Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Ленточный конвейер как объект управления 9
1.1 Современное состояние ленточных конвейеров 9
1.2 Электромеханические системы ленточных конвейеров 19
1.3 Анализ динамических процессов в ленточных конвейерах 29
1.4 Выводы по главе 41
ГЛАВА 2. Имитационная модель ленточного конвейера
2.1 Обзор математических моделей ленточных конвейеров 42
2.2 Разработка имитационной модели ленточного конвейера 50
2.3 Исследование имитационной модели ленточного конвейера 61
2.4 Выводы по главе 73
ГЛАВА 3. Система управления ленточным конвейером 74
3.1 Разработка систем нечеткого управления ленточным конвейером 74
3.2 Метрологическое обеспечение систем управления ленточным конвейером 82
3.3 Исследование систем управления электроприводами ленточного конвейера 87
3.4 Выводы по главе 98
Заключение 99
Список литературы 100
- Электромеханические системы ленточных конвейеров
- Анализ динамических процессов в ленточных конвейерах
- Разработка имитационной модели ленточного конвейера
- Метрологическое обеспечение систем управления ленточным конвейером
Введение к работе
Актуальность работы. Постоянное улучшение технико-экономических показателей ленточных конвейеров вследствие увеличения мощности приводов, скорости движения конвейерных (транспортерных) лент, увеличения длины конвейеров в одном ставе и длины конвейерных линий приводит к тому, что конвейеры получили широкое распространение из-за существенных преимуществ перед другими видами транспортных систем. Однако увеличение производительности ленточных конвейеров ведет к возрастанию нагрузок на конвейерные ленты, что требует применения более дорогостоящих лент. Т.к. стоимость конвейерных лент составляет более 50% стоимости конвейеров, то для дальнейшего улучшения технико-экономических показателей ленточных конвейеров необходимо обеспечить снижение нагрузок на конвейерные ленты, без снижения производительности конвейеров.
Снижение срока службы конвейерных лент происходит из-за их износа и растяжения в процессе эксплуатации ленточных конвейеров. Поэтому необходимо обеспечить снижение интенсивности изнашивания транспортерных лент. Под интенсивностью изнашивания транспортерных лент понимают отношение значения износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы. Под изнашиванием понимается процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличение его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела. Износ транспортерных лент является результатом их изнашивания. По видам износ ленты можно подразделить на срывы участков резины рабочей обкладки, ее отслоение от сердечника, истирание рабочей и нерабочей обкладок, истирание нерабочей обкладке при упругом проскальзывании ленты на барабане и при пробуксовке, проколы и порывы ленты, продольные разрывы лент, поперечные разрывы лент, расслоение прокладок.
Экспериментальными исследованиями установлено, что на износ нижней обкладки, в том числе от пробуксовки, приходится более 30% всех износов конвейерных лент. А для протяженных ленточных конвейеров данный вид износа составляет более 50% от всех видов износа. Из-за износа нижней обкладки лент возникает повреждение сердечника, истирание и срывы прокладок лент. Износ нижней обкладки лент является следствием высоких касательных напряжений, передаваемых обкладкой сердечнику, больших давлений ленты на приводные барабаны. При увеличении длины конвейера увеличивается суммарная масса перевозимого груза, увеличивается общее натяжение ленты, что приводит к увеличению величины давления ленты на поверхность приводного, натяжного и отклоняющего барабанов, роликов, что в свою очередь ведет к увеличению износа нижней обкладки ленты.
Современные конвейеры обычно имеют несколько приводов. Применение
многоприводных ленточных конвейеров позволяет снизить величины максимальных натяжений
4 лент по сравнению с одноприводными конвейерами. Однако у многоприводных ленточных конвейеров возможен режим работы, когда при возрастании нагрузки на приводных барабанах возникает пробуксовка ленты. Данный аварийный режим работы конвейеров проявляется в потере устойчивости конвейерных лент на приводных барабанах, т.е. в их проскальзывании относительно приводных барабанов.
