Улучшение динамических характеристик скиповых подъемных установок средствами электропривода Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ных электроприводов, является контур контролирования частоты вращения двигателя;

-рассмотренные структурные схемы векторного регулирования позволяют осуществить двухзонное управления асинхронным двигателем, а именно при частотах статора не превышающих номинальное значение - при постоянном потокосцеплении ротора, а при частотах статора выше номинального значения - при постоянной ЭДС ротора двигателя;

-управление производится без установки датчиков на двигателе.

Внедренные цифровые системы управления двигателями переменного тока на основе управляющих бортовой микро-ЭВМ позволят осуществить комплексную автоматизацию буровым станком, которая должна обеспечить бурение в автоматическом режиме по заранее заданной программе, автоматизацию вспомогательных операций, возможность применения форсированного или облегченного режима. Кро-

1. Бызов В.Ф., Паранъко И.С., Евтехов В.Д. Потенциал недр Украины//Горный журнал. - 2000. - №6, с. 138-140.

2. Современное состояние и перспективы развития предприятий по добыче и переработке железорудного и флюсового сырья в Украине/В.А. Колосов, В.П. Воловик, Н.И. Дядечкин//Горный журнал.-2000, - №6, с.162-164.

3. Жуковский А.А., Нанкин Ю.А., Сушинский В.А. Привод и системы управления буровых станков для карьеров. - М.: Недра, 1990. - 223 с.: ил.

4. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. - М.: Энергоиздат, 1982. - 192 с., ил.

5. Деклараційний патент України на винахід 42249 А «Електропривод бурового механізму» / OI. Дмітріен-ко, В.А. Оселедько, В.М. Кириченко, I.I. Епштейн, М.В. Найдьонов, Я.С. Балтер, А.О. Семикін, В.М. Ропало, B.C. Хілов.Опуб. E.I.n.B. 15.10.2001 бюл.№9.

ме того, комплексная система автоматического управления должна включать:

- систему корректировки параметров ре-

жима, систему автоматического забуриваиия скважины по особой программе;

- устройства, позволяющие формировать

программу корректировки в зависимости от глубины скважины;

- систему автоматической защиты от

вибраций, перегрузок по крутящему моменту и мощности.

В дальнейшем необходимо решение задач связанных с адаптацией процесса в зависимости от условий бурения, что возможно на базе бортовой управляющей машины и автоматизированной системы управления станком. При этом бортовая микро-ЭВМ получает непосредственно информацию от датчиков параметров бурения. По информации от датчиков управляющая машина будет рассчитывать параметры режима бурения и производить уставки на привода вращения и подачи.

----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

6. Калашников О.Ю., Джержинский В.А. Формирование технической политики АО «НКМЗ» в области производства горного оборудования //Збірник наукових трудів Національної гірничої академії України. -2002. - №13, том 2. - С. 146-152.

7. Кихтенко В.Д., Мучнистый Ю.А. Буровые станки среднего типа// Тези доповіді на Міжнародній науково-технічної конференції «Перспективи розвитку гірнорудної, вугільнодобувної й збагачувальної галузей промисловості.» - Україна, Краматорськ, 2001. - С.35.

8. Калашников О.Ю., Дзержинский В.А. Новая техника украинских машиностроителей для открытых разрабо-ток//Горный журнал. - 2000. - №6, с. 152-153.

9. Лавренко Ю.В., Михалев Ю.Н., Мучнистый Ю.А. Современная техника для буровзрывных работ//Горные машины и автоматика.- 2003. - №8. - С. 14-16.

10. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями частоты/О.В. Слежановский, Л.Х. Дацковский, И.С. Кузнецов и др. - М.: Энергоатомиздат, 1983.-256 с.

— Коротко об авторах ----------------------------------------

Хилое B.C., Бешта А.С., Заика В.Т. — Национальный горный университет, Украина.

УДК 622.673-83

С.М. Довгань, А.А. Самойленко

© С.М. Довгань, А.А. Самойленко, 2004

УЛУЧШЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СКИПОВЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК СРЕДСТВАМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Семинар № 18

Введение

ешение задачи о снижении негатив-

-МГ ных динамических нагрузок в скиповых шахтных подъемных установках (ШПУ), позволяет обеспечить надежность и безопасность эксплуатации подъемной установки (ПУ), снижает износ силового оборудования. Одним из путей достижения этого, является применения соответствующих законов управления системой автоматического регулирования (САР) электроприводом ШПУ.

Состояние вопроса. В работе [1] проф. В. С. Тулин впервые предложил новый способ ограничения негативных динамических нагрузок - ограничивать вторую производную скорости (рывок). Задавая темп нарастания (снижения) ускорения исходя из условия, что период сглаживания скорости, должен быть равным 10% от общего времени разгона, можно обеспечить снижение дополнительных динамических нагрузок в электромеханической системе ШПУ. Однако такое формирование закона задания на скорость быстрее интуитивное, нежели привязано к взаимосвязи физических процессов в ШПУ, которые однозначно зависят от состояния и параметров ПУ.

