ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Логвиненко Катерина Сергіївна

УДК 62-83:621.314.2

ПІДВИЩЕННЯ ЯКОСТІ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ

СКЛАДНИХ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИХ СИСТЕМ

КРАНОВИХ МЕХАНІЗМІВ

Спеціальність 05.09.03 - Електротехнічні комплекси та системи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса - 2003

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Одеському національному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Герасимяк Ростислав Павлович,

професор кафедри “Електромеханічні системи з комп'ютерним

управлінням” Одеського національного політехнічного університету

Офіційні опоненти – доктор технічних наук, професор

Акімов Леонід Володимирович,

професор кафедри “Автоматизовані

електромеханічні системи” Харківського національного політехнічного

університету

кандидат технічних наук, доцент

Онищенко Олег Анатолійович,

доцент кафедри “Електротехніка і електронні пристрої” Одеської державної

академії холоду

Провідна установа – національний університет “Львівська політехніка”,

кафедра "Електропривод і автоматизація промислових установок"

Захист відбудеться 13 березня 2003 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 41.052.05 в Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, пр. Шевченка, 1, ауд. 400-а.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Одеського національного політехнічного університету (м. Одеса, пр. Шевченка, 1)

Автореферат розіслано 10 лютого 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради ___________ Войтенко В.А.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Характер технологічного процесу будь-якого механізму визначає основні вимоги до його електроприводу у відношенні статичних та динамічних характеристик, рівня автоматизації електромеханічної системи (ЕМС) та ін. Оскільки підйомні крани – це механізми циклічної дії, що працюють у повторно-короткочасному режимі, то для них частину часу, іноді й значну, кожного робочого циклу складають перехідні процеси: пуск, реверс, гальмування. Вони не тільки впливають на продуктивність механізму, але іноді також створюють вібрації, спричиняють додаткові навантаження в ланках кінематичного ланцюга і металоконструкції. Останнє нерідко приводить до руйнування або швидкого зносу тієї або іншої деталі механізму.

Якість перехідних процесів електромеханічної системи залежить від багатьох умов: параметрів електричної і механічної частин ЕМС, від режиму роботи механізму, рівня автоматизації. ЕМС механізмів підйому часто повинна розглядатися з урахуванням пружності не тільки линви, але і металоконструкції, стріли, тобто розрахункова схема механічної частини виявляється розгалуженою. А це істотно ускладнює аналіз і дослідження всієї ЕМС.

У вантажопідйомних кранах досить часто виникають такі умови, що пуск механізму підйому відбувається, коли линва звисає, тобто здійснюється підйом з підхопленням. При цьому в момент відриву вантажу від опори двигун і барабан обертаються з деякою швидкістю. У найгіршому випадку ця швидкість відповідає швидкості неробочого ходу двигуна, тобто є максимально можливою. Це призводить до підвищеної коливальності ЕМС, виникненню додаткових динамічних зусиль, що можуть викликати неприпустимі ударні навантаження в кінематичному ланцюзі і металоконструкції. Щоб уникнути надмірних ударів при підхопленні, рекомендується попередньо вибирати слабину линви, а також застосовувати оптимальні режими пуску. У зв’язку з розвитком автоматизації кранів зростає роль автоматичного зниження ударних навантажень, зменшення коливальності і тривалості перехідних процесів. Таким чином, проблема підвищення якості динамічних режимів кранових механізмів є безумовно важливою й актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до держбюджетної теми 372-52 “Дослідження високоефективних електромеханічних і електротехнологічних систем із напівпровідниковими перетворювачами”, номер державної реєстрації 0100U001401, у рамках координаційного плану 69 Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертації є розробка мікропроцесорного керування електроприводом тримасової розгалуженої електромеханічної системи підйомних механізмів, що знижує коливальність, тривалість перехідного процесу і динамічні навантаження в режимі підйому з підхопленням.

