Синтез систем управления автоматизированным экскаваторным электроприводом с использованием скользящих режимов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Коловский, Алексей Владимирович

• Коловский, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Коловский, Алексей Владимирович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Анализ объекта исследования

1.1 Экскаватор как объект автоматизации открытой добычи полезных ископаемых

1.1.1 Электромеханическая система управления процессом экскавации

1.1.2 Автоматизация технологических процессов экскавации

1.1.3 Экскаваторный электропривод как система автоматического регулирования скорости и момента

1.2 Обзор результатов совершенствования силовой части систем управления

1.3 Обзор методов теории автоматического управления, применяемых

в системах управления электроприводами

1.4 Математическое описание объекта управления

1.5 Электропривод с классической системой подчиненного регулирования

1.6 Выводы

2. Синтез алгоритмов управления электроприводом копающих механизмов с использованием систем с переменной структурой

2.1. Система управления с переменной структурой электропривода по системе генератор - двигатель

2.2

2.3. Комбинированные системы управления переменной структуры электроприводов с последовательной коррекцией внутренних координат

2.3.1 Система управления с переменной структурой с последовательной коррекцией питающего напряжения

2.3.2 Системы управления с переменной структурой электроприводов

с последовательной коррекцией питающего напряжения и тока якорной цепи

2.4 Исследование динамики электропривода с системами переменной структурой

2.5 Выводы

3 Электропривод копающих механизмов с системой управления с переменной структурой

3.1 Математическое описание электропривода в режиме

Скольжения

3.2 Синтез поверхности переключения исходя из желаемого расположения корней

3.3 Синтез оптимальной поверхности переключения для заданного квадратичного критерия

3.4 Синтез закона управления, обеспечивающего устойчивый скользящий режим

3.5 Исследования динамики электропривода с рассмотренными законами управления

3.6 Выводы

4 Электропривод копающих механизмов с адаптивной системой с переменной структурой

4.1 Постановка задачи

4.2 Выбор параметров эталонной модели

4.3 Синтез закона управления, обеспечивающего устойчивый скользящий режим

4.4 Исследования динамики электропривода с рассмотренными законами управления

4.5 Выводы

5. Проверка результатов исследования на физической модели

5.1 Описание блоков и модулей модели

5.2. Экспериментальное исследование электропривода с системой

с переменной структурой

5.3 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованных источников

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез систем управления автоматизированным экскаваторным электроприводом с использованием скользящих режимов»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в России существует большой парк экскаваторов, среди которых карьерные экскаваторы функционируют в наиболее трудных условиях при разработке скальных пород и мерзлых грунтов.

Электропривод механизма копания карьерного экскаватора представляет собой сложную многомассовую систему и, следовательно, на его динамику большое влияние оказывают зазоры в передачах и действие упругих элементов. Также жесткость упругой связи и момент инерции исполнительного органа значительно меняются в процессе технологического цикла и зависят от геометрического положения исполнительного органа в пространстве.

Обеспечение требуемого качества управления технологическими процессами экскавации целиком возлагается на систему управления. Оптимизация управления технологическими процессами экскавации позволяет решить проблему увеличение эксплуатационной надежности, за счет снижения динамических нагрузок в упругих элементах.

В настоящее время в СНГ из всего разнообразия применяемых систем управления электроприводами главных механизмов экскаваторов наибольшее применение нашла так называемая унифицированная структура экскаваторного электропривода, разработанная В.И. Ключевым. По сути, эта система близка к классической системе подчиненного регулирования (СПР) с определенными модификациями, которые учитывают особенность экскаваторного электропривода. Но использование классической СПР, изначально разработанной для линейной одномассовой системы, не предназначено для

электропривода с упругими связями.

Таким образом, совершенствование методов синтеза управляющих устройств и способов управления автоматизированными электроприводами экскаваторов, основанных на адекватных этим системам теоретических исследованиях, является актуальной научной задачей. Решение выше сформу-

лированной научной задачи базируется на использовании результатов исследований ученых в области автоматизированного электропривода, теории автоматического управления и в нескольких смежных областях.

Вопросами теории и практики экскаваторного электропривода занимаются многие научно-исследовательские институты и промышленные предприятия: ОАО «Электропривод» (бывший ВНИИ «Электропривод»), ОАО «Электросила», ОАО «Рудоавтоматика», заводы Уралмаш, НовоКраматорский, Ижорский и др., а также кафедра АЭП МЭИ и другие научные школы вузов Москвы, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга, Харькова,

Львова, Красноярска.

Существенный вклад в развитие теории и практики систем управления автоматизированного электропривода экскаваторов и других общепромышленных механизмов внес В.И. Ключев [26, 33-35]. Работы его научной школы Ю.А. Вуля, В.И. Яковлева, М.В. Терехова и др. посвящены как силовой части, (преобразователи постоянного и переменного тока), так и информационной части системы управления [16, 114, 116]. Итогом последних десятилетий научных исследований под его руководством явилось создание концепции модульного построения электропривода большинства известных сегодня структур на основе использования минимального числа унифицированных однотипных моноблоков. Технически данная концепция реализована в серии многофункциональных моноблочных тиристорных преобразователей ПТЭМ, применяемых для управления возбуждением генераторов [86, 87, 115].

Механическая часть экскаваторов подробно рассмотрена в работах Д.П. Волкова [13, 14], Л.С. Удута [104]. Особенности математического описания и моделирования электропривода экскаватора рассмотрены в работах В.И. Кочеткова и его учеников [30, 48-51, 96].

Системы управления, построенные по принципу подчиненного регулирования, получили наибольшее распространение на общепромышленных электроприводах [4, 6, 24, 58, 79, 110]. Для синтеза систем последовательной

коррекции немецким ученым Кесслером разработаны два метода: «симметричного оптимума» и «технического оптимума». Несомненным достоинством таких систем является простота настройки и реализации, как в аналоговом, так и в цифровом виде [36, 85, 95, 98, 103]. Недостатком используемых СПР является синтез только двух, трех контуров регулирования, что вынуждает рассматривать объект управления как одномассовый.

В области оптимального управления необходимо отметить в первую очередь работы JL Эйлера, Р. Беллмана [5], JI.C. Понтрягина [93], H.H. Кра-совского [69], составляющие основы математической теории оптимального управления, в которых изложены методы динамического программирования, вариационные методы, принцип максимума. Необходимо выделить работы по синтезу алгоритмов управления в соответствии с критерием аналитически конструируемого оптимального регулятора (АКОР): А.М. Летова [71, 72], A.A. Красовского [100], а также работы зарубежных авторов X. Квакернаака и Р. Сивана [29], Р. Калмана [28, 128]. Данные методы нашли широкое применение в основном для управления летательными аппаратами, а для совершенствования системы управления экскаваторного электропривода необходимо их развивитие.

Перспективным также выглядит подход, основанный на теории «Комбинированных оптимальных систем управления» [55-57], заключающийся в последовательной коррекции внутренних координат электропривода, когда регуляторы внутренних координат рассчитываются по методике «технического оптимума», а регуляторы внешних координат - на основе теории оптимальных систем (АКОР) [40, 88, 89].

В настоящее время активно развивается, и получил широкое распространение адаптивный подход [2, 3, 32, 73-77, 80, 82, 90, 121]. Его концепция связана с приспосабливанием управляемой системы к влиянию внешней среды для достижения желаемого поведения. Наиболее часто функционирование адаптивных систем происходит с использованием подстройки параметров устройства, реализующего закон управления. Основными методами адапта-

ции являются методы поисковой и беспоисковой адаптации, адаптации с эталонной и настраиваемой моделью.

Высокое качество динамических процессов может быть достигнуто при проектировании, если рассматривать синтез систем управления электропривода, используя теорию систем с переменной структурой, основоположником которой является академик C.B. Емельянов [102]. Его ученики В.И. Уткин, В.А. Таран, А.Е. Федотова, В.А. Костылева, A.M. Шубладзе,

B.Б. Езеров, E.H. Дубровский и др. внесли существенный вклад в развитие этой теории.

Дальнейшим развитием и обогащением теории систем с переменной структурой явились теория систем с разрывным управлением [105, 106, 108, 121] и теория бинарных систем и новых типов обратной связи [19-21]. Первая строится на использовании многомерного скользящего режима в пространстве состояний для решения поставленных задач управления, а вторая, базируется на принципе бинарности, т.е. двойственной природе сигналов в нелинейных динамических системах, что позволяет возложить синтез оператора стабилизирующей обратной связи на вспомогательную нелинейную систему.

Применению систем с переменной структурой посвящены работы

C.Е. Рывкина [97], A.B. Бушева [8-10] и других авторов. Использованию данной теории для экскаваторного электропривода посвящены работы В.П. Ко-четкова и его учеников [39-47, 53, 54, 59-62, 66, 68].

Цель работы: синтез и исследование систем управления с переменой структурой для электроприводов копающих механизмов экскаваторов, позволяющих повысить показатели качества динамических процессов.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- синтез комбинированной системы управления с переменной структурой электроприводом копающих механизмов экскаваторов посредством

последовательной коррекции внутренних координат электропривода и СПС внешних координат;

- оптимизация динамики экскаваторного электропривода с помощью организации скользящего режима, минимизирующего квадратичный критерий оптимальности;

- определение влияния весовых коэффициентов критерия оптимальности на динамику ЭМС;

- синтез системы управления с переменной структурой экскаваторным электроприводом с явной эталонной моделью и определение ее параметров;

- проверка эффективности разработанных систем и алгоритмов разрывного управления экскаваторным электроприводом при помощи структурного моделирования.

Методы исследований: дифференциального и интегрального исчислений, пространства состояния, для описания и анализа динамики ЭМС; модального управления и АКОР для синтеза поверхности переключения; теории систем с переменной структурой и функции Ляпунова для синтеза законов управления. Расчеты и компьютерное моделирование проводились с использованием программного пакета МАТЬАВ.

Научная новизна и научные результаты, выносимые на защиту:

- способ синтеза комбинированных систем управления с переменной структурой, заключающийся в последовательной коррекции внутренних координат (тока возбуждения или тока якорной цепи) и использованием теории систем с переменной структурой для регулирования внешними координатами электропривода;

- впервые для управления экскаваторным электроприводом применена система с переменной структурой, поверхность переключения которой выбрана таким образом, что движению по ней соответствует минимум квадратичного функционала;

- на основании анализа влияния весовых коэффициентов критерия оптимальности на динамику электропривода предложен способ выбора коэффициентов критерия оптимальности, заключающийся в разделении координат на группы с последующим выбором весовых коэффициентов для каждой группы с учетом максимально допустимого отношения весовых коэффициентов при каждой группе;

- экскаваторный электропривод с системой управления с переменной структурой с явной эталонной моделью и способ выбора ее параметров заключающийся в синтезе замкнутой следящей оптимальной системы при средних параметрах объекта управления, математическое описание которой и является эталонной моделью.

Достоверность полученных результатов работы определяется обоснованностью принятых допущений, удовлетворительным совпадением результатов модельного и физического экспериментов.

