СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ПОЛОЖЕНИЯ НАВЕСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ПОДВИЖНОМ ОБЪЕКТЕ
|
АННОТАЦИЯ 2
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ 10
1.1 Общие сведения о машине 10
1.2 Навесное оборудование бульдозерного агрегата 12
1.3 Анализ требований к точности обработки земляного полотна 17
1.4 Обзор существующих систем управления рабочим органом 18
1.5 Анализ математических моделей гидравлической системы 19
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ 21
2.1 Общий вид системы управления 21
2.2 Математическая модель электрогидравлического преобразователя 21
2.3 Математическая модель гидросистемы 22
2.4 Математическая модель рабочего оборудования 24
2.5 Датчика угла наклона 24
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 26
3.1 Моделирование основной части системы 26
3.2 Разработка системы управления положением 29
3.3 Разработка системы управления положением с ПИ-регулятором 32
3.4 Разработка системы управления положением с нечетким регулятором35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 41
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1. ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ 10
1.1 Общие сведения о машине 10
1.2 Навесное оборудование бульдозерного агрегата 12
1.3 Анализ требований к точности обработки земляного полотна 17
1.4 Обзор существующих систем управления рабочим органом 18
1.5 Анализ математических моделей гидравлической системы 19
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ 21
2.1 Общий вид системы управления 21
2.2 Математическая модель электрогидравлического преобразователя 21
2.3 Математическая модель гидросистемы 22
2.4 Математическая модель рабочего оборудования 24
2.5 Датчика угла наклона 24
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 26
3.1 Моделирование основной части системы 26
3.2 Разработка системы управления положением 29
3.3 Разработка системы управления положением с ПИ-регулятором 32
3.4 Разработка системы управления положением с нечетким регулятором35
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 39
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 41
Завод «ДСТ-Урал» - это современное предприятие по производству бульдозеров и спецтехники на базе гусеничