Способ управления горной машиной

8142 с) А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК я)5 Е 21 С 35/24 НИЯ Е ИЗС)Б ПИ ЕЛЬСТВ л ллургический Рабиновичд очистных288.СР84.РНОЙ МАорной про обам управ ависимость измея (М) от величины ании ского ной. тем, йства ит ксни ного ком вигател чистног е йсущется осно- ного ются нии ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВ(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГОШИНОЙ(57) Изобретение относится к гмышленности, а именно к спос Изобретение относится к эксплуатации шахт, к их оборудованию, в частности к дистанционному управлению очистным комбайном, и может быть использовано для автоматического задания режима работы очис 1 ным комбайном,Известен способ управления горной ма- шиной по нагрузке главного двигателя; реализованный в устройстве, основанном на измерении рассогласования между заданным и фактическим значением тока главного двигателя и автоматическом регулировании скорости подачи до момента сравнения величины рассогласования с зо- ной нечувствительности.Недостатком известного способа являзначительные погрешности при эадаустойчивого момента, так как ения 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 вслучае неустойчивости - нули. Определяют вероятность устойчивой работы главногодвигателя, суммируя весовые коэффициенты, и по ее величине корректируют уровень стабилизации главного двигателя. 5 ил..используется линейная 3нения момента двигателтока (1).Наибольшая погрешность при заднагрузки достигается в зоне критичемомента, где М - 1(1) является нелинейЗдесь погрешность обусловленачто не учитываются динамические свои частотные свойства нагрузки,, Это все в одном случае приводжению производительности очистбайна, а в другом - к перегрузке ди трансмиссии режущей части окомбайна.Наиболее близким по техническойности и достигаемому эффекту являспособ управления горной машиной,. ванный на стабилизации нагрузки глав1781426 график заСисовосяи И=ГЯдРи Умоик, рсмсинс У.О 05 ООЮ, ОФ ОО Составитель В. СабитовТехред М.Моргентал Корректор Н. Ревская едак каз 4262 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 КНТ СССР изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагари Г 5 ГО аРик аайцсииоспРМ Улри нечспоичобои рем.двигателя, включающий непрерывное измерение тока главного двигателя, измерение напряжениепитающей 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 напряжением1питйощей 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 е,го с,"изОеМЙЖИм значением тока главного двйгателяи корректировку уровня стабилизации нагрузки главного двигателя путем подачи полученной суммы в токовый канал регулятора нагрузки.Известный способ реализован устройством.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, выходвторого сумматора соединен с вторым вхо дом первого сумматора, веход 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 электропривода, 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 расчетныхформулах используется линейный участокстатической характеристики асинхронного15 двигателя, хотя, как известно, она значительно отличается от динамической, приэтом максимальное мгновенное значениединамического электромагнитного моментав предельном устойчивом режиме превыша 20 ет максимум при статической нагрузке в1,25,Недостатком устройства, реализующего известный способ, является то, что вопервых, ко второму входу регулятора25 подключается напряжение соответствующее "уставке" тока, и оно весьма неточноотражает устойчивый момент двигателя,особенно в неустановившихся режимах; вовторых, это напряжение устанавливается30 вручную, а затем в процессе работы комбайна корректируется с учетом нагрева, токадвигателя и напряжения на его, зажимах,При таком регулировании срок службы комбайновых двигателей остается низким (8-1035 мес), а выход из строя обьясняетея механическим износом изоляции (60 ф 6 общего износа), вызванным колебаниями тока более1,35 1 нЦелью изобретения является увеличе 40 ние надежности комбайновых двигателей засчет повышения точности систем регулирования к изменению горно-геологических ус. ловий.Это достигается тем, что в способе, ос 45 нованном на стабилизации нагрузки главного двигателя, включающем непрерывноеизмерение тока главного двигателя, напряжения питающей сети, измеряют моментсопротивления резанию главного двигателя,50 производят спектральный анализ моментасопротивления, определяют среднее значение момента сопротивления, отклонениеизмеренного момента сопротивления, отего среднего значения, модуль отклонения55 измеренного момента сопротивления отего среднего значения, среднее значениемодуля отклонения момента сопротивления, умножают каждое значение амплиту ды интерполяционных частот, полученной врезультате спектрального анализа, на сред- .10 15 20 25 30 где М - математическое ожидание нагрузки; .35- узловые частоты нагрузки; 40 45 пропорциональных характеристическим функциям (единичным или нулевым)50 к=1 55 фвУкнее 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: - .-иэменными, 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 проходящихчерез аналог привода, формируются сигналы пропорциональные устойчивой работыпривода на основе накопления весовых коэффициентов для частот нагрузки не опрокидывающей двигатель, что позволяетоперативно отслеживать реальный режимустойчивости двигателя для текущего спектра нагрузки и его амплитуд,Предлож.нный способ включает следующие операции..Спектральный анализ нагрузки на исполнительном орг:.не.Формирование гармонических реализа ций случайной нагрузки в узловых точкахспектра (Мц) Мц = М + о (з 1 и а с+ Л сов в т),М - случайная величина равномерного закона распределения;т - 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,пкк ( 1 ) = П1 + ( 1 к ( т ) - Ра,у.к )/ Рк ( 1 ) -где Рк(1) - текущая частота воащения ротора двигателя при определенной частоте гармонической реализации нагрузки1781426 101 при Рк (с) Ра,у,кО при Рк (1) (Уа.