Практическая ценность результатов работы заключается в том, что используемые законы управления позволяют повысить качество отработки задающих воздействий электромеханическими системами в динамических режимах и снизить величину упругого момента в режиме жесткого стопоре-ния.

Использование результатов диссертации. Материалы диссертационной работы, касающиеся моделирования и синтеза систем управления с переменной структурой электроприводами, использованы на предприятиях: разрез «Нерюнгринский» филиал ОАО ХК «Якутуголь» и ООО «СУЭК-ХАКАССИЯ» разрез «Черногорский», а также в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных проектов студентами кафедры «Электроэнергетика» Хакасского технического института - филиала ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет».

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы непосредственно докладывались и обсуждались на следующих конференциях: V Международной конференции по автоматизированному

электроприводу АЭП-2007. (г. Санкт - Петербург, 2007 г.), IV Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления опыт инновационного развития» (г. Томск, 2007 г.), XIV, XV Международных научно-практических конференциях студентов, аспирантов, и молодых ученых «Современная техника и технологи» (г. Томск, 2008, 2009 г.г.), XVII Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (СИБРЕСУРС-17-2011) (г. Томск, 2011 г), III, IV Всероссийских научно-практических конференциях «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях» (г. Новокузнецк, 2006, 2010 г.г.), VI Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (г. Новокузнецк, 2007 г.), Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука: начало XXI века» (г. Красноярск, 2008 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Россия молодая: передовые технологии - в промышленность!» (г. Омск, 2008 г.), Всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2008 г.), 6-й Региональной научно-практической конференции «Интеллектуальные ресурсы ХТИ - филиала СФУ - Хакасии 2007 (наука, техника, образование)» (г. Абакан, 2007 г.), I, II Межрегиональных научно-практических конференциях «Инновационное развитие, модернизация и реконструкция объектов ЖКХ в современных условиях» (г. Абакан, 2010, 2011 г.г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 27 работах. Из них 3 статьи в изданиях по перечню ВАК, 1 учебное пособие, 2 патента РФ, 2 статьи в научных журналах не входящих в перечень ВАК, 15 статей в сборниках докладов Международных и Всероссийских конференций, 4 статьи в сборниках докладов Межрегиональных и Региональных конференций.

Общая характеристика диссертации. Диссертационная работа представлена на 173 страницах, включающей 149 страниц основного текста,

содержит 87 рисунков, 6 таблиц и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 132 наименований на 16 страницах и 6 приложений на 8 страницах.

В первом разделе рассмотрен экскаватор и электропривод экскаватора, проанализированы известные принципы построения систем управления экскаваторного электропривода. Приведено математическое описание объекта управления, рассмотрены классические системы подчиненного регулирования. Выявлены особенности и недостатки таких систем, поставлена задача дальнейшего исследования.

Во втором разделе рассмотрен синтез систем с переменной структурой для электропривода копающего механизма, когда состояние управляемого процесса полностью определяется ошибкой выходной координаты (скорости двигателя) и ее производными. Приведены результаты анализа динамики полученных систем в различных номинальных и аварийных режимах.

Третий раздел посвящен синтезу систем с переменной структурой для электропривода копающего механизма, фазовое пространство которого не является пространством производных сигнала ошибки. Приведено математическое описание ЭМС в режиме скольжения, синтез поверхности переключения при помощи модального метода и оптимального управления, синтез законов управления, обеспечивающих устойчивый скользящий режим. Исследованы переходные процессы электроприводов рассмотренных систем с переменной структурой.

Четвертый раздел посвящен синтезу адаптивных систем с переменной структурой с явной эталонной моделью для управления электроприводом копающего механизма. Приведена методика выбора эталонной модели, основанной на оптимальном управлении выходной координатой электропривода.

В пятом разделе приведено описание экспериментальной установки, позволяющей исследовать электропривод с системой управления с переменной структурой. С помощью экспериментальных исследований и сравнения

их с результатами моделирования сделана проверка полученных в работе результатов.

В заключении сформулированы основные научные и практические результаты, полученные в диссертационной работе.

1 Анализ объекта исследования

Сделано описание экскаватора в целом, как средства механизации и автоматизации при открытых горных работах. С позиции исследования электромеханических систем экскаватора дан обзор и анализ известных решений в области системы управления экскаваторного привода.

1.1 Экскаватор как объект автоматизации открытой добычи полезных ископаемых

Экскаваторами, являющимися основным средством механизации при открытых горных работах, выполняются выемочно-погрузочные работы. По характеру рабочего процесса экскаваторы бывают циклического действия -одноковшовые, и непрерывного действия - многоковшовые. Одноковшовые экскаваторы имеют рабочий цикл, включающий черпание, перемещение породы к месту выгрузки, выгрузка и возвращение рабочего органа в исходное положение. По конструктивной связи ковша со стрелой различают экскаваторы с жесткой связью (прямая и обратная лопата) и гибкой (драглайн, грейфер). По типу силовых установок - электрические, дизельные, дизель-электрические, дизель- или электрогидравлические. В зависимости от емкости ковша: экскаваторы малой мощности (с ковшом емкостью до 2 м ), средней мощности (2-8 м3) и большой мощности (более 8 м3).

Карьерные экскаваторы применяются при разработке наиболее тяжелых, скальных пород. Наиболее типичным для разрезов России является использование карьерных гусеничных экскаваторов большой и средней мощности, которые имеют электрический привод. Повысить эффективность производства открытых горных работ можно, совершенствуя силовую часть электромеханической системы управления технологическим процессом добычи, улучшением использования существующего оборудования при помощи ав-

томатизации и оптимизации управления технологическими процессами экскавации.

1.1.1 Электромеханическая система управления процессом экскавации

Современный карьерный экскаватор является сложной высокопроизводительной машиной, которая по насыщенности электрооборудованием, по общеустановленной мощности электрических машин сравнима со средним промышленным предприятием. Совершенство технологического процесса экскавации зависит от совершенства применяемого экскаваторного электропривода.

На рис. 1.1 приведен один из примеров силовой части схемы электромеханической системы управления процессом экскавации карьерных экскаваторов. В схеме: ТВ - тиристорный возбудитель; ОВ - обмотка возбуждения генератора; Г - генератор; Днш\ ДП0Л - двигатели напора и подъема; Д - двигатель поворота; мунап, иупод , иу - задающие воздействия на приводы напора, подъема и поворота; -Лнап, (./Гд) - приведенный к валу двигателя напора (подъема) суммарный момент инерции этого двигателя и его редуктора; Ju, приведенные к валам двигателей поворота суммарные моменты инерции этих двигателей и их редукторов 7биап, (Убп°д) - приведенный к валу двигателя напора (подъема) момент инерции барабана; Л - приведенный момент инерции поворотной платформы экскаватора со стрелой; Jк - приведенный момент инерции рукояти и ковша с грузом; С12нап, с 12под, с и - эквивалентные жесткости редукторов; с23нап, с23под - эквивалентные жесткости канатов, с23 - эквивалентная жесткость рукояти; Рп"9", р)2П0Д - коэффициенты вязкого трения; Дфзь Лфз2 - зазоры в передачах.

Копающие механизмы

Поворотный механизм

Все основные механизмы оборудованы индивидуальными электроприводами постоянного тока по системе управляемый преобразователь-двигатель (УП-Д), с силовым тиристорным преобразователем ТП-Д (система тиристорный преобразователь - двигатель) или с машинным преобразователем Г-Д (генератор - двигатель). В качестве возбудителя генератора вначале применялись либо электромашинный усилитель, либо магнитный усилитель (система МУ-Г-Д), которые в настоящее время активно вытесняются тиристорным возбудителем (система ТВ-Г-Д) и транзисторным возбудителем (система ТрВ-Г-Д) [83, 115]. Индивидуальный привод копающих механизмов либо однодвигательный, либо двухдвигательный. Индивидуальный привод

для механизма поворота экскаваторов средней мощности - двухдвигатель-ный, а для экскаваторов большой мощности трехдвигательный и четырех-двигательный. Электроприводом переменного тока оборудована лишь небольшая серия экскаваторов в России и за рубежом. Это система ПЧ-АД (преобразователь частоты - асинхронный двигатель) со звеном постоянного тока или с непосредственным преобразователем частоты (система НПЧ-АД).

1.1.2 Автоматизация технологических процессов экскавации

Под автоматизацией технологических процессов понимают применение приборов, аппаратов и устройств, позволяющих осуществлять технологические процессы без непосредственного участия человека.

Наибольший технико-экономический эффект может быть получен при автоматизации всех операций рабочего цикла экскаватора, включая и вспомогательные. Однако для одноковшовых экскаваторов возможность автоматизации всех операций затруднена вследствие значительных изменений условий работы от цикла к циклу, разнообразия возможных конфигураций забоя, условий заполнения и разгрузки ковша и других особенностей. Вместе с этим автоматизация отдельных операций одноковшовых экскаваторов является экономически целесообразной и технически осуществимой. Особенно важной является автоматизация процесса копания, обеспечивающая рациональное использование мощности электроприводов напорного и подъемного механизмов, и, как следствие, увеличение производительности [25, 73]. При ручном управлении режим загрузки двигателей копающих механизмов задается машинистом субъективно, регулированием размеров срезаемой стружки. Однако достаточно быстро определить изменение в сопротивлении грунта и изменить толщину стружки при ручном управлении невозможно, и это приводит либо к недоиспользованию мощности двигателей, а, следовательно, к потере производительности, либо к перегрузке двигателей и узлов машины. Работы по оценке влияния режимов управления на показатели процесса экс-

кавации, проведенные Московским инженерно-строительным институтом, Киевским институтом автоматики, Свердловским горным институтом, Пермским политехническим институтом и рядом других организаций, показали, что у машинистов различной квалификации производительность может отличаться на 30-60%, а перегрузки в электроприводах - на 30%. Максимально возможную производительность можно получить только с помощью автоматического регулирования процесса копания. Вопрос автоматизации копания имеет особенно актуальное значение для крупных экскаваторов, позволяя проводить копание при оптимальных значениях скорости и вращающего момента электродвигателя подъема в условиях плохой видимости ковша. Одними из первых были разработаны системы автоматического регулирования, которые в процессе копания поддерживают постоянное значение тока подъемного двигателя (в последующих разработках сила в упругом элементе ЭМС подъема), близкое к значению тока отсечки, что обеспечивает наименьшую длительность заполнения ковша. При разработке неоднородных пород ток подъема (сила в упругом элементе) будет изменяться с меньшими бросками, чем при ручном управлении. Автоматическая система в начале копания обеспечивает заглубление ковша на максимальной скорости напора. Толщина стружки увеличивается до значения, соответствующего полной нагрузке двигателя подъема. Если при черпании нагрузка на двигатель возрастает до недопустимой величины, толщина стружки уменьшается. После снижения сопротивления резанию ковш опять автоматически заглубляется. Таким образом, происходит автоматический обход препятствия. При встрече ковша с непреодолимым препятствием система автокопания реагирует значительно быстрее, чем машинист. Поэтому токи в двигателе подъемного механизма и силы в подъемных канатах заметно уменьшаются. Данный способ ограничения динамических нагрузок при использовании систем автоматизации процесса копания нашел отражение в работах М.С. Ломакина [73] и других.

