Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ современного состояния вопроса и постановка задач 12
1.1 Анализ современного состояния вопроса 12
1.2 Анализ влияния упругости троса на динамику электроприводов лифтов при типовой диаграмме движения электропривода лифта 25
1.3 Анализ влияния упругости троса на динамику электро-приводов лифтов при улучшенной диаграмме движения электропривода лифта 35
1.4 Анализ рациональных диаграмм движения электроприводов лифтов 50
1.5 Постановка задач исследований 62
2 Оптимальное управление двухдвигательным электроприводом лифта 63
2.1 Математическая модель силовой части двухдвигательного электропривода лифта 63
2.2 Разработка оптимальной диаграммы движения двухдвигательного электропривода лифта 68
2.3 Разработка задатчика интенсивности для электропривода лифта 71
2.4 Разработка микропроцессорного устройства для реализации задатчика интенсивности электропривода лифта 74
2.5 Выводы 78
3 Разработка электроприводов лифтов 79
3.1 Определение условий монотонности АЧХ систем 79
3.1.1 Определение условий монотонности АЧХ систем второго порядка 79
3.1.2 Определение условий монотонности АЧХ систем третьего порядка 80
3.1.3 Определение условий монотонности АЧХ систем четвертого порядка 84
3.2 Синтез САР угловой скорости электропривода лифта 87
3.3 Синтез САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта 93
3.4 Выводы 96
4 Экспериментальное исследование электроприводов лифтов 97
4.1 Экспериментальное исследование АЧХ САР угловой скорости электропривода лифта 97
4.2 Экспериментальное исследование задатчика интенсивности электропривода лифта 105
4.2.1 Цифровое моделирование задатчика интенсивности электропривода лифта 105
4.2.2 Экспериментальное исследование задатчика интенсивности электропривода лифта 107
4.3 Экспериментальное исследование САР угловой скорости электропривода лифта 109
4.4 Экспериментальное исследование САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта 112
4.5 Использование результатов работы. 115
4.6 Выводы 120
Заключение 122
Список литературы 124
- Анализ влияния упругости троса на динамику электроприводов лифтов при типовой диаграмме движения электропривода лифта
- Разработка задатчика интенсивности для электропривода лифта
- Определение условий монотонности АЧХ систем четвертого порядка
- Экспериментальное исследование задатчика интенсивности электропривода лифта
Введение к работе
В последнее время увеличилось строительство высотных зданий, основным средством подъема в которых являются высокоскоростные лифты. К ним предъявляются жесткие требования по быстродействию, комфорту и безопасности, на закон движения накладываются жесткие ограничения, особенно при перевозке людей.
В данной диссертационной работе рассматривается влияние упругостей соединительных тросов на динамические характеристики системы, предлагаются способы устранения найденных недостатков, повышения быстродействия и комфорта в процессе движения.
В большинстве случаев лифт является трехмассовой электромеханической системой, состоящей из кабины, противовеса и, воздействующего на них посредством системы тросов, электродвигателя. В серийно выпускаемых электроприводах лифтов не учитывается влияние упругостей тросов на динамические характеристики системы. Анализ влияния упругостей тросов показывает, что при применяющихся способах управления электроприводом лифта в системе неизбежно возникнут колебания связанных масс, увеличивающих максимальные нагрузки в тросе и ухудшающих точность отработки требуемой диаграммы движения кабины лифта. Поэтому актуальна задача изменения способа управления электроприводом лифта.
Кроме того, анализ математической модели силовой части электропривода лифта показывает, что в общем случае в конце цикла перемещения система не будет находиться в равновесии. В этом случае неизбежно возникновение нежелательных колебаний связанных масс. Поэтому актуальна задача изменения структуры силовой части электропривода лифта.
Для обеспечения оптимального быстродействия актуальна задача улучшения статических и динамических характеристик электроприводов лифтов с учетом влияния упругостей тросов.
Целью работы является улучшение характеристик электроприводов лифтов для повышения быстродействия, комфорта и точности отработки задания.
Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:
- составить математическую модель силовой части однодвигательного электропривода лифта;
- разработать рациональные диаграммы движения однодвигательного электропривода лифта;
- разработать задатчик интенсивности для формирования рациональных диаграмм движения однодвигательного электропривода лифта;
- составить математическую модель силовой части двухдвигательного электропривода лифта;
- разработать оптимальную по быстродействию диаграмму движения двухдвигательного электропривода лифта;
- разработать задатчик интенсивности для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы движения;
- разработать микропроцессорное устройство для формирования различных видов диаграмм движения электроприводов лифтов;
- определить области монотонности амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) систем;
- синтезировать одноконтурную астатическую второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем;
- синтезировать САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта;
- экспериментально проверить полученные закономерности и работоспособность разработанных электроприводов лифтов.
Методы и средства выполнения исследований. Для решения поставленных в диссертационной работе задач используются общепринятые методы теории автоматического управления, автоматизированного электропривода, теории решения дифференциальных уравнений. В основу экспериментальных исследований положена методика испытаний микропроцессорного устройства, формирующего заданные диаграммы движения электропривода лифта, испытания проведены согласно ГОСТ Р 51841-2001 (МЭК 61131-2-92) «Программируемые контроллеры. Общие требования и методы испытаний».
В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе получены новые научные результаты:
- способ управления однодвигательным электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов по рациональным диаграммам движения;
- задатчик интенсивности для формирования рациональных диаграмм движения и методика его настройки;
- способ оптимального по быстродействию управления двухдвигатель-ным электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов;
- задатчик интенсивности для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы движения и методика его настройки;
- области монотонности АЧХ систем различных порядков;
- методика синтеза одноконтурной астатической второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем;
- методика синтеза САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта.
Практическая ценность работы определяется тем, что использование полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований позволяет улучшать характеристики электроприводов лифтов и, как следствие, увеличивать их быстродействие и повышать точность отработки задания.
Разработано и изготовлено микропроцессорное устройство на базе процессора цифровой обработки сигналов, позволяющее формировать заданные диаграммы движения электроприводов лифтов, проведено его испытание.
Результаты диссертационной работы: способ управления однодвига-тельным электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов по рациональным диаграммам движения; задатчик интенсивности для формирования рациональных диаграмм движения и методика его настройки; способ оптимального по быстродействию управления двухдвигательным электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов; задатчик интенсивности для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы движения и методика его настройки; области монотонности АЧХ систем различных порядков; методика синтеза одноконтурной астатической второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем; методика синтеза САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта; приняты к использованию при модернизации и наладке электроприводов лифтов ООО «ОТИС Лифт».
На разработанный способ поэтапного управления электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов получен патент РФ на изобретение №2233785.
На основе разработанной методики синтеза одноконтурной астатической второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем Добробабой Ю.П. и Сафроновичем А.И. поставлена лабораторная работа № 05.12 «Исследование одноконтурной астатической второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем», которая внедрена в учебный процесс на кафедре электроснабжения промышленных предприятий Кубанского государственного технологического университета.
К защите представляются следующие основные положения.
1. Способ управления однодвигательным электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов по рациональным диаграммам движения.
2. Задатчик интенсивности для формирования рациональных диаграмм движения и методика его настройки.
3. Способ оптимального по быстродействию управления двухдвигатель-ным электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов.
4. Задатчик интенсивности для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы движения и методика его настройки.
5. Области монотонности АЧХ систем различных порядков.
6. Методика синтеза одноконтурной астатической второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем.
7. Методика синтеза САР угловой скорости двухдвигательного электропривода.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены: на научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий КубГТУ (2001-2003 гг.); на научной конференции «Энергосберегающие технологии и процессы в АПК» (Краснодар, 2001 год); на второй межвузовской научно-методической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (Краснодар, 2003 год).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы: семь статей, два тезиса докладов, методические указания к лабораторной работе, получен патент РФ на изобретение и подана заявка на патент РФ на изобретение.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 146 страницах, включая 31 рисунок, 5 таблиц. Список литературы состоит из 140 наименований.
Первая глава диссертационной работы посвящена обзору отечественной и зарубежной литературы, постановке задач исследований. Составлена математическая модель силовой части электроприводов лифтов, представленной в виде трехмассовой электромеханической системы с внутренней активной массой. На ее основе проанализировано влияние упругости троса на динамику электроприводов лифтов при типовой и улучшенных диаграммах движения двигателя. Предложено осуществлять управление движением лифта по рациональным диаграммам с ограничениями по скорости, первой производной скорости, второй производной скорости, третьей производной скорости и четвертой производной скорости. Сформулированы задачи исследований и обоснована их актуальность..
