Устройство управления многоприводной подъемно-транспортной установкой с гибким тяговым органом

 

Изобретение относится к автома тическому управлению многоприводными 1 подъемно-транспортными установками. Цель - расширение функциональных возможностей при управлении многоприводной установкой 1 с числом приводов более двух. Для этого устр-во снабжено АЦП 3, блоком 6 формирования сигналов задания контуров 7 регулирования тока, блоками 5 одновременного формирования передаточных функций и ЦАП 10 по числу приводных барабанов (ПБ) установки 1. К первому блоку 5 через АЦП 3 подключен выход датчика 2 нагрузки, а остальные блоки 5 соединены последовательно . Их подключены к входам блока 6. Сигналы задания контуров 7 поступают на входы регуляторов 8 тока каждого ПБ. Выходные сигналы регуляторов 8 в качестве управляющих через ЦАП 10 поступают в преобразователи 11 двигателей 12 привода каждого ПБ установки 1 с гибким тяговым органом . Блок 6 вместе с моделью 4 и регуляторами 8 образует цифровой вычислительный блок 9, где происходит моделирование передаточных функций главных каналов структурной схемы установки 1 и перекрестных связей. С помощью выходных сигналов компенсируются инерционность и колебания гибкого тягового органа, возникающие в точках приложения тяговых усилий на ПБ. 6 ил. -.7 Ш (Л 1C сд

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

1511 4 В 65 6 43/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4088617/ 27-03, (22) 21. 04. 86 (46) 23. 09. 88. Бюл. и 35 (71) Криворожский горнорудный институт (72) В.М.Назаренко и Н.Д.Мицная (53) 621.867.2(088 ° 8) (56) Назаренко В.М. Построение оптимизированных по динамичности систем

;управления ленточными конвейерами.Изв. высш. учеб. зав. Горный журнал, 1980, В 3, с.89-92.

Авторское свидетельство СССР

В 1286474, кл. В 65 G 43/00, 1984. (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОПРИ-.

ВОДНОЙ, ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКОЙ С ГИБКИМ ТЯГОВЬМ ОРГАНОМ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению многоприводными подъемно-транспортными установками.

Цель - расширение функциональных возможностей при управлении многоприводной установкой 1 с числом приводов более двух. Для этого устр-во снабжено

АЦП 3, блоком 6 формирования сигналов

„„SU„„1425141 А1 задания контуров 7 регулирования тока блоками 5 одновременного формирования передаточных функций и ЦАП 10 по числу приводных барабанов (ПБ) установки

1. .К первому блоку 5 через АЦП 3 подключен выход датчика 2 нагрузки, а остальные блоки 5 соединены последовательно. Их выходы подключены к входам блока 6. Сигналы задания контуров

7 поступают на входы регуляторов 8 тока каждого ПБ. Выходные сигналы регуляторов 8 в качестве управляющих через ЦАП 10 поступают в преобразователи 11 двигателей 12 привода каждого

ПБ установки 1 с гибким тяговым органом. Блок 6 вместе с моделью 4 и регуляторами 8 образует цифровой вычислительный блок 9, где происходит моделирование передаточных функций главных каналов структурной схемы установки 1 и перекрестных связей.

С помощью выходных сигналов компенсируются инерционность и колебания гибкого тягового органа, возникающие в точках приложения тяговых усилий на ПБ. 6 ил.

1425141

И зобретение относится к области автоматического управления многоприводными подъемно-транспортными установками.

Целью изобретения является расши5 рение функциональных воэможностей при управлении многоприводной уста-. новкой с числом приводов более двух (п ) 2).

На фиг.1 представлена структурная схема многоприводной подъемно-транспортной установки; на фиг.2 — функциональная схема устройства; на фиг.З— . структурная схема цифрового корректи- 15 рующего устройства (ЦКУ); на фиг.4 » функциональная схема блока одновременного формирования передаточных функций; на фиг.5 - функциональная схема блока формирования сигналов за- 2р дания контуров регулирования тока; на фиг.6 - структурная схема устройства.

