Основы теории тяговых систем большегрузных автотранспортных средств с частотно-каскадным электроприводом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.03, доктор технических наук Волков, Вячеслав Дмитриевич

• Волков, Вячеслав Дмитриевич
• доктор технических наук
• 1998

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Основы теории тяговых систем большегрузных автотранспортных средств с частотно-каскадным электроприводом»

-Значительный объем совершаемой в производстве механической работы осуществляется электрическим приводом, преобразующим большую часть'всей электроэнергии, расходуемой на хозяйственные нужды- Изменяющиеся условия работы производственных механизмов требуют управления скоростью движения рабочих органов, осуществляемого регулированием частоты вращения приводных электродвигателей.

Технический уровень электропривода, таким образом, определяет темпы роста и эффективность использования алектроанергни.

Регулирование частоты вращения электродвигателей в последнее время непрерывно связано с уровнем развития силовой полупроводниковой техники нового поколения, позволяющей строить системы непрерывного я дискретного управлений с минимальным числом элементов силовой схемы. Сокращающиеся внутренние потери преобразовательных установок выдвигают на первый план совершенствование способов преобразования электрической энергии в системе электропривода согласованием его рабочих режимов с требованиями технологического процесса, созданием систем автоматического управления, повышающих эффективность функционирования технологического оборудования. Это наиболее актуально для механизмов повышенной единичной мощности, а также многодвигательных систем, объединенных единым рабочим органом или общей функцией управления. Примерами могут служить приводы насосов нефтеперекачивающих и водоподъемных станций /1/, вращения цементных печей /2/,индивидуальные привода рольгангов /3/, главках движений экскаватора-драглайна /4/, тяги пневмоколесных машин /5/.

Характерной особенностью вышеперечисленных систем является их автономность, т.е. отделение от знергоисточника (сети электроснабжения, теплового двигателя) статическим (трансформатор или преобразователь) или электродинамическим (синхронный генератор, генератор постоянного тока) устройством. Поскольку режимы работы и способы управления электроприводом существенно влияют на потребляемую и установленную мощности анергоотделяедих устройств, и, в конечном счете, определяют эксплуатационные затраты, актуальность совершенствования систем привода и методов обоснования схемотехнических решений при разработке специализированного электропривода производственных механизмов повышенной единичной мощности значительно возрастает.

Другой характерной особенностью рассматриваемых многодвигательных систем является необходимость согласованного (синхронного) изменения частота вращения группы электродвигателей при сохранении заданных соотношения или разности частот вращения отдельных двигателей /6Л .Установленная мощность электрооборудования может достигать десятков и сотен киловатт.

Специфические технологические требования по диапазону регулирования, максимальной частоте вращения двигателя, быстродействию привода и т.д. зачастую определяют тип двигателя и систему регулирования. Это характерно для относительно маломощных приводов текстильной и пищевой промышленвостей, медицинской техники, где наиболее перспективно применение бесконтактных вентильных а лектхсдвигателей различной конструкции /ЗА

Увеличение числа регулируемых координат производственных механизмов большой и особо большой единичной мощности, неудовлетворительны е условия эксплуатации алектгеприводов из-за часто возникающих ударных и вибрационных нагрузок, резких изменений моментов вплоть до знакопеременных, определяют целесообразность использования асинхронных электродвигателей с частотным регулированием /?/. При использовании электропривода в мшгодвигательных системах объектов со .взаимосвязанными координатами управления или в случае, работа электроприводов на общий рабочий орган, одноканаль-ное регулирование, характерное, например, для частотного управления асинхронными электродвигателями, с коротокозамкнутнм ротором {АДК}, требует согласования рабочих режимов индивидуальных электроприводов дополнительной взаимосвязью по управлению /в./, не только усложняющей систему многодвигательного привода, но и требующую глубокой коррекции динамических свойств для обеспечения требуемых качественных показателей процесса- Это усложняет анализ я синтез систем автоматического управления с заданными точностными показателями и быстродействием и может оказаться не аффективным с позиций реализации целей управления- Кроме того, широкое применение с^вдс^тв цифрового управления электроприводами при наличии динамически сложных законов может приводить к самозапуску систем регулирования из-за потер! информации о предыдущем состоянии объекта, накапливаемой в памяти процессора, например, при формировании интегральной составляющей управляющего воздействия, при кратковременных перерывах питания или случайных сбоях