Проскальзывание лент на приводных барабанах конвейеров является причиной простоев и возникновения пожаров, сопровождаемых большими убытками и человеческими жертвами. Для обеспечения надежной работы конвейера необходимо обеспечить отсутствие пробуксовки. Устранение проскальзывания лент обычно решается путем регулирования натяжения лент посредством натяжных устройств таким образом, чтобы обеспечить необходимое натяжение и исключить возможность работы ленточных конвейеров в аварийном режиме. Однако данный способ управления приводит к увеличению натяжения лент. Последнее приводит к повышенному износу лент и их обрывам.
Вместе с тем недостаточное натяжение приводит к проскальзыванию конвейерных лент на приводных барабанах, а излишнее способствует увеличению износа лент и их обрывам. Проскальзывание лент и увеличение их натяжения приводит к повышению интенсивности изнашивания лент, что снижает их срок службы. Поэтому для снижения интенсивности изнашивания транспортерных лент протяженных конвейеров необходимо обеспечить такое минимально возможное натяжение конвейерных лент по всей длине конвейера, при котором возможность аварий, связанных с проскальзыванием лент была бы исключена.
Наиболее эффективным методом решения данной задачи является разработка систем автоматического управления электроприводами ленточных конвейеров, которые обеспечивают:
минимальное натяжение конвейерных лент;
рациональное распределение нагрузки между приводами конвейеров;
равный запас по тяговой способности приводных барабанов, независимо от реализуемой на них мощности.
Объект исследования: протяженные многоприводные ленточные конвейеры. Степень разработанности:
Работа базируется на результатах исследований Шахмейстера Л.Г., Спиваковского А.О., Дмитриева В.Г., Галкина В.И., Тарасова Ю.Д., Биличенко Н.Я., Полунина В.Г. и др.
Цель работы - снижение интенсивности изнашивания конвейерных лент средствами электропривода.
Идея работы - путем рационального распределения нагрузки между приводами обеспечить эффективную передачу тягового усилия от приводных барабанов конвейерной
5 ленте, гарантирующую отсутствие пробуксовки ленты при минимально возможном ее натяжении.
Задачи исследования:
-
Исследование причин снижения долговечности лент.
-
Анализ систем управления приводами с точки зрения их способности обеспечить работу конвейеров без пробуксовки лент.
-
Разработка алгоритмов управления электроприводами, обеспечивающих работу конвейеров без пробуксовки при минимально-возможном натяжении лент.
-
Разработка модели ленточного конвейера, с целью ее использования для анализа работы ленточного конвейера.
-
Экспериментальные (на модели) исследования.
Методы исследований:
Для решения поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий анализ и обобщение научных работ, опыт эксплуатации ленточных конвейеров, методы теории автоматического управления электромеханическими системами.
Научная новизна работы:
-
Разработана имитационная модель ленточного конвейера, отражающая основные свойства ленточных конвейеров, которую можно использовать для разработки, наладки и исследования работы ленточных конвейеров в статических и динамических режимах.
-
Предложены способы управления многоприводными ленточными конвейерами, которые при отсутствии проскальзывания ленты, обеспечивают:
минимальное натяжение конвейерной ленты;
рациональное распределение нагрузки между приводами конвейера;
равный запас по тяговой способности приводных барабанов, независимо от реализуемой на них мощности.
-
Разработаны и исследованы системы управления электроприводами ленточных конвейеров, реализующие предложенные способы управления.
-
Предложен способ измерения коэффициента сцепления лент с приводными барабанами.
Защищаемые положения:
1. Имитационная модель ленточного конвейера, которая учитывает основные свойства ленточных конвейеров, вязкоупругие свойства конвейерных лент, процесс массопереноса, взаимодействие конвейерной ленты с приводными барабанами.
2. Система управления электроприводами ленточного конвейера на базе нечеткого регулятора, которая, при отсутствии проскальзывания конвейерной ленты относительно приводных барабанов, обеспечивает:
минимальное натяжение конвейерной ленты;
рациональное распределение нагрузки между приводами конвейера;
равный запас по тяговой способности приводных барабанов, независимо от реализуемой на них мощности.
Обоснованность и достоверность защищаемых положений, выводов, результатов и рекомендаций подтверждается использованием в работе комплексной методики исследования на основе математического моделирования с удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Практическая ценность работы:
-
Имитационная модель ленточного конвейера может быть использована для контроля эксплуатационных характеристик ленточных конвейеров и изучения устройств непрерывного транспорта.
