ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Мельнікова Любов Василівна

УДК 658.512

Автоматизація технологічного процесу

переміщення механізму з підвішеним вантажем

засобами мікропроцесорного керування

Спеціальність 05.13.07 – автоматизація технологічних процесів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському державному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Герасимяк Ростислав Павлович,

Одеський державний політехнічний університет, професор кафедри електромеханічних систем з комп'ютерним управлінням.

Офіційні опоненти:

заслужений працівник вищої школи України, доктор технічних наук, професор Зеленов Анатолій Борисович, Донбаський гірничо-металургійний інститут, професор кафедри автоматизованих електромеханічних систем,

кандидат технічних наук, доцент Хобін Віктор Андрійович, Одеська державна академія харчових технологій, доцент кафедри автоматизації виробничих процесів.

Провідна установа

Національний університет "Львівська політехніка", кафедри "Автоматизація теплових і хімічних процесів" та "Електропривод і автоматизація промислових установок" Міністерства освіти і науки України,

м. Львів.

Захист відбудеться " 28 " грудня 2000 р. о 13.30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради

Д 41.052.01 в Одеському державному політехнічному університеті за адресою: 65044, м.Одеса, просп. Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського державного політехнічного університету (м.Одеса, просп. Шевченка, 1).

Автореферат розісланий "24" листопада 2000р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Ямпольський Ю.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Поліпшення експлуатаційних якостей та підвищення надійності роботи технологічних об'ектів вимагають все більш високих техніко-економічних показників від окремих механізмів. Значну частку серед них складають механізми підйомно-транспортних машин (ПТМ), широко разповсюджених у багатьох галузях народного господарства. Більшість механізмів цих машин є механізмами циклічної дії. Дослідження, що виконувались такими провідними науковими школами, як КПІ, МЕЇ, ХДПУ, ОДПУ, "Львівська політехніка" та інші, вказують на необхідність аналізу таких механізмів як единої електромеханічної системи (ЕМС). Аналіз багатомасових систем підйомно-транспортного обладнання виконано у роботах М.С. Комарова, С.О. Казака, І.І. Абрамовича, М.М. Гохберга, Д.П. Волкова. У багатьох відомих роботах доводиться необхідність врахування впливу на динаміку ЕМС пружних зв'язків в передачах.

Одночасно необхідність підвищити продуктивність праці і точність установки вантажу, що переміщується на гнучкій линві, обмежуються його коливаннями. Відомі різні засоби боротьби з цим явищем, однак найбільше разповсюдження одержали способи обмеження коливань за допомогою автоматизованих систем управління. Підвищена зацікавленість у цій проблемі в останній час зумовлена можливістю використання для систем автоматизованого керування мікросхем великого ступеня інтеграції. Це дозволяє формувати спеціальні складні закони керування окремими координатами ЕМС.

Відомі роботи у цьому напрямку М.М. Перельмутера, Л.Б. Масанділова і інших вітчизняних та зарубіжних вчених. Більшість запропонованих методів засновано на оптимальному виборі структури зворотних зв'язків і параметрів електропривода; однак система керування значно ускладнюється, якщо в процесі експлуатації змінюються маса вантажу, довжина линви. Ось чому розробка методів демпфування коливань вантажу, що вимагають для своєї реалізації щонайпростіших технічних засобів і невеликої кількості давачів, які забезпечують однак достатньо високу швидкодію, може значно підвіщити продуктивність богатьох транспортних операцій.

У зв'язку з цим робота, що присв'ячена питанням автоматизації керування технологічними механізмами ПТМ на основі сучасної мікропроцесорної техніки, є актуальною для народного господарства України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась за держбюджетною темою №372-52 "Дослідження високоефективних електромеханічних та електротехнологічних систем з напівпровідниковими перетворювачами", номер державної реєстрації 0100U001401, у рамках координаційного плану 69 Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертації є розробка системи автоматизованого оптимального мікропроцесорного керування крановими механізмами поступального руху, яка забезпечує гасіння коливань підвішеного на гнучкій линві вантажу за мінімальний час і підвищення таким чином продуктивності технологічного процесу.