Повышение эффективности управления многодвигательнши. объектами возможно применением систем привода с многоканальным управлением, что, наряду с хорошими регулировочными свойствами, определило преимущественное использование двигателей постоянного тока независимого возбуждения в металлообрабатывающих станках с ЧЛУ, машинах горнодобывающей и бумагоделательной отраслей, прокатных станах. Эти отрасли традиционно являются потребителями современных высокотехнологичных систем привода, однако имеются не менее значимые отрасли народного хозяйства, где применение регулируемых электроприводов обосновано не только технологическими нуждами и необходимостью экономии электроэнергии, но и целесообразно с. точки зрения прямой экономии не восстанавливаемых энергетических запасов и экологической безопасности.

К числу таких отраслей относится в первую очередь отрасль транспортного машиностроения и, .в частности, производств:; автомо билей большой и особо большой грузоподъемности, строительно-дорожных машин с пневмоколесным движителем.

Развитие большегрузного, автомобильного транспорта, в настоящее время использующего преимущественно групповой привод колес, невозможно без изменения градационной схемы преобразования энергии первичного теплового двигателя в анергию поступательного движения машины.

В перспектив® следует ожидать полную замену тепловых преобразователей анергии на альтернативные, в частности, анергонаколите-льные, солнечные и т.д. Очевидно, что наибольшим изменениям в ближайшее время подвергнется легковой автотранспорт малой и средней грузоподъемности с двигателями относительно небольшой мощности, проблема альтернативного энергоисточника для которого представляет уже сейчас технически решаемую задачу.

Для грузового автотранспорта в обозримом будущем трудно предположить возможность разработки и широкого внедрения мощных энер-гонакагагаельных устройств, соизмеримых по энергетическим показателям с используемыми тепловыми двигателями. Важной .проблемой в этой отрасли автомобилестроения остается повышение экономичности трансмиссии, достигаемое, например, стабилизацией рабочего режима двигателя внутреннего сгорания. В этом случае основной сложностью является обеспечение возможности бесступенчатого и плавного силового преобразования постоянных момента и частоты вращения первичного теплового двигателя в зависящие от технологических условий значения тягового усилия и скорости движения машины. В приемлемых для транспортного средств© (ТС) значениях массо-габаритных показателей трансмиссии преобразование мощности первичного теплового двигателя в тяговую мощность машины может быть реализовано с помощью гидравлических или электрических передач Стяговых приводов) /8 -г 18/. Следует отметить, что несмотря на известные преимущества х гидравлических передач по ряду массо-габаритных показателей, при манение их на болшегрузных автотранспортных ередатжх (НАТО не перспективно из-за отсутствия компактных и емких гидронакопителей энергии- Электрический привод более перспективен как в силу развития технологий альтернативных источников мощности, так и из-за возможности передачи электроэнергии от стационарного источника контактным или бесконтактным образом при фиксированных маршрутах движения /19,20/, обеспечивая экологическую безопасность и топливную экономичность в сложных условиях эксплуатации или движения в густонаселенной местности- В автотранспорте подобное техническое решение используется при создании троллейвозов /20,21/- Кроме того, бесспорным преимуществом электрического приводя является гибкость формирования необходимых статических и динамических характеристик, достигаемая с меньшими потерями энергетических показателей привода, чем для большинства, альтернативных трансмиссий. Необходимость формирования специальных тяговых характеристик машин с многоопорным пневмоколесным движителем очевидна при рассмотрении часто встречающегося на практике режима криволинейного движения транспортного средства, обладающего некоторой инерционной массой. Динамическое перераспределение нагрузок при повороте и "естественная" для большинства двигателей мягкость статических характеристик приводит к снижению частоты вращения нагружаемых ПК и изменению ловорачиваемости машины, носящему, в общем случае, нестационарный характер . Улучшение управляемости машины введением "жестких", однозначно определяемых связей по управлению или нагрузке, незначительно улучшает ситуацию, поскольку диапазон изменения реальных условий движения (тип опорной поверхности, наличие профилированных

ОТ.лг'^чси»оф" о гч о, -УУОХЗТЖ <3 туч-охзр гт^гчтт^^чгсьМГ^*"4"^ V г? *< жрЯдьСдо .ПС1 .1 Дш^ояшз ^ л. р-х. д Л х * всегда шире учитываемых при организации жестких связей- Очевидна целесообразность построения "гибких" систем управления тяговым приводом, способных в какой-то мере адаптироваться к реальным условиям движения, что невозможно при нерегулируемых двигателях и наиболее просто осуществляется с помощью индивидуального управляемого электрического тягового привода колес.