-
Предложенные способы управления электроприводами ленточных конвейеров и измерения фактического значения коэффициента сцепления ленты с приводным барабаном могут быть использованы в проектных организациях при разработке новых конвейеров.
-
Предложенные варианты систем управления могут быть использованы при проектировании новых конвейеров и модернизации действующих конвейеров.
Апробация работы:
Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: VIII Международной молодежной научной конференции «СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2007» в секции «Автоматика и электротехника» (г.Ухта, Ухтинский государственный технический университет, 2007), международной научно-практических конференции «XXXIX НЕДЕЛЯ НАУКИ» в секции «Системы автоматического управления электромеханическими объектами и электромеханическими комплексами» (СПб, СПбГПУ, 2010г.), научно-практической конференции с международным участием «XLII НЕДЕЛЯ НАУКИ» в секции «Системы и технологии управления» (СПб, СПбГПУ, 2013г.), международном научной конференции Symposiumon Automated Systemsand Technologies» (г.Ганновер, Германия, Ганноверский университет имени Лейбница, 2014г.).
Личный вклад автора:
1. Создана имитационная модель ленточного конвейера, которая отличается от известных учетом вязкоупругих свойств конвейерных лент, процесса массопереноса, взаимодействия конвейерной ленты с приводными барабанами.
2. Исследованы и предложены способы управления многоприводными ленточными
конвейерами, которые обеспечивают:
минимальное натяжение конвейерной ленты;
рациональное распределение нагрузки между приводами конвейера;
равный запас по тяговой способности приводных барабанов, независимо от реализуемой на них мощности.
-
Разработаны системы управления электроприводами ленточных конвейеров, реализующие предложенные способы управления.
-
Предложен способ измерения фактического значения коэффициента сцепления лент с приводными барабанами.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, из которых 4 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, 2 патента на полезные модели, свидетельство о государственной регистрации программы для электронно-вычислительных машин.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, включающего 112 наименований. Полный объем диссертации - 111 страниц, в том числе рисунков - 61, таблиц - 8.
Электромеханические системы ленточных конвейеров
К назначению натяжного устройства относят создание требуемого натяжения ленты, обеспечивающего передачу тягового усилия приводом, ограничение провеса ленты между роликоопорами выше допустимого значения [15, 16, 17], а также компенсацию остаточного удлинения ленты в процессе эксплуатации конвейера [9]. Ход натяжного устройства должен компенсировать вытяжку и упругое удлинение ленты, обычно составляет 1 – 2% от длины конвейера [18].
В настоящее время существует достаточно работ [19, 20], в которых детально описываются конструкции натяжных устройств. По конструкции и принципу действия натяжные устройства можно подразделить на неавтоматические и автоматические [21]. Типовые конструкции неавтоматических натяжных устройств показаны на рисунке 1.3.
Неавтоматические натяжные устройства обычно подразделяются на два основных типа. В первом (рисунок 1.3,а,б) при создании натяжного усилия барабан передвигается по направляющим неподвижной рамы, а во втором (рисунок 1.3,в,г) передвигается натяжная каретка. Достоинством этих устройств является простота конструкции, надежность в работе, а недостатками – ослабление натяжения ленты в процессе работы из-за упругих и остаточных деформаций, что может привести к ослаблению натяжения ленты и ее проскальзывание по приводному барабану. Поэтому обычно при использовании неавтоматических натяжных устройств сообщается завышенное натяжение ленте, что приводит к сокращению ее срока службы.
В большинстве случаев [22] для автоматического регулирования натяжения ленты используют лебедочные натяжные устройства, которые приводятся в действие электрическим двигателем. Системы автоматического управления натяжением обычно работают по принципу отклонения текущего значения натяжения на сбегающей ветви ленты Sсб , измеряемого датчиком, от заданного.
Разностный сигнал с выхода устройства сравнения усиливается и поступает в качестве заданного на привод натяжного устройства. Структурная схема автоматического натяжного устройства представлена на рисунке 1.4.