Задачі дослідження у відповідності до поставленої мети полягають у наступному:

-дослідження процесу коливань підвішеного вантажу, обгрунтування можливості аналізу механізму пересування з підвішеним вантажем як двомасової системи;

- визначення закону керування електроприводом, що забезпечує за даних умов експлуатації гасіння коливань за мінімальний час;

- оцінка впливу різних факторів на характер і тривалість оптимальних перехідних процесів пуску та гальмування;

- розробка структури систем мікропроцесорного керування механізмом з підвішеним вантажем, розробка алгоритмів керування.

Об'єктом дослідження є технологічний процес пересування механізму з підвішеним вантажем.

Предметом дослідження є коливання підвішеного на гнучкій линві вантажу.

Методи дослідження. Теорія автоматичного керування використовувалась для одержання закону оптимальнго керування за критерієм щвидкодії; теорія електропривода – для вибору системи автоматизованого електропривода при реалізації оптимального керування; інтегральне і диференціальне числення, математичне моделювання – для розрахунку перехідних процесів системи.

Наукова новизна одержаних результатів.

Вперше одержано закон формування оптимальних перехідних процесів механізмів пересування, що забезпечує гасіння коливань підвішеного вантажу;

- удосконалено математичний опис для моделювання перехідних процесів механізму пересування з підвішеним вантажем;

- вперше обгрунтовано існування т.з. критичної довжини линви, коли запропоноване оптимальне керування забезпечує максимальну швидкодію;

- запропонована структура мікропроцесорного керування;

- розроблені методи мікропроцесорного оптимального керування механізмом пересування за різних умов експлуатації.

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність полягає у тому, що запропонований спосіб управління механізмами поступального руху дозволяє обмежити коливання вантажу і таким чином підвищити продуктивність процесу. Порівняння запропонованого способу демпфування коливань вантажу з іншимі відомими сьогодні дозволяє проектантам вибрати найкращий з точки зору вимог до системи варіант. Запропоновані функціональні схеми та розроблені алгоритми керування базуются на сучасних уніфікованих компонентах систем автоматизації, що надає їх розробникам перевагу у конкурентній боротьбі на ринку продукції.

Матеріали дисертації розглянуті та схвалені на технічній нараді Маріупольського морського торгівельного порту і рекомендовані до впровадження.

Матеріали дисертації впроваджені у навчальний процес: вони входять до курсу лекцій для студентів "Теорія оптимального керування", до курсового і дипломного проектування.

Особистий внесок здобувача. У роботі [1] здобувач запропонувала методику дослідження та зробила висновок щодо потрібного закону керування. У роботах [2,4] здобувачу належить ідея застосування асинхронного електропривода та спеціальних механічних характеристик. У роботі [5] здобувач розробила методику розрахунку часу етапів різних способів і сформулювала висновок щодо переваг запропонованого способу. У роботі [6] запропонова математична модель і зроблена ії апробація. У роботі [7] розроблені алгоритми керування.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати роботи доповідались і обговорювались на чотирьох міжнародних науково-технічних конференціях: "Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика" (м. Алушта. 1999-2000р.); "Проблемы создания машин и технологий" (м. Кременчуг, 2000р.), конференція по математичному моделюванню (м. Херсон, 2000р.). Крім того, зроблені три доповіді на наукових семінарах НАН України "Проблеми динаміки автоматизованих електромеханічних систем змінного струму" (м. Одеса, 1998-2000р.).