Создание систем автоматизации транспортировки ковша, которое осуществляется механизмом поворота, также является важной задачей. Автоматизация управления транспортными операциями, освобождающая машиниста от управления машиной при транспортировании ковша, способна снизить утомляемость машиниста, позволив ему сосредоточить внимание на основных этапах рабочего цикла. Повышение производительности при автоматическом управлении может быть достигнуто совмещением рабочих движений подъема и поворота ковша. Работы В.Н. Полузадова и его научного коллектива [25, 92] посвящены оптимизации работы одноковшовых экскаваторов в периоды транспортных операций. Работы М.Б. Носырева [84] посвящены оптимизации параметров и режимов работы электроприводов экскаваторов с учетом заданных горно-геологических условий эксплуатации.

1.1.3 Экскаваторный электропривод как система автоматического регулирования скорости и момента

Эффективность систем автоматического управления, применяемых для автоматизации экскаваторов, во многом определяется качеством экскаваторного электропривода. При создании систем автоматизации экскаватора его главные механизмы вместе с электроприводами приходится рассматривать как объекты управления, параметры которых оказывают существенное влияние на свойства всей системы. Поэтому при проектировании систем автоматики важно уметь правильно выбрать рациональную структуру экскаваторного электропривода.

Электропривод главных механизмов имеет замкнутую систему автоматического регулирования. Основными регулируемыми величинами для экскаваторного электропривода являются: угловая скорость двигателя юд и величина движущего момента Мд или тока якорной цепи 1а. Экскаваторный электропривод как динамическая система должен удовлетворять определен-

ным требованиям, предъявляемым к качеству регулирования в установившихся и переходных режимах.

В установившемся режиме при нормальных рабочих нагрузках ста-тизм механической характеристики не должен превышать 7%. Величина момента привода и тока якорной цепи при перегрузках не должна превышать заданных стопорных значений. Это требование вызвано возможностью вынужденной остановки рабочего органа при встрече во время работы с непреодолимым препятствием.

Сформулированные требования находят отражение в так называемой «экскаваторной» электромеханической характеристике (характеристика 1 на рис. 1.2), которая состоит из двух участков: с малым наклоном в области рабочих нагрузок и круто падающей частью при перегрузках. Длительная работа в области около Мотс может привести к перегреву исполнительного и приводного двигателя (в системе Г-Д). Поэтому для избегания данного эффекта ОАО «Рудоавтоматика» в системе управления уменьшают жесткость характеристики уже после номинального момента [115] (характеристика 2 на рис. 1.2). Таким образом, создается участок с почти постоянной номинальной мощностью. Далее при увеличении момента нагрузки характеристика значительно смягчается, ограничивая момент приводного двигателя стопорным значением.

Рис. 1.2. Электромеханическая характеристика экскаваторного электропривода

На рисунке Мном - номинальный момент, Мотс - момент отсечки,

А/стоп - стопорный момент.

Динамические характеристики отличаются от статических. Чем совершеннее система электропривода, тем выше у нее быстродействие и тем больше возможностей приблизить динамические характеристики к статическим. Если динамическая характеристика существенно отличается от статической, это сказывается либо на быстродействии системы, когда моменты в динамическом режиме меньше момента отсечки, либо на долговечности и надежности системы, когда моменты существенно выше момента стопорного. Важной особенностью экскаваторных электроприводов является существенное влияние упругих механических связей и кинематических зазоров в передачах и рабочем оборудовании на динамику системы.

Характерными особенностями электроприводов поворота являются: во-первых, большие приведенные к валу двигателя инерционные массы поворотной платформы с оборудованием, стрелой и ковшом на значительном вылете, во-вторых, большое передаточное число и, в-третьих, наличие в кинематической цепи открытого зубчатого зацепления ведущей шестерни с неподвижным венцом, отличающегося невысокой точностью изготовления, работающего с консистентной смазкой и подверженного быстрому износу. Это определяет повышенный кинематический зазор и кинематическую погрешность передач, поэтому режимы разгона и торможения механизма поворота сопровождаются процессом зазорообразования и резонансными явлениями, когда максимальные броски упругого момента более чем в два раза могут превысить стопорное значение. Резонансные явления с зазорообразованиями вызывают вибрацию платформы, тряску и подобные явления в металлоконструкциях, которые затрудняют нормальную работу машины.

Передачи копающих механизмов работают в масле, имеют меньшие модули и более высокую точность изготовления, поэтому зазоры и кинематические погрешности не оказывают существенного влияния на нагрузки электропривода. Поэтому в пускотормозных режимах к приводу копающих

механизмов предъявляется требование высокого быстродействия протекания переходных процессов при выполнении ограничений на темп нарастания тока якорной цепи.

Механизмы напора и подъема испытывают систематические перегрузки в процессе черпания грунта. Механизм подъема испытывает перегрузки, которые обычно устраняются машинистом воздействием на напорный механизм, однако во многих случаях происходят стопорения подъемного механизма. При внезапной встрече ковша с непреодолимым препятствием - крупным валуном или участком невзорванной скалы, не замеченным машинистом, возникают режимы резкого стопорения. Процесс стопорения имеет колебательный характер. Перегрузки тем больше, чем больше начальная скорость, а при стопорении - момент инерции и жесткость рабочего оборудования. Механизмы напора экскаваторов ЭКГ-10 и ЭКГ-20А и механизмы подъема экскаваторов ЭКГ-8И, ЭКГ-12.5, ЭКГ-10, ЭКГ-15, ЭКГ-20А имеют двухдвигательный электропривод. Динамические нагрузки, обусловленные освобождающейся кинетической энергией масс электропривода в процессе стопорения, увеличивают силу резания на зубьях ковша. Максимальные значения бросков силы в упругих элементах могут в 1.6-2.5 раза превышать стопорное значение. На эти значения металлоконструкция карьерных экскаваторов рассчитана. При ударе ковша о скалу на полной скорости броски силы в упругом элементе могут достигать шестикратного от стопорного, что является аварийным режимом, приводящим к поломке оборудования. Для уменьшения бросков силы в упругих элементах в аварийных и стопорных режимах при сохранении среднего значения силы копания применяются различные варианты систем ограничения динамических нагрузок копающих механизмов.

В работах В.И. Ключева [26, 33-35, 114], Ю.Я. Вуля [16], Д.П. Волкова [13, 14], В.Н. Полузадова [92] и других предлагаются различные пути уменьшения динамических нагрузок. Некоторые из этих путей, основанные на формировании устройств выбора зазоров, приводят к увеличе-

нию времени переходного процесса. Другие методы основаны на совершенствовании систем подчиненного регулирования [11, 12, 68, 113], имеющих свои достоинства и недостатки, или разработаны другие алгоритмы управления, которые также имеют свои достоинства и недостатки. Актуальной при синтезе системы электропривода экскаватора становится задача использования современных систем управления и их исследования.

1.2 Обзор результатов совершенствования силовой части систем управления

Еще в первой половине XX века создание первых экскаваторов средней мощности потребовало применения системы генератор - двигатель. Она до настоящего времени применяется практически на всех карьерных экскаваторах (за исключением ЭКГ-20) в нашей стране и примерно половине мирового парка экскаваторов для электропривода их главных механизмов.

Долгое время для управления электроприводами экскаваторов в качестве возбудителей генератора использовались электромашинные и магнитные усилители. Экскаваторы с такими электроприводами до сих пор еще находятся в эксплуатации.

Однако развитие электроники позволило разработать и внедрить в 80-е годы электроприводы с тиристорными возбудителями генераторов и двигателей и аналоговыми системами управления, выполненными на интегральных микросхемах и транзисторах. Это позволило улучшить динамику и качество регулирования координат экскаваторных электроприводов системы

г-д.

По заказу НКМЗ В.И. Ключевым на кафедре АЭП МЭИ была разработана серия преобразователей тиристорных экскаваторных моноблочных первого поколения ПТЭМ-1Р. Первые блоки были использованы для модернизации главных электроприводов экскаватора ЭШ-10/70, работающего на

ОАО «Михайловский ГОК», и опыт их эксплуатации подтвердил правильность заложенных в их разработку принципов.

В настоящее время разработаны и выпускаются серии преобразователей ПТЭМ-2Р второго поколения, в которой учтен опыт эксплуатации преобразователей ПТЭМ-1Р и использована более совершенная база электронных комплектующих.

Предприятием ОАО «Электросила» разработаны низковольтные комплектные устройства (НКТ) Ш3801М У2 с транзисторным возбудителем и микропроцессорной системой регулирования и управления. Данные НКТ получены при модернизации НКТ семейства Ш38ХХ, построенных на основе многолетних исследований института «Гипроуглеавтоматизация», в тесном сотрудничестве с АО «Ижорские заводы». Основой модернизации являются следующие мероприятия: замена тиристоров на транзисторы (применяются транзисторы IGBT) и замена аналоговой системы регулирования микропроцессорной. В настоящее время данным устройством оснащены экскаваторы ЭКГ-10 на руднике «Центральный» ОАО «Апатит» [83].

Электропривод системы тиристорный преобразователь - двигатель имеет преимущества перед системой Г-Д, из них для экскаваторов наиболее важные следующие: возможность исключения электромашинного преобразовательного агрегата, более высокий КПД, высокое быстродействие, блочное исполнение ТП и соответственно повышенная ремонтопригодность. С учетом этого, еще в конце 1970-х годов ВНИИ «Электропривод» (ныне ОАО «Электропривод») применил этот вид привода на карьерных экскаваторах ЭКГ-20. Большая часть этих экскаваторов, изготовленных с 1978 по 1990 г.,

работает до сих пор.

За рубежом наибольших успехов в создании и применении современных электроприводов достигли экскаваторостроительные фирмы США «Bucyrus» и «Harnischfeger» совместно с электротехническими корпорациями «Siemens» и «General Electric».

Фирма «Harnischfeger» уже более 20 лет ставит на свои экскаваторы электроприводы по системе ТП-Д, производства Р&Н Electrotorque Plus - дочерней фирмы «General Electric». Более 100 наиболее мощных карьерных экскаваторов серии 4100 выпущено с данными электроприводами

Фирма «Bucyrus» с 80-х годов серийно применяет в своих одно ковшовых экскаваторах систему электропривода АМН (ШИМ) - АД тип ACU-TROL™. Общее количество выпущенных карьерных экскаваторов типа 395В, 295-BII и 290-BII с емкостью ковша 17...34 м3 и драглайнов типа 380W с емкостью ковша 6,8... 12 м3 и длиной стрелы 42,7...61 м такими приводами уже более 150 штук. Причем фирма «Bucyrus» по желанию потребителя выпускает также экскаваторы с электроприводами о системе ТП-Д. По этой причине сравнение данной фирмой этих систем электропривода между собой особенно ценно.