Отечественная промышленность накопила достаточный опыт в производстве электрического транспорта различного технологического назначения, в том числе и автомобильного /16,17,22,23,24/, позволивший определить и уточнить требования к характеристикам основных элементов тягового электропривода, наметить пути его совершенствования, в частности, в направлении преимущественного использования систем переменного тока. Большой вклад, в развитие теории и яракти-кй конструирования электроприводов транспортных средств внесли таете ученые как Тихомиров S.Д. , Ефремов И.С., Степанов iLД., Яковлев А.И., Погарский Н.А., Иныеов Ю.М., Пролыгин А.П., Андреев Ю.М., Исаакян К. Г., Миндлин A.B., Машихнн А, Д. ,Брискман Я. IL, Краснов В. С., Баршадский А.М., Аидерс В.М. Фельдман Ю.М. и многие другие. Ix исследования базируются и дополняю? полученные в смежных отраслях судового, железнодорожного и городского транспорта результаты, где значительный вклад в совершенствование электрооборудования яодвижного состава внесли Ефремов И. С., Камевецкий Б- Г., Винокуров В- , Липошш В. iL, Феоктистов В. П., Загорский А. В. , Золотов М. Б- , Сафронов А. В., Болдов й. А. , .йоффе А. Б. * Сергеев П. С. Трещев H.'iL и другие. Основой для перспективных разработок служат результаты исследований в области алекромашиностроения, выполняемые Глебовны IL А., Постниковым М. М., Алексеевым A.S., Хватовым E.G., Василенко Г- В. * Горяиновым А. Ф. г Тихменевым Б. Н. Виноградовым 4 j cl Д СьЛЛЬС» -£JL Dw lm l/L/JJrl киным M. Г., Оавалишиным Д. А., Кочетковым В. Д,, Соколовым М. М., Булгаковым A.A., Вешеневским С. Я., Эттингером Е.Л., Онщанко Г.Б., Сандлером A.C., Шакаряном Ю.Г., Кйноненко Б.В.,Лабунцовым В.А.,Грабовецкнм Г.В., Глазенво Т.А., Сарбатовым P.C., Юньковым М.Г., Янко-?риницким А.Н., Онищенко Г.Б., Ильинским Н.Ф., йванчен-ко Г.В., Кузнецовым И.С., Т'арасешсо Л.М. и другими ученный, внесшими значительный вклад в теорию и практику автоматизированного з лектро привода.

Тем не менее, современное состояние отечественного злектромо-билестроения не позволяет сделать вывод о завершенности процесса создания теории проектирования и выработке перспективного направления развития конструкций тяговых электроприводов автотранспортных средств- Широко практикуемая заданность типа тягового ,двигателя, способов регулирования его частоты вращения и момента, зачастую определяют конструкцию и направление теоретических исследований в области адаптации рабочего режима тягового электропривода к условиям эксплуатации на мобильном объекте. Подобный подход обусловлен как объективными факторами технологического состояния отрасли электро-- и машиностроения, так и делам спектром субъективных факторе®, от субъективных интересов разработчика до неверных оценок перспектив развития тяговых электроприводов, основывающихся на анализе .преимущественно зарубежного опыта. В частности, большое влияние на формирование технической политики в области тяговых злектроприводов автотранспортных средств оказал длительный опыт эксплуатации систем постоянного тока на железнодорожном транспорте и тенденция западных фирм к сохранению аналогичных систем на ТС. В настоящее время развитие силовой преобразовательной техники переопределило ориентиры разработчиков тягового электрооборудования железнодорожного транспорта в сторону систем переменного тока /25/, хотя необходимые мощности преобразовательных установок еще не отвечают требованиям локомотивной тяги /26/- Имеющийся технический консерватизм западных производителей грузовых электромобилей .во многом объясняется стремлением сохранить стабильность на рынке сервисного обслуживания, сократив затраты на переобучение персонала, неизбежное при. изменении конструкции привода.