Публікації. Основний зміст дисертації опубліковано у 7 друкованих працях. Серед них 3 статті у наукових журналах України, 4 статті у збірниках наукових праць.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів з висновками, загальних висновків, списку використаних літературних джерел з 98 найменувань, додатків. Робота викладена на 122 сторінках, містить 39 рисунків, 10 таблицm та два додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розглядається проблема автоматизації підйомно-транспортного обладнання. Обгрунтовується актуальність дисертаційної роботи. Поставлена проблема демпфування коливань підвішених вантажів при проведенні вантажно-розвантажувальных робіт з метою підвищення продуктивності транспортних операцій. Сформульована мета роботи, згідно до поставленої мети перелічені задачі дослідження.

У першому розділі розглядаються проблеми автоматизації технологічного процесу, зокрема, транспортних операцій з урахуванням сучасної мікропроцесорної техніки. Підкреслюються особливості механічної частини та режимів роботи механізмів горизонтального переміщення кранів. Акцентується на циклічній роботі цих механізмів, на відносно великій інерційній масі пересуваємих механізмів поступального та обертального руху. У зв'язку з цим звертається увага на необхідність прискорювати перехідні процеси пуску та гальмування, коли особливо дається взнаки коливання підвішеного вантажу, що спричиняє неабиякі незручності при експлуатації цих механізмів. Дається перелік існуючих засобів гасіння коливань підвішеного вантажу. На основі особливостей механізмів горизонтального пересування формулюються вимоги до систем автоматизації технологічного процесу таких механізмів, закрема, у зв'язку з необхідністю щонайшвидшого гасіння коливань вантажу.

У другому розділі досліджується динамічна система механізму пересування крана з підвішеним вантажем. Для аналізу її роботи розглянуто процес пуску механізму пересування вантажопідйомного візка з підвішеним на гнучкій линві (канаті) вантажем (рис.1).

Пуск механізму, представленого у вигляді двох мас, що рухаються поступально (візка - та підвішеного на гнучкій линві довжиною вантажу ), відбувається під дією динамічного зусилля ; та - шляхи пересування цих мас. Вважаємо, що люфти в передачі вибрані, а довжина не залежить від ваги вантажу. Крім того, можливо знехтувати електромагнітною інерційністю електропривода.

Рисунок 1- Розрахункова схема пуску механізму пересування

Система, що досліджується, оптимізується за швідкодією: пуск і гальмування механізму пересування до заданої швидкості має відбуватись за мінімальний час при певній поведінці підвішеного вантажу, а саме – наприкінці перехідного процесу відхилення линви від вертикалі і ії похідна повинні дорівнювати нулю.

Рух розглядаємої системи описується відомими диференційними рівняннями:

(1)

, (2)

де горизонтальна складова від сили ваги вантажу, що еквівалентна зусиллю пружньої лінійної деформації,

. (3)

Відхилення линви з вантажем від вертикалі характеризується кутом , і для реальних малих кутів відхилення . Перетворюючи всі попередні рівняння, одержимо:

; (4)

при цьому частота власних коливань системи "візок – вантаж"

, (5)

де .

Переходячи до операторної форми запису, одержуємо передаточну функцію для кута :

. (6)

Розв'язуючи рівняння (4), одержимо залежність за нульових початкових умов

, (7)

аналізуючи яку, можна зробити висновок, що амплітуда коливань пропорційна зусиллю F двигуна. Тому потрібно лише знайти такий закон зміни зусилля F, що забезпечував би мінімальний час перехідного процесу, наприкінці якого линва з вантажем розташувалась би вертикально.

Використовуючи рівняння (1) та (4), можливо одержати рівняння для швидкості механізму пересування , пов'язане з силою :

, (8)

де ,

- відома частота коливань математичного маятника.

Таким чином, керованою координатою в системі вважаємо швидкість (саме її задане значення потрібно забезпечити наприкінці перехідного процесу), а керуючим сигналом є сила .

Записавши попереднє рівняння у формі рівнянь Коші, знайдемо функцію Понтрягіна - гамільтоніан:

, (9)

де - допоможні функції часу.

Розглянемо ту частину Н, яка залежить від та її похідної:

. (10)

Відповідно до принципу максимуму при оптимальному керуванні гамільтоніан Н має приймати максимальне значення як функція управління .