Так главные электроприводы экскаватора типа 295-B1I (ковш 34м ) имеют общий неуправляемый выпрямитель и общий инвертор, ведомый сетью и раздельные автономные инверторы по приводам. Обеспечена устойчивая работа приводов при отклонениях напряжения сети от +10% до -30% от номинального значения.

Вместе с тем ведущие экскаваторостроительные фирмы продолжают выпускать экскаваторы с электроприводами по системе Г-Д. Объясняется это прежде всего пожеланиями потребителя, готовностью его эксплуатационного персонала и ремонтных служб в силу традиции работать именно с этим приводом.

В России электропривод переменного тока нашел свое применение в схеме непосредственного преобразователя частоты на экскаваторе ЭШ 20/90А производства «Уралмашзавода» (введен в эксплуатацию на разрезе ПО «Востоксибуголь» в 1989 г.). Эта система НПЧ-АД была разработана под руководством В.И. Ключева.

На Красноярском заводе тяжелых экскаваторов В.Ф. Бражниковым была разработана система АНН-АД (автономный инвертор напряжения с де-вятифазными асинхронными двигателями).

Известно, что еще в конце 70-х годов, в период интенсивного развития тиристорных приводов, бытовала уверенность, что система Г-Д устарела. Сегодня мы видим, что система Г-Д остается основной системой экскаваторного электропривода, а в эксплуатации утверждается мнение, что электромеханический преобразователь с синхронным двигателем является хорошим буфером между слабой сетью и экскаваторными приводами и его желательно сохранять на мощных экскаваторах.

Тем не менее, известные преимущества асинхронных короткозамкну-тых двигателей дают основания предполагать, что постепенно система Г-Д будет на экскаваторах вытесняться системой ПЧ-АД. Однако менее ясно, какой вид преобразователей частоты выйдет победителем из неизбежной конкурентной борьбы технических решений.

Таким образом, в России в настоящее время наметились два пути дальнейшего развития и совершенствования экскаваторных электроприводов. Первый путь - это модернизация систем электропривода постоянного тока с использованием современной элементной базы в сочетании с новыми средствами программного управления. Второй путь - это отказ от традиционных систем постоянного тока в экскаваторных электроприводах и переход к электроприводам переменного тока с частотным управлением.

Модернизация электроприводов постоянного тока, безусловно, не является радикальным путем, однако, на современном этапе определенный период выпуск экскаваторов с электроприводами постоянного тока будет продолжаться. Особенно это относится к экскаваторам средней производительности с объемом ковша от 5 до 10 м3, так как они, в основном ориентированы на небольшие карьеры по разработке нерудных полезных ископаемых. На таких предприятиях организационно и экономически трудно обеспечить в короткий срок массовое обновление экскаваторного парка. Поэтому целесооб-

разно рассматривать новые методы синтеза регуляторов системы управления на примере электроприводов постоянного тока.

1.3 Обзор методов теории автоматического управления, применяемых в системах управления электроприводами

Методы параллельной и последовательной коррекций координат

В настоящее время большинство выпускаемых систем автоматического управления электроприводов строится на базе линеаризованной модели с использованием методов теории автоматического управления для линейных систем. Наиболее широкое распространение получили системы управления, построенные по принципу параллельной или последовательной коррекции координат.

Структурная схема систем с параллельной коррекцией или системы независимого регулирования координат изображена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Структурная схема системы с параллельной коррекцией

Регулирование каждой координаты осуществляется с помощью отдельных регуляторов ¡ГрЛ(р), Яр.2(р), Пр.п(р) и в каждый момент времени регулируется только одна из координат [56, 99]. Это обеспечивается логическим устройством (ЛПУ), которое подключает к входу системы выход того регулятора, воздействие которого в данный момент является определяющим.

В электроприводе управляемый выпрямитель - генератор - двигатель параллельно работают регуляторы тока и напряжения, и являются независимыми друг от друга. При параллельной коррекции для каждой управляемой координаты используется свой регулятор. Статическая и динамическая характеристики настраиваются независимо друг от друга. Все контуры управления могут оптимизироваться независимо друг от друга, так как только один регулятор работает в определенный момент времени, так как только один регулятор работает в определенный момент времени.

Параллельная коррекция имеет следующие достоинства: простое формирование вольтамперных характеристик; управление напряжением (скоростью) не зависит от механической постоянной времени, которая может меняться во время рабочего цикла; просто избежать перерегулирования напряжения (скорости); скорость изменения тока может быть легко ограничена в допустимых приделах, что продляет срок службы коммутаторов, щеток и якорей.

В России подобные системы управления электроприводом не нашли широкого распространения, и в основном используются в западных странах.

В России наиболее широкое распространение получили системы управления, построенные по принципу подчиненного регулирования координат или системы с последовательной коррекцией [31, 65, 81, 101, 108]. Структурная схема систем подчиненного регулирования (СПР) координат изображена на рис. 1.4.

-

р. 1

т(р)

XI

Хг

лХп

Рис. 1.4. Структурная схема системы починенного регулирования координат

Каждой регулируемой координате в этой системе соответствует свой регулятор, на вход которого подается сигнал обратной связи по этой координате. В результате образуется система из концентрических контуров, в которых выходной сигнал регулятора внешнего контура является задающим сигналом внутреннего регулятора. Таким образом, координаты корректируются последовательно, начиная с внутренних, при этом внутренний контур подчиняется внешнему.

СПР позволяет производить настройку каждого внутреннего контура независимо от настройки внешнего, а также просто осуществлять ограничения выходного сигнала предыдущего контура. При настройке таких систем наибольшее распространение получили методы «симметричного» оптимума и «технического» оптимума (оптимум по модулю).

Несомненным достоинством таких систем является простота настройки и реализации, как в аналоговом, так и в цифровом виде. Недостатком используемых СПР является синтез только двух, трех контуров регулирования, что вынуждает рассматривать объект управления как одномассовый. В экскаваторном электроприводе большое влияние на динамику ЭМС оказывают зазоры в передачах и действие упругих элементов, что вынуждает рассматривать электропривод экскаватора как минимум двухмассовую ЭМС. Также в копающих механизмах жесткость упругой связи и момент инерции исполнительного органа меняется в процессе экскавации и зависит от геометрического положения ковша в пространстве и заполнения ковша породой. В этих условиях не всегда удается с помощью систем подчиненного регулирования обеспечить качественное регулирование координат ЭМС в динамических режимах.

Методы, основанные на теории оптимального управления.

В 60-х годах XX столетия появились работы A.M. Летова [71, 72] и Р. Калмана [28, 128], где была разработана теория аналитического конструирования оптимальных регуляторов, получившая в дальнейшем существенное развитие в работах A.A. Красовского, М. Атанса и П. Фабла. Для решения

задачи синтеза оптимального управления применяются известные методы: классического вариационного исчисления, принцип максимума, метод динамического программирования и методы, базирующиеся на основе перечисленных. Теория АКОР, согласно определению A.M. Летова, представляет собой процедуру синтеза закона управления в функции координат состояния объекта чисто аналитическим путем исходя из требований минимума оптимизирующего функционала (критерия качества). В качестве критериев оптимальности в теории оптимального управления наибольшее развитие получили квадратичные критерии оптимальности. Получаемый в результате закон управления представляет собой совокупность обратных связей по соответствующим координатам объекта. Объект регулирования можно представить как линейную динамическую систему, описываемой системой дифференциальных уравнений:

где х - вектор управления; и - вектор управления; у - вектор выхода; А -матрица коэффициентов при координатах размера ихи; В - матрица коэффициентов при управляющих воздействиях размера п х г; С - матрица размера тхп; 0 < т <г < п. Поскольку у = Сл: и все расчеты производятся в относительных единицах, то С = I.

Оптимальное управление, минимизирующее квадратичный функционал

определяется в процессе процедуры аналитического конструирования:

u = -BT(Kx-g) = uy-Яx,

где Н = ВТК - аналитически конструируемый оптимальный регулятор, К -решение нелинейного матричного алгебраического уравнения

КА + АК-КВВК + О^О.

х = Ajc + Ви у = Сх

(1.1)

Однако следует отметить следующий недостаток методов АКОР с прикладной точки зрения, заключающийся в том, что используемые квадратичные критерии с заранее выбранной структурой и заданными весовыми коэффициентами являются в известном смысле косвенными, т.е. не связанными однозначно с инженерными требованиями к качеству замкнутых систем. Поэтому обеспечение требуемых свойств системы удовлетворяется за счет изменения весовых коэффициентов функционала качества, выбор которых до сих пор является не полностью разрешенной проблемой.

Методы, основанные на теории комбинированного оптимального управления проф. В.П. Кочеткова.

Рассмотренные системы подчиненного регулирования и системы с АКОР имеют свои преимущества и недостатки. Замечено, что электропривод с СПР по сравнению с АКОР может иметь при управляющем воздействии небольшое преимущество по быстродействию, но уступает последним при возмущающем воздействии [56]. Поэтому целесообразно строить системы комбинированного оптимального управления, учитывающие как положительные свойства систем подчиненного регулирования, так и систем с АКОР.

Комбинированные оптимальные системы управления (КОСУ), разработанные проф. В.П. Кочетковым, сочетают подчиненное регулирование внутренних и оптимальное регулирование внешних координат электропривода. Комбинированную систему оптимального управления можно составить из системы, представляющей одно-, двух- или трехконтурную систему последовательной коррекции больших и средних постоянных времени и системы, ограничивающей динамические нагрузки в механической части при помощи АКОР. Структурная схема КОСУ изображена на рис. 1.5.

Комбинированные оптимальные системы управления строятся следующим образом. Первые г уравнений системы (1.1) описывают внутренние координаты, которые необходимо скорректировать методом «технического оптимума». При настройке внутренних контуров на технический оптимум передаточная функция г-ого контура в относительных единицах равна

Жзг(р) «-Согласно теории комбинированных оптимальных систем,

изложенной в [56, 57, 64], для дальнейшего синтеза необходимо пренебречь некомпенсируемой постоянной времени, тогда ^г(р)= 1. Остальные (п -г) уравнения системы (1.1) описывают внешние координаты, которые необходимо скорректировать методами оптимального управления.

Рис. 1.5. Структурная схема КОСУ электропривода.

Можно осуществить как частичную коррекцию постоянных времени электрических величин, так и полную, включая электромеханическую постоянную времени двигателя. КОСУ можно разбить на две группы: системы с коррекцией питающего напряжения и системы с последовательной коррекцией внутренних координат. Работы П.Э. Подборского, Н.С. Дьяченко, И.С. Рублевского и др. направлены на совершенствование комбинированных оптимальных систем управления [18, 40, 55, 91].

Методы, основанные на теории систем с переменной структурой.