Во второй главе разработана структура двухдвигательного электропривода лифта, позволяющая управлять как кабиной, так и противовесом лифта и, как следствие, избавится от нежелательных колебаний в системе. Для этого предложено в известную кинематическую схему лифта ввести второй электродвигатель, который посредством одного из тросов воздействует в направлении действия силы тяжести либо на кабину в случае, если масса противовеса превосходит массу кабины, либо на противовес в случае, если масса кабины превосходит массу противовеса. Составлена математическая модель силовой части двухдвигательного электропривода лифта. Разработана оптимальная по быстродействию диаграмма движения двухдвигательного электропривода лифта, учитывающая упругости соединительных тросов. Рассмотрен случай, когда четвертая, третья, вторая, первая производные скорости и скорость последовательно достигают и удерживаются на своих максимально допустимых значениях. Разработан задатчик интенсивности для двухдвигательного электропривода лифта, воспроизводящий оптимальную по быстродействию диаграмму движения. Разработан упрощенный задатчик интенсивности для формирования рациональных диаграмм движения электропривода однодвигательного лифта. Разработано и изготовлено микропроцессорное устройство, создано программ ное обеспечение, позволяющее формировать заданные диаграммы движения электроприводов лифтов.
В третьей главе разработано математическое обеспечение, позволяющее синтезировать системы, имеющие по каналу управления монотонно убывающие АЧХ, т.е. отрабатывающие циклические воздействия без резонансных явлений. Для динамических систем со второго по четвертый порядок определены условия, при выполнении которых системы имеют монотонно убывающие АЧХ. Разработана одноконтурная астатическая второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем, обеспечивающая отсутствие статической ошибки регулирования по углу поворота исполнительного органа механизма, отсутствие статической ошибки регулирования угловой скорости исполнительного органа механизма. Разработана САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифтов, позволяющая регулировать скорости кабины и противовеса лифта, тем самым позволяющая устранить колебания и повысить точность отработки задания при движении кабины. САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифтов базируется на двух САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем. Первая САР управляет электродвигателем, воздействующим на кабину и на противовес, в направлении противоположном действию силы тяжести. Вторая САР управляет электродвигателем, воздействующим либо на кабину, либо на противовес, в направлении действия силы тяжести.
В четвертой главе изложены результаты экспериментальных исследований электроприводов лифтов.
Подтверждено влияние изменения параметров силовой части электропривода на АЧХ САР угловой скорости электропривода лифта при настройке параметров разработанной САР по эталонным передаточным функциям, которым соответствуют максимально плоские АЧХ. Экспериментально подтвер ждены границы областей монотонности АЧХ САР угловой скорости электропривода лифта, полученные аналитическим расчетом.
Проведено цифровое моделирование задатчика интенсивности электропривода лифта, установлено соответствие выдаваемого сигнала задания расчетному. Произведено экспериментальное исследование задатчика интенсивности электропривода лифта на базе микропроцессорного устройства, оценена погрешность выдаваемого сигнала задания.
Проведены экспериментальные исследования САР угловой скорости электропривода лифта. Подтверждено влияние жесткости валопровода и момента инерции исполнительного органа механизма на точность отработки задания. Доказана эффективность предложенного способа выбора предначальных условий для САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта.
В заключении отражены основные результаты работы.
Анализ влияния упругости троса на динамику электроприводов лифтов при типовой диаграмме движения электропривода лифта
В работах /67-69/ представлены эталонные передаточные функции различных видов. Указанные работы являются начальными этапами в разработке математического обеспечения метода синтеза систем по эталонным передаточным функциям, т.к. в основе вывода эталонных передаточных функций отсутствуют физические закономерности, а используются только известные аналитические зависимости.