Практически полное отсутствие у России экспортного простреттп гг гт<5 ч^Сьо О * гг.гт* тгчо ггтд т т тд »-ч тз Т5г«п*. (iio-nw.ro гт^ч^гл^-чй техники с тяговым электроприводом, трудности его завоевания в ус

СЛГ^ ЯА""1-"^ го Ъ Оч-ХЗяч-гч». со ^"ОЛТ'/' О «л^ л-'.'.'то» г* веяно лучшими, чем на мировом рынке, эксплуатационными свойствами.

1? тг».г -tMJit.lv ОТЛ<*"« ^ гао^гтДГ^ЪТЬ-ЗЯ.Г'/' •о^ч^г* тг| г^гте, г г о 5Г*?«Г*'Г|Г V ттгч тч*чсь тд-ш о, л ь и» «/4 <у о ¿ЗОХхШОД С? лъ^-д С1 х л а ^<С> Д езд Л л хО л рСЗО.». ¿С? льские качества грузового электромобиля, относится коэффициент полезного действия {.КПД} тягового электропривода. Вместе с тем, КЦД собственно электропривода, даже выраженный в системном виде /2?/, не в полной мере отражает .потребительские качества тягового электропривода машин с гиевмоколесным движителем. На это указывалось в работах Поварского Я. А. и Степанова. Ж. Д. /28,-38/, а также неоднократно отмечалось в трудах исследователей движения колеса с пневматической шиной {дневмоколеса) /29 * 33.39/. -Определяющим является влияние контактных взаимодействий в системе "пневмоколесо (ПЩ-~ опорная поверхность" на процесс анергопреобразования в трансмиссии -ТС. Наиболее эффективен процесс знергопреобразов-ания в каскадных схемах электропривода.

В этой связи важной научной проблемой является со здание основ тощи шговш систем ВАГС с индивидуалънъш элешроприводом «олес, базирующейся ж взаимосвязи процессов зкергопреобразоважя, управления и движения при адашщии, пневмонолесного движителя к изменению свойств^ опорной поверхности и методах информационного обеспечения в условиях о г'раниченнш во вмятостей измерения регулируемых координат, народнохозяйственное значение, которой определяется обеспечением крупнотоннажных перевозок и повышением конкурентоспособ-пост большегрузной автмобгиыюй техники на международном ргтке.

Достигаемое на этом пути совершенствование конструкции тягового электропривода автотранспортных средств большой грузоподъемности в направлении сокращения потерь при преобразовании подводимой мощности, разработка обоснованных методов выбора типа электропривода и основ теории проектирования тяговых электроприводов с улучшенными знергопреобразущими свойствами, решают актуальные задачи современности - повышение энергообепеченностн народного хозяйства, экологической безопасности и топливной экономичности. ТО с пневмоколесным движителем.

Выдвижение на первый план проблем энергосбережения и экологи* * С# <"* # Асол гто о -^»-члтгг -о -от/"^Т* ^ Т чл-чти-ч ЛТУЧС* гг * # гол Т"*г\ ттгс. л М

•члтт/ V1"*. ** тг * /г5.~\ г * к о *5«~чтч»-ч -пстго счч и-.-ч<«0 тто'?'* л л тгСг^йГОХЗТГСь г»»г\т>*ч,*-и-ч-г*<,,ч тзптг тч а */г7.?Ер. ^"РОООиЛ ^•ООЛ'&Л'^' т

ЗСЦА^СЗ. ^ лили^ш У ¿Зси^¿Л/3Ш^у '„л и'Си^ОЛъАМ. ^ рукцией БАТС. определяющей требования к тяговому электроприводу ПК. В настоящее время сформировалось направление модульного построения ТО большой и особо большой грузоподъемности /8,9,40, 41/, содержащих модели активного и пассивного типов. При этом применение электропривода позволяет активировать бустерные приводы пассивного модуля, улучшая тяговые качества машины при движении по неорганизованным поверхностям. Вместе с тем, модульный принцип построения БАТС требует от тягового э лектропрнвода работоспособности как в транспортном режиме эксплуатации отдельного -активного модуля, так и в тяговом - .при работе в составе БАТС произвольной конфигурации- Это усложняет процесс управления электроприводом и электромобилем не только в силу необходимости реализации широкого диапазона регулирования скорости движения, но и из-за неопределенности положения модуля в структуре БАТС, влияющей на соотношения связей рулевого управления и углового положения 1Ж транспортного средства, и состояния поверхности движения, свойства которой могут существенно различаться для отдельных колес крупногабаритного элегл