Значительные дополнительные возможности улучшения процессов регулирования дает нелинейное управление работой объекта [7] путем изменения структуры управляющего устройства в зависимости от размеров и знаков входных величин, поступающих в управляющее устройство от измерительного устройства [111-112]. При построении управляющего устройства заранее вводятся в структуру системы такие функциональные элементы, ко-

торые во время протекания процесса управления скачкообразно меняют знак обратной связи, коэффициенты воздействия по различным координатам и т.д., т.е. изменяют структуру системы. Следовательно, в зависимости от выбранного алгоритма и имеющейся информации система будет обладать той или иной структурой. В такой системе удастся совмещать полезные свойства каждой из имеющейся совокупности структур и получить новые свойства, не присущие любой из них [78, 94].

Наиболее широкое признание и применение в этой теории получило направление, изучающее особый вид движений в системах с переменной структурой, так называемые «скользящие» режимы [105, 106]. В скользящем режиме движение изображающей точки определяется уравнением поверхности переключения и не зависит от свойств объекта управления. Следовательно, система, находящаяся в скользящем режиме, инвариантна к параметрическим и внешним возмущениям, что является несомненным достоинством и теоретически позволяет полностью удовлетворить требованию робастности и точности [122-124].

На рис. 1.5 представлена функциональная схема СПС. На вход управляющего устройства (УУ) поступает информация о величине ошибки х, /-ой координате объекта и ее производной, задающего воздействия g(t), регулируемой величине х„. Управляющее устройство содержит функциональные звенья х¥,-, блок ключевых элементов, сумматор Е, блок изменения структуры (БИС), формирователь гиперплоскости переключения (ФГП). Управляющее воздействие является суммой выходных величин всех звеньев.

В управляющем устройстве имеются ключевые элементы (КЭ). Каждый ключевой элемент замыкает один канал передачи информации. Всевозможные сочетания положений контактов КЭ определяют совокупность имеющихся в распоряжении фиксированных структур. Блок изменения структуры (БИС), на основе анализа информации, поступающей на управляющее устройство, дает команду на изменение структуры системы. Задача

синтеза СПС состоит в выборе всех звеньев и логических законов, в соответствии с которыми изменяется структура системы.

Рис. 1.5 Функциональная схема системы с переменной структурой

Идея синтеза СПС заключается в создании искусственных вырожденных движений. В фазовом пространстве л: задается некоторая гиперповерхность 5, движение в которой обладает желаемыми свойствами, причем траектории, лежащие в 5 не принадлежат ни одной из имеющихся структур. Последовательность изменения структур должна быть выбрана такой, чтобы изображающая точка всегда попадала на эту гиперплоскость, а затем двигалась по ней. Тогда, если изображающая точка из любого начального положения попадает на Я, финальная стадия процесса управления всегда будет протекать в скользящем режиме и, что особенно важно, не будет зависеть от параметров исходной системы уравнений. Таким образом, при синтезе функции управления в СПС так выбирают структуры управляющего устройства и по-

34

следовательность их изменения, чтобы, начиная с некоторого момента времени, в системе всегда возникало, а затем не прекращалось движение в скользящем режиме.

В последнее время много работ посвящено применению системы с переменной структурой при управлении позиционным электроприводом [810, 17, 76, 77], электроприводом переменного тока [22, 23, 120, 129-131], различными роботами-манипуляторами в условиях неопределенности параметров [70, 78, 117-119]. Разработке систем управления с переменной структурой для экскаваторного электропривода посвящены работы [39, 41-47, 53, 54, 59-63].

1.4 Математическое описание объекта управления

Функциональные схемы электромеханической системы будут иметь вид, представленный на рис. 1.6, 1.7:

Рис. 1.7 Функциональная схема двухмассовой ЭМС управляемый преобразователь - двигатель

Электрическая часть может быть описана при помощи баланса напряжений для цепи возбуждения генератора и якорной цепи в системе Г-Д и

для якорной цепи в системе УП-Д [1, 85]. При этом сначала возбудитель генератора и управляемый преобразователь принимаются безынерционными с коэффициентами передачи соответственно Кв и Кп, пренебрегается гистерезисом, насыщением магнитной цепи, рассеянием потока и влиянием вихревых токов генератора.

С учетом перечисленных допущений математические описания электрической части будут иметь следующий вид: для системы Г-Д

еИ

Кг =1 Я +1 —-л-С (О,

г в а а а ^ е 1

где Квиу = ив, К?гъ=иГ,

для системы УП-Д

ЯпИу^А+^ + О»,

где Кпиу = ип.

В канонической форме: для системы Г-Д

с11 Я

Л

¿К

Л

тк+Ъ

к

с

I

ь,.

К

ь„

для системы УП-Д

сИ

К С К

--Ч--+ —

Л Ьаа ьа ьа у

где щ - напряжение управления; - активное сопротивление обмотки возбуждения; /в - ток возбуждения генератора; Яа - активное сопротивление якорной цепи; 4 - ток якорной цепи; Се - электромагнитная конструктивная постоянная двигателя.

Остальные параметры вычисляются в соответствии со следующими выражениями:

Коэффициент передачи возбудителя:

кв=ившум,

где ив - номинальное напряжение возбуждения генератора; £/ун - номинальное напряжение управления.

Коэффициент передачи управляемого преобразователя:

кп = илмтуп,

где и - номинальное напряжение якорной цепи.

Индуктивность генератора при допущении линейности:

К = „Кн.

где рг - число полюсов генератора; - число витков на полюсе генератора; Фгн - номинальный поток полюса генератора; /вн - номинальный ток

возбуждения генератора.

Коэффициент передачи генератора:

кг = игм/1лм,

где II г н - номинальное напряжение генератора.

Активное сопротивление якорной цепи при системе Г-Д:

где Яал =К1{Яяд +^д.п.д) + ^щ.д, К:х ~ сопротивление якоря двигателя; Ддпд -сопротивление дополнительных полюсов двигателя; = 2/ 1дн - сопротивление щеток двигателя; /дн - номинальный ток двигателя, Двт = К, (яяг + Ялпг + Кко г) + япи , Яя, - сопротивление якоря генератора; йдпг - сопротивление дополнительных полюсов генератора; Дщг = 2/1ГН - сопротивление щеток генератора; /г н - номинальный ток генератора, Кко г - сопротивление компенсационной обмотки генератора.

Активное сопротивление якорной цепи при системе УП-Д:

где Ru - сопротивление управляемого преобразователя и дросселя. Индуктивность якорной цепи при системе Г-Д:

А» = La A + La r,

где Laa =0,биян/(рл(Оян1али) - индуктивность двигателя; ©дн - номинальная частота вращения двигателя; рл - число полюсов двигателя; Lar =ига/(ргФгн1ги) - индуктивность генератора; UTM - номинальное напряжение генератора; согн - номинальная частота вращения генератора; рг -

число полюсов генератора.

Индуктивность якорной цепи при системе УП-Д:

4=А,д+£д>

где La - индуктивность дросселя £дтах = 0,296(t/ynH//ур), Aunin иупЛ1. - номинальное напряжение управляемого преоб-

разователя.

Конструктивная постоянная:

Механическая часть электропривода представляет собой, как правило, сложную систему, состоящую из инерционных тел - роторов (якорей) электродвигателей вращательного движения, соединительных муфт, редукторов, барабанов и т.п., связанных между собой упругими звеньями - канатами, ва-лопроводами и т.п.

При анализе динамики механической части электропривода реальный механизм заменяется эквивалентной, приведенной расчетной схемой. Несмотря на разнообразие схем основных механизмов экскаваторов лопат с индивидуальным приводом, полные расчетные схемы их как упругих динамических систем мало отличаются друг от друга и достаточно точно могут быть представлены двухмассовой системой [13, 96]. Для синтеза регуляторов электропривода и для анализа поведения системы без учета зазоров, а также с

38

одинаковыми зазорами в передачах целесообразно использовать двух- и од-номассовые системы [13, 84].

Математическая модель двухмассовой системы

¿/со, 1 , , 1 , , —1 = —м--Му

Л У,

Щ сИ

С12(Ю1-(02)+Рв.т(®1-®2)'

—= —Му--Мс

где М= 1аСм - момент двигателя; См - конструктивная постоянная; соь со2 -угловые скорости двигателя и механизма; Му - упругий момент; - приведенные моменты инерции двигателя и механизма; сх2 - эквивалентная жесткость; (Зв.т - коэффициент вязкого трения.

Математическое описание двухмассовой электромеханической системы с электроприводом по системе генератор-двигатель:

Ж

я

ь

-к +■

к

ь

¿1 к,

а __г

я.

с„

- - г---I---со,

л К* К ьа ^^ _±м

У, а У,

(1.2)

с1М„

Л с1(0

С12(С01-®2) + Рв.т(«)1-®2)

%}2 с/2

и с электроприводом по системе управляемый преобразователь -двигатель

Ша Я . Се К1

-2- = —-гп---со, + —

Л 1аЬх

ь

а а а

¿/со, См . 1 .. —I = -л-т--Му

Л ./,./, у с1М,

(1.3)

Л

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Коловский, Алексей Владимирович

Основные результаты диссертации заключаются в следующем:

1. Разработана методика синтеза комбинированных систем с переменной структурой для электропривода копающего механизма, заключающаяся в последовательной коррекции внутренних координат и синтезом СПС для выходной координаты (скорости). Это позволяет понизить порядок дифференциального уравнения, описывающего объект управления и упростить дальнейший синтез СПС.

2. Применение в управлении систем с переменной структурой позволяет более качественно производить отработку задающих воздействий по сравнению с системами подчиненного регулирования, применяемыми в экскаваторном электроприводе в настоящее время.

3. Применение СПС для регулирования второй массой в экскаваторном электроприводе при представлении в качестве фазового пространства ошибки регулирования и ее производными крайне затруднительно, т. к. требует измерения производных до порядка системы (для Г-Д 5 порядка, для УГ1-Д 4 порядка). При этом на динамику значительное влияние начинает оказывать действие инерционности, присущее реальным дифференциаторам, что делает реализацию требуемых законов управление невозможным.

4. Рассмотрены способы формирования поверхности переключения на основе модального метода и минимизации квадратичного функционала. Выявлено, что наиболее удобна методика синтеза поверхности переключения на основе минимизации квадратичного функционала, т. к. наиболее ярко выражена зависимость м/у коэффициентами минимизируемого функционала и показателями качества переходного процесса, чем м/у расположением корней и показателями качества переходного процесса.

5. Исследовано влияние коэффициентов критерия оптимальности на динамические характеристики электропривода системы Г-Д и УП-Д, даны и обоснованы рекомендации по их выбору.

6. Исследовано влияние на динамику электропривода различных за п ^ п конов управления (м= ос^к sign(s) и = ,

V /=1 / ' /=1 м = £/„ sign( я)), выводящих систему на режим скольжение и гарантирующих, устойчивый скользящий режим. Выявлено, что динамика ЭМС с рассмотренными законами управления практически одинакова, поэтому выбор между этими законами управления можно осуществить исходя из возможности более простой их реализации.