Дальнейшее развитие эталонные передаточные функции получили в работе /70/. Известно, что системы с максимально плоскими АЧХ, отрабатывают управляющее воздействие с минимально возможной ошибкой /70/. Однако, такие системы обладают рядом недостатков. Во-первых, необходимость точного соответствия коэффициентов передаточной функции системы коэффициентам эталонной передаточной функции и, как следствие, жесткие требования к количеству варьируемых параметров. Во-вторых, при работе систем возможно изменение их параметров. Традиционно, при незначительных колебаниях параметров, их изменениями пренебрегают, настраивая систему на некоторые средние значения. При значительных колебаниях параметров системы, когда их изменениями нельзя пренебречь, используются адаптивные системы. Однако реализация адаптивных систем весьма сложна и дорогостояща.
Известно, что системы, имеющие по исследуемому каналу монотонно убывающие АЧХ, отрабатывают циклические воздействия без резонансных явлений, поэтому естественно желание за счёт рационального выбора параметров формировать монотонно убывающие АЧХ динамических систем с целью снижения потерь в них. Кроме того, использование передаточных функций с монотонно убывающими АЧХ в качестве эталонных, позволяет определить область в пространстве варьируемых параметров, находясь в которой, система всегда будет иметь монотонно убывающие АЧХ. Предлагается данную физическую закономерность положить в основу разработки универсальных эталонных передаточных функций динамических систем.
В работах /71-74/ рассматривается влияние упругих элементов на работу автоматизированных электроприводов. Даны оценки, позволяющие определить условия пренебрежения упругостью. Описываются структуры и способы настройки систем подчиненного регулирования при влиянии упругих звеньев. Показаны возможности цифровой реализации, адаптации и идентификации электроприводов с упругими звеньями /71, 75/. В работах /76-78/ рассмотрены адаптивные электроприводы и следящие системы.
Если к быстродействию автоматизированного электропривода не предъявляется высоких требований, а частота собственных упругих колебаний механизма достаточно велика, то влияние упругостей связей на работу электропривода незначительно. При повышении требований к электроприводу, связанных с увеличением быстродействия, упругость начинает влиять на работу установки, в системе возникают колебания, приводящие к повышенному износу деталей, быстрому выходу их строя и снижению производительности /71-74/.
Наиболее распространенным принципом построения систем управления электроприводом является принцип подчиненного регулирования. Однако влияние упругости часто делает невозможной реализацию присущего таким системам быстродействия /71,79/.
Автоматизированные электроприводы и следящие системы представляют собой нелинейные динамические системы высокого порядка часто с заметным влиянием на их работу упругих звеньев. Наладчики, стремясь обеспечить устойчивую работу систем автоматического управления при любых изменениях в системе вынуждены «загрублять» систему, при этом существенно недоиспользуются возможности современной полупроводниковой и микропроцессорной техники, снижаются производительность и качество. Поэтому в таких системах целесообразно применение параметрической адаптации /71, 76-78/.
В статье /80/ рассматривается адаптивная система регулирования с настройкой регулятора по одной точке амплитудно-фазовой характеристики объекта. Достоинством предлагаемой системы является полная независимость работы контуров регулирования и самонастройки, непрерывный характер подстройки регулятора в процессе нормальной эксплуатации. Получаемые настройки ПИ-регулятора близки к оптимальным в смысле среднеквадратичного отклонения управляемой величины от заданного значения.
Часто при исследовании динамики электроприводов с упругими связями пользуются методом последовательного упрощения, приводя реальные электроприводы к двух- или трехмассовым электромеханическим системам /81/.
Большое количество публикаций /38, 39, 44, 45, 82-113/ посвящено расчету динамическим нагрузок, обусловленных наличием упругих механических передач. Внешние воздействия на двухмассовую электромеханическую систему с упругой связью могут приводить к дополнительным динамическим нагрузкам, превышающим нормальные до двух раз /44,45, 82-88/.
Изначально некоторые авторы /89-94/ предлагали подбирать параметры механической части электропривода, при которых устраняются колебания. Однако часто это оказывается малоэффективным или невозможным в реализации.
Демпфирование электромеханических колебаний возможно с помощью диссипативных сил в механической части привода /44, 45, 82, 83/. Однако это не всегда достаточно эффективно /44, 45, 83/. Целесообразным является разработка способов демпфирования электромеханических колебаний электрической частью привода /44, 45, 82-88, 95-105, 109, 110, 114, 115/.