Відповідно до цієї мети були поставлені такі задачі:

- математичний опис складної ЕМС механізму підйому з асинхронним електроприводом;

- дослідження впливу параметрів ЕМС на якість перехідних процесів і демпфуючу здатність електропривода;

- розробка методики розрахунку корегуючого зворотного зв'язку для зниження пружних коливань;

- синтез спостерігаючих пристроїв, здатних відновити інформацію про невимірювані координати системи для реалізації корегуючого зворотного зв'язку;

-

Об'єктом дослідження є складна електромеханічна система механізмів підйому з тримасовою механічною частиною.

Предметом дослідження є пружні коливання тримасової ЕМС у режимі підхоплення вантажу.

Методи дослідження.

Методи теорії електропривода і теорії автоматичного керування застосовувалися для математичного опису й аналізу досліджуваної ЕМС; інтегральне і диференціальне числення, математичне моделювання - для розрахунку перехідних процесів системи; чисельні методи - для визначення коренів характеристичного рівняння і визначення екстремуму функції; метод простору стану - для синтезу спостерігаючих пристроїв.

Наукова новизна отриманих результатів.

1.

2.

3.

4.

Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність полягає в тому, що запропонований метод корекції, дозволяючи істотно поліпшити якість перехідних процесів ЕМС кранових механізмів, призводить до підвищення їх продуктивності і довговічності. Розроблені алгоритми керування засновані на сучасних засобах мікропроцесорної техніки, що значно спрощує їх реалізацію у порівнянні з традиційними аналоговими системами керування.

Матеріали дисертації розглянуті на нараді в ВАТ “Укрінкран”, схвалені і рекомендовані до застосування. Крім того, розробки дисертації використовуються в навчальному процесі кафедри “Електромеханічні системи з комп'ютерним управлінням” Одеського Національного політехнічного університету: у курсі лекцій “Електропривод типових промислових установок”, у курсовому і дипломному проектуванні.

Особистий внесок здобувача. Роботи [3, 4, 5, 6, 7, 8] опубліковані автором одноосібно. У роботі [1] здобувач досліджувала якість перехідних процесів у двомасової ЕМС із застосуванням корекції. У роботі [2] здобувачем запропонована методика вибору оптимального коефіцієнта корекції у тримасової ЕМС. У публікації [9] здобувач розробила алгоритми мікропроцесорного керування.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові положення і результати роботи доповідались і обговорювались на міжнародних науково-технічних конференціях “Проблеми автоматизованого електропривода. Теорія і практика” (м. Алушта, 1999, 2002 р.), на міжнародній конференції по управлінню “Автоматика - 2001” (м. Одеса, 2001 р.), на науковому семінарі НАН України “Проблеми динаміки автоматизованих електромеханічних систем змінного струму” (м. Одеса, 2000, 2001, 2002 р.), на Всеросійській науковій конференції “Проектування наукових і інженерних додатків у середовищі MATLAB” (м. Москва, 2002 р.), на науково-технічній конференції “Перспективи розвитку підйомно-транспортної техніки” (м. Одеса, 2002 р.), на кафедрі “Електромеханічні системи з комп'ютерним управлінням” Одеського Національного політехнічного університету (2000, 2001, 2002 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації відображено в дев'ятьох друкованих працях: п'ять наукових статей опубліковано в науково-технічних журналах України, дві – у збірниках наукових праць, дві – у матеріалах конференцій.

Структура й обсяг роботи.

Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох глав з висновками, загальних висновків, списку використаних літературних джерел з 82 найменувань, додатку. Робота загальним обсягом 129 сторінок. Вона містить 110 сторінок основного тексту, 49 рисунків, 11 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дається огляд систем електропривода, що частіше застосовуються для механізмів підйому, обгрунтовано актуальність роботи, сформульовано мета і задачі досліджень, визначені наукова новизна і практична цінність.

