Способ управления горной машиной

 

Изобретение относится к горной промышленности , а именно к способам управления горной машиной, позволяет повысить надежность и точность управления за счет анализа изменения горно-геологических условий. Разделяют сигнал случайной нагрузки на гармонические составляющие , которые поочередно пропускают через аналог привода и на выходе получают частоты вращения ротора, по которым в случае устойчивости двигателя формируются единичные функции, а в случае неустойчивости - нули. Определяют вероятность устойчивой работы главного двигателя, суммируя весовые коэффициенты , и по ее величине корректируют уровень стабилизации главного двигателя. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК Ы,, 1781426 А1 (я)5 Е 21 С 35/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i в ч зим Ъ

Изобретение относится к эксплуатации - .используется линейная зависимость измешахт, к их оборудованию, в частности к ди- нения момента двигателя (М) от величины станционному управлению очистным ком- тока (I). байном, и может быть использовано для Наибольшая погрешность при задании

° ввй автоматического задания режима работы нагрузки достигается в зоне критического Ф очистным комбайном, момента, где M - f(l) является нелинейной. Я

Известен способуправления горной ма- Здесь погрешность обусловлена тем, О шиной по нагрузке главного двигателя; реа- - что не учитываются динамические свойства лизованный в устройстве, основанном на и частотные свойства нагрузки, измерении рассогласования между задан- Это все в одном случае приводит к сний ным и фактическим значением тока главно- жению производительности очистного комго двигателя и автоматическом байна, а в другом — к перегрузке двигателя регулировании скорости подачи до момента и трансмиссии режущей части очистного сравнения величины рассогласования с зо- комбайна. ной нечувствительности. Наиболее близким по технической сущНедостатком известного способа явля- ности и достигаемому эффекту является ются значительные погрешности при зада- способ управления горной машиной, оснонии устойчивого момента, так как ванный на стабилизации нагрузки главного (21) 4778943/03 (22) 08.01.90 (46) 15.12,92. Бюл. f4 46 (71) Коммунарский горно-металлургический институт (72) Н.Н.Шиков, В.Д.Ирклиевский и В.M.Кобец (56) Стариков Б.Я., Азарх В.Л., Рабинович

З.M. Асинхронный электропривод очистных комбайнов. — M.: Недра, 1981, с. 288.

Авторское свидетельство СССР

Гч.. 1160034, кл. Е 21 С 35/24, 1984. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНОЙ МАШИНОЙ (57) Изобретение относится к горной промышленности, а именно к способам управления горной машиной, позволяет повысить надежность и точность управления за счет анализа изменения горно-геологических условий. Разделяют сигнал случайной нагрузки на гармонические составляющие, которые поочередно пропускают через аналог привода и на выходе получают частоты вращения ротора, по которым в случае устойчивости двигателя формируются единичные функции, а в случае неустойчивости — нули. Определяют вероятность устойчивой работы главного двигателя, суммируя весовые коэффициенты, и по ее величине корректируют уровень стабилизации главного двигателя. 5 ил.

1781426 двигателя, включающий непрерывное измерение тока главного двигателя, измерение напряжение питающей сети, корректировку уровня стабилизации нагрузки главного двигателя, измерение разности фаз между током главного двигателя и напряжением питающей сети, задание зависимости сдвига фаз между током двигателя и напряжением

Ь 1 1 питйощей сети от тока главного двигателя при Ъоминальной температуре, определение по этой зависимости нормированного фазового сдвига, сравнейие его С измеренным, преобразование полученного результата в электрический сигнал, суммирование его с. изИе@ЙЖИм значением тока главного двигателя и коРректировку уровня стабилизации нагрузки главного двигателя путем подачи полученной суммы в токовый канал регулятора нагрузки.

Известный способ реализован устройCT8OM.

