [1] представлена проектная методика, позволяющая снизить потери энергии в силовом тракте рулевого привода за счёт введения в структуру энергетического тракта канал отрицательной обратной связи между блоком источника питания исполнительного механизма и разностью скоростей располагаемой приводом и требуемой нагрузкой.
Подтверждение эффективности работы переменной (адаптивной) структуры силового тракта электромеханического привода [2, 3] получено для варианта 2, принципиальная блок-схема которой представлена на рис. 1.
При этом строилась с использованием комбинированной математической модели, включающей в свой состав две характеристики (рис. 2):
- предельную механическую характеристику ЭМП МЭМП = /(П) для максимального сигнала
и Я
управления Пумса - П(М) = —^--К--м ;
СЕ СМ ' С Е
- нагрузки МН = /(П, ш>) с фиксированными значениями частоты ш гармонического сигнала управления максимальной амплитуды <рт;
Q = Pm1 -
м (q) '2
Рт ЛСШ - J• ®2
- нагрузки произвольного вида, полученного по данным натурных испытании или результатов моделирования возмущённого движения ЛА МН = /(П) [7].
Результаты моделирования. Результаты моделирования механических характеристик ЭМП и нагрузки без реализации действия в блоке питания ЭД отрицательной обратной связи по скорости (Киа = 0 В'с/рад) и при её наличии (Киа = 200 В • с/рад) представлены на рис. 3, 4.
Как следует из графиков рис. 6, 7, при реализации действия отрицательной обратной связи по скорости в блоке питания ЭМ, происходит максимальное сближение механических характеристик ЭМП и нагрузки (рис. 5).
При этом, в отличие от постоянного напряжения питания в схеме без ООС по скорости, напряжение питания становится переменным (адаптивным) в схеме с ООС по скорости (рис. 6), максимально сближая конфигурацию характеристик ЭМП и нагрузки, обеспечивая минимальные потери энергии источника питания.
Оценка энергетических показателей сравниваемых вариантов структур ММ (с ООС и без ООС) проводилось с использованием двух ММ, в каждой из которых ручной переключатель
Manual Switch
включён и отключен) к блоку питания ЭД (рис. 7), а телеметрия формируется в
двух блоках
Рис. 1. Блок - схема энергетической коррекции механической характеристики ЭМП (вариант 2)
ЭМП с ООС (Кш) ЭМП без 00С (Кш/=0)
блок-схема математической модели
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД лл |1=1|
¿и
( 1 )Цп£
1/9
1
мд>И
Имдв-Мн 1Св ТГ
-
Рсл1 Ст1 В]Е Се
Цць
-о
—( 1 ) с~2~]шз
КшгаУ!
Мэп
&ГОД Уэмп
1 1
БЬ КЕД
ЕЗ
хувмрьг
С1>
структурная схема электрического двигателя постоянного тока
Рис. 2. Математическая модель силового тракта привода с каналом отрицательной обратной связи по скорости в источнике питания (начало)
532
ЕЛОК от™ ЦАТЕЛЫ-ЮЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО СКОРОСТИ
структурная схема блока отрицательной обратной связи по скорости вала ЭМП и нагрузки
БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ МОДНОСТИ И ИНТЕГГОЛА
структурная схема блока формирования мощности и её интеграла
структурная схема вычислителя % экономии энергии
Рис. 2. Математическая модель силового тракта привода с каналом отрицательной обратной связи по скорости в источнике питания (окончание)
533
М, кГм
Рис. 3. График параметров механических характеристик Лэмп(М),Лн(М) и их разность АП, = Лэмп(М) -Лн(М) без ООСпо скорости
3■
2.5 2
И 15 1
0.5 0
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
М, кГм
Рис. 4. График параметров механических характеристик Лэмп(М),Лн(М) и их разность ЛП = Лэмп(М) -Лн(М) с ООС по скорости
М, кГм
Рис. 5. Графики характеристик напряжения электрического питания ЭД при работе привода в режиме реализации АПМХ и без него.
Рис. 6. Структура ММ для сравнительной оценки энергетических показателей
534
Характер изменения напряжения, тока якоря и мощности ЭД: с блоком ООС по скорости и без подключения его к блоку питания, представлен на рис. 7, 8, 9.
М, кГм
Рис. 7. Напряжения блока питания ЭД для двух режимов работы привода
М, кГм
Рис. 8. Ток якоря ЭД для двух режимов работы привода
N Вт М, кГм
Рис. 9. Мощность, потребляемая ЭД для двух режимов работы привода
М, кГм
Рис. 10. График Зим = I* Нтшип Мдля эллипса нагрузки
•Ю
Количественная величина экономии энергии источника питания определяется интегралом | Нт"иП(М}-см- площадью 8им под графиками при изменении момента в пределах м = 0...МНтах (рис. 11):
Для рассматриваемых примеров, процент экономии энергии определяется вычислителем, структурная схема которого представлена на рис. 2 и составляет величину: - для эллипса нагрузки - 38% (рис. 11).