У першому розділі розглянуто різноманітні типи вантажопідйомних машин, приведена класифікація підйомних кранів за їх призначенням, конструктивним виконанням й умовам експлуатації. Розглядається проблема поліпшення якості перехідних процесів у системах з пружними зв'язками, зроблено огляд літератури, що присвячена підвищенню демпфуючої здатності електропривода. Складено математичний опис ЕМС підйомного механізму з двох- і тримасовою розгалуженою механічною частиною. Відзначено, що в деяких випадках виникає необхідність враховувати масу і пружність металоконструкції. Поставлено задачу дослідження.

В другому розділі досліджується ЕМС підйомного механізму з тримасовою розгалуженою механічною частиною, структурна схема якої наведена на рис.1. У якості базового електропривода обрана система ТПН-АД.

На схемі J1, J2, J0 – моменти інерції трьох зосереджених мас: двигуна, вантажу і стріли (або моста) відповідно; 1, 2, 0 – кутові швидкості тих же мас; С12 і С0 – жорсткості пружних елементів: линви, на якій підвішено вантаж, і стріли (моста) відповідно; Мд – момент двигуна; М12, М0 – моменти пружності каната і стріли; МС – статичний момент, що діє на вантаж; – кут нахилу стріли (у мостових кранів = 0). Всі величини приведені до вала двигуна.

При дослідженні перехідних процесів у даній системі розглядався режим підхоплення як найбільш важкий з точки зору динамічних перевантажень. Було встановлено, що найбільший вплив на якість перехідних режимів мають такі параметри, як жорсткість механічної характеристики , жорсткість линви С12 і кут нахилу стріли крана . Проте при будь-яких значеннях параметрів системи перехідний процес характеризується підвищеною коливальністю, низькою швидкодією і значними динамічними навантаженнями. Тому для підвищення демпфуючої здатності електропривода запропоновано застосувати від'ємний зворотний зв'язок за різницею швидкостей трьох мас з коефіцієнтом корекції Кк (рис.1).

Передаточна функція системи рис.1 записується так:

, (1)

звідки характеристичне рівняння

. (2)

Тут ; ; ; ; ; ; ; ; ; ,

де хх - швидкість ідеального неробочого ходу двигуна.

Сталі часу, зворотні власним частотам коливань відповідних одномасових систем,

; .

Електромеханічні сталі часу

; ; ; .

Вирішуючи рівняння (2) чисельними методами, одержуємо п'ять коренів – один дійсний р0 і дві пари комплексно-сполучених

р1,2 = 1 j 01 ,

р3,4 = 2 j 02 .

Наявність комплексних коренів свідчить про те, що система складається з двох коливальних ланок, які характеризуються коефіцієнтами демпфування

, .

Досліджуючи на екстремум залежність коефіцієнта демпфування від коефіцієнта корекції, можна визначити оптимальне значення Кк (Ккопт), при якому демпфування стає найкращим. На рис.2 наведено сімейство залежностей = f (Кк) при різних значеннях жорсткості линви С12. При цьому вважаємо, що = 1 або = 2, в залеж-ності від того, корені якої з двох коливальних ланок розташовані ближче до осі уявних чисел (саме ця ланка визначає якість перехідних процесів усієї системи). Аналогічні результати можуть бути отримані і при оптимізації системи за критерієм мінімуму квадратичної інтегральної оцінки. У цьому випадку досліджується залежність Ік = f (Кк), де Ік – поліпшена інтегральна оцінка.

На рис.3 наведені графіки перехідних процесів для жорсткості С12 = 100 Нм при різних значеннях Кк. Очевидно, що при відсутності корекції система характеризується підвищеною коливальністю і значним перерегулюванням величин (рис.3, а), тоді як при введенні корегуючого зв'язку з оптимальним коефіцієнтом Ккопт усі показники якості істотно поліпшуються (рис.3, б).

Крім того, як випливає з рис.2, при збільшенні або зменшенні коефіцієнта корекції відносно оптимального значення коефіцієнт демпфування знижується, що приводить до погіршення якості перехідних процесів.