Устройство управления горной машиной, содержащее датчик тока главного двигателя, выход которого через функциональный усилитель соединен с первым выходом элемента сравнения, датчик напряжения питающей сети, пороговый элементи исполнительный элемент, снабжено фазовым детектором, фильтром, двумя сумматорами, регулятором нагрузки, вторым пороговым элементом и реле времени, причем выход датчика тока главного двигателя соединен с первыми входами первого сумматора и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом датчика напряжения питающей сети, выход фазового детектора

° - соединен со вторым входом элемента сравнения, выход которого подключен к входу фильтра, выход фильтра соединен с входами первого и второго пороговых элементов, а также с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого порогового элемента, выход второго сумматора соединен с вторым вхо дом первого сумматора, ваход которого подключен к первому входу регулятора нагрузки, при этом выход второго порогового элемента через реле "времени соединен с вторым входом регулятора нагрузки. выход которого подключен к исполнительному элементу.

Недостатком известного способа является весьма низкая точность начального задания уставки тока из-за значительных погрешностей в определении рабочей точки на механической характеристике асинхронного двигателя. Это связано с тем, что случайный характер нагрузки на исполнительном органе вызывает неустановившиеся процессы в системе злектропривода, 5

10 однако в прототипе устойчивый момент оценивается лишь на основе выбора рабочей точки на статической характеристике двигателя в трехсигмовом интервале функции плотности распределения нагрузок (вариант распределения амплитуд случайного момента по нормальному закону).

Такой способ регулирования не учитывает частотные свойства нагрузки и возможности устойчивой работы привода с учетом динамических свойств режущей части очистного комбайна. К тому же в расчетных формулах используется линейный участок статической характеристики асинхронного

15 двигателя, хотя, как известно, она значител ьно отличается от динамической, при этом максимальное мгновенное значение динамического электромагнитного момента в предельном устойчивом режиме превыша20 ет максимум при статической нагрузке в

1,25, Недостатком устройства, реализующего известный способ, является то, что вопервых, ко второму входу регулятора

25 подключается напряжение соответствующее "уставке" тока, и оно весьма неточно .. отражает устойчивый момент двигателя, особенно в неустановившихся режимах; вовторых, это напряжение устанавливается

30 вручную, а затем в процессе работы комбайна корректируется с учетом нагрева, тока двигателя и напряжения на его, зажимах.

При таком регулировании срок службы комбайновых двигателей остается низким (8-10

35 мес), а выход из строя обьясняетея механическим износом изоляции (60; общего износа), вызванным колебаниями тока более

1,35 н.

Целью изобретения является увеличе40 ние надежности комбайновых двигателей за счет повышения точности систем регулирования к изменению горно-геологических ус. ловий.

Это достигается тем, что в способе, ос45 нованном на стабилизации нагрузки главного двигателя, включающем непрерывное измерение тока главного двигателя, напряжения питающей сети, измеряют моментсопротивления резанию главного двигателя, 50 производят спектральный анализ момента сопротивления, определяют среднее значение момента сопротивления, отклонение измеренного момента сопротивления, от

его среднего значения, модуль отклонения

55 измеренного момента сопротивления от

его среднего значения, среднее значение модуля отклонения момента сопротивления. умножают каждое значение амплитуды интерполяционных частот, полученной в результате спектрального анализа, на сред- .

1781426

30 где M — математическое ожидание нагрузки; .

35 $ — узловые частоты нагрузки;

45 пропорциональных характеристическим функциям (единичным или нулевым)

50 к=1

55 1 ВУк нее значение модуля отклонения и суммируют полученные результаты со средним значением момента сопротивления, результаты суммирования по уравнениям

Парка-Горева поочередно преобразуют в 5 значение частоты вращения ротора и анализируют их изменение эа заданные промежутки времени, если значение частоты вращения увеличиваются или остаются не---.-изменными, то соответствующие им весовые коэффициенты вероятности устойчивой работы равны заданным значениям для интерполяционных частот, (иначе — нулю), определяют вероятность устойчивой работы главного двигателя, суммируя весовые коэффициенты, и по ее величине корректируют уровень стабилизации главного двигателя.