Автоматические натяжные устройства подразделяют на стабилизирующие, следящие и комбинированные. В стабилизирующих устройствах для обеспечения пуска ленточного конвейера без пробуксовки ленты на приводных барабанах значение натяжения Sсб выбирается в 1,5-2 раза больше, чем при установившемся движении конвейера (рисунок 1.5,а). В следящих устройствах значение натяжения Sс. з на натяжном устройстве задается пропорционально Sнб, поддерживая заданное значение отношения Sнб/Sсб (рисунок 1.5,б). Комбинированные автоматические натяжные устройства при пуске конвейера работают как стабилизирующие и следящие.
Автоматические натяжные устройства достаточно эффективно обеспечивают необходимое сцепление ленты с приводными барабанами, в основном за счет увеличения натяжения. Однако увеличение натяжения ленты повышает ее износ и может привести к обрыву ленты. Кроме натяжных устройств на распределение натяжений в ленте влияют приводы конвейеров. Привод представляет собой совокупность устройств, включающих приводные блоки, приводные барабаны, электродвигатели, редукторы, дополнительные элементы (муфты, тормоза и др.). В настоящее время существует достаточно работ, в которых детально описываются конструкции приводов конвейеров [23, 24]. Типовая конструкция привода ленточного конвейера показана на рисунке 1.6. 22 Рисунок 1.6 – Конструкция привода ленточного конвейера состоит: 1 – приводной и отклоняющий барабаны, 2 – лента, 3 – редуктор, 4 – соединительная муфта, 5 – электродвигатель, 6 – опорная рама, 7 – тормоз Тенденцией развития приводов ленточных конвейеров является повышение их мощности и использование дополнительных средств повышения передающейся на ленту тяговой силы [25, 26, 27]. По числу приводов, различают конвейеры одноприводные и многоприводные (две и более приводные станции). На рисунке 1.7 показаны типовые схемы обводки ленты по приводным барабанам.
Схемы обводки ленты приводных барабанов: а, б – однобарабанных; в, г – двухбарабанных; д – трехбарабанных; е – головного двухбарабанного и хвостового однобарабанного Если сравнивать диаграммы натяжений ленты для конвейеров с одним (рисунок 1.8,а) и тремя (рисунок 1.8,б) приводами, то видно, что в многоприводном ленточном конвейере натяжение ленты меньше и это дает возможность применять ленту меньшей толщины, а значит и стоимости [28].
Приводные станции наклонных конвейеров при углах установки 6 оснащаются тормозами для предотвращения самопроизвольного движения ленты с грузом вниз после отключения электродвигателя [29].
Самым распространенным [30] способом передачи тягового усилия грузонесущей ленте является фрикционный механический контакт. Характерной особенностью развития ленточных конвейеров является блочный принцип компоновки основных элементов, в том числе и элементов привода – двигателей, барабанов, редукторов и других механических узлов [31, 32, 33, 34].
Наибольшее применение получили приводы с раздельными приводными механизмами на каждый барабан [35], т.к. позволяют наиболее эффективно использовать тяговые усилия всех барабанов и допускают дробление мощности между двигателями. Примером конструкции с раздельными приводными механизмами на каждый барабан может служить ленточный конвейер 1ЛУ120 с двумя приводами, схема которого представлена на рисунке 1.9.
Анализ динамических процессов в ленточных конвейерах
Для изучения физических явлений при функционировании ленточного конвейера необходимо в первую очередь составить ее математическую модели. Эти модели при достаточном учете всех свойств объекта позволяют исследовать протекающие в ленточном конвейере процессы. При построении математических моделей необходимо знать, как меняются механические свойства ленты при изменении параметров системы. Поэтому при составлении математической модели движения ленточного используются знания о механических свойствах твердых тел. Следует отметить, что при решении задач, связанных с исследованием деформаций в ленте при переменных нагрузках, необходимо знать, как меняются механические свойства ленты при изменении параметров системы.
В настоящее время известно много способов определения механических свойств твердых тел, большинство из которых связано с их мгновенным или циклическим возмущением. Наличие в конвейерных лентах ярко выраженного явления ползучести явилось причиной первоначального проведения опытов на ползучесть и релаксацию и определения из этих опытов соответствующих моделей и констант.