Третій розділ присвячено розробці і дослідженню спостерігаючих пристроїв, необхідних для реалізації корегуючого зворотного зв'язку. Спостерігач – це цифрова модель об'єкта, що призначена для відновлення інформації про величини, які не можуть бути виміряні. Синтез спостерігачів засновано на методі простору стану, відповідно до якого досліджуваний об'єкт може бути описаний системою рівнянь у матричній формі:

,

Y = CX, (3)

де вектор стану об'єкта

,

Y – доступний для вимірювання скалярний вихідний сигнал об'єкта. У даному випадку Y = 1, оскільки швидкість двигуна є єдиною величиною системи, яка може бути виміряна. U – матриця вхідних впливів, А, В, С – матриці коефіцієнтів. Відповідно до нашої системи маємо:

; ; U = Uд;

С = [1 0 0 0 0 0].

Порядок системи (n = 6) збільшено на одиницю, оскільки момент статичного опору МС також підлягає відновленню, тобто в даному випадку ми маємо справу з розширеним об'єктом.

При цьому рівняння спостерігаючого пристрою повного порядку записується таким чином:

. (4 )

Тут – розрахункове значення вектора Х; К – матриця коефіцієнтів модального зворотного зв'язку спостерігача:

Структурна схема ЕМС зі спостерігачем повного порядку наведена на рис.4.

Рис.4. Структурна схема ЕМС зі спостерігаючим пристроєм повного порядку

Принцип дії спостерігаючого пристрою (рис.4) полягає в тому, що похибка Y (у даному випадку ) подається на входи спостерігача через відповідні коефіцієнти k1 – k6, тим самим зменшуючи неузгодженість між реальними і розрахунковими координатами системи.

Бажані динамічні властивості спостерігаючого пристрою визначаються вибором коефіцієнтів матриці К. При цьому розподіл коренів характеристичного рівняння спостерігача вибирається по одній із стандартних форм. У даному випадку розглядалися чотири найбільш відомі стандартні форми розподілу коренів: біноміальний, по Баттерворту, по максимальній швидкодії і розподіл, що мінімізує квадратичний інтеграл. У загальному випадку стандартний поліном для n = 6 має вигляд:

(5)

Тут а1–а5 – коефіцієнти вибраного розподілу; – середньогеометричний корінь спостерігача, який характеризує його швидкодію.

Характеристичне рівняння спостерігача має вигляд

det (pI – (A – KC)) = 0, (6)

тому, якщо прирівняти коефіцієнти при однакових степенях р рівнянь (5) і (6), можна отримати вирази для коефіцієнтів спостерігаючого пристрою повного порядку:

;

;

;

;

;

.

Значення цих коефіцієнтів досить великі (106 – 107), що робить важкою технічну реалізацію спостерігаючого пристрою. Для вирішення цієї проблеми застосовуються редуковані спостерігачі, що мають знижений порядок і зменшені значення коефіцієнтів модального зворотного зв'язку. Зниження порядку редукованого спостерігача досягається за рахунок того, що він відновлює не весь вектор стану системи Х, а тільки

.

При цьому величина 1, що вимірюється, подається безпосередньо на вхід спостерігача. Його рівняння виглядає так:

Тут А11, А12, А21, А22 і В1, В2 – матриці, отримані з матриць А і В, поданих у блоковій формі; матриця коефіцієнтів модального зворотного зв'язку редукованого спостерігаючого пристрою

У даному випадку для розподілу коренів вибираємо стандартний поліном п'ятого степеня, тоді коефіцієнти матриці L мають вигляд:

;

;

;

;

.

При дослідженні перехідних процесів у системі зі спостерігачем замість реальних величин 1, 2, 0 розглядалися їх відновлені значення , , , а корегуючий зворотний зв'язок знімався з виходу спостерігача, тобто за різницею .