Таким чином, керуюча дія має бути:

,

тобто , якщо (11)

, якщо ,

де - найбільше зусилля, яке може розвинути двигун за умовами перегріву, перевантаження або деяких технологічних обмежень.

За допомогою принципу максимуму Понтрягіна знайдено закон зміни керуючої сили , що забезпечує мінімальний час перехідного процесу з урахуванням демпфування коливань. Пуск (гальмування) механізму здійснюється у три етапи, і після його закінчення кут відхилення линви з вантажем від вертикали .

Щоб одержати графіки перехідного процесу, слід визначити його тривалість , яка складається з трьох складових за числом етапів і . Для визначення тривалості кожного етапу розв'яжемо неоднорідне рівняння (4) відносно кута в загальному випадку – за ненульових початкових умов:

. (12)

Похідна від кута :

. (13)

Використовуючи ці вирази, а також (3), з рівняння (1) одержимо:

, (14)

тут , і - початкові значення швидкості, кута і його похідної для кожного етапу.

Застосувавши ряд перетворень і використовуючи кінцеві умови (, , ), одержимо співвідношення:

,

. (15)

Час легко може бути знайдений із наступного рівняння:

, (16)

де - частота коливань вантажу згідно формули (5), а час разгону до заданої швидкості маси при відсутності розгойдування вантажу та дії постійної сили визначається формулою:

. (17)

Одержані формули використовуються на кожній з трьох ділянок зі своїми початковими умовами для розрахунку залежностей , під час пуску або гальмування. За їх допомогою будуються графіки оптимального за швидкодією перехідного процесу пуску (гальмування) механізму пересування для заданої маси вантажу і довжини линви , коли враховується коливання вантажу та забезпечується його повне заспокоювання до кінця перехідного процесу.

У третьому розділі аналізуються перехідні процеси пересування за різних умов експлуатації.

Одержані залежності дозволяють дослідити вплив параметрів системи на перехідний процес і рекомендувати такі параметри, які дозволять забезпечити експлуатацію дійсно оптимальної за швидкодією системи.

Розглянемо докладніше рівняння (16), розв'язання якого дає значення ; воно також пов'язує через вирази (5) і (17) величини, які можуть змінюватись: довжину линви , масу вантажу і задану швидкість . Проаналізуємо вплив цих параметрів на час перехідного процесу, щоб виявити, які з них мають суттєве значення, а якими можна знехтувати.

Задамося конкретними значеннями початкової фази лівої частини рівняння (16):

, (18)

де n =1,2,3… Вирішення рівняння (16) для різних значень n показує, що коли 4>n>2, рішення значно більше за , а коли n =2, має місце стрибок у тривалості перехідного процесу. Розкриваючи отриманий вираз (18) після приведення всіх величин до вала двигуна, маємо:

. (19)

Критична довжина канату, яка відповідає n=2, розраховується за формулою:

. (20)

Графіки кута відхіленя , кутових швидкостей механізму та вантажу відповідно і ( та , приведених до вала двигуна) наведені на рис.2 для =8 м (а) і 7 м (б), (=7,6 м).

а

б

Рисунок 2- Графіки перехідного процесу за оптимальних параметрів і довжинах линви, близьких до критичної

Очевидна суттєва різниця тривалості перехідного процесу (15,4 с и 4,9 с) при незначній (до одного метру) зміні довжини .

Таким чином, доцільно працювати з довжиною канату, що на 5…10% перевищує ту, яка розраховується за формулою (20), оскільки при довжині, меньшій , час збільшується у 2,5…3,5 рази. При критичній довжині час перехідного процесу визначається лише , оскільки тоді (16) і другий етап відсутній.

На рис.3 для прикладу показано перехідний процес з довжиною , трохи більшою за , який відбувається в один етап, але загальний час =. Графіки свідчать про те, що у цьому випадку, коли =1,15, можна знехтувати реверсивною ділянкою перехідного процесу і таким чином спростити керування електроприводом.