5 — 5
А8им = Кио=200 . 100% = 38%
К„,
■ для произвольного вида нагрузки - А5им = 44% (рис. 12).
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
М, кГм
Рис. 11. График процента экономии для эллипса нагрузки
100 90 80
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5
М, кГм
Рис. 12. График процента экономии для произвольной нагрузки
Снижение энергетических потерь увеличивает срок службы привода, улучшает энергомассовый показатель и повышает эффективность ЛА (дальность полёта или величину полезной нагрузки при сохранении дальности [2].
Выводы:
1. Результатами моделирования подтверждена эффективность энергопотребления от источника питания привода при введении в структуру привода канала отрицательной обратной связи между вычислителем разности располагаемой скорости ЭМП и требуемой скорости нагрузки и входом в источник электропитания ЭД постоянного тока.
2. Показано, что наличие в схеме энергетического канала привода звена коррекции приводит к реализации предельной механической характеристики ЭМП в виде адаптивной предельной механической характеристики (АПМХ), при действии которого минимизируются энергетические потери в процессе отработки командного сигнала системой управления ЛА при воздействии на привод нагрузок не только гармонического, но и произвольного вида.
3. Реализация АПМХ ЭМП при гармоническом или произвольном сигнале управления нагрузкой снижает до 15.. .40 % потери энергии в силовом тракте привода по сравнению с приводом, в котором отсутствует ООС, повышая энергомассовый показатель привода и эффективность ЛА.
4. Снижение энергетических потерь увеличивает срок службы привода, улучшает энергомассовый показатель и повышает эффективность ЛА (дальность полёта или величину полезной нагрузки при сохранении дальности).
Список литературы
1. Лалабеков В.И., Самсонович С.Л. К вопросу совершенствования энергомассовыых показателей рулевых приводов летательного аппарата (ЛА) // Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2021. Вып. 9. С. 511 - 517.
2. Лалабеков В.И. Газо - и электрогидравлические приводы органов управления летательных аппаратов. Часть 1. Основы разработки. Учебное пособие, 2-ое издание переработанное и дополненное. М.: Изд-во «Перо», 2021. 330 с.
80
60
40
70
60
3. Горячев О.В., Ефромеев А.Г., Рябов М.И. Математическая модель силовой системы привода развёртывания перспективного комплекса на базе двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 11. С. 407-412.
Лалабеков Валентин Иванович, д-р техн. наук, профессор, Lalabekov. Valentin@yandex.ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет),
Самсонович Семён Львович, д-р техн. наук, профессор, Samsonovichl940@mail.ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
BUILDING A MATHEMATICAL MODEL AND THE RESULTS OF MODELING THE ENERGY THE CHANNEL OF THE ELECTROMECHANICAL DRIVE
V.I. Lalabekov, S.L. Samsonovich
A mathematical model of an energy-saving power channel of an electromechanical drive has been developed, which makes it possible to verify the efficiency of introducing a negative feedback channel into the structure of the energy path between the power supply units of the actuator and the speed difference between the drive and the required load.
Key words: available mechanical characteristic of the drive, load characteristic of the control body, electromechanical drive, load ellipse.
Lalabekov Valentin Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, Lalabekov. Valentin@yandex.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
Samsonovich Semen Livovich, doctor of technical sciences, professor, Samsonovich1940@mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University)
УДК 620.1.8
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-537-542
РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКОГО ВЛАГОМЕРА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧЕ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
А.А. Коржев, М.В. Толстикова
В статье был рассмотрен пример технической реализации высокочастотного диэлькометри-ческого влагомера сыпучих материалов, приведены его экспериментальные характеристики, даны рекомендации по дальнейшему применению для контроля влажности сыпучих материалов в условиях горнообогатительного производства.
Ключевые слова: высокочастотный влагомер, диэлькометрический метод контроля, технологические параметры, добыча полезных ископаемых, измерительная ячейка, моделирование, метод конечных элементов.
Одним из важных факторов, определяющих качество продукции, а также характеризующих состояние сыпучих материалов в ходе технологического процесса, является влажность [1-3,18,19]. Контроль влажности позволит значительно упростить построение систем управления ряду технологических процессов, в частности, процессу обезвоживания и сушки в условиях обогатительных фабрик в горной промышленности. При этом приборы для контроля влажности кроме требуемых метрологических показателей, должны иметь простую конструкцию и позволять производить измерения оперативно, не прерывая хода технологического процесса.
В настоящее время вопросы измерения влажности сыпучих материалов рассмотрены в ряде работ [3-5, 18-20], на основании которых можно предложить следующую классификацию методов измерения. Прежде всего все методы целесообразно разделить на две следующие большие группы. Прямые методы предусматривают процесс физического разделения исследуемого образца материала на твёрдые и жидкие компоненты. Косвенные методы отличаются тем, что разделения материала на твёрдые и жидкие компоненты не происходит, вместо этого в качестве информативного параметра используется одна из физических величин, существенно зависящая от содержания влаги в материале.