7. Введение в систему с переменной структурой явной эталонной модели позволяет получить инвариантную к изменению параметров объекта систему и значительно уменьшает время выхода системы на режим скольжения, обладающим желаемыми для нас свойствами, следовательно в данном режиме система работает не завершающий этап переходного процесса, а большую часть переходного процесса.

8. Наибольший эффект от применения систем с переменной структурой наблюдается в электроприводе управляемый преобразователь - двигатель, изначально обладающий большим быстродействием.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе были рассмотрены различные варианты синтеза систем управления с использованием скользящих режимов для электропривода копающего механизма экскаватора, выполненного по системе генератор-двигатель и по системе управляемый преобразователь - двигатель. Применение скользящих режимов в управлении позволяет получить инвариантную к внешним возмущениям и изменению параметров систему и снизить максимальный бросок упругого момента при жестком стопорении.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Коловский, Алексей Владимирович, 2012 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Алексеев, В.В. Электрические машины. Моделирование электрических машин электроприводов горного оборудования [текст]: учеб. пособие/ В.В. Алексеев, А.Е. Козярук, Э.А. Загривный. - СПб.: Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет), 2006. - 58 с.

2. Андриевский, Б.Р. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB [текст] / Б.Р. Андриевский,

A.Л. Фрадков. - СПб.: Наука, 2000. - 475 с.

3. Афанасьев, В.Н. Математическая теория конструирования систем автоматического управления [текст]: учебник для вузов / В.Н.Афанасьев,

B.Б. Колмановский, В.Р. Носов. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. шк., 2003.-614 е.: ил.

4. Башарин, A.B. Управление электроприводами [текст]: учеб. пособие для вузов / A.B. Башарин, В.А. Новиков, Г.Г. Соколовский. - Л.: Энер-гоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392с., ил.

5. Беллман, Р. Динамическое программирование [текст] / Р. Белл-ман. - М.: Нзд-во иностр. лит-ры, 1960.

6. Белов, М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов [текст]: учебник для студентов вузов. / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. - 3-е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 576 с.

7. Борцов, Ю. А Автоматические системы с разрывным управлением [текст] / Ю.А. Борцов, И.Б. Юнгер. - Л. : Энергоатомиздат, 1986. - 168 с.

8. Бушев, A.B. Позиционный электропривод с переменной структурой в канале управления [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Бушев Александр Валериевич. - Тольятти, 2008. - 147 с. - Библиогр.: 115-121 с.

9. Бушев, A.B. Полиномиальный подход к синтезу квазиоптимального по быстродействию электропривода с переменной структурой [текст] /

A.B. Бушев // Мехатроника, автоматизация управление. - 2006. - №1 С. 1821.

10. Бушев, A.B. Система управления электроприводом с переменной структурой [текст] / A.B. Бушев, В.А. Бушев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 2006. - С. 65-70.

11. Валиев, P.M. Методика синтеза систем управления экскаваторными электроприводами [текст] / P.M. Валиев // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2007. - №4 - С. 198-206.

12. Валиев, P.M. Разработка структур систем управления электроприводами главных механизмов одноковшовых экскаваторов-мехлопат [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Валиев Рустам Мансурович. - М., 2007,- 150 с.-Библиогр.: 131-140 с.

13. Волков, Д.П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов [текст] / Д.П. Волков, - М.: Машиностроение, 1965. - 464 с.

14. Волков, Д.П. Динамика электромеханических систем экскаваторов [текст] / Д.П. Волков, Д.А. Каминская. - М.: Машиностроение, 1971. -384 с.

15. Востриков, A.C. Теория автоматического регулирования [текст]: учеб. пособие /A.C. Востриков, Г.А. Французова. - Новосибирск: Изд-во

НГТУ, 2003.-364 с.

16. Вуль, Ю.Я. Наладка электроприводов экскаваторов [текст] / Ю.Я. Вуль, В.И. Ключев, J1.B. Седаков. 2-е изд., перераб. и доп. - М: Недра, 1975.-312 с.

17. Дыда, A.A. Адаптивное управление с переменной структурой с парными и нелинейными деформируемыми поверхностями переключения [текст] / A.A. Дыда, В.Е. Маркин // Информационные системы управления. -

М., 2003. -№1(5). - С. 100-105.

18. Дьяченко, Н.С. Исследование динамики главных электроприводов с последовательной коррекцией координат [текст] /Н.С. Дьяченко, И.С. Рублевский, A.B. Коловский // Современная техника и технологии: Сб. тр.

XIV Междунар. научн.-практ. конф. студентов, аспирантов, и молодых ученых в 3-х томах. Т. 1. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. - С. 364-366

19. Емельянов, C.B. Бинарные системы автоматического управления [текст] / C.B. Емельянов. - М.: МНИИПУ, 1984. - 314 с.

20. Емельянов, C.B. Избранные труды по теории управления [текст] / C.B. Емельянов; [отв. Ред. С.К. Коровин]. - М.: Наука, 2006. - 450 с. - (Памятники отечественной науки. XX век).

21. Емельянов, C.B. Новые типы обратной связи: Управление при неопределенности [текст] / C.B. Емельянов, С.К. Коровин. - М.: Наука.

ФИЗМАТЛИТ, 1997. - 352 с.

22. Завьялов, В.М. Многокритериальное управление асинхронным электроприводом [текст] / В.М. Завьялов, A.A. Нестеров, И.Ю. Семыкина // Вестн. КузГТУ, 2005. - №1 - С. 81-84.

23. Изосимов, Д.Б. Скользящий режим в электроприводе [текст]: аналитический обзор / Д.Б. Изосимов, С.Е. Рыбкин. - М.: Препринт. Институт проблем управления, 1993. - 124 с.

24. Ильинский, Н.Ф. Основы электропривода [текст] : учеб. пособие для вузов / Н.Ф. Ильинский. - М.: Изд-во МЭИ, 2003. - 221 е., ил.

25. Иржак, Ю.М. Опыт автоматизации рабочих процессов одноковшовых экскаваторов [текст]: обзор / Ю.М. Иржак, В.Н. Полузадов, Л.А. Антропов. -М.: ЦНИЭИуголь, 1984. - 47 с.

26. Исследование динамики электромеханических систем электропривода инерционных механизмов [текст]: отчет о НИР / МЭИ; рук. Клю-чев В.И. - Москва, 1974. - 164 с. - № ГР 70002532. - Инв. № Б337987.

27. Исследование прогнозирующего управления электротехническими системами ветровых электростанций [текст] / A.A. Колесников, ЕЛ. Глушкин, A.B. Букатов, A.B. Коловский // Вести высших учебных заведений Черноземья. - 2008. - №3(13), - С. 24-26.

28. Калман, Р. Очерки по математической теории систем [текст] / Р. Калман, П. Фалб, М. Арбиб. -М.: Мир, 1971.

29. Квакернак, X. Линейные оптимальные системы управления [текст] / X. Квакернак, Р. Сиван. - М.: Мир, 1977. - 650 с.

30. К вопросу об исследовании стохастических электромеханических систем [текст] / В.П. Кочетков, Е.Я. Глушкин, П.Э. Подборский, A.A. Колесников // Изв. вузов. Электромеханика. - 2005. -№6. - С. 16-20.

31. Ким, Д.П. Теория автоматического управления. Т. 1. Линейные системы [текст] / Д.П. Ким. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 288 с.

32. Ким, Д.П. Теория автоматического управления. Т. 2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы [текст]: учеб. пособие / Д.П. Ким. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. - 464 с.

33. Ключев, В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода [текст] / В.И. Ключев. - М.: Энергия, 1971. - 320с.

34. Ключев, В.И. Теория электропривода [текст]: учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. / В.И. Ключев. - М.: Энергоатомиздат, 2001. - 704 е., ил.

35. Ключев, В.И. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов [текст]: учебник для вузов / В.И. Ключев, В.М. Терехов. -М.: Энергия, 1980. - 360 е., ил.

36. Ковчин, С.А. Теория электропривода [текст]: учебник для вузов / С.А. Ковчин, Ю.А. Сабинин. - СПб.: Энергоатомиздат, 1994.-496 е., ил.

37. Колесников, A.A. Анализ динамики и синтез систем управления стохастическими электромеханическими системами [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Колесников Артем Аркадьевич. - Абакан, 2007. - 173 с.

-Библиогр.: 157-173 с.

38. Колесников, A.A. Оптимизация управления электротехническими системами при наличии возмущающих воздействий [текст] / A.A. Колесников, A.B. Букатов, A.B. Коловский // Наука. Технологии. Инновации: материалы науч. конф. молодых ученых в 7 частях. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008-Ч. З.-С. 167-169.

39. Коловский, A.B. О выборе весовых коэффициентов при синтезе поверхности переключения в системе с переменной структурой [текст] / A.B. Коловский, Н.С. Дьяченко // Вестник Хакасского технического института - филиала ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». - 2009. -№28. - С. 62-68.

40. Коловский, A.B. Оптимизация ограничения динамических нагрузок электропривода механизма напора экскаватора [текст] / A.B. Коловский, К.А. Диких, И.С. Рублевский // Сб. докладов и тезисов докладов молодых ученых Хакасского технического института - филиала КГТУ. - Абакан: ХТИ

- филиал КГТУ. - 2006. - С 93-94.

41. Коловский, A.B. Применение скользящих режимов с настраиваемой поверхностью переключения для управления электроприводом [текст] / A.B. Коловский // Эффективность систем жизнеобеспечения города : Материалы XI Всерос. научн.-практ. конф. - Красноярск: МВДЦ «Сибирь», 2010.

- С. 224-226.

42. Коловский, A.B. Синтез системы управления с переменной структурой одномассовой электромеханической системой «генератор - двигатель» [текст] /A.B. Коловский // Молодежь и наука: начало XXI века: сб. материалов Всерос. научн.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых: в 5 ч. Ч. 2. - Красноярск: СФУ, 2008. - С. 212-214.

43. Коловский, A.B. Синтез системы управления с переменной структурой экскаваторным электроприводом при управляющем воздействии [текст] / A.B. Коловский, Е.М. Бартош, Д.И. Кокорин // Современная техника и технологии: сб. трудов XIV Междунар. научн.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых: в 3-х т. Т. 1. - Томск: ТПУ, 2008. - С. 388 - 390.

44. Коловский, A.B. Синтез системы управления с переменной структурой электропривода постоянного тока с изменяемыми параметрами [текст] / A.B. Коловский // Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития: доклады междунар. научн.-практ. конф.: в 2 ч. Ч 2-Томск: Изд-во В-Спектр, 2007. - С. 43-46.

45. Коловский, A.B. Синтез системы управления с переменной структурой электроприводом с использованием эталонной модели [текст] / A.B. Коловский, Е.В. Аболтынь, C.B. Дьяченко // Современные техника и технологи: сб. трудов XV Междунар. научн.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых: в 3-х т. Т. 2. - Томск: Изд-во ТПУ, 2009 - С. 230-231.