Различные исследователи анализировали определенные каналы двух-массовой электромеханической системы в зависимости от исследуемого механизма и поставленной цели. Квартальное Б.В. и Прихно В.И. исследовали двухмассовую электромеханическую систему по каналу «момент сопротивления на валу механизма - момент (ток) двигателя» /103/; Каминская Д.А. - по каналам «момент сопротивления на валу механизма - упругий момент» /97, 99, 100, 101/, «момент сопротивления на валу механизма - скорость механизма» /95, 97, 100/, «момент сопротивления на валу механизма - момент (ток) двигателя» /100, 101/; Ключев В.И. — по каналам «момент сопротивления на валу двигателя - момент двигателя» и «момент сопротивления на валу двигателя -упругий момент» /44, 45/. На основании этих исследований предложен ряд критериев оценки влияния упругости валопровода на переходные процессы в электроприводе, позволяющих без громоздких расчетов оценить влияние упругой механической связи на динамику двухмассовой электромеханической системы /44, 83/.
Разработка задатчика интенсивности для электропривода лифта
Внутренний контур состоит из: сумматора, положительным входом которого является вход контура, а отрицательным — выход контура; порогового элемента с бесконечным коэффициентом усиления и регулируемым ограничителем, входом которого является выход сумматора; интегратора, входом которого является выход порогового элемента, а выход - выходом контура. Каждый внешний контур содержит: сумматор, положительным входом которого является вход контура, а отрицательным - выход контура; пороговый элемент с бесконечным коэффициентом усиления, регулируемым ограничителем и задаваемой зоной нечувствительности, входом которого является выход сумматора, а выходом - вход подчиненного контура; интегратор, входом которого является выход подчиненного контура, а выход — выходом контура.
Значения ограничителей пороговых элементов численно равны максимально допустимым значениям производных скорости задаваемыми данными контурами. Значения зон нечувствительности пороговых элементов численно равны изменению контролируемой данным контуром производной скорости при изменении задания подчиненного контура с нулевого до максимально допустимого уровня.
.Для формирования рациональных диаграмм движения электроприводов лифтов предлагается использовать упрощенную структуру задатчика интенсивности, показанную на рисунке 2.4. Задатчик состоит из блока формирования синусоиды и четырех интеграторов. Синусоида формируется полными периодами согласно описанным в п. 1.4 диаграммам движения. Амплитуда, период синусоиды и длительности этапов описаны формулами (1.129 - 1.156).
Для реализации описанного в п. 2.3 задатчика интенсивности целесообразно разработать микропроцессорное устройство, позволяющее формировать как оптимальную диаграмму движения двухдвигательного электропривода лифта, так и рациональные диаграммы движения лифта.
Сложность структуры задатчика интенсивности, наличие пороговых переключающихся элементов делает невозможным изготовление устройства на аналоговых элементах (операционных усилителях). Наличие в структуре устройства интеграторов накладывает серьезные требования к вычислительной мощности микропроцессора. Для реализации эффективных алгоритмов интегрирования требуется математический аппарат с плавающей точкой. В качестве микропроцессора для данного приложения идеально подходит процессор цифровой обработки сигналов (например, 16 битный процессор ADSP-2196 фирмы Analog Devices). Выбор данного процессора обусловлен следующими критериями: - 160 миллионов операций в секунду; - наличие 40 Кбайт встроенной оперативной памяти; - наличие UART порта для начальной загрузки и связи с компьютером; - наличие последовательных интерфейсов SPORT, SPI для связи с широко распространенными цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП) различных производителей; - наличие программируемых дискретных входов / выходов. Для вывода аналогового сигнала задатчика интенсивности необходим ЦАП, обеспечивающий достаточную точность выходного сигнала. В качестве ЦАП выбран AD5323 фирмы Analog Devices, обладающий следующими характеристиками: - разрешение: 12 бит; - погрешность полной шкалы: ±8 бит; - дифференциальная нелинейность: ±1 бит; - погрешность смещения нуля: ±3 бит; - диапазон выходного сигнала: 0...2,5 В. Для обеспечения требуемого выходного диапазона ±10 В используются сдвоенные операционные усилители ОР295 фирмы Analog Devices. Кроме вышеперечисленных в микропроцессорном устройстве используется следующие основные компоненты: - супервизор питания: ADM708TAR фирмы Analog Devices; - FLASH память: M25P05-AVMN6 фирмы STMicroelectronics; - преобразователь уровней RS-232: ADM3202ARN фирмы Analog Devices; - источник опорного напряжения +2,5В: REF192GS фирмы Analog Devices; - инвертор с триггером Шмидта: MC74AC14D фирмы ON Semiconductor; - оптрон: MOCD207 фирмы Fairchild; - линейные стабилизаторы: МС7805СТ фирмы ON Semiconductor, IRU1206-33CD, IRU1206-25CY фирмы International Rectifier; - изолированный импульсный преобразователь: D01-05R фирмы FranMar. В конструкции задатчика предусмотрена защита аналоговых выходов от повреждающих помех. Печатная плата выполнена с применением современной технологии поверхностного монтажа и обладает компактными размерами. Резидентное программное обеспечение выполнено с помощью среды разработки VisualDSP фирмы Analog Devices. Программа разработана на языке программирования C++ с использованием ассемблерных вставок наиболее критичных к времени выполнения операций. Применение объектно-ориентированного подхода при программировании позволит упростить написание программ в дальнейшем проектировании.