Устройство, реализующее способ, содержит датчик главного двигателя, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, датчик напряжения питающей сети, регулятор нагрузки и исполнительный элемент, снабженный датчиком нагрузки, причем его выход одновременно соединен с инвертором-усреднителем, с блоком фильтров, с первым входом сумматора, выход которого последовательно соединен с блоком выделения модуля сигнала и первого усреднителя, а выход первого усреднителя подключен к первому входу блока функциональных усилителей, второй вход которого подключен к выходу блока фильтров, выходы функциональных усилителей подключены к первым входам первого блока схемы И, выход которого последовательно соединен с первым входом второго сумматора, с первым входом аналога привода, вторым усреднителем, первым входом компаратора, первыми входами второго блока схемы И, регистром, цифроаналоговым преобразователем, первым входом элемента сравнения, выход ко-. торого соединен с первым входом ключа, а выход последнего подключен к интегратору, соединенному с первым входом третьего сумматора, выход которого последовательно соединен с регулятором и исполнительным механизмом, а на второй вход третьего сумматора подключен датчик тока, также выход усреднителя-инвертора соединен с первым входом второго сумматора, а первые двенадцать выходов коммутатора одновременно подключены ко вторым входам первого блока схемы И, первого входа блока ключей и блоком ИЛИ, выход второго соединен через последовательно соединенные первый вход блока управления со вторым входом компаратора, второй вход блока управления подключен к выходу аналога привода, а тринадцатый выход коммутатора соединен с триггером управления, первый выход которого подключен ко второму входу блока ключей, выход которых соединен со вторыми входами второй схемы И, также второй выход триггера управления соединен со вторым входом первого ключа, далее выход датчика напряжения подключен ко второму входу аналога привода, а второй вход элемента сравнения подключен,к задатчику доверительной вероятности.

В предложенном способе за счет использования выделенных частот нагрузки, имеющих существенный вес в общем спектре нагрузки (узловые точки) и проходящих через аналог привода, формируются сигналы пропорциональные устойчивой работы привода на основе накопления весовых коэффициентов для частот нагрузки не опрокидывающей двигатель, что позволяет оперативно отслеживать реальный режим устойчивости двигателя для текущего спектра нагрузки и его амплитуд, Предло. к.нный способ включает следующие операции. .Спектральный анализ нагрузки íà vicполнительном орг:. нe.

Формирование гармонических реализа-ций случайной нагрузки в узловых точках спектра (M ) Mi = IVI + o (sin а t+ $ cos в t), с — случайная величина равномерного закона распределения;

1 — текущее время.

Пропускание каждой гармоники через аналог привода, который реализуется с по- . мощью уравнений Парка-Горева и далее анализ на устойчивость, (фиг. 5 а — устойчивый режим, б — неустойчивый режим).

Формирование на выходе аналога привода признаков устойчивости или "опрокидывания" двигателя, т.е. сигналов, П кк () =П(1 +(vê (t) — và,ó.к)/! vê (т)— где u<(t) — текущая частота воащения ротора двигателя при определенной частоте гармонической реализации нагрузки (мц);

1781426

I 1 при Рк (t) Ра.у,к

10 и ри v< (t ) < Ъ.y,к

35

+(CP+(p-В)2) . Ра.у„к установившееся значение частоты вращения ротора при определенной гармонической реализации нагрузки (Mi ).

Сигнал, пропорциональный характеристической функции; принимает два значе-" ния

Суммирование сигналов, пропорциональных вероятности устойчивой двигателя на основе выражения

P (т, Гг) = Х П (тк)а1,m2pnp.m2

mi.m2 к =1

ГдЕ pmi, m2 — ВЕСОВЫЕ КОЭффИцИЕНтЫ (ЧИСЛа

Кристоффеля);

m>,m2 — количество узлов интерполяции для соответствующих случайных величин й4;Я)

r<, хг — интервал исследования.