На фиг ° 1 обозначены: F„(P),F<(P) и Рп(Р) — приложенные тяговые усилия 25 со стороны приводных двигателей;

F« (P), Р.„ (Р) H F,„ (P) — сТа Н еские усилия со стороны нагрузки на приводных барабанах; Wcr„(P), Уст- (P) и

M (Р) — передаточные функции, спи- щ(1 сывающие колебания гибкого тягового органа при .ступенчатом приложении статической нагрузки; 11+,(Р), 11 д (P) и Ы,ц, (Р) — передаточные функции, описывающие инерционность установки и колебания гибкого тягового органа, 35 возникающие в точках приложения тяговых усилий на приводные барабаны;

11 (P), M< (P) и Ч „ (Р) — передаточные функцйи, описывающие колебания, 4О обусловленные взаимовлиянием привод ных барабанов.

Частота вращения каждого приводного барабана многоприводной подъемно« 45 транспортной установки с гибким тяговым органом определяется путем решения системы уравнений, составленных для каждой из соответствующих координат по общей схеме Лангранжа

Й к1Т OII A — "-+ — + — =О, dt ЭХ DX к Х и имеет вид к-" О

Р Р ф--ъ

° ° °

i» 1

+F (P) =- — — -- + + л Ч. Л- к р Р =О

g Рф-ъ

+ F (Р) ат1 у. . 1

Я.Р

-о

Z. Е;Р+-

+ Р (P)- =î — 1 — ——

h "а РЧ-+л> ъ

Следовательно, передаточнЬ е функции структурной схемы конвейера могут быть представлены в общем виде

1 "

W (Р) = =- — — — — --—

yt-л- к, Е;Ь.Р

1 ь"-о где р.„. и - коэффициенты, определяемые параметрами упругой механической системы.

Или после Z-преобразования к

w ° (z) = 4.ф - — вЂ”С Z

1 =о

Поэтому

= F4 (Рйл(Р)+ (Р) балх (Р)+ ° ° + и () ли () (P)wcm (P)

= F (P)W i (P) + F (P)W (Р)+ ° + я() gn() Р () (Р) и() 1() пп() 1() ли(2п() () и()

Хл (Р) Х (P) и Х <(P) — перемещения в соответствующих точках.

Устройство управления многоприводной подъемно-транспортной установкой

1 с гибким тяговым органом (фиг.2) содержит датчик 2 нагрузки, подсоединенный через аналого-цифровой преобра-. зователь (АЦП) 3 к модели 4 многоприводной подъемно-транспортной установки как. объекта регулирования, состоящей из последовательно соединенных блоков 5 одновременного формирования передаточных функций структурной схемы (фиг.1) установки. Количество блоков 5 равно порядку полиномов моделируемых передаточных функций. Выходы блоков 5 соединены с узлом 6 формирования сигналов задания контуров 7 ре-. гулирования тока, который вместе с моделью 4 и регуляторами 8 тока, подключенными на его выходе в количестве, Равном числу приводных барабанов, об14251 разует цифровой вычислительный блок 9, Регуляторы 8 тока через цифроаналоговые преобразователи 10 подключены к преобразователям 11, последовательно

5 с которыми соединены двигатели 12.

Устройство работает следующим образом.

Задающий сигнал с датчика 2 погонной нагрузки на АЦП 3 преобразуется в код П, поступающий в цифровой вычислительный блок 9, где происходит моделирование передаточных функций главных каналов структурной схемы установки W (P), Mg3 (P) и W33 (P) и перекрестных связей W4 (P), M43 (P) и M 3 (P) (фиг. 1) . .х

С помощью выходных сигналов U+

U u U делителеи, на первые входы

М (числитель) которых подают квадрат кода сигнала задания (U }, а на вторые (знаменатель) — коды выходных сигналов передаточных функций соответственно W)q (Z) Mqg (Е) и W33 (Z) производят компенсацию инерционности и 25 колебаний гибкого тягового органа, возникающих в точках приложения тяговых усилий на приводные барабаны.

Каждый сигнал, компенсирующий инерционность и колебания гибкого тягового органа, обусловленные взаимовлиянием приводных барабанов, получают как инвертированное произведение выходного сигнала моделируемой передаточной функции, описывающей инерционность и колебания из-за механической связи посредством гибкого тягового ор» гана влияющего барабана и подверженного влиянию, и выходного сигнала делителя, на первый вход (числитель) 4р которого подают код задающего сигнала, а на второй (знаменатель) — выходной сигнал моделируемой передаточной функции, описывающей инерционности и колебания гибкого тягового органа, 4б возникающие в точке приложения тягового усилия на влияющий барабан.