Рисунок 3- Перехідний процес в один етап

Щоб керування залишалось оптимальним без реверсу електропривода, його доцільно застосовувати лише для довжини <1,2, оскільки вже при відхилення кута линви від вертикалі більше 10 % від . При > 1,2 рекомендується здійснювати класичне керування, як це показано у другому розділі, однак головне - не допускати роботи механізму з < .

Для розглядаємого класу ПТМ властива одночасна робота обох механізмів: пересування з підйомом або спуском вантажу. У цьому випадку оптимальний перехідний процес (рис.4) досліджується з урахуванням зміни довжини линви з швидкістю переміщення вантажу у вертикальній площині. Визначено, що у разі, коли швидкість механізму підйому не перевищує 0,6 м/с при одночасній роботі обох механізмів, забезпечується близьке до оптимального керування, тобто тоді кут відхилення після закінчення перехідного процесу не перевищує 10 % від максимального відхилення.

У самому загальному випадку двигун, кран та підвішений вантаж є тримасовою ЕМС, оскільки двигун часто зв'язаний з механізмом доволі гнучким трансмісійним валом. За одержаними залежностями розраховано перехідні процеси електромеханічної системи з урахуванням пружності трансмісійного вала, як це наведено на рис.5.

Зпівставлення в процесі досліджень богатьох розрахованих залежностей свідчить про те, що вплив пружних ланок є мінімальним.

Рисунок 4- Перехідний процес при одночасній роботі механізмів підйому та пересування

Криві і лишаються практично незмінними. Додатковим є лише присутність високочастотних коливань на графіку швидкості двигуна .

Незначний вплив гнучковості кінематичних ланок на перехідний процес пояснюється суттєвою різницею власних частот системи "кран – вантаж" і системи "двигун – кран" , зокрема для розрахованого конкретного механізму 1,2 с-1, а = 82 с-1. Зрозуміло, що при таких несумісних власних частотах, що відрізняються у 60…70 разів, не можна очікувати взаємного впливу.

Рисунок 5- Перехідний процес пуску системи з урахуванням пружності кінематичних ланок

Було проведено порівняльний аналіз запропонованого способу керування механізмом пересування з іншими відомими способами демпфування коливань підвішеного на гнучкій линві вантажу. Загальними вимогами до всіх цих засобів були вертикальне розміщення линви наприкінці перехідного процесу та максимальна швидкодія режимів пуску і гальмування.

Оскільки час перехідних процесів залежить від періоду коливань системи, а значить і від довжини линви, результатом досліджень стала функція , розрахована для кожного з розглядаємих варіантів. На рис.6 видно, що при реальних довжинах, коли >, тривалість перехідного процесу запропонованого способу (№4) суттєво менш за інші (№1, №2, №3). Так, для середніх довжин =10-20 м цей час знижується на 1,25…1,5 с, що складає 15…25 %. Таким чином, запропонований спосіб демпфування коливань дає кращий за швидкодією результат, однак тільки тоді, коли довжина линви більш за критичну.

Рисунок 6- Графіки залежності часу перехідного процесу від довжини линви для різних способів демпфування коливань вантажу

У четвертому розділі розроблено функціональну схему мікропроцесорного керування автоматизованим технологічним процесом пуску (гальмування) механізму пересування крана з підвішеним вантажем, а також алгоритми цього керування. Розглянуто різні способи реалізації оптимального керування з орієнтацією на автоматизовані системи електропривода, які виробляються сьогодні ведучими фірмами.

У самому загальному випадку функціональна схема оптимального мікропроцесорного керування механізмом пересування має вигляд, наведений на рис.7, де МП - мікропроцесор, АЕП - автоматизований електропривод механізму, ДМ та ДД - давачі маси вантажу та довжини линви відповідно.

Мікропроцесорна система керування виконує такі функції: визначення змінних величин - маси вантажу і довжини линви; розрахунок постійної величины TP; розрахунок тривалості трьох етапів перехідного процессу; визначення закону зміни моменту двигуна М(t) для демпфування коливань вантажу; формування потрібного закону моменту двигуна; регулювання швидкості двигуна у сталих режимах.