46. Кочетков, В.П. Автоматизированный экскаваторный электропривод с разрывным управлением и явной эталонной моделью [Текст] / В.П. Кочетков, A.B. Коловский // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-17-2011): доклады 17-й Междунар. научн.-практ. конф. - Томск: САН ВШ; В-Спектр, 2011. - С. 89-92.

47. Кочетков, В.П. Анализ влияния весовых коэффициентов критерия оптимальности на динамику электромеханической системы с разрывным управлением [текст] / В.П. Кочетков, A.B. Коловский // Инновационное развитие, модернизация и реконструкция объектов ЖКХ в современных условиях: тезисы докладов II межрегиональной научно-практ. конференции. - Абакан: РИО ХТИ - филиала СФУ, 2011. - С. 215-219.

48. Кочетков, В.П. Анализ и идентификация случайно изменяющихся параметров электропривода системы «генератор-двигатель» [текст] / В.П. Кочетков, Е.Я. Глушкин, П.Э. Подборский, A.A. Колесников // Электричество. - 2006. -№5. - С. 40-44.

49. Кочетков, В.П. К вопросу о математической модели электромеханической системы [текст] / В.П. Кочетков, П.Э. Подборский // Сб. трудов XVII Межд. науч. конф. - Кострома: Изд-во Костромского гос. технол. ун-та,

2004.-С. 173-175.

50. Кочетков, В.П. К вопросу о физико-математическом моделировании динамики экскаваторного электропривода [текст] / В.П Кочетков, А. А Колесников, А.В Коловский // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях: тр. 3-ей всероссийской научн.-практ. конф. - Новокузнецк: СибГИУ, 2006.-С. 76-81.

51. Кочетков, В.П. Компьютерное моделирование электропривода с учетом жесткости и зазора в механической части [текст] / В.П. Кочетков, П.Э. Подборский // Сб. трудов 5-й Межд. науч.-тех. конф. Ч. 1. - СПб: «Нестор», 2004. - С. 230-234.

52. Кочетков, В.П. Оптимизация динамики автоматизированного электропривода с разрывным управлением [текст] / В.П. Кочетков,

A.B. Коловский // Вестник Сибирского аэрокосмического университета имени М.Ф. Решетнева. - 2011. - №4(37), С. 42 - 47

53. Кочетков, В.П. Оптимизация динамики экскаваторного электропривода с системой управления переменной структуры [текст] /

B.П. Кочетков, A.B. Коловский // Тр. V Междунар. (16 Всероссийской) конф. по автоматизированному электроприводу АЭП-2007. - СПб. 2007. - С. 154— 157.

54. Кочетков, В.П. Оптимизация динамики электромеханической системы с помощью систем с переменной структурой [текст] / В.П. Кочетков, П.Э. Подборский, A.B. Коловский // Мехатроника, автоматизация, управление. - М.: - 2009. - №10(103), С. 42-47.

55. Кочетков, В.П. Оптимизация систем автоматического управления экскаваторного электропривода [текст] / В.П. Кочетков, А.В Коловский, Н.С. Дьяченко, И.С. Рублевский // Системы автоматизации в образовании, науке и производстве: тр. VI всероссийской научн.-практ. конф. - Новокузнецк: Сиб-

ГИУ, 2007.-С. 223-227.

56. Кочетков, В.П. Оптимизация управления технологическим процессом открытой добычи полезных ископаемых карьерными экскаваторами [текст]: дис. ... докт. техн. наук: 05.13.07 / Кочетков Владимир Петрович. -Красноярск, 1996. - 469 с. - Библиогр.:390-422.

57. Кочетков, В.П. Основы теории управления [текст]: учеб. пособие. / В.П. Кочетков. - 2-е изд., испр - Абакан: ХГУ им. Н.Ф. Катанова, 2007. -260 с.

58. Кочетков, В.П. Основы электропривода [текст]: учеб. пособие. / В.П. Кочетков. -2-е изд., испр. - Абакан: Сиб. федер. ун-т; ХТИ - Филиал СФУ, 2007.-272 с.

59. Кочетков, В.П. Применение комбинированных систем управления с переменной структурой для экскаваторного электропривода [текст] /

B.П. Кочетков, A.B. Коловский // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность!: матер. Всерос. научн.-техн. конф. Кн. 3. - Омск: Изд-во

ОмГТУ, 2008.- С. 76-80.

60. Кочетков, В.П. Применение систем с переменной структурой для управления экскаваторным электроприводом [текст] / В.П. Кочетков, A.B. Коловский // Россия молодая: передовые технологии - в промышленность!: матер. Всерос. научн.-техн. конф. Кн. 3. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2008. -

C. 72-76.

61. Кочетков, В.П. Применение системы с переменной структурой и явной эталонной модели для управления экскаваторным электроприводом [текст] / В.П. Кочетков, A.B. Коловский // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2011. - №2, С. 250 - 253.

62. Кочетков, В.П. Синтез системы управления переменной структуры с подчиненным регулированием внутренних координат для экскаваторного электропривода [текст] / В.П. Кочетков, A.B. Коловский // Интеллектуальные ресурсы ХТИ - Филиала СФУ - Хакасии 2007 (наука, техника, образование): доклады и тезисы докладов 6-й региональной научн.-практ. конф. -Красноярск: СФУ, 2007. - С. 131-135.

63. Кочетков, В.П. Совершенствование экскаваторного электропривода [Текст] / В.П. Кочетков, A.B. Коловский // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-17-2011): доклады 17-й Междунар. научн.-практ. конф. - Томск: САН ВШ; В-Спектр, 2011. - С. 84-88.

64. Кочетков, В.П. Теория автоматизированного электропривода [текст]: учеб. пособие / В.П. Кочетков, Г.А. Багаутинов. - Екатеринбург: Изд-во Урал, ун-та, 1992. - 328 с.

65. Кочетков, В.П. Теория автоматического управления [текст]: учеб. пособие по выполнению контрол. работы / В.П. Кочетков, A.B. Коловский. -Абакан: Сиб. федер. ун-т; ХТИ - филиал СФУ, 2008 г. - 80 с.

66. Кочетков, В.П. Управление электромеханической системой при помощи скользящих режимов [текст] / В.П. Кочетков, A.B. Коловский // Автоматизированный электропривод и промышленная электроника: Труды IV Все-рос. научн.-практ. конф. Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2010. - С. 76-83.

67. Кочетков, В.П. Электропривод с системой управления переменной структуры с настраиваемой поверхностью переключения [Текст] / В.П. Кочетков, A.B. Коловский, А.Ф. Бурцев // «Инновационное развитие, модернизация и реконструкция объектов ЖКХ в современных условиях»: материалы Межрегиональной научно-практической конференции. - Абакан: РИО ХТИ - филиал СФУ, 2010. - С. 196-201

68. Кочетков, М.В. Ограничение динамических нагрузок копающих механизмов карьерного экскаватора [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Кочетков Максим Владимирович. - Красноярск, 1997. - 175 с. - Библиогр.: 117-125 с.

69. Красовский, H.H. Теория оптимального управления движением [текст] / H.H. Красовский. - М.: Наука, 1968.

70. Лебедев, A.B. Система управления со скользящим режимом для многомерного нестационарного нелинейного объекта [текст] / A.B. Лебедев, В.Ф. Филаретов // Тр. V Междунар. (16 Всероссийской) конф. по автоматизированному электроприводу АЭП-2007. - СПб. 2007. - С. 110-112.

71. Летов, A.M. Аналитическое конструирование регуляторов [текст] / A.M. Летов // Автоматика и телемеханика. - 1960. Т.1 - № 4. - С. 436-441; -№ 5. - С. 561-568; - № 6. - С 661-665; - 1961. Т.22 - № 4. - С. 425^35; -1962. -Т.23 -№ 11 - С. 1405-1413.

72. Летов, A.M. Динамика полета и управления [текст] / A.M. Летов. -М.: Наука, 1969.-360 с.

73. Ломакин, М.С. Автоматическое управление технологическими процессами карьеров [текст] / М.С. Ломакин. - М.: Недра, 1978. - 280 с.

74. Лопатин, A.A. Непрямое адаптивное управление электроприводом постоянного тока [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Лопатин Александр Александрович. - Красноярск, 2006. - 137 с. - Библиогр.: 128-133 с.

75. Лукас, В.А. Теория управления техническими системами [текст]: компактный учеб. курс для вузов.3-е изд., перераб. и доп. / В.А. Лукас. - Екатеринбург: Изд-во УГГГА, 2002. - 675 с.

76. Маркин, В.Е. Управление с переменной структурой с использованием нелинейных и деформируемых поверхностей переключения [текст] / В.Е. Маркин, A.A. Дыда // Дальневосточная школа-семинар им. Ак. Золотова: тез. докл. - Владивосток: Дальнаука, 2002. - С. 102-103.

77. Маркин, В.Е. Управление с переменной структурой с использованием парных поверхностей переключения [текст] / В.Е. Маркин // Дальневосточная школа-семинар им. Ак. Золотова: тез. докл. - Владивосток: Даль-наука, 2002.-С. 100-102.

78. Маркин, В.Е. Синтез и исследование адаптивных систем с переменной структурой для управления манипуляционными роботами [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.13.01 / Маркин Василий Евгеньевич. - Владивосток, 2003. - 168 с. - Библиогр.: 155-164 с.

79. Мартынов, М.В. Автоматизированный электропривод в горной промышленности [текст] / М.В. Мартынов, Н.Г. Переслегин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: «Недра», 1977. - 375 с.

80. Методы робастного, нейро-нечеткого и адаптивного управления [текст]: учебник / под ред. проф. Н.Д. Егупова. - М.: МГТУ им Н.Э. Баумана, 2001.-744 с.

81. Мирошник, И.В. Теория автоматического управления. Линейные системы [текст] / И.В. Мирошник. - СПб.: Питер, 2005. - 336 е.: ил. - (Серия «Учебное пособие»).

82. Мирошник, И. В. Теория автоматического управления. Нелинейные и оптимальные системы [текст] / И. В. Мирошник. - СПб.: Питер, 2008. -272 е.: ил. - (Серия «Учебное пособие»)

83. Могучев М.В. Улучшение динамических и энергетических показателей электроприводов экскаваторов, выполненных на базе моноблочного транзисторного преобразователя с прямым обменом энергией с сетью [текст] : дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Могучев Максим Владимирович. - Самара, 2006. - 221 с. - Библиогр.: 183-191 с.

84. Носырев, М.В. Расчеты и моделирование САУ главных электроприводов одноковшовых экскаваторов [текст]: учеб. пособие / М.В. Носырев, A.JI. Карякин. - Свердловск: Изд-во СГИ им. Вахрушева, 1987. - 88 с.

85. Онигценко, Г.Б. Электрический привод [текст]: учебник для вузов / Г.Б. Онищенко. - M.: РАСХН, 2003. - 320 е., ил.

86. Павленко, C.B. Модернизация главных электроприводов действующего парка карьерных экскаваторов [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Павленко Сергей Викторович. - М., 2003. - 230 с. - Библиогр. 219230 с.