Таких недостатков лишен закон управления (линейный закон) по основной частоте колебаний электромеханической системы [2], когда темп разгона (замедления) ускорения прямо пропорционален наибольшему периоду собственных колебаний системы либо кратен ему.

В скиповых ШПУ при перегонке сосудов из крайних точек шахтного ствола линейный закон управления обеспечивает демпфирование основной частоты колебаний и тем самым снижает до минимума перерегулирование основных ограничиваемых координат (на самом деле, частоты колебаний поднимающейся и опускающейся ветвей в десятки, а иногда сотни раз могут отличаться друг от друга). Однако при перегонке сосудов между близлежащими горизонтами возникают проблемы - собственные частоты колебаний ветвей каната становятся близкими по значению (при этом в основном - не кратными друг другу). В таком случае действие линейного закона управления

малоэффективно для обеих ветвей одновременно. Исключением является только случай кратности частот (тонов) колебаний ветвей ПУ. Это значит, что отсутствовать относительные колебания будут лишь в одной из ветвей (при условии, что темп разгона соответствует периоду свободных колебаний этой ветви ШПУ). Таким образом, в конце периода нарастания (снижения) ускорения, в одной из ветвей подъемной установки (ПУ) будут иметь место упругие колебания каната.

Цель работы. Снижение динамических нагрузок в элементах скиповых ШПУ путем формирования рационального управляющего сигнала на входе астатической САР скорости электропривода ПУ.

Задача исследований. Синтезировать закон управления астатической, замкнутой по скорости барабана САР электроприводом скиповой ШПУ, учитывающий распределенность параметров подъемных канатов и обеспечивающий минимизацию перерегулирования ограничиваемых по технико-технологическим условиям координат (переменных).

Основные материалы исследований. В соответствии с [2], соотношение скорости загруженного скипа и барабана, либо отвеса и барабана, можно аппроксимировать по основной частоте (тону) колебательным звеном. Если не учитывать рассеивание энергии колебаний в канате, то вышеупомянутые соотношения по основной частоте, аппроксимируют консервативными звеньями с соответствующими частотами собственных колебаний каждой из ветвей ШПУ. Отсюда следует, что структурная схема безредукторного электропривода постоянного тока (переменного тока -считая что САР векторная либо реализовано частотное управление) ШПУ представляется в виде элементарных звеньев (рис. 1, где к*(р),

к (р) - задание на скорость вращения барабана ШПУ; К\ КП- интегральный и пропорциональный коэффициенты усиления регулятора скорости соответственно; К - коэффици-

Рис. 1. Контур скорости электропривода скиповой ШПУ

сывается так (для периода разгона до номинальной скорости):

г+1Р ;

к (г) = } к (г "уь;

г

*р

/г1 (г) = { Нх {і )Л ’

ент обратной связи по току; к - коэффициент

с

обратной связи по скорости двигателя; К -

Б

радиус барабана; шь ш2, т3 - масса барабана, поднимающегося и опускающегося сосудов соответственно; Ф - поток (либо в случае двигателя переменного тока - потокосцепление); к

- конструктивный коэффициент; Q^(p), Qг(J>) -передаточные функции, учитывающие волновые свойства канатов).

В работе [3] доказано, что при устойчивой системе регулирования канат мало влияет на движение барабана и двигателя; его влияние больше сказывается на движении концевых грузов. Таким образом, пренебрегая инерционностью электропривода и упругими связями

р , р’, электромеханическая система по двум 1 1

основным частотам (тонам) колебаний, максимально упрощенно представляется в виде двух, соединенных параллельно консервативных звена (рис. 2).

Как было отмечено выше, закон управления по основной частоте, обеспечивает демпфирование частот, кратных заданной частоте. Однако, использование в законе управления принципов интерференции колебаний, позволяет получить качественно и количественно новый закон управления, который обеспечивает демпфирование двух, трех и более заданных (известных либо рассчитанных заранее), основных (и не только) частот колебаний.

Для закона управления по двум основным собственным частотам (тонам) колебаний (^ ,

Ф ), управляющая функция во времени запи-

Рис. 2. Упрощенная структурная схема отражающая физику соотношений ускорений ШПУ по основным частотам

1тах

= / (ґ )х0

и тах ' ' 0

(1)

2л :

где к , к - заДание на ускорение и рывок ба-

6 6

рабана, соответственно; у(г)- импульсная функция (длина импульса - ^, максимальное

значение■

ПБ тах ); ґ ~ время достижения но-

минальной (максимальной) скорости; ґ -

ус

время до момента снижения ускорения барабана; - основной период колебаний элек-

тромеханической системы на момент увеличения и снижения ускорения, соответственно; Ю0, ю1 - основные (наименьшие) частоты колебаний электромеханической системы ШПУ.