Наиболее полно специфика тяговых режимов машин с пневмоколес-ным движителем нашла отражение в трудах таких ученых, как Чудаков Д.А., Федоров Д.И., Бабков В.Ф., Беккер М.Г., Литвинов А.О., #азе-каш Г.А., Петрушов В.А., Ульянов Н.А., Баловнев В.М., Волков Д.П., Домбровский Я.Г., Холодов А.М., Малиновский Ю-£., Ветре® Ю.А., Агейкин А.С., Вируля А.К., Гуськов В.В., Антонов Д.А., Кнороз В.И., Никулин П.М., Брянский Ю.А.

Характерной особенностью теоретических воззрений большинства исследователей тягового режима .ПК является представление тягового услдия, реализуемого мазкной, функцией проскальзывания элементов пневматической шины относительно опорной поверхности, что находит отражение и при определении необходимой мощности первичного теплового двигателя. Колесо и область контакта представляются различными моделями, сложность которых зависит от деформативных свойств опорной поверхности и колеса, его режимов движения /12, 29, 30 н-32, 42 v 45/. Подобный подход может быть эффективным и при анализе рабочих режимов БАТС, особенно при криволинейном движении, а также яри определении мощностных показателей электропривода. .Получаемые результаты распространили на транспортный режим модуля. Таким образом, задачами исследования являются: Развитие научно-практических методов структурного построения ТЗП и СУ БАТС, разработка основ прикладной теории частотно- каскадного ЭП с улучшенными энергопреобразущими свойствами для многодвигательных систем, определяющее эти основы вопросов методологии., rf •»->^nrrr\p,TT£i чргИТ/а о worvriT.í тл naman ол-папл птегпОл.»J. lüvji^C.^CM&ljSijí j-lji J iCSp¿>yl intu •■< л tij í-> ytijSiiJ ía. теля» методов расчета статических и динамических характеристик сложных систем управления асинхронными электродвигателями на основе методов комплексно-сопряженных амплитуд и кусочно-линейной ап~

-тг\Г\т^<-> jen rr/xr лло» V^VI *0.тттчто; wt. »'чо VS^'O С? 7?тчгs-rvivrmb./г т/'ítü^■е>чг\ ^л1 гтч-ч гг tro"*"* л J. j-Víi^t^alblCli.ijXU.jfU. ? к^уи^иЗД! с? лiJjwJ tJL ¿ CLJÁ x>ЛХхЛ Cl «/Jo. pii x iVm С L^ÍVu«** J ДДС> j.«^ жки функционирования много двигательного ТЗП* учитывающей особенности энергопреобразевания в управляемой системе привода пневмоколе-сиого движителя- Для этого необходимо решение следующих задач:

-разработка методов технико-экономического обоснования структуры ТЗП, включающих такие показатели, кз!с масса, габариты силовой схемы, надежность, стоимость и функциональное соответствие регулировочных возможностей требованиям технологического режима БАТС с индивидуальным приводом ПК и обоснование области применения частотно-каскадного электропривода;

-анализ закономерностей движения пневмоколесного БАТС в условиях взаимодействия с малоупорядоченной средой и выявление закономерностей, определяющих требования к ТЗП и системам управления ТС.: -установление новых взаимосвязей в системе регулируемого ЗП частотно-каскадного типа и разработка основ теории расчета статических и динамических режимов управления частотой вращения ТД;

-выявление новых взаимосвязей и закономерностей процесса управления ТЗП для реализаций движения с заданными качественными показателями и разработка основ расчета параметров систем автоматического управления электроприводом, содержащем взаимосвязанные локальные и общую для БАТС системы регулирования, основанные на принципах автоматического формирования требуемых управляющих воз

Д Л ¿¿¿¿¿Хм

-синтез математических моделей транспортного средства неопределенной конфигурации в плане, ТД в системе индивидуального регулирования, систем управления ТЗП и криволинейны*! движением БАТС.

Целью работы является создание теории построения тяговых систем большегрузных автотранспортных средств, учитывающей взаимообусловленность и-взаимосвязь процессов энергопреобразования и управления в многодвигательном тяговом приводе и пневмоколесном движителе, разработка способов и методов расчета статических и динамических характеристик основных элементов и систем, обеспечивающих эксплуатацию БАТС в условиях низкого качества подготовки

О О» Vг'4 тт.*

Яа защиту выносятся:

1.Математические модели движения пневматического колеса в составе многоопорного транспортного средства, ориентированные для решения задач управления МТС.