Так,"сигнал задания. контура 7 регулирования тока привода первого приводного барабана U> состоит из сигнала тл

U«и двух сигналов, направленных на компенсацию влияния второго и третье36 го приводных барабанов -Uz<11лг (Z)

4С и -U33 WQ3 (Z) Сигнал задания КоНТура 55

7 регулирования тока привода второго

М приводного барабана U

4r — П 1133 (Е); сигнал задания контура

7 регулирования тока привода третьего

41 4 приводного барабана Ь3 — 11лл 114 (Z)

1 1, (2) .

Ф

Сигналы задания контуров 7 регулирования тока поступают в регуляторы 8 тока, выходные сигналы которых в качестве управляющих через цифроаналоговые преобразователи 10 поступают в преобразователи 11 двигателей 12 привода каждого приводного барабана многоприводной подъемно-транспортной установки 1 с гибким тяговым органом.

На входе системы управления одновременно моделируют все передаточные функции cIруктурной схемы многоприводной подъемно-транспортной установки как объекта регулирования.

Коэффициенты 1 равны коэффициентам полинома, стоящего в знаменателе модулируемой передаточной функции, коэффициенты f равны разностям коэффициентов полиномов числителя и знаменателя, т.е. при моделировании

\ передаточной функции W(Z) =, Я; Z /

i=O т

/, I.. Z,êoýôôHöèåíòû f;. = g — 1; .

Алгоритм работы, по которому осуществляется вычисление выходной величины

ЦКУ, выражается формулами

h(n) = g (n) —, Х.1h. (n-i)

1"

m(n) .= 8 (n) —, f Ь (n-i) где r = q+1 — порядок моделируемой передаточной функции.

Из этих формул видно,что для опре- деления очередного значения выходной величины m(n) ЦКУ должно запоминать г последних значений промежуточной величины h, а также хранить в памяти значения постоянных коэффициентов 1" и f .

Принцип работы данного ЦКУ лежит в основе создания модели 4 (фиг.2) многоприводной подъемно-транспортной установки, включающей модели переда точных функций, описывающих инерционность установки и колебания гибкого тягового органа, возникающие в точках приложения тяговых усилий на и приводных барабанах, — передаточные функции W<< (P) 1 г (P)э ° ° ° эW>>(P) структурной схемы многоприводной подьемно-транспортной установки (фиг.1), а также инерционность и колебания, 1425141. обусловленные взаимовлиянием приводных барабанов, — передаточные функции

11лг (P) лЗ (P), Mgи (P)

Meal (P) »z„(P) » - н(Р). Пере даточные функции Mc „(P), Мсл, (Р), ...,M< „(Ð) характерйзуют колебания тягового органа при ступенчатом приложении статической нагрузки. В реальных условиях статическая нагрузка 10 прикладывается до начала движения, поэтому колебания тягового органа вы1

t званные приложением статической нагрузки, затухают до начала переходного процесса, и в дальнейшем в про» 15 цессе движения статическая нагрузка подъемного механизма практически не изменяется, а изменение статической нагрузки конвейера происходит плавно, и ступенчатое изменение невозможно. 20

Статическое усилие определяется по интегралу скользящего среднего

С

Е,, + г

F =а+К

cm Ч р У

25 л где а и К - постоянные коэффициенты; — фиксированный момент вре4 (мени;

1 — длина пути транспортиро30 вания груза;

v — - средняя скорость транспортирования; — погонная нагрузка.

Поэтому передаточные функции

11с (Р), Ъ1 щ (P) W (Р) при оптимизации дийамических режимов не учитываются.

Моделируемые передаточные функции

-с имеют общий знаменатель С Е . Сле- 40

1=0 довательно, предстаВляется возможным моделировать все передаточные функции с помощью одного ЦКУ, в котором в отличие от ЦКУ, моделирующего одну передаточную функцию (фиг.3), вместо коэффициентов f вводится последовательность коэффициентов, равных разностям коэффициентов полиномов числителей модулируемых передаточных функций, и соответствующих коэффициентов полинома общего знаменателя этих функций. Количество коэффициентов, вводимых вместо каждого коэффициента Е. равно количеству моделируемых передаточных функций. Количество передаточных функций, описывающих инерционность установки и колебания гибкого тягового органа, возникающие в точках приложения тяговых усилий, равно количеству п приводных барабанов, а количество передаточных функций, описывающих инерционность установки и колебания, обусловленные взаимовлиянием приводных барабанов, равно числу сочетаний иэ п по 2, т.е.

n(n-1)/2, так как влияние, например, первого барабана на второй равно влиянию второго на первый и описывается одной передаточной функцией Мл (Р) структурной схемы многоприводной подъемно-транспортной установки (фиг.1). Следовательно, выходной сигнал смоделированной дискретной передаточной функции W« (Z) используется для формирования корректирующих сигналов как для системы управления приводом первого приводного барабана,так и для системы управления приводом второго барабана.