Исследования механических свойств конвейерных лент проводились при использовании различных методик. В частности, были получены зависимости относительной деформации e = f(t) при приложении к испытуемому образцу ленты быстро нарастающей нагрузки т(), которая затем оставалась постоянной.
При исследовании механических свойств конвейерных лент на основании анализа зависимостей є = f(t) и характера их изменений, динамические свойства лент большинством авторов [75, 76] описываются с помощью моделей (рисунок 2.1), учитывающих вязкоупругие свойства конвейерных лент. Наиболее часто свойства лент представляют моделью Фохта (рисунок 2.1а). Напряжение и деформация для данной модели в случае простого растяжения связаны зависимостью: cr(t) = E-e + ri — , (2.1) где (У - напряжение, Па; Е - модуль упругости, Па; є - относительная деформация; rj - коэффициент внутреннего трения, Па с;
Наиболее часто реологические константы (Е - модуль упругости, 77 - коэффициент внутреннего трения) определяют на основании экспериментальных данных [77].
Модель Фохта описывает явление ползучести и упругости: при внезапной разгрузке деформация уменьшается не мгновенно, а в течении некоторого времени. В данной модели при мгновенном приложении нагрузки первоначальная деформация равна нулю.
Другой простейшей моделью является элемент Максвелла (рисунок 2.1б). Зависимость между напряжением и деформацией в данной модели имеет вид: U - , (2.2) dt dt т где т - постоянная релаксации.
В модели Максвелла напряжение асимптотически стремится к нулю, если поддерживать постоянную деформацию, а при постоянном напряжении во времени деформация стремится к бесконечности.
Необходимо отметить, что данные модели не описывают полностью всех явлений, происходящих в ленте при растяжении. Поэтому при описании динамических свойств конвейерных лент используют комбинации подобных моделей (рисунок 2.1в). Эти модели позволяют получить конечную деформацию при мгновенном и бесконечно длительном приложении нагрузки, что соответствует реальным деформациям при работе ленты. Экспериментальные исследования показали [78, 79], что реологические свойства не могут быть описаны при помощи одноэлементных реологических моделей. Поэтому более точное описание дают модели, составленные из нескольких элементов однотипных реологических моделей (рисунок 2.1г).
Число реологических элементов зависит от желаемой точности при описании свойств ленты. Поэтому для увеличения точности описания свойств лент необходимо увеличение точности реологических элементов.
Таким образом, динамические процессы при построении математической модели ленточного конвейера рассматриваются с точки зрения распространения волн напряжения и деформации. Для решения волнового уравнения при исследовании переходных режимов конвейеров разными авторами предлагались разные методы. В основном используются два метода: конечно-разностный метод, позволяющий заменить волновое уравнение системой дифференциальных уравнений и метод последовательных приближений, позволяющих учитывать нелинейный характер скорости распространения волн и получить наглядное представление о распределении натяжений по всему контуру ленты в любой момент времени. Во втором методе в «нулевом» приближении скорость волны принимается постоянной и предварительно проводится аналитическое решение уравнений распространения волн. Конечно-разностный метод заключается в представлении замкнутого контура ленты в виде системы с конечным числом обобщенных координат. Уравнения движения системы обычно составляются с помощью уравнения Лагранжа. Замкнутый контур ленты может быть разбит на конечное число сосредоточенных масс, связанных с обобщенными координатами, или использован метод кусочно-линейной аппроксимации, когда контур ленты условно разбивается на несколько участков.
Так в работах [80, 81, 82, 83] автор описывает движение ленточного конвейера, использовав метод линейно-касочной аппроксимации. Система с распределенными параметрами, описываемая дифференциальными уравнениями в частных производных заменена системой с сосредоточенными параметрами, движение которой описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями. Уравнения движения для конвейера, используя методы кусочно-линейной аппроксимации, представлены системой дифференциальных уравнений, составленных по общей схеме уравнения Лагранжа второго рода: [дх, j [дх. ) где T – кинетическая энергия участка, Дж; П – потенциальная энергия участка, Дж; А – работа внешних сил на участке, Дж.
При вычислении кинетической энергии контур ленты разбит на конечное число сосредоточенных масс, связанных с обобщенными координатами. Кинетическая энергия складывается из кинетической энергии участков контура ленты, кинетической энергии привода и натяжного устройства. Потенциальная энергия системы включает потенциальную энергию участков ленты и натяжного устройства.