2. Концепция и алгоритмы управления многодвигательным тяговым электроприводом при криволинейном движении БАТС.

3. Новые принципы формирования управляющих воздействий, локальные схемы управления БАТС, обеспечивающие инвариантность движения относительно возмущения без введения устройств измерения регулируемых координат и динамических составляющих законов управления

4.Метод и результаты технико-экономического обоснования структуры управляемого ТЗП для тяги пневмоколесных машин с улучшенными регулировочными и энергетическими показателями.

5.Метод расчета установившихся режимов АДФ при частотно-каскадном управлении в системе ТЗП. в. Схема замещения и основные расчетные выражения статически" характеристик частотзю-каскадного электропривода.

-7. Метод линеаризации микропереходных процессов коммутации при импульсном регулировании скольжения и динамическая модель АДФ в частотно - каскадном электроприводе.

Научная новизна работы состоит в том, что разработаны основы теории тяговых систем БАТС с индивидуальным частотно - каскадным электроприводом колес на основе предложенной и научно обоснованной концепции их построения * созданы необходимые математические модели и метода расчета основных характеристик тягового частотно - каскадного электропривода и систем управления

•о

Научная новизна заключается в том* что^

-впервые сформулированы основные требования к тяговой системе БАТС, учитывающие произвольность его конфигурации, многодвигатель-ность тягового привода» отсутствие технической возможности непосредственного измерения целого ряда регулируемых величин, неоднозначность взаимосвязей формирования управляющих воздействий?

-разработана новая концепция построения тяговых систем БАТС и предложена ее структурная реализация* основанная на системном подходе * физических представлениях и принципах взаимообусловленности и взаимосвязи процессов энергопреобразования и управления в многоопорном пневмоколесном движителе с индивидуальным тяговым приводом- Предложенная концепция предусматривает г

-толжси^ж тяговой системы. на основе, жогодвыготльно-го частотно-хоояадного злешропщвода с двухканалшгш взаимонеза-висимш регулированием частоты вращения ТД*

-формирование алгоришюб управления с учетом буксования тевмоколе.сного движителя;

-гтформщионную поддержку управления, основанную па использовании моделей взаимодействия ПК в составе многоопорного движителя с опорной пове.рхнос?пъю в различных режимах, движения, БАТС произволкой ¡шфагуращи в плане, АЦФ в структуре, замкнутой системы частотного и импульсного регулирований частоты вращения;

-впервые разработаны ориентированные для решения задач управления феноменологические модели пневмоколесного движителя в составе БАТС?

- выявлены новые взаимосвязи и предложены новые структуры локальных систем управления рабочим режимом оси пневмоколесного движителя транспортного средства и много двигательным тяговым приводом, обеспечивающие выполнение задаваемой программы движения БАТС инвариантно локальному изменению свойств опорной поверхности -научно обоснована целесообразность применения частотно - каскадного тягового электропривода путем сравнительного анализа технике - экономических показателей систем многодвигательного ТЗН и процессов внергопреобразования в тяговой системе БАТС;

-разработан новый метод инверсии входных воздействий, дополняющий метод комплексно-сопряженных амплитуд» отражающий специфику эектромагнитного преобразования энергии в асинхронном двигателе с выпрямителем в роторе. Получены новые зависимости и разработаны .инженерные методы расчета статических характеристик электродвигателей переменного тока на основе предложенной схемы замещения АДФ i с, с выпрямителем б цели ротора!

-впервые разработан метод кусочно-линейной аппроксимации процессов импульсного <индивидуального) регулирования частоты вращения АДФ по цепи выпрямленного тока ротора и установлены новые взаимосвязи управляющих воздействий и управляемых величин* определяющие ТД элементом системы автоматического управления»

Практическое значение работы определяется решением на основе результатов научных исследований прикладных задач проектирования, тяговых систем БАТС? начиная от технико-экономического обоснования принимаемых решений до расчета настроечных параметров и характеристик замкнутых систем управления приводом и машиной