Погонная нагрузка конвейера q непостоянна, так как поступающий на конвейер грузопоток во времени изменяется. Поэтому погонная нагрузка представляется как произведение номинального значения погонной нагрузки

q > и кратности нагрузки Л, равной

H отношению текущего значения погоннойнагрузки конвейера ц к номинальному

Ц р = «1 р . Значение погонной найрн грузки и его квадрат входят в состав коэффициентов полиномов числителя и знаменателя передаточных функций структурной схемы конвейера (фиг.1).

С учетом кратности нагрузки укаэанные коэффициенты полиномов могут быть выражены следующим образом;

8ъs Х + P с1.Х + J ъь ) " ь

Поэтому, в случае использования данного устройства при управлении конвейерной установкой для максимальной идентификации модели объекту регулирования параметры моделируемых передаточных функций формируют адаптивными к изменению погонной нагруз-. ки. Для этого блок 5 одновременного формирования моделируемых передаточных функций структурной схемы (фиг ° 1) установки содержит узел, обеспечивающий адаптацию моделируемых передаточных функций к изменению по гонной нагрузки конвейерной установки (фиг.4), 1425141

Коэффициенты моделируемых переда-. точных функций в общем виде К„

К, + К„ + К и С„, = С; Я+

+ C „ il+ С; рассчитывают-из условия номинальной загрузки конвейерного полотна (Ъ = )) и заносят в память блока одновременного формирования моделируемых передаточных функций структурной схемы установки номиналь- 1ð ные значения коэффициентов К „, К. ъ"

К ь, С „, С и С . Сигнал с датчи к ъ ка погойной нагрузки через аналогоцифровой преобразователь. поступает в блок 5 одновременного формирования моделируемых передаточных функций, где код этого сигнала умножается на коэффициент К, равный обратной величине кода сигнала, соответствующего номинальной погонной нагрузке, за счетщ чего становится численно равным кратности нагрузки и . Полученная таким образом кратность нагрузки умножается на коэффициенты Ki .à i — для формирования передаточной функции W<< (Z); 25

Ь вЂ” для формирования W (Z); п т для формирования W < (Z) di — для .формирования передаточной функции

М (Z); 1 — для формирования W<. (Z); ш. — для формирования W< (Z). Квад- 30 3 . рат кратности нагрузки умножается на коэффициенты К 1.

Такие же операции производят с ко эффициентами знаменателя моделируемых передаточных функций С .

Блок 5 одновременного формирования моделируемых передаточных функций соответствует выделенной пунктирной линией части ЦКУ, моделирующего одну передаточную функцию (фиг.З). Порядок 4р .моделируемой передаточной функции определяет количество таких блоков..

Сигналы К; и С поступают в узел 6

3( формирования сигналов задания U>< для контура 7 регулирования тока при 45 вода каждого приводного барабана (звездочкой отмечен дискретный характер величины), Для компенсации инерционности и колебаний гибкого тягового органа, возникающих в точках приложения тяго-. вых усилий, на каждом приводном барабане в качестве составляющей сигнала задания контура 7 регулирования тока служит выходной сигнал моделируемой передаточной функции, обратной передаточной функции структурной схемы объекта регулирования, соответствующей этому приводному барабану, имеют-. ся в виду передаточные функции W (Р)

W«(Р),...,Ъ7 (Р) (фиг. 1) ° Будучи соединенными последовательно, передаточная функция структурной схемы объекта регулирования и соответствующая ей моделируемая передаточная функция взаимно компенсирует друг друга.