Определение условий монотонности АЧХ систем четвертого порядка
Т.к. каждый из входящих в САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта контуров идентичен САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем, то настройка каждого контура производится по формулам (3.29-3.34). При этом каждый контур по каналам «задающее напряжение регулятора скорости - угловая скорость исполнительного органа механизма», «момент сопротивления электропривода - угловая скорость исполнительного органа механизма» соответственно имеет передаточные функции вида (3.16-3.28).
При выборе параметров каждого из контуров САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта по формулам (3.35-3.40) передаточные функции каждого контура (3.16) идентичны эталонной передаточной функции W60(p) /70/, которой соответствует максимально плоская АЧХ, т.е. электропривод по каждому каналу «задающее напряжение регулятора скорости - угловая скорость исполнительного органа механизма» отрабатывает управляющий сигнал с минимально возможной ошибкой.
Электропривод лифта характеризуется значительными изменениями параметров силовой части системы, таких как жесткость соединительных тросов и масса кабины. Для поддержания оптимальных настроек САР необходимо производить автоматическую настройку параметров регулятора при изменении параметров системы по формулам (3.29-3.34).
Разработанная САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта позволит управлять и скоростью кабины, и скоростью противовеса по оптимальному по быстродействию закону движения с одинаковыми динамическими характеристиками.
Это позволяет добиться того, что в конце цикла движения и кинетическая энергия противовеса равна нулю, и потенциальная энергия тросов лифта также равна нулю, т.е. система будет находиться в равновесии. Что позволит избежать нежелательных колебаний связанных масс.
Разработано математическое обеспечение, позволяющее синтезировать системы, имеющие по исследуемому каналу монотонно убывающие АЧХ, т.е. отрабатывающие циклические воздействия без резонансных явлений. Для систем со второго по четвертый порядок определены условия, при выполнении которых системы имеют монотонно убывающие АЧХ. Разработана одноконтурная астатическая второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем, обеспечивающая: - отсутствие статической ошибки регулирования по углу поворота исполнительного органа механизма; - отсутствие статической ошибки регулирования угловой скорости вращения исполнительного органа механизма. При настройке параметров системы по эталонной передаточной функции, которой соответствует максимально плоская АЧХ, обеспечивается: - минимально возможная динамическая ошибка угловой скорости исполнительного органа механизма при отработке САР управляющего воздействия; - минимально возможная динамическая ошибка угловой скорости исполнительного органа механизма при ступенчатом внешнем воздействии; - предельное быстродействие контура регулирования угловой скорости. Разработана САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта, позволяющая регулировать скорость кабины и противовеса лифта, устраняющая колебания и повышающая точность отработки задания. Экспериментальные исследования необходимы для проверки адекватности разработанных в диссертационной работе положений, математических моделей электроприводов и задатчиков интенсивности. В ходе экспериментальных исследований необходимо проанализировать: - влияние изменения параметров силовой части электропривода на АЧХ САР угловой скорости электропривода лифта; - адекватность модели задатчика интенсивности электропривода лифта и оценить точность его выходного сигнала; - эффективность работы САР угловой скорости электропривода лифта и влияние жесткости валопровода и момента инерции исполнительного органа механизма на работу системы; - эффективность работы САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта. Для определения качества регулирования необходимо задаться критерием, по которому можно оценить характеристики электропривода. Для оценки предлагается использовать качество переходных процессов и точность установившихся режимов, определяемых по рассогласованию между исследуемым процессом и заданной диаграммой движения электропривода. Программный электропривод лифта состоит из задающего устройства и САР угловой скорости. Лифт работает в циклическом режиме, поэтому задача САР - отрабатывать задающее циклическое воздействие с минимальными искажениями. Такому условию отвечают системы, передаточным функциям которых соответствуют максимально плоские амплитудно-частотные характеристики. Настройку параметров разработанной САР целесообразно производить по эталонным передаточным функциям, имеющим максимально плоские амплитудно-частотные характеристики /70/. Лифт характеризуется значительными изменениями параметров силовой части электропривода, такими как масса кабины и жесткость соединительных тросов. Поэтому актуальна задача исследования влияния изменения указанных параметров на АЧХ системы.