Создана базовая структура тяговых систем БАТС, основанная на взаимосвязи процессов энергопреобразованмя в тяговом приводе и пневмоколесном движителе и управления движением БАТС- Введение в алгоритмы управления моделей» отражающих требуемые характеристики процессов управления, позволяет повысить его качество? стимулирует и алгоритмически поддерживает практическое .внедрение цифровых комплексов на различных иерархических уровнях системы

Разработаны математические модели процессов управления движением БА.ТС, отражающие основные особенности энергопреобразования в системе пневмоколесного полноприводного движителя при криволинейном движении- Использование моделей в системах автоматического управления позволяет повысить точность воспроизведения заданной траектории при централизованном управлении БАТС

Разработаны инженерные метода расчета статических и динамических характеристик, закладывающие практическую основу проектирования управляемых систем частотно-каскадного электропривода- Установленные взаимосвязи и закономерности управления асинхронным двигателем в частотно-каскадном электроприводе? же количественные зависимости, создаст основу для выбора параметров тяговых двигателей, определения энергетических и регулировочных возможностей системы привода

Разработаны реализующие предложенные алгоритмы конструкции элементов И устройств автоматизации , .3 ПреДЛОЖеННОВ ИСПЫТаТбЛЬ-ное устройство

Создан лабораторный образец нового функционально ориентированного тягового частотно-каскадного электропривода , отвечающего условиям эксплуатации БАТС- Привод характеризуется повышенными » по сравнению с другими системами асинхронного электропривода, анерголресбразующими свойствами, позволяет полнее использовать ограниченные энергетические возможности автономной тяговой системы пневмоколесной машины*

Результаты работы прошли промышленную проверку и используются при разработке алгоритмов управления мтгодвигательными системами с асинхронными двигателями на Белгородском комбинате асбестоцемен-тных изделий {г. Белгород) и ОАО "Челябинский машиностроительный завод автомобильных прицепов" (г. Челябинск), в ЦНИИОМТП (г. Москва) , НПО "Электроника" <.г-.Воронеж)* 21 НИИИ автомобильной техники МО РФ {г.Бронницы, Московской обл.), учебном процессе при подготовке инженеров по специальности "Автоматизация технологических процессов" * а также аспирантов по специальности e5.s9.03 "Электромеханические комплексы и системы* включая ю.: регулирование и управление" в ВГАСА и МАМИ, рекомендуются для расширенного внедрения в практику проектирования в КБ "Мотор", АЭК "Динамо",

Вклад автора в разработку проблемы состоит в научной постановке задач теоретических и экспериментальных исследований? разработке методических вопросов и содержания исследований« создании математических моделей движения колеса с пневматической шиной? развитии метода комплексно-сопряженных амплитуд применительно к анализу работы асинхронного электродвигателя с выпрямителем в цепи рот-ерш разработке метода кусочно-линейной аппроксимации процессов в цепи выпрямленного тока ротора при импульсном регулировании частоты вращения электродвигателя; анализе и обобщении результатов .исследований! формулировке исходных требований к научным и практическим разработкам тягового электропривода и его систем управления ? научном обосновании взаимосвязей управления» обеспечивающих адаптацию режима работы привода, к условиям движения транспортного средства. Экспериментальные исследования, разработка программ для ЭВМ» разработка конструктивных устройств управления приводом, проведены под научным руководством и непосредственном участии автора»

Достоверность и обоснованность полученных результатов определяется использованием экспериментально подтвержденных положений при разработке математических моделей пневмоколесного .движителя» классических и распространенны}? методов описания динамических процессов механических систем и систем автоматического регулирования

Правомерность математической модели пневмоколесного движителя подтверждается данными» полученными рядом авторов при зкслеримен

А 'У ■ь тальном изучении процессов прямолинейного и криволинейного даже

Сановные положения и методы? сформулированные при аналитическом исследовании процессов энергопреобразования в частотно-каскадном электроприводе* работоспособность и реализация прогнозируемых качественных показателей процессов регулирования подтверждены совместно с коллективом кафедры ЭКЭМС МММ экспериментальными исследованиями физической модели частотно-каскадного электропривода с .цифровой системой управления* оснащенной необходимой измерительной и регистрирующей аппаратурой