Разработка имитационной модели ленточного конвейера
Принцип нечеткого управления основан на теории нечетких множеств, основные идеи которой были предложены американским математиком Лотфи Заде [97, 98], описывают качественные, неточные понятия и знания об окружающем мире, а также оперировать этими знаниями с целью получения новой информации.
Основными преимуществами системы нечеткого управления перед другими системами являются: значительное повышение быстродействия процессов управления при использовании нечетких контроллеров; возможность создания систем управления для объектов, алгоритмы функционирования которых трудно формализуемы методами традиционной математики; повышение точности алгоритмов фильтрации случайных возмущений при обработке информации от датчиков.
В условиях работы конвейера, описанных выше, при случайном характере изменения загрузки конвейера блок управления, выполненный на базе нечеткого контроллера, обладает тем преимуществом, что имеет высокое быстродействие, не нуждается в точной настройке внутренних параметров, остается более устойчивым и не дает больших отклонений от оптимальной настройки по сравнению с другими типами блоков управления. Применение нечеткого контроллера, увеличивает эффективность работы блока управления, что обеспечит отсутствие проскальзывания ленты относительно приводных барабанов и повышает долговечность конвейерной ленты [99].
Одним из основных направлений применения систем нечеткогo вывода является решение задач управления объектами и процессами. Построение нечеткой модели базируется на формальном представлении характеристик исследуемой системы с помощью лингвистических переменных.
Для решения данных задач используется общая теория нечеткого управления, в рамках которой построены различные алгоритмы определения оптимальных законов управления объектами. Не вдаваясь в детальное обсуждение концепций классической теории управления, рассмотрим лишь основные определения, необходимые для понимания систем нечеткого управления.
Объект управления характеризуется определенным множеством входных параметров и выходных параметров. На вход системы управления поступают определенные входные переменные, которые формируются с помощью датчиков. На выходе системы с использованием заданного алгоритма управления формируется множество значений выходных переменных, управляющих переменных. Значения выходных переменных поступают на вход объекта управления и с учетом значений входных параметров объекта управления, изменяют поведение исследуемого объекта в заданном направлении.
Примером рассмотренной модели управления является так интегрально– дифференцирующий контроллер или PID–контроллер (proportional–integral– derivativecontroller). Алгоритм управления основан на сравнении выходных параметров объекта управления с заданными параметрами и определении значения расхождения между ними или ошибки.
Недостатком РID-контроллеров является предположение о линейном характере зависимости входных и выходных переменных процесса управления, что существенно снижает адекватность подобных систем при решении практических задач. Другим недостатком подобных систем является сложность выполнения соответствующих расчетов, что приводит к недопустимым задержкам в реализации управляющих воздействий при управлении объектами с высокой динамикой изменения выходных параметров. Поэтому применение принципов нечеткой логики при построении систем автоматического управления ленточными конвейерами является наиболее целесообразным. Система нечеткого управления основана на замене классической системы управления системой нечеткого управления. В этом случае модель нечеткоrо управления (рисунок 3.1) строится с учетом всех этапов нечеткого вывода, а сам процесс вывода информации реализуется на базе одного из рассмотренных алгоритмов нечеткого вывода.
Разработка и применение систем нечеткого вывода содержит несколько этапов. Информация, поступающая на вход системы нечеткого вывода, содержит измеренные входные переменные. Данные переменные соответствуют фактическим переменным процесса управления. Информация, формирующаяся на выходе системы нечеткого вывода, соответствует выходным переменным, управляющим переменным процесса управления [100]. Системы нечеткого вывода используются для преобразования значений входных переменных процесса управления в выходные переменные с использованием нечетких правил продукций. Системы нечеткого вывода должны включать в себя базу правил нечетких продукций и формировать нечеткий вывод заключений на основе условий, представленных нечеткими лингвистическими высказываниями. Основными этапами нечеткого вывода являются (рисунок 3.2): 1. Формирование базы правил нечеткого вывода. 2. Фазификация входных переменных. 3. Агрегирование подусловий в нечетких правилах продукций. 4. Активизация или композиция подзаключений в нечетких правилах продукций. 5. Аккумулировнаие заключений нечетких правил продукций.
