CC BY
90
70 60 50 40
ЕЕ и:
30 20 10 0
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
1,е
Рисунок 9 - Графики переходного процесса изменения напора, при реакции на плавное нарастание сигнала задания с учетом ограничений на выходе регулятора давления и наброса нагрузки. Список использованной литературы
1. Моделирование системы автоматизированного управления насосной станции. К.Н. Рамазанов, А.В. Кожухова В сборнике: Гидравлические машины, гидропривода и гидропневмоавтоматика труды XIX Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов: сборник докладов. М-во образования и науки Российской Федерации, Московский энергетический ин-т (технический ун-т), Московский гос. технический ун-т им. Н.Э. Баумана. Москва, 2015. С. 86-89.
2. Инновационные технологии автоматизированного проектирования. Кожухова А.В., Плеханов С.А. Учебное пособие/ Издательство Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, 2012 г., стр. 138.
3. Динамический расчет гидро- и пневмосистем. Чернавский В.А. учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности 150802 "Гидромашины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика" и другим инженерным специальностям в области машиностроительного гидропривода / В. А. Чернавский, А. В. Кожухова; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования Донской гос. технический ун-т. Ростов-на-Дону, 2009., стр.66.
4. Исследование динамики САУ насосной установки. И.Е. Савельев, А.В. Кожухова. В сборнике: Гидравлические машины, гидропривода и гидропневмоавтоматика труды XIX Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов: сборник докладов. М-во образования и науки Российской Федерации, Московский энергетический ин-т (технический ун-т), Московский гос. технический ун-т им. Н.Э. Баумана. Москва, 2015. С. 95-99.
©Кожухова А.В., Рамазанов К.Н., Савельев И.Е, 2016
УДК 62-523.3
Кожухова Александра Валерьевна.,
канд.техн.наук, доцент ДГТУ, г. Ростов-на-Дону, РФ
E-mail: [email protected] Невзорова Марина Юрьевна магистрант гр. УМГА-11 ДГТУ, г. Ростов-на-Дону, РФ E-mail: [email protected]
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТЕНДА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧАСТОТНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОБЪЕМНОГО НАСОСА
Аннотация
Одним из современных направлений повышения энергетической эффективности объемных
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №3/2016 ISSN 2410-700Х_
гидроприводов технологических машин и оборудования является разработки приводов, имеющих бесступенчатое регулирование скорости движения выходного звена за счет изменения подачи насоса путем регулирования частоты вращения его вала. Легкость регулирования, экономичность, возможность создания регулируемого гидропривода на базе частотного преобразователя предопределяет широкое использование частотного регулирования объемного гидропривода в технологических машинах и оборудовании.
Ключевые слова Объемный насос, частотный преобразователь, датчик давления, программируемый логический контроллер, ПИД-регулятор.
Разрабатываемый стенд предназначен для исследования частотного регулирования объемного насоса.
Цель исследования - обеспечение оптимальных режимов частотного регулирования объемного насоса с управлением по давлению. Объект исследования - объемный насос.
Аналог - гидросистема центробежно-ротационного станка ЦРС-7 [1.стр.182].
Рисунок 1 - Структурная схема проектируемого стенда Б - бак; Н - объемный насос; ЭД - асинхронный электродвигатель; КП - клапан предохранительный; Р - распределитель; ГМ - гидромотор;
М - нагрузка на валу гидромотора; ДД - датчик давления; ДР - датчик расхода; Д М - датчик момента; ПЧ - преобразователь частоты.
Нагрузка на валу гидромотора переменная. При изменении нагрузки на валу гидромотора изменяется расход в гидросистеме. Датчик расхода фиксирует это изменение. При малых расходах жидкости двигатель насоса вращается с малой скоростью, необходимой только для поддержания номинального давления, и не расходует лишней энергии. При увеличении расхода жидкости преобразователь увеличивает скорость вращения электродвигателя, повышая производительность насоса при сохранении заданного давления. Сигнал о величине давления с датчика подается на контроллер, который формирует управляющее воздействие для преобразователя частоты, который в свою очередь передает это воздействие на обмотку асинхронного электродвигателя. Таким образом, изменяется частота вращения вала электродвигателя, а следовательно, изменяется частота вращения вала гидронасоса и расход в гидросистеме. Осуществляется управление объемным насосом по давлению. Для формирования управляющего воздействия и обработки сигналов в системе используется программируемый контроллер. На вход контроллера поступают три сигнала
от трех датчиков: датчика давления, датчика момента и датчика расхода. Данные о расходе и моменте должны передаваться на ЭВМ и отображаться в заданном виде. Данные о давлении контроллером обрабатываются и передаются на вход преобразователя частоты. Таким образом, получаем гидросистему с обратной связью по давлению. Разрабатываемая система является электрогидромеханической, так как включает в себя электрическую подсистему, механическую подсистему и гидравлическую подсистему.