у,к 20 35 40 45 50 Ра.у.к - установившееся значение частоты вращения ротора при определенной гармонической реализации нагрузки (Мц).Сигнал, пропорциональный характеристической функции; принимает два значе-" ния Суммирование сигналов, пропорциональных вероятности устойчивой двигателя на основе выражения П Р(Х 1,Х 2) = Х ПК(Ь)в 1,вг/Ъ 1,вгв 1,в 2 к =1Гдв Ов 1, вг - ВЕСОВЫЕ КОЭффИцИЕНтЫ (ЧИСЛа Кристоффеля);гп 1,аг- количество узлов интерполяции для соответствующих случайных величин й 4 Я 1х 1, 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 (В(хнагрузкиВ(х)= оге созфхгде а=р=120 с 1 (1)Количество узлов 1-( и) определяется шестью, а )-Я ) - двумя. Количественный состав гармоник определяетсяточностью вычисления вероятности устойчивой работы, при этом погрешность (дц) определяетСя 1- Х рв 1, вг дц 8.в 1 в 2Узлы для случайных величин в и Л 1 выбираются из 8, а затем на основе функционального преобразования, определяемого видом корреляцйонной функции, получаем требуемые узлы.В частном случае, для корреляционной функции В( х) = ог е соз Рхзакон распределения случайной величины сй имеет вид 1 ( и ) = ( а/2 рг ) ( сР + ( р + гг )-1 Суммирование в формулах осуществляется по всем сочетаниям узлов случайных величин й)и 1,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 способа разработана схема устройства (фиг. 1); на фиг. 2 - диаграмма работы устройства; на фиг. 3 и 4 - функциональныесхемы; 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 последователь 25 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 функциональныхусилителей 7 подключены к первым входам первого блока схемы И 8, выход которого последовательно соединен с первым входом 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 интегратору 18, 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, выходкоторого соединен через последовательно соединенные пер вый вход блока управления 26 со вторым входом компаратора 12, второй вход блока управления 26 подключен к выходу аналога привода 10, также тринадцатый выход ком мутатора 23 подключен к триггеру управления 27, первый выход которого подключенко 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 усредни- тель 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 ст(среднее значение модуля отклонения).Одновременно сигнал нагрузки поступает на блок двенадцати фильтров 3, где осуществляется спектральное разложение его на составляющие вида (зи М т+ +Л соз в т).Эти гармонические сигналы поступают на 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 1 п ил т+ + А соз м ),.50 55 5 10 15203040 Блок-схема И 8 управляется двенадцатью первыми шинами коммутатора 23,обеспечивающими очередность подачи гармоник с блока 7 на сумматор,9,Каждая гармоническая составляющаянагрузки с блока 9 поступает на аналог привода 10, описанный с помощью уравненийПарка-Горева (1).Выходное напряжение, отражающее частоту вращения ротора, с блока 10 йоступает на усреднитель 11; а затем на первыйвход компаратора 12 (отрицательная обратная связь), одновременно напряжение сблока 10 поступает в блок управления 26,где 3-5 периода тармонического сигнала,поступающего с блока 10, формируется значение частоты вращения ротора ( Ра.у.к), которое с задержкой 3-5 периода подается навторой вход компаратора 12 (положительная обратная связь). Управление блоком 26осуществляется схемой ИЛИ 25, запускающейся от коммутатора на каждый командный импульс, а запуск блока управления 26 осуществляется схемой ИЛИ 25, на которуюот коммутатора 23 поступает двенадцатьимпульсов, переводящих ждущие мульти" вибраторы 30 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, которыйразрешает прохождение сигнала с аналога привода на усреднитель 33, за 3 - 5 периодов сигнала формируется установившееся зна-.чение частоты вращения рртора ( 1 а.у,к)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 входкомпэрэтора 12, где сравниваетсяс текущим сигналом с усреднителя 11 (фиг, 1,).По истечении времени сравнения мультивибратор 31 переходит в устойчивсе состояние и обнуляет содержимое. ус. реднителя 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 компэратора 12 снизилось по сравнению с юа.у.к, то компаратор переходит в неустойчивый режим, что соответствует неустойчивому режиму двигателя (характеристическая функция Ю " -О), в противном случае Ч = 1, т.е. наблюдается устойчивый режим двигателя, На каждый из двенадцати тактов коммутатора 23 сигнал с компаратора 12( к =0 или к -1)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,отлипрохождейие сигналов с коммутатора 23 на ч а ю щ и й с я 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-геологических усвходной 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 ния, определяют среднее значение момента ния 27. сопротивления, отклонение измеренногоРежим 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 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 устойчивойработы привода (Р - 25 ние модуля отклонения и суммируют полг ученные результаты со средним значениемХ Пй ,оа 1, в 2), поступает на эле момента сопротивления, результаты суммив в 2 1рования по уравнениям Парка-Горева поочередно преобразуют в значения частоты мент сравнения и далее с помощью ключа17 на интегратор 18. благодаря чемУ проис вращения ротора и анализируют их измене- ходит изменен е напряже я на э е е . ние 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 сти устойчивой работы равны заданным тов коммутатора 23 Д а рам а рабо ус - значениям для интерполяционных частот(иначе-нулю), определяют вероятность усзависимости от напряжения шахтной сети тойчивой работы главного двигателя, сумизмейяются механические характеристикимируя весовые коэффициенты, и по еедвигателя, тем самым учитывается э 40 величине корректируют уровень стабилиза. двигателя тем самым учитывается и этотфактор, влияющий на вероятность устойчивой работы привода, так как напряжение с