Основные положения диссертации доложены и одобрены на Всесоюзной научно-технической конференции "Современные задачи преобразовательной техники"*Киев» i975T на Всероссийских научно-технических конференциях "yii НТК по вопросам автоматизации производства"» Томск» 1973| ".Актуальные проблемы строительства" * Воронеж» i9s? » на международных конференциях <1 Ir.ter-natiGir.al Confer-ence or. Electro-mechanics arid Elect г о t е с h r¡ о 1 с- g у» Suzdal, Russia, 12-16 September 1994.;- Internat i anal Seientif ie-Teehrtical Confer-g-nee on UftCOïwenti — onal Electr о fTi e с h a n icol and Elect г otee h я í с a i Systems. Sevastopol, U k га in s-, July î Э— 15 5 1995 г II I г? t ё г- и a. t i о п а I Conte г-enc-a- on Electr-o--se с h âr« ics and Elect r- s tec h n о 1 в у у » К г у m, Ukraine, 1 -5 Oetouéer,

1994>, на международном научно-техническом семинаре " Электромеханические системы с компьютерным управлением на автотранспортных средствах и в их роботизированном производстве" Суздаль» 22-2& февраля 1993 г-» на научно-технических конференциях с международным участием "Научно-технический прогресс в автомобиле-строении" Москва» i994i "Проблемы промышленных электромеханических систем и перспективы их развития" » Ульяновск» и - i* октября» 1996? на. s Международной школе-семинаре "Перспективные системы управления на железнодорожном » промышленном и городском транспорте"» Алушта, Украина» 1995 Г» 46-й <1988 Г->, А7-й <1989 Г - > И 48-й < 199(3 Г - > НауЧ-во-методических' и научно-исследовательски: конференциях ШДЙ* ежегодных научно-практических конференциях ВИСИ и ВГАСА <1973 - 1997 г-г- >, опубликованы в 55 печатных работах, защищены 12 авторскими wijvJîljiijCî j. С» »/д х» л. Sj

Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 196 наименований и 3 приложений, изложена, на 393 страницах машинописного текста, иллюстрирована i 59 рисунками и 1.2 таблицами

Заключение диссертации по теме «Колесные и гусеничные машины», Волков, Вячеслав Дмитриевич

Выводы

1.Правомерность принятых при теоретическом анализе статических режимов асинхронного двигателя допущений, адекватность полученных выражений доказана экспериментальными исследованиями частотно-каскадного электропривода. Расхождение расчетных и эксдеримантальшх значений момента, двигателя составляет 5 а. действующих значений токов - 1Ь~1В% в зоне максимальных наги узок,

2. Подтверждена. экспериментом возможность повышения анерго-яреобразувдих свойств частотно-каскадного электропривода за счет рекуперации анергии скольжения. Коэффициент .полезного действия системы .привода сохраняет достаточно высокое значение в широком диапазоне нагрузок, превосходя аналогичной .показатель двигателя. Рекуперация дозволяет ка 1 о-гЗ-5 Ж снизить энергопотреоление системы привода, являясь эффективным .инструментом рационального использования ограниченной мощности анергоясточнжка в сложных условиях движения БАЮ.

8.Экспериментально .подтверждена правомерность использования разработанных методов инверсии жодных воздействий и кусочно-линейной аппроксимаций при анализе систем частотно-каскадного эле-кттспрйвода и систем управления приводом и В&ТС. .Использование метода МВВ дозволяет определять токи, момент и коэффициент мощности асинхронного двигателя без ограничений, налагаемых рабочим режимом роторного выпрямителя. В соответствии с разработанным методом, точность расчета характеристик ДР во второй и третьей областях работы роторного выпрямителя может быть повышена учетом .влияния, угла коммутации вентилей на форму коммутируемого в ротор напряжения.

Метод кусочно-линейной аппроксимации позволяет не только с достаточной для инженерной практики точностью рассчитывать переходные режимы в цепи выпрямленного тока ротора при импульсном регулировании скольжения, но, что более важно, обеспечивает экспериментально подтвержденную возможность синтеза замкнутых систем регулирования с необходимыми динамическими и статическими свойствами.

4.Доказана работоспособность и устойчивость замкнутой системы управления частотой вращения АДФ с обратной связью до расчетному скольжению ротора. Подтверждены акспивиментальными исследованиями высокое быстродействие системы к астатический характер регулирования,, что позволяет рекомендовать схему для практического использования,

5. Имитационным моделированием подтвержена. целесообразность и работоспособность системы связанного управления двигателями оси транспортного средства. Указанная связь позволяет стабилизировать на заданном уровне действительную скорость движений ПК практически независимо от изменения грунтовых условий.