При ненагруженной гидросистеме, гидромотор работает с минимально возможной скоростью для поддержания рабочего давления. При этом энергия тратится только на компенсацию утечек в гидросистеме. В такой системе меньшее тепловыделение, вдвое меньше объём масла. Такое техническое решение обеспечивает меньшее энергопотребление, меньшую мощность и снижение стоимости [2.стр.340].
При работе стенда реализуются алгоритмы оптимизации, осуществляющие две задачи:
- для заданной производительности гидросистемы обеспечить минимальное электропотребление при произвольном времени варьировании массы;
- обеспечить максимальную производительность гидросистемы с ограничением мощности электропотребления при произвольном временном варьировании массы.
Строим следящую систему для обеспечения частотного регулирования насоса. На вход данной системы подаем сигнал задания давления и сигнал реального давления, получаемый с датчика. Отклонение между заданным и реальным значением давления преобразуется ПИД - регулятором в сигнал заданной частоты для частотного преобразователя. Под воздействием заданной частоты, преобразователь изменяет скорость вращения электродвигателя насоса, стремясь нивелировать разницу между заданным и реальным значениями давления. Таким образом, давление остается постоянным и не зависит от расхода жидкости.
Рисунок 2 - Схема регулирования давления с ПИД-регулятором
ПИД - регулятор является тем звеном, от работы которого зависит качество регулирования. От структуры этого звена зависит точность и устойчивость поддержания давления и вид переходных процессов в системе. Настройка этого элемента будет производится программно и зависит от физических параметров гидросистемы.
Рисунок 3 - Структура ПИД - регулятора
Выходной сигнал ПИД - регулятора состоит из суммы трех составляющих: пропорциональной - П;
интегральной - И; дифференциальной - Д.
Пропорциональная составляющая представляет собой результат умножения отклонения на коэффициент КД, который настраивается программно. При повышении этого коэффициента увеличивается точность и скорость отработки отклонения, но снижается устойчивость системы и возникают колебания.
Для обеспечения точности при сохранении устойчивости в структуру регулятора вводят интегральную составляющую. Она представляет собой результат умножения интеграла ошибки на коэффициент, зависящий от постоянной времени интегрирования ти. Данная постоянная времени настраивается программно. Введение интегральной составляющей исключает ошибку отработки в установившемся режиме, а время переходного процесса определяется величиной ти. При большой ти, время реакции на возмущающее воздействие велико и, если мы хотим быстрее отрабатывать ошибку регулирования, необходимо уменьшать ти. Однако это может привести к неустойчивости системы.
Для уменьшения времени реакции системы на возмущение с сохранением устойчивости, в структуру регулятора вводят дифференциальную составляющую, которая представляет собой дифференциал отклонения, умноженный на коэффициент, зависящий от постоянной времени дифференцирования тд. Постоянная времени настраивается программно. Введение дифференцирующей составляющей вносит демпфирование в систему и повышает ее устойчивость. Чем больше тд, тем большее демпфирующее воздействие оказывает эта составляющая на систему.
Правильность настройки ПИД-регулятора влияет на эффективность работы всей системы.
Современные преобразователи частоты позволяет создавать системы управления (СУ) без дополнительных аппаратных средств, так как имеют встроенные программные функции, позволяющие реализовывать узел сравнения и ПИД-регулятор. Для реализации системы требуется только внешний датчик давления.
Рисунок 4 - Схема блока регулятора со встроенной системой ПИД в преобразователях частоты L100 и SJ100
Список использованной литературы:
1. Плеханов С.А., Кожухова А.В. Разработка частотно-регулируемого гидропривода для станков центробежно-ротационной обработки [Текст]/ Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика: сб. докладов XIV Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов., 9 декабря. - Москва, 2010, с.181-185.
2. Кожухова А.В. Моделирование процесса абразивной обработки деталей с использованием адаптивного гидропривода. [Текс] /Кожухова А.В./ Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2015. Т.3.№9-2 (20-2). С.338-342.
©Кожухова А.В., Невзорова М.Ю., 2016