Задание уставки регулятора на основе спектральных свойств нагрузки, которые остаются практически неизменными для данной лавы. Гармонические составляющие можно получать с помощью резонансных фильтров, параметры которых определяются видом корреляционной функции (R(r )) нагрузки

R (r) = oÐ е cos P г где а =P = 120 с (1)

Количество узлов 1-(и) определяется шестью, а ) ) — двумя. Количественный состав гармоник определяется точностью вычисления вероятности устойчивой работы, при этом погрешность (Og ) определяетСя 1- Х pm>. m2 <дц (8).

m1 m2

Узлы для случайных величин в и А1 выбираются из (8), а затем на основе функционального преобразования, определяемого видом корреляционной функции, получаем требуемые узлы.

В частном случае, для корреляционной функции R(t) = ог е cos фтзакон

6 распределения случайной величины щ имеет вид

f(co) =(a/2m)(àÐ+(P+îÐ) +

Суммирование в формулах осуществляется по всем сочетаниям узлов случайных величин сдиЯ .

Сравнение признаков известных и предложенного показывает наличие следующих отличий — спектрального анализа нагрузки по частотам, имеющим существенный вес в спектре нагрузки (новый материальный объект), оценка устойчивости двигателя для каждой гармоники (пример устойчивого и неустойчивого режима привода показан на фиг. 5); накопление на основе характеристических функций весовых коэффициентов, формирующих сигнал пропорциональный вероятности устойчивой работы привода режущей части очистного комбайна, задание

"уставки" нагрузки на основе этого сигнала.

Для реализации предложенного спосо6а разработана схема устройства (фиг. 1); на фиг. 2 — диаграмма работы устройства; на фиг. 3 и 4 — функциональные схемы; на фиг.

5 — график зависимости при устойчивом и неустойчивом режимах.

Устройство содержит датчик нагрузки 1, выход которого соединен с входами инвертора-усреднителя 2, блоком фильтров 3 и первым входом сумматора 4 последователь25 но соединенного с блоком выделения модуля 5 и первым усреднителем 6, при этом выход усреднителя 6 подключен к первому входу блока функциональных усилителей 7, второй вход которого подключен к выходу

30 блока фильтров 3, выходы функциональных усилителей 7 подключены к первым входам первого блока схемы И 8, выход которого последовательно соединен с первым вхо. дом второго сумматора 9, первым входом аналога привода 10, вторым усреднителем 11, первым входом компаратора 12, первыми входами второго блока схем И

13, регистром 14, цифроаналоговым преобразователем 15, первым входом элемента сравнения 16, выход которого соединен с первым входом ключа 17, а выход последнего подключен к интегратору18, соединенному с первым входом третьего сумматора 19, выход которого последовательно соединен с регулятором 20 и исполнительным механизмом 21, а второй вход третьего сумматора 19 подключен к датчику тока 22, также выход инвертора-усреднителя 2 соединен со вторым входом второго сумматора 9, а первые двенадцать выходов коммутатора 23 одновременно подключены ко вторым входам первого блока схем И 8, блока ключа 24 и блоком ИЛИ 25, выход которого соединен через последовательно соединенные пер55 вый вход блока управления 26 со вторым входом компаратора 12, второй вход блока управления 26 подключен к выходу аналога привода 10, также тринадцатый выход коммутатора 23 подключен к триггеру управления 27, первый выход которого подключен

1781426

5

20

ЗО

40

55 ко второму блоку ключа 24, а их выход соединен со вторым входом второго блока схем

И 13, также второй выход триггера управления 27 соединен со вторым входом ключа

17, а выход датчика напряжения 28 подключен ко второму входу аналога привода 10, и второй вход элемента сравнения 16 подключен к задатчику доверительной вероятности