В залежности від застосування тієї чи іншої системи автоматизованого электропривода розроблені і запропоновані кілька способів керування. Сформовані можливі алгоритми керування, на основі яких визначається складність керуючої програми, обсяг та потрібна точність обчислювальних операцій, обсяги оперативної та постійної пам'яті, кількість, типи та параметри периферійних пристроїв.

Рисунок 7- Функціональна схема оптимального керування механізмом пересування крана

Представлені можливі способи реалізації законів керування, зумовлені різною складністю програми керування та ресурсами процесора.

Для реалізації оптимального керування запропоновано функціональні схеми сучасних мікропроцесорних систем з вбудованим набором спеціалізованих периферійних пристроїв, які рекомендується використовувати в тих чи інших механізмах підйомно-транспортних машин.

ВИСНОВКИ

Найбільш важливі наукові і практичні результати, отримані в дисертації:

1. З використанням принципу максимуму одержана залежність динамічного зусилля від часу для трьох етапів перехідного процеса, що забезпечує гасіння коливань вантажу до кінця перехідного процеса пуску (гальмування) і за певних параметрів системи – щонайменшу тривалість цих процесів.

2. Вперше одержано рівняння, вирішення якого дає змогу розрахувати тривалість кожного з етапів, а також отримані рівняння, за допомогою яких легко моделювати систему на кожному з етапів з урахуванням власних початкових умов.

3. Підтверджено, що у всіх випадках аналізу коливань підвішеного вантажу не має сенсу враховувати пружність кінематичних вузлів механізму.

4. Вперше обгрунтовано ісування такого значення довжини (критичної) линви, при якому оптимальне керування забезпечує щонайбільшу швидкодію. Не рекомендовано використовувати запропоноване керування, якщо довжина линви менш за критичну із-за суттєвого збільшення часу перехідних процесів.

5. Показано, що коли довжина линви знаходиться у межах (100… 120) % критичної, можливе керування лише на одному етапі, без зміни знака зусилля. Доведено, що при одночасній роботі механізмів пересування і підйому керування залишається близьким до оптимального, якщо швидкість підйому (спуску) вантажу не перевищує 0,6 м/с, а початкова довжина линви суттєво більш за критичну. У противному випадку така одночасна робота обох механізмів можлива лише при опусканні вантажу.

6. Співставлення різних засобів демпфування коливань вантажу за критерієм швидкодії показало переваги запропонованого методу керування, якщо довжина линви більш за критичну.

7. Запропоновано 4 алгоритми мікропроцесорного оптимального керування, які рекомендовано використовувати для різних ПТМ в залежності від їх параметрів, технологічного процесу, системи електропривода.

8. Наведені та узагальнені дані щодо апаратних і програмних засобів, за допомогою яких в залежності від умов експлуатації механізму можно вибрати технічні засоби для створення необхідної саме за цих умов мікропроцесорної системи оптимального керування.

9. Матеріали дисертації розглянуті на технічній нараді Маріупольського морського порту, ухвалені і рекомендовані до впровадження на деяких портових кранах.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

Мельнікова Л.В. Автоматизація технологічного процесу переміщення механізму з підвішеним вантажем засобами мікропроцесорного керування. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 – автоматизація технологічних процесів. – Одеський державний політехнічний університет, Одеса, 2000.

Дисертація присвячена розробці оптимальної системи мікропроцесорного керування механізмами поступального руху, яка забезпечує гасіння коливань підвішеного вантажу до кінця пуску чи гальмування механізму. Оптимізація проводиться за допомогою принципа максимума за критерієм швидкодії. Одержано закон керування електроприводом механізму у три етапи. При цьому обгрунтована можливість аналізувати і досліджувати систему як двомасову.