Экспериментальное исследование задатчика интенсивности электропривода лифта
На разработанный способ поэтапного управления электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов получен патент РФ на изобретение №2233785.
На основе разработанной методики синтеза одноконтурной астатической второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем Добробабой Ю.П. и Сафроновичем А.И. поставлена лабораторная работа № 05.12 «Исследование одноконтурной астатической второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем», которая внедрена в учебный процесс на кафедре электроснабжения промышленных предприятий Кубанского государственного технологического университета.
В ходе экспериментальных исследований были выполнены следующие этапы: - подтверждено влияние изменения параметров силовой части электропривода на АЧХ САР угловой скорости электропривода лифта при настройке параметров разработанной САР по эталонным передаточным функциям, которым соответствуют максимально плоские АЧХ. Экспериментально подтверждены границы областей монотонности АЧХ САР угловой скорости электропривода лифта, полученные аналитическим расчетом; - проведено цифровое моделирование задатчика интенсивности электропривода лифта; установлено соответствие выдаваемого сигнала задания расчетному; - произведено экспериментальное исследование задатчика интенсивности электропривода лифта на базе микропроцессорного устройства; оценена погрешность выдаваемого сигнала задания; - проведены экспериментальные исследования САР угловой скорости электропривода лифта. Подтверждено влияние жесткости валопровода и момента инерции исполнительного органа механизма на точность отработки задания; - доказана эффективность предложенного способа выбора предначаль-ных условий для САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований электроприводов лифтов заключаются в следующем: 1. Разработан способ управления однодвигательным электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов по рациональным диаграммам движения. Для этого: составлена математическая модель однодвигательного электропривода лифта, разработаны рациональные диаграммы движения, учитывающие упругости соединительных тросов. Для формирования рациональных диаграмм движения разработан задатчик интенсивности. 2. Разработан способ оптимального по быстродействию управления двухдвигательным электроприводом лифта с учетом влияния упругостей тросов. Для этого: составлена математическая модель двухдвигательного электропривода лифта, разработана оптимальная по быстродействию диаграмма движения кабины и противовеса лифта, учитывающая упругости соединительных тросов. Для формирования оптимальной диаграммы движения разработан задатчик интенсивности, а также определены параметры его настройки. 3. Разработано и изготовлено микропроцессорное устройство для формирования заданных диаграмм движения электроприводов лифтов. 4. Разработано математическое обеспечение синтеза систем, имеющих по каналу управления монотонно убывающие АЧХ, т.е. отрабатывающих циклические воздействия без резонансных явлений. 5. Разработана одноконтурная астатическая второго порядка САР угловой скорости исполнительного органа механизма, упругосвязанного с электродвигателем, которая обеспечивает отсутствие статической ошибки регулирования по углу поворота исполнительного органа механизма, отсутствие статической ошибки регулирования угловой скорости вращения исполнительного органа механизма. 6. Разработана САР угловой скорости двухдвигательного электропривода лифта, базирующаяся на двух САР угловой скорости исполнительного орга- на механизма, упругосвязанного с электродвигателем, позволяющая регулировать скорость и кабины, и противовеса лифта. Основные аспекты проведенных исследований изложены в семи статьях/129-131, 133-135, 137/, двух тезисах докладов /132, 136/, патенте РФ на изобретения /138/, заявке на патент РФ на изобретения /139/ и в методических указаниях к лабораторной работе /140/.