Важливою властивістю спостерігаючих пристроїв є їх чутливість до розбігу реальних і розрахункових параметрів системи. У ідеальному випадку параметри об'єкта і спостерігача повинні бути ідентичними. При виникненні параметричної помилки спостерігачу потрібна більша швидкодія, що визначається величиною , і, отже, підвищені значення коефіцієнтів модального зворотного зв'язку. Крім того, при збільшеному значенні в перехідних режимах можуть виникнути значні викиди координат спостерігача, які небажані при його цифровій реалізації на базі мікропроцесора. Тому необхідно, щоб спостерігаючий пристрій мав низьку чутливість до неузгодженості параметрів.

У даному розділі було зроблено порівняння двох досліджуваних типів спостерігаючих пристроїв – повного і зниженого порядків. Встановлено, що обидва вони мають низьку чутливість до розбігу параметрів, причому допускається розбіжність реальних і розрахункових параметрів системи в 2 рази. Було також встановлено, що найбільш придатною формою розподілу коренів характеристичного рівняння обох спостерігачів є біноміальна, оскільки вона забезпечує оптимальне протікання перехідних процесів. З точки зору зручності технічної реалізації найкращим є редукований спостерігач, тому що в зв'язку зі зниженим порядком він має зменшені значення коефіцієнтів у ланцюгу зворотного зв'язку. Тому викиди відновлених координат в перехідному процесі у нього приблизно в 2.5 рази менше, ніж у спостерігача повного порядку.

У четвертому розділі була розроблена система мікропроцесорного керування (СМК) електроприводом механізму підйому з застосуванням корекції. Функціональна схема СМК наведена на рис.5. На ній МК – мікроконтролер, до складу якого входять: МП – мікропроцесор; КП – контролер переривань; ПТ – таймер, що програмується; ПВВ – пристрій вводу-виводу; ПЗП – постійний запам'ятовуючий пристрій; ОЗП – оперативний запам'ятовуючий пристрій. Для взаємодії між усіма складовими мікроконтролера передбачені три шини: ША – шина адреси, ШД – шина даних, ШК – шина керування, що зв'язують у єдину систему компоненти МК. На схемі позначені також: П – підсилювач, призначений для передачі імпульсів на тиристори безпосередньо від МК; ТПН – тиристорній перетворювач напруги; АД – асинхронний двигун; ПМ – підйомний механізм; СС – система синхронізації з мережею, яка призначена для точного узгодження відпираючих імпульсів, що подаються на ТПН, з напругою мережі. Для зв'язку МК з оператором передбачено пульт керування (ПК) і рідиннокристалічний індикатор (РКІ). Надходження на МК інформації про стан системи забезпечується за допомогою давачів: ДШ – швидкості двигуна; ДДЛ – довжини линви; ДМВ – маси вантажу; ДК – кута нахилу стріли крана.

Відповідно до досліджень, проведених у главах 2 і 3, сформульовані задачі, виконання яких здійснюється мікропроцесорною системою керування:

-

-

-

-

-

-

На рис. 6 приведена блок-схема алгоритму формування процесу пуску в тримасової ЕМС, що реалізує усі функції мікропроцесорного керування, відзначені вище. На початковому етапі, після подачі напруги, здійснюється діагностика всіх компонентів, і у випадку виявлення недієздатності здійснюється відключення системи автоматично або вручну з одночасним виводом інформації про її стан. Якщо система дієздатна, після підтвердження її готовності з пульта керування вводиться значення швидкості, до якої має розігнатися двигун. Далі мікропроцесором обробляється інформація давачів зворотних зв'язків