Но так как на входе системы управления для сохранения одного знаменателя всех моделируемых передаточных функций, что значительно упрощает техниче" скую реализацию способа, а именно: позволяет моделировать все передаточные функции с помощью одного цифрового корректирующего устройства, моделируют передаточные функции не обратные передаточным функциям объекта регулирования Ч (P), а равные им, то для получения выходного сигнала обратной передаточной функции, т.е. 1/

/W i (Z), выходной сигнал О, W. (Z) моделируемой передаточной функции

W ° (Z) подают на второй вход (знаменатель) делителя, на первый вход (числитель) которого подают квадрат

4С кода задающего сигнала (U+ )

Иэ-за взаимовлияния приводных барабанов, выраженного передаточными функциями W„ (Р), W „ (P), ° ° °,Wq (Р)

W (Р),...,W„ „„ (P) перекрестных связей структурной схемы многоприводной подъемно-транспортной установки (фиг.1), передаточная функция, моделирующая инерционность и колебания гибкого тягового органа в точке приложения тягового усилия на барабан, оказывается последовательно соединенной с.каждой из передаточных функций, выражающих механическое влияние этого барабана на остальные (фиг.б). На каждом приводном барабане влияние остальных (механическое и вызванное введением моделей) передаточных функций, компенсирующих инерционность и колебания гибкого тягового органа, возникающие в точках приложения тяговых усилий на приводные барабаны, представляется в виде возмущающих Ь% (Р) сигналов — количеством п-1, Ч,, (P) вводимых в электромеханическую систему. Поэтому для компенсации укаэанного взаимовлияния барабанов остальные составляющие каждого сигнала зада ния контура 7 регулирования тока представляются в виде -П W „ > (P) /W>> (P), Так, сигнал задания контура 7 тока первого приводного барабана

1425141

10 (u "1 w«(z) (Uа)

U а" 4 v,""w„„(z) (ф w„, (z) 1"122. () ЯД Я

U w n (z) з" 1 ъа (Z) Или в общем виде для i-го барабана

01а) 1Ц 2 W„3 (Zk 10

Us wËz) 11Р„(Z) М

11ат1, 0й WXXL L(z) 14 игг (2 ) 11ь 1" ии ()

Следовательно, сигнал задания контура 7 регулирования тока привода каждого приводного барабана определяют как сумму отношения квадрата сигнала задания САУ к выходному сиг- 20 налу моделируемой передаточной функции, описывающей инерционность и колебания гибкого тягового органа, воз-! никающие в точке приложения, тягового, усилия на барабане, и инвертирован» 25 ных выходных сигналов моделируемых передаточных функций, описывающих ко -лебания гибкого тягового органа, ; обусловленные влиянием на этот барабан остальных, каждая из которых пред- 30 ( ставляет собой отношение передаточ ной функции,,описывающей колебания, обусловленные связью посредством гиб1 . кого тягового органа, влияющего и

1 подверженного влиянию барабанов, к передаточной функции, описывающей инерционность и колебания гибкого тягового .органа, возникающие в точке приложения тягового усилия на влияющем барабане.

Каждый из сигналов задания контура регулирования тока привода приводного барабана создает в электромеханической системе колебания, находящиеся в противофазе с колебаниями, 45 возникающими в точке приложения тягового усилия на этот приводной барабан

) и с колебаниями, обусловленными влиянием на него остальных приводных барабанов.

Использование предлагаемого устройства возможно при управлении многоприводной подъемно-транспортной установкой с любым количеством приводных барабанов. При этом за счет компенсации инерционности и колебаний гибкого тягового органа устраняются динамические ошибки в САУ, вследствие чего повышается точность управления установкой, что важно для нормальной работы установки, эксплуатации ее механо- и электрооборудования в оптимальном режиме.

Формула изобретения

Устройство управления многоприводной подъемно-транспортной установкой с гибким тяговым органом, содержащее датчик нагрузки, регуляторы тока и преобразователи по числу приводных барабанов, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей при управлении многоприводной установкой с числом приводов Il .$ 2, устройство снабжено аналого-цифровым преобразователем, блоком формирования сигналов задания контуров регулирования тока, блоками одновременного формирования передаточных функций и цифроаналоговыми преобразователями по числу приводных барабанов установки, причем выход датчика нагрузки через аналого-цифровой преобразователь подключен к входу первого блока одновременного формирования передаточных функций, а остальные блоки одновременного формирования передаточных функций соединены последовательно, выходы которых подключены к входам блока формирования сигналов задания контуров регулирования тока, выходы которого подключены к входам регуляторов тока каждого приводного барабана, а выходы регуляторов тока через цифроаналоговый преобразователь подключены к управляющим входам преобразователей.

1425141

1425141

1425141

1425141

ВБЯПИ Заказ 4733/20 Тираж 787

Подписное

Проиэв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4