29. Блок управления 26 представлен на фиг, 4 содержащий ждущие мультивибраторы задержки времени 30 и сброса 31, входы которых соединены с блоком ИЛИ 25, при этом первый выход мультивибратора 30 соединен со вторым входом ключа 32, первый вход которого соединен с аналогом привода

10, а также выход ключа 32 через усреднитель 33 (вход 1) подключен к первому входу ключа 34, второй вход которого соединен со вторым выходом мультивибратора 30, а выход ключа 34 соединен с первым входом компаратора 12, наконец, выход мультивибратора 31 подключен ко второму входу усреднителя 33.

Способ осуществляется следующим образом.

Сигнал от датчика нагрузки 1 усредняется и инвертируется блоком 2 и поступает на сумматор 4, где выделяется сигнал соответствующий отклонению от среднего значения (математического ожидания).

Выделенный модуль этого сигнала с помощью блока 5, а затем усредненный блоком 6 образует сигнал пропорциональный среднеквадратичному отклонению о(среднее значение модуля отклонения).

Одновременно сигнал нагрузки поступает на блок двенадцати фильтров 3, где осуществляется спектральное разложение его на составляющие вида (з!и N t+

+ $ cos в t).

Эти гармонические сигналы поступают нэ двенадцать первых входов функциональных преобразователей 7, а на вторые входы этих преобразователей поступает усредненный сигнал среднего значения модуля отклонения (среднее квадратическое отклонение) с блока 6. В результате на входах двенадцати функциональных преобразова- телей 7 образуется сигнал, пропорциональный произведению входных сигналов, т.е. поочередно с помощью двенадцати схем И

8 эти гармонические сигналы поступают на сумматор 9, где складываются с напряжением, пропорциональным средней нагрузке (М), полученном на блоке 2 и, таким образом, на выходе сумматора 9 образуется сигнал со следующей зависимостью:

Мц-М+ о(в!пилt+ +А> cos в t),.

Блок-схема И 8 управляется двенадцатью первыми шинами коммутатора 23, обеспечивающими очередность подачи гармоник с блока 7 на сумматор,9.

Каждая гармоническая составляющая нагрузки с блока 9 поступает на аналог привода 10, описанный с помощью уравнений

Парка-Горева (1).

Выходное напряжение, отражающее частоту вращения ротора, с блока 10 йоступает на усреднитель 11; а затем на первый вход компаратора 12 (отрицательная обратная связь), одновременно напряжение с блока 10 поступает в блок управления 26, где 3-5 периода тармонического сигнала, поступающего с блока 10, формируется значение частоты вращения ротора (v .y.<), которое с задержкой 3-5 периода подается нэ второй вход компаратора 12 (положительная обратная связь). Управление блоком 26 осуществляется схемой ИЛИ 25, запускающейся от коммутатора на каждый командный импульс, а запуск блока управления 26 осуществляется схемой ИЛИ 25, на которую от коммутатора 23 поступает двенадцать импульсов, переводящих ждущие мультивибраторы ÇO и 31 в неустойчивое состояние (время неустойчивого состояния мультивиб-ратора 31 больше чем мультивибратора 30), с мультивибратора 30 (первый выход) подается сигнал на открытие ключа 32, который разрешает прохождение сигнала с аналога привода на усреднитель 33, за 3 — 5 периодов сигнала формируется установившееся зна-. чение частоты вращения рртора (i,y, ) Возврат мультивибратора 30 в устойчивое состояние сопровождается закрытием ключа 32, открытием ключа 34 (по входу 2) и: сигнал с усреднителя 33 поступает на вто- рой вход компэратора 12, где сравнивается с текущим сигналом с усреднителя 11 (фиг, 1,).

По истечении времени сравнения мультивибратор 31 переходит в устойчивсе состояние и обнуляет содержимое. усреднителя ЗЗ.