87. Павленко, C.B. Экскаваторы с разными системами управления главных электроприводов для горнорудных предприятий. Статистический анализ надежности [текст] / C.B. Павленко // Привод и управление. - 2001. -№1. - С. 6-10

88. Пат. 99031 Российская федерация, МПК E02F 9/20. Устройство изменяемой структуры комбинированного управления электроприводом экскаватора [текст] / В.П. Кочетков, Д.А. Кочетков, ЕЯ. Глушкин, А.В. Колов-ский, И.С. Рублевкий; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». - №2010124157/03 ; заявл. 11.06.2010 ;

опубл. 10.11.2010, Бюл. №31.-3 с

89. Пат. 101718 Российская федерация, МПК E02F 9/20. Устройство комбинированного оптимального управления электроприводом экскаватора [текст] / Кочетков В.П., Кочетков Д.А., Глушкин Е.Я., Подборский П.Э., Ко-

ловский A.B., Рублевкий И.С., Лемытский А.Е. ; заявитель и патентообладатель ФГОУ ВПО «Сибирский федеральный университет». - №2010139552/03 ; заявл. 24.09.2010 ; опубл. 27.01.2011, Бюл. №3. - 3 с.

90. Певзнер, Л.Д. Теория автоматического управления [текст]: учеб. пособие / Л.Д. Певзнер. - М.: Изд-во Московского гос. горного университета, 2002.-472 с.

91. Подборский, П.Э Совершенствование методов синтеза систем управления электроприводами поворотных механизмов карьерных экскаваторов [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Подборский Павел Эдуардович. - Абакан 2006.-205 с. -Библиогр.: 151-168 с.

92. Полузадов, В.Н. Разработка и исследование систем автоматического управления приводом поворота карьерных экскаваторов [текст]: авто-реф. дис. ... канд. техн. наук / В. Н. Полузадов. - Свердловск: СГИ, 1971.

93. Математическая теория оптимальных процессов [текст] / Л.С. Понтрягин, В.Г.Болтянский, Р.В. Гамкрелидзе и др. - М.: Наука, 1969.

94. Попов, Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления [текст]: учеб. пособие / Е.П. Попов. - 2-е изд., стер. -М.: Наука. ФИЗМАТЛИТ, 1988. - 256 с.

95. Разработка и исследование рациональных электромеханических систем экскаваторов ЭКГ-4,6 и ЭКГ-8. Исследование динамики электромеханических систем поворотного и напорного механизмов с системой подчиненного регулирования [текст]: отчет о НИР (промежуточный) / КПИ; рук. В.П. Кочетков. - Красноярск, 1989. - 169с. -№ГР 01880077588.

96. Разработка и исследование рациональных электромеханических систем экскаваторов ЭКГ-4,6 и ЭКГ-8. Математическое описание электромеханических систем главных механизмов [текст]: отчет о НИР (промежуточный) / КПИ; рук. В.П. Кочетков. - Красноярск, 1988. - 88с. - № ГР

01880077588.

97. Рыбкин, С.Е. Синтез систем управления автоматизированными синхронными электроприводами с использованием скользящих режимов

[текст]: дис. ... докт. техн. наук: 05.13.06 / Рывкнн Сергей Ефимович. - М., 2006. - 370 с. -Библиогр.: 332-363 с.

98. Самосейко, В.Ф. Теоретические основы управления электроприводом [текст]: учеб. пособие / В.Ф. Самосейко. - СПб.: Элмор, 2007. - 464 е., илл.

99. Семыхина, И.Ю. Снижение динамических нагрузок в электроприводах карьерных экскаваторов [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Семыхина Ирина Юрьевна. - Кемерово, 2007. - 125 с. - Библиогр. 112-122 с.

100. Справочник по теории автоматического управления [текст] / под ред. A.A. Красовского. - М.: Наука, Физ.-мат. лит., 1987. - 712 с.

101. Справочное пособие по теории систем автоматического регулирования и управления [текст] / под общ. ред. Е.А. Санковского. - Мн.: Вы-шэйнш. школа, 1973. - 584 с.

102. Теория систем с переменной структурой [текст] / под ред. C.B. Емельянова. - М.: Наука. ФИЗМАТЛИТ, 1970. - 592 с.

103. Терехов, В.М. Система управления электроприводов [текст]: учебник для вузов / В.М. Терехов, О.И. Осипов - М.: Академия, 2005. - 304 с.

104. Удут Л.С. Проектирование и исследование автоматизированных электроприводов. 4.6. Механическая система электропривода постоянного тока [текст]: учеб. пособие / Л.С. Удут, Н.В. Коянин, О.П. Мальцева. -

Томск: Изд-во ТПУ, 2004. - 144с.

105. Уткин, В.И. Скользящие режимы в задачах управления и автоматизации [текст] / В.И. Уткин. - М.: Наука, 1981. - 368 с.

106. Уткин, В.И. Скользящие режимы и их применение в системах с переменной структурой [текст] / В.И. Уткин. - М.: Наука, Физ.-мат. лит., 1974.-272 с.

107. Филлипс, Ч. Системы управления с обратной связью [текст] / Филлипс Ч., Харабор Р. -М.: ЛБЗ, 2001. - 616 с.

108. Цыпкин, ЯЗ. Основы теории автоматических систем [текст] / ЯЗ. Цыпкин. -М.: Наука, Физ.-мат. лит., 1977. - 560 с.

109. Цыпкин, ЯЗ. Релейные автоматические системы [текст] / ЯЗ. Цыпкин. -М.: Наука, Физ.-мат. лит., 1974. - 576 с.

110. Чиликин, М.Г. Общий курс электропривода [текст]: учебник для вузов / М.Г. Чиликин, A.C. Сандлер - 6-е изд., доп. и перераб. - М.: Энерго-

издат, 1981. - 576 е.: ил.

111. Шидловский, C.B. Автоматическое управление. Перестраиваемые структуры [текст] / C.B. Шидловский. - Томск: ТГУ, 2006. - 288 с.

112. Шидловский, C.B. Разработка и исследование перестраиваемых вычислительных сред для систем автоматического управления [текст] : авто-реф. дис. ... докт. техн. наук / Шидловский Станислав Викторович. - Новосибирск, 2007. - 35 с.

113. Шкода, Р.В. Моделирование и анализ двухзонной системы управления электроприводами копающих механизмов экскаваторов, выполненными по системе тиристорный возбудитель - генератор - двигатель [текст]: дис. ... канд. техн. наук: 05.09.03 / Шкода Рустам Валерьевич. - Воронеж, 2008. -187 с.-Библиогр.: 160-172 с.

114. Экспериментальные исследования регулируемых электроприводов с упругими связями [текст]: отчет о НИР / МЭИ, рук. В.И. Ключев - Москва, 1982. - 56 с. -№ ГР 01827029952; Инв. № 028830003299.

115. Электропривод экскаваторов [текст]: доклады науч.-практич. семинара. - М.: Изд-во МЭИ, 2004. - 112 с.

116. Яковлев, В.И Рациональная структура систем управления экскаваторными приводами [текст] / В.И. Яковлев, Ю.А. Вуль, P.A. Тюнов // Электричество. — 1965. — № 2.

117. Choi, S.-В. Moving Switching Surfaces for Robust Control of Second-Order Variable Structure Systems. / S.-B. Choi, C.-C. Cheong, D.-W. Park // Int. J. Control. - 1993. - № 1. - Vol. 58. - pp. 229-245.

118. Cristi, R. Adaptive Sliding Mode Control of Autonomous Underwater Vehicles in the Dive Plane / R. Cristi, F. Papoulias, A. Healey // IEEE Journal of Oceanic Engineering. - 1990. - №3. - Vol. 15. - pp 152-160.

119. Variable-structure Control of Globally Feedback Decoupled Deform-able Vehicle Maneuvers / T.A.W. Dwyer, H. Sira-Ramirez, S. Monaco, S. Stomelli // Proc. Of 27-th CDC. - 1987- pp. 1281-1287.

120. Kwatny, H.G. Variable structure regulation of partially linearizable dynamics / H.G. Kwatny, H. Kim // System and Control Letters. - 1990. - № 15. -pp 67-80.

121. Yoo, D.S. Variable Structure Control with Simple Adaptation Laws for Upper Bounds on the Norm of the Uncertainties / D.S. Yoo, M.J. A Chung // IEEE Transactions On Automatic Control. - 1992. - №6. - Vol. 37. - pp. 860-864.

122. Yoerger, D.R. Adaptive Sliding Control of An Experimental Underwater Vehicle / D.R. Yoerger, J.-J.E. Slotine // Proc. of IEEE International Conf. on Robotics and Automation. - Sacramento. - USA. - 1991. - P. 2746-2751.

123. Ramadorai, A.K. On Modelling and Adaptive Control of Underwater Robots / A.K. Ramadorai, T.J. Tarn // Journal of Robotic Systems. - № 1. - 1993. - P. 47-60.

124. Slotine, J.-J.E. Sliding Controller Design for Nonlinear Systems / J.-J.E. Slotine // Int. J. Contr, 40(2), 1984, P.24-36.

125. Lebedev, A.V. The Synthesis of Multi-Dimentional Variable Structure System for Autonomous Underwater Vehicle / A.V. Lebedev, V.F. Filaretov // Asia Offshore Mechanics Symposium : proc. of The Sixth (2004) ISOPE Pacific. -Vladivostok. - Russia. - 2004. - P. 236-240.

126. Amer, S. Sliding Mode Control Of Two Arms Manipulating a Flexible Beam / S. Amer, T.C. Hsia, T. Rida // International Symposium on Robotics. -

April 2001.-P. 19-21.

127. Ha, Q.P. Variable structure systems approach to friction estimation and compensation / Q.P. Ha, A. Bonchis, D.C. Rye, H.F. Durrant-Whyte // Robotics and automation. - 2000. - vol.4. - P. 3543-3548.

128. Kalman, R. Contribution to the theory of optimal control / R. Kalman // Bol. Soc. Mat. Mexicana. - vol. 5. - 1960. - P. 102-119.

129. Andrescu, G.D. Sliding mode based observer for sensorless control of PMSM drives - two comparative study cases / G.D. Andrescu, A. Popa, A. Spilca // Proceeding of the 7th International Conference on Optimization of Electrical and Electronical Equipment. - OPTIM. - 2000. - Brasov. - Romania. - 2000. CD-ROM.

130. Carpita, M. Sliding mode controlled with switching optimization techniques / M. Carpita // EPE Journal. - 1994. - vol. 4, no.3. - pp. 30-35.

131. Young, K. Frequency shaped variable structure control / K. Young, U. Ozguner // Proceeding of International Workshop on Variable Structure Systems and Their Applications, VSS'90. - Sarajevo. - Yugoslavia. - 1990. - P. 181-185.

132. Zinober, A.S. Variable structure and Lyapunov control / A.S. Zinober - Berlin: Springer Verlag. - 1994. - 420 p.