Недостаток такого закона управления заключается в том, что между максимальным значением задания на рывок и ускорением барабана, существует жесткая связь посредством периода колебаний одной из настраиваемых

ш1 =

0

0

Закон Время изменения ускорения к6 . с Максимальное значение задания на рывок барабана й * , м/°3 ПБ Время изменения ускорения барабана меньше, чем при линейном законе если:

по двум частотам 11+^0 2 0 кЛ хЛ 1тах, при %< 2 02 Й Т. 1тах, при Т0 > — Т2 2 1 >Т0

по трем частотам X X — + — + І0 2 2 0 * см. примечание Т1 Т2 Т0 + — < — 0 2 2

к

Примечание /

<•' т

’ тах

4 :

х9 т, т, • ...

— + — >Т0 > —’ к 2 2 0 2 1 тах

/

т

+ т0 ^ и <т0;

2 0 2 2 0

3/

т2 т, если — + — < т„ 2 2 0

2

1тах

2

2

частот (в данном случаи - ю ).

Такого недостатка лишен закон управления по трем основным собственным частотам (тонам) колебаний, при котором управляющая функция рывка по времени, записывается следующим образом:

К = 4 \/к) + /[гV /[гV/(г-гус)+

+ /\г - г --1

-'І ус 2

+ /І і - г —2

-'І ус 2

(2)

Т0 и

^2 можно взаимно варьировать, и

можно рассчитать следующим образом:

X =

РУ

X, +■

0

(3)

2 2

Время снижения ускорения вычисляется аналогично (3) с учетом соответствующих по-

стоянных времени системы: т

Т1 И V

где т , х' - ОДИН из основных периодов колебаний электромеханической системы на момент увеличения и снижения ускорения барабана, соответственно.

В таблице представлены результаты сравнения двух рассмотренных законов управления.

С целью интенсификации режимов подъема необходимо правильно выбрать параметры закона управления по трем частотам. Параметры

Оптимальным по быстродействию будет подъем по первому выражению (3) при следующих условиях:

2т„ + X, + X,

X, <Х2 и

0

1

2

2Х1 +Х0 +Х2

> 1.

(4)

Очевидно, что расчет времени равноускоренного (равнозамедленного) движения при X > х производится из аналогичных предпосылок (4).

Следует отметить, что одновременно с такой вариацией, происходит изменение максимального задания на рывок барабана, при этом

при этом время нарастания ускорения (^ ) ■''тах

/ =-

^ т яv

Б тах

либо

/

•'тяу

Б тах СООТВЄТСТ-

РУ “1 "2

венно выбранной постоянной времени (таблица).

0

2

Выводы. На основании выполненных исследований, можно сделать следующие выводы:

- закон управления по двум основным частотам (тонам) колебаний электромеханической

системы (,

), обеспечивает демпфирова-

ние колебаний следующих частот (тонов):

k

1 , где

k„

k, = 1,2,З,...; k2 = 1, З, 5,...

- демпфирование колебаний электромеханической системы со слабым демпфированием (скиповая ШПУ) по следующим частотам (тонам): _^0; _^к, ^2 , к1 к2 к2

где к = 1, 2, З,...; k2 = 1, З, 5,..., обеспечивает закон управления, учитывающий три основ-

ные частоты (тона) колебаний системы (ф

®2);

- при

выполнении

т0

^ _1___1 < _2 закон управления

0 2 2

соответственно по двум либо трем основным частотам (тонам) колебаний

электромеханической системы скиповой ШПУ обеспечивает меньшее время нарастания (снижения) ускорения барабана по сравнению с линейным законом;

- условие (4) позволяет оптимизировать по быстродействию режимы работы электропривода при использовании закона управления по трем основным частотам (тонам) колебаний электромеханической системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тулин B.C. Электропривод и автоматика многоканатных рудничных подъемных машин. - М.: Недра, 1964.

2. КиричокЮ.Г, ЧермалыхВ.М. Привод шахтных подъемных установок большой мощности. - М.: Недра, 1979. - ЗЗ6 с.

3. Крыжановскии О.М., Тимощук В.В. Влияние каната на качество переходных процессов в системе автоматического регулирования шахтной подъемной установкой// Сб. научн. тр./ Автоматика, Изд-во АН УССР, 1957. - №1.

— Коротко об авторах

Довгань С.М. - кандидат технических наук,

Самойленко А.А. - аспирант,

Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина.

© Ю.П. Сташинов, 2004

УДК 622.625.28-8З Ю.П. Сташинов