Розглянуто вплив різних факторів на роботу оптимальної системи керування. Доведено, що існує таке значення довжини линви, при якому час перехідного процесу і відповідно гасіння коливань вантажу щонайменший. Даються рекомендації щодо бажаної довжини линви при експлуатації.

Проведено порівняння за швидкодією запропонованого способу керування з іншими, які теж сприяють гасінню коливань. Показано, коли цей спосіб має суттєві переваги.

Запропоновано кілька варіантів алгоритмів мікропроцесорного керування.

Ключові слова: гасіння коливань, механізм пересування, оптимізація, мікропроцесорне керування, алгоритм.

Melnikova L.V. The automatization of a technological process for travelling mechanism with suspended load by microprocessor control. - Manuscript.

The dissertation for competition of the scientific degree of the candidate of technical sciences by speciality 05.13.07 – The automatization of technological processes. – Odessa State Polytechnic University, Odessa, 2000.

The dissertation is devoted to elaboration of an optimum system for microprocessor control, which provides the damping of suspended load oscillations to the end of mechanism start or deceleration.

The optimization is attained due to the principle of maximum according to the criterion of fast action. A law of the mechanism control with an electric drive within three stages is obtained.

In so doing the possibility to analyze and investigate the system as twomass one is substantiated.

The influence of different factors on the work of optimum control system is considered.

It is established there is such a value of the cable length when the duration of a transition process and damping of the load oscillations is the least.

The recommendations concerning a wanted cable length for the exploitation are given.

A comparison of fast action among suggested method of control and the others, which also promote to the oscillation damping is made. The essential advantages of this method are shown.

Key words: damping of oscillations, travelling mechanism, optimizations, microprocessor control, algorithm.

Мельникова Л.В. Автоматизация технологического процесса перемещения механизма с подвешенным грузом средствами микропроцессорного управления. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.07 – автоматизация технологических процессов. – Одесский государственный политехнический университет, Одесса, 2000.

Диссертация посвящена разработке оптимальной системы микропроцессорного управления механизмом передвижения с подвешенным грузом. Разработанная система решает важную проблему автоматизации транспортных операций, обеспечивая гашение колебаний подвешенного груза до конца пуска или торможения механизма. При этом создаются условия для повышения производительности труда, понижается опасность выполнения погрузочно-разгрузочных работ.

Оптимизация производится с помощью принципа максимума по критерию быстродействия. Получен закон управления объектом в три этапа, по истечении которых достигается заданная скорость и груз занимает вертикальное положение. Выведены выражения для расчета длительности каждого из этапов. При этом обоснована возможность анализировать и исследовать систему как двухмассовую без учета упругих связей кинематической передачи.

Рассмотрено влияние условий эксплуатации подъемно-транспортного оборудования на работу оптимальной системы управления. Доказано существование критического значения длины каната, при котором время переходного процесса и соответственно гашения колебаний груза наименьшее. При этом не рекомендуется работать с длиной каната, меньше критической, из-за резкого возрастания времени переходного процесса. Однако если длина находится в пределах между критической и 120 % критической, возможно управление в один этап без изменения знака момента двигателя. Результаты исследований применимы для режима совмещения операций передвижения и подъема груза. Обосновано, что в ряде случаев совместной работы механизмов обеспечивается управление, близкое к оптимальному.

Проведено сравнение по быстродействию предложенного способа управления с другими, которые тоже способствуют гашению колебаний. Показано, что этот способ имеет существенные преимущества перед остальными (переходный процесс и гашение колебаний осуществляется за наименьшее время), если длина каната больше критической.

Разработана функциональная схема системы микропроцессорного оптимального управления механизмом передвижения. Предложено несколько вариантов алгоритмов управления, которые рекомендуется использовать в зависимости от режима работы, требуемой точности и применяемой системы управления. Для каждого из вариантов определены состав периферийных устройств и необходимые технические характеристики микропроцессора.

Ключевые слова: гашение колебаний, механизм передвижения, оптимизация, микропроцессорное управление, алгоритм.