На примере [101] ленточного конвейера с двумя приводами (рисунок 3.3) рассмотрим работу системы нечеткого управления. Для работы нечеткого контроллера необходимо сформулировать базу правил и значения функций принадлежности. Для формирования базы правил системы нечеткого вывода выбираются в качестве лингвистических переменных значения отношения натяжений в точке набегания ленты на первый приводной барабан и сбегания ленты с первого приводного барабана и значения момента Мпр2. на валу второго приводного барабана. С помощью стандартных [102] процедур: фаззификации входных данных, агрегирования предусловий в нечетких правилах продукций, активизации и композиции подзаключений в нечетких правилах продукций, аккумулирования заключений нечетких правил продукций, дефаззификации выходных переменных; нечеткий контроллер при изменении нагрузки на конвейер определяет оптимальное значение Мпр2 для выполнения условия отсутствия проскальзывания ленты относительно приводного барабана
Метрологическое обеспечение систем управления ленточным конвейером
Величина максимального натяжения ленты достигается при способе управления №3 (рисунок 3.17), поэтому увеличение натяжения ленты посредством натяжного устройства для обеспечения надежного сцепления конвейерных лент с приводными барабанами является неэффективным способом из-за резкого увеличения величины максимального натяжения ленты, что увеличивает интенсивность износа ленты.
Из рисунка 3.18 следует, что предложенные принципы, способы управления имеют следующие преимущества перед другими: выравнивается разница между значениями давлений на поверхностях всех приводных барабанов; уменьшается значение максимальных давлений на поверхностях приводных барабанов.
Полученные в данном параграфе зависимости подтверждают, что разработанная система управления ленточными конвейерами на базе нечеткого регулятора является наиболее эффективной для снижения интенсивности изнашивания конвейерных лент. 3.4 Выводы по главе 1. Исследованы и предложены способы управления многоприводными ленточными конвейерами, которые обеспечивают: минимальное натяжение конвейерных лент; рациональное распределение нагрузки между приводами конвейера; равный запас по тяговой способности приводных барабанов, независимо от реализуемой на них мощности. 2. Разработана модель системы нечеткого управления с помощью специального пакета расширений Fuzzy Logic Toolbox в программной среде Matlab/Simulink. 3. Определены входные и выходные лингвистические переменные, сформированы базы правил систем нечеткого вывода, построены графики терм-множеств входных и выходных лингвистических переменных с функциями принадлежности, реализован алгоритм Мамдани в качестве алгоритма нечеткого вывода, получена поверхность нечеткого вывода для системы нечеткого управления. 4. Проведены исследования (на модели) работы системы управления. Представлены результаты данных исследований. 5. Предложен способ и устройство измерения фактического значения коэффициента сцепления лент с приводными барабанами.
В диссертационной работе разработаны теоретические и практические положения, представляющие актуальные научно-практические задачи повышения долговечности транспортерных лент протяженных конвейеров за счет снижения интенсивности их изнашивания средствами электропривода с нечетким регулятором.
На основе ленточного конвейера, параметры и режимы работы которого схожи с ленточным конвейером, который был задействован при строительстве тоннелей метрополитена, предложен способ управления, обеспечивающий поддержание равного заданного запаса тяговой способности на всех приводных барабанах при снижении величины натяжения транспортерной ленты, независимо от степени загрузки конвейера.
С использованием нечетких регуляторов разработана система управления, реализующая предложенный способ управления, которая была исследована на разработанной имитационной модели ленточного конвейера в программной среде Matlab/Simulink. Эта модель выгодно отличается от ранее известных, так как более полно отражает все основные свойства ленточных конвейеров, включая вязко – упругие свойства конвейерных лент и процесс массо – грузо переноса.
Проведенные исследования показали, что предложенные способы управления электроприводами могут быть использованы при любых соотношениях тяговых усилий. Однако данная работа нуждается в дальнейшем развитии и продолжении. Проведенные в работе исследования показали, что при проектировании систем управления надо учитывать возможность снижения общего натяжения ленты, путем работы конвейера на границе тяговой способности приводов для обеспечения минимально возможного натяжения ленты.