Так процесс повторяется для каждой гармонической составляющей нагрузки, т.е. на каждый из двенадцати импульсов компаратора. Если текущие значения частоты вращения ротора на первом входе компаратора

12 снизилось по сравнению с юа.у.„, то компаратор переходит в неустойчивый режим, что соответствует неустойчивому режиму двигателя (ха рактеристическая функция к1-О), в противном случае к1 = 1, т.е. наблюдается устойчивый режим двигателя, На каждый из двенадцати тактов коммутатора 23 сигнал с компаратора12(с =0 или к -1) 1781426

12 посредством второго блока схем И 13 зано- датчика участвует в формировании электросится в регистр 14, Занесение информации магнитного момента двигателя в аналоге в регистр 14 осуществляется в режиме иден- привода. тификации, а управление этим режимом вы- Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я полняет блок ключей 24, работу которого в 5 Способ управления горной машиной, свою очередь контролирует триггер управ- основанный на измерении тока главного ления 27. Последний единичным состояни- двигателя и по его величине корректироваем на первом выходе разрешает нииуровнястабилизациинагруэок,отлипрохождеяие сигналов с коммутатора 23 на ч а ю шийся тем, что, с целью повышения схему И 13. В этом режиме уставка тока на 10 надежности и точности управления эа счет сумматоре 19 не меняется ввиду того. что анализа изменения горно-геологическихусвходной сигнал элемента сравнения 16 не ловий, измеряют момент сопротивления репоступает через ключ 17 на интегратор 18. занию главного двигателя, производят так как в режиме идентификации ключ 17 спектральный анализ момента сопротивлезакрыт вторым выходом триггера управле- 15 ния, определяют среднее значение момента ния 27. сопротивления. отклонение измеренного

Режим идентификации завершается момента сопротивления от его среднего тринадцатым импульсом коммутатора, ко- значения, модуль отклонения измеренного торый переводит триггер управления 27 в момента сопротивления от его среднего режим обучения. В этом случае ключ 17 от- 20 значения, среднее значение модуля отклокрывается, а блок ключей 24 закрывает- нения момента сопротивления, умножают ся, поэтому сигнал с регистра 14 через каждое значение амплитуды интерполяцицифроаналоговый преобразователь 15, онных частот, полученной в результате на котором формируется текущая веро- спектрального анализа, на среднее значеятность устойчивой работы привода (P - 25 ние модуля отклонения и суммируют пол12 ученные результаты со средним значением

Х Й (<)&1, m2) 11oCD", e» »е МОМЕНта СОПрОтИВЛЕНИя, рЕЗуЛЬтатЫ СуММИm1.,m2 1 рования по уравнениям Парка-Горева поочередно преобразуют в значения частоты мент сравнения и далее с помощью ключа

17 на интегратор 18. благодаря чему проис- 30 вращения ротора и анализируют их изменение за заданные промежутки времени, если с авнения 19. Этим самым изменяется заили остаются неизменными, то соответству- . симости от устойчивости двигателя. Режим ющие им весовые коэффициенты вероятнообУчениЯ и идентификации длитсЯ по 12 так- 35 сти устойчивой работы равны заданным ачениям для интерпо яц о астот (иначе-нулю), определяют вероятность усзависимости от HanpANeMMA шахтной сети тойчивой работы главного двигателя, сумизмейяются механические характеристики мируя весовые коэффициенты, и по ее

40 величине корректируют уровень стабилизадвигателя, тем самым учитывается и этот фактор, влияющий на вероятность устойчивой работы привода, так как напряжение с

1781426

4781426

178142.6

1781426

График аайцсииоспис N F (f) при нечспчоо чобои ремне

График a dueurrocrnu И= E(g арф Уааои, Ясяо нс гУ

Юи

rme. ес7. 5

os ore О и О20 рду or îrs

Составитель В. Сабитов

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н. Ревская

Редактор

Заказ 4262 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101