Рис.6. Алгоритм формування процесу пуску

(довжини линви, маси вантажу, кута нахилу стріли), і на підставі цих даних розраховуються параметри ЕМС, а також коефіцієнти спостерігаючого пристрою. Розрахунок оптимального значення коефіцієнта корекції Ккопт відбувається мікропроцесором чисельними методами. З давача зворотного зв'язку надходить інформація про швидкість 1, яка використовується для розрахунку спостерігачем відновлених значень , , . Похибка , що виникає через розбіжність параметрів реального об'єкта і його цифрової моделі, подається на входи спостерігача, наближаючи відновлені значення усіх швидкостей до реального. Далі на підставі розрахункової інформації про координати системи і значення Ккопт формується сигнал корегуючого зворотного зв'язку, що надає необхідне значення кута відкриття тиристорів ТПН. Відповідно до розрахованого значення мікроконтролер видає керуючі імпульси на тиристори. Перехідний процес пуску можна вважати завершеним, коли двигун досягає заданої швидкості, а різниця –– дорівнює нулю. Після закінчення перехідного процесу ТПН забезпечує роботу з заданою швидкістю при відсутності корегуючого зворотного зв'язку.

Для реалізації цього алгоритму запропоновано використовувати мікроконтролер 8xC51GB сімейства MCS-51 фірми Intel, що працює з частотою від 3.5 до 16 МГц. Розглянуто основні етапи розробки програмного забезпечення мікроконтролера.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Логвиненко К.С. Підвищення якості перехідних процесів складних електромеханічних систем кранових механізмів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.09.03 - Електротехнічні комплекси і системи. - Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2003.

Дисертація присвячена розробці мікропроцесорної системи керування електроприводом механізму підйому, яка дозволяє знизити коливальність, тривалість перехідного процесу і динамічні навантаження в режимі підйому з підхопленням.

Розглянуто електромеханічну систему (ЕМС) механізму підйому з електроприводом ТПН-АД і тримасовою розгалуженою механічною частиною, у якій за третю масу прийнята металоконструкція крана (стріла або міст). Показано, що перехідні процеси в такій системі характеризуються підвищеною коливальністю і динамічними перевантаженнями. Для збільшення демпфуючої здатності електропривода запропоновано застосувати від’ємний зворотний зв'язок за різницею швидкостей трьох мас з коефіцієнтом Кк. Встановлено, що існує оптимальне значення коефіцієнта корекції, при якому демпфування коливань максимально. Запропоновано два методи для отримання оптимального значення Кк.

Для реалізації корегуючого зворотного зв'язку за різницею швидкостей розроблені два типи спостерігаючих пристроїв - повного і зниженого порядків. Отримано вирази для коефіцієнтів модального зворотного зв'язку спостерігаючих пристроїв. Дані рекомендації щодо вибору значення середньогеометричного кореня характеристичного рівняння спостерігача, що визначає його швидкодію. Досліджено чутливість спостерігачів до розкиду реальних і розрахункових параметрів системи, визначено припустиме значення параметричної похибки.

Розроблено функціональну схему мікропроцесорної системи керування електроприводом. Запропоновано алгоритм формування перехідного процесу пуску і алгоритм розрахунку оптимального коефіцієнта корекції. Надані рекомендації щодо вибору мікроконтролера і реалізації програмного забезпечення.

Ключові слова: електромеханічна система, коефіцієнт корекції, якість перехідних процесів, демпфування, спостерігаючий пристрій, мікропроцесорне керування.

Логвиненко Е.С. Повышение качества переходных процессов сложных электромеханических систем крановых механизмов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы. - Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2003.

Диссертация посвящена разработке микропроцессорной системы управления электроприводом механизма подъема, позволяющей снизить колебательность, длительность переходного процесса и динамические перегрузки в режиме подъема с подхватом.

В первой главе дается обзор различных типов грузоподъемных кранов, их классификация по назначению, конструктивному исполнению и условиям эксплуатации. Рассматривается проблема улучшения качества переходных процессов в системах с упругими связями. Составлено математическое описание электромеханической системы (ЭМС) подъемного механизма с двух- и трехмассовой механической частью.

Во второй главе рассмотрена ЭМС с электроприводом ТПН-АД и трехмассовой разветвленной механической частью, в которой в качестве третьей массы (кроме двигателя и груза) принята металлоконструкция крана (стрела либо мост). Показано, что переходные процессы в такой системе характеризуются повышенной колебательностью и динамическими перегрузками. Наиболее изменяемыми параметрами ЭМС являются жесткость каната, жесткость механической характеристики двигателя и угол наклона стрелы крана. Однако даже выбором оптимальных значений параметров системы не удается достичь желаемого качества переходных процессов. Поэтому для повышения демпфирующей способности электропривода предложено применить отрицательную обратную связь по разности скоростей трех масс с коэффициентом коррекции Кк.

Установлено, что существует оптимальное значение коэффициента коррекции, при котором демпфирование колебаний максимально. Предложено два метода для поиска оптимального значения Кк: по критерию максимума коэффициента демпфирования и по критерию минимума квадратичной интегральной оценки. Показаны графики переходных процессов для различных случаев, рассчитанные на математической модели в программе MATLAB.

В третьей главе для реализации корректирующей обратной связи по разности скоростей разработаны два типа наблюдающих устройств – полного и пониженного порядков. Для их синтеза применялся метод пространства состояний, основанный на векторно-матричной форме записи уравнений системы. Составлены структурные схемы трехмассовой ЭМС с наблюдателями, получены выражения для коэффициентов модальной обратной связи наблюдающих устройств. Рассмотрены наиболее известные стандартные формы распределения корней характеристического уравнения наблюдателя, используемые для придания ему желаемых динамических свойств. Обосновано преимущество биномиальной формы распределения корней. Даны рекомендации по выбору значения среднегеометрического корня наблюдателя, определяющего его быстродействие. Исследована чувствительность наблюдателей к разбросу реальных и расчетных параметров системы, определено допустимое значение параметрической погрешности. Проведено сравнение двух типов наблюдающих устройств применительно к исследуемой трехмассовой системе. Показано, что наиболее удобным в реализации является редуцированный наблюдатель, поскольку он обладает пониженным порядком и уменьшенными значениями коэффициентов модальной обратной связи.

В четвертой главе разработана функциональная схема микропроцессорной системы управления электроприводом, сформулированы основные задачи, выполнение которых осуществляется микропроцессором. Разработан алгоритм формирования переходного процесса пуска и алгоритм расчета оптимального коэффициента коррекции. Даны рекомендации по выбору микроконтроллера и реализации программного обеспечения.

Ключевые слова: электромеханическая система, коэффициент коррекции, качество переходных процессов, демпфирование, наблюдающее устройство, микропроцессорное управление.

Logvinenko E.S. Improving of transients of crane complex electromechanical systems. - Manuscript.

Thesis for candidate of sciences in speciality 05.09.03 – Electrotechnical complexes and systems. - Odessa national polytechnic university, Odessa, 2003.

The thesis is dedicated to development of the microsystem for control the electric drive of the lifting gear which permit to reduce a variability, duration of transient and dynamic g-loads in an grab rise mode. The electromechanical system (EMS) of the lifting gear with the system "Thyristor Voltage Converter - Induction Motor electric drive" and three-mass ramified mechanical part is considered. It is shown that increased variability and dynamic g-loads characterize the transients in such system. It is offered to apply a negative feedback on three weights speeds difference with a factor of correction Kk for increasing of electric drive damping ability. There is a best value of a factor of correction, at which the damping of oscillations is maximum. It is offered two methods for finding a best value Kk.

Two observing devices (with full and reduced degree) are developed for realization of the correcting feed-back. The expressions for the factors of the modal feed-back of observing devices are obtained. The recommendations for the selection of the average-geometrical radical value of the observer determining it quick-action are given. The sensitivity of the observers to difference of actual and computational parameters of a system is investigated, the allowed value of a parametric error is determined.

The functional scheme of the microsystem for control the electric drive is developed. The algorithm of launch transient formation and algorithm of the optimum correction factor calculation is developed. The recommendations for selection the microcontroller and realization of the software are given.

Key words: electromechanical system, factor of correction, quality of transients, damping, observing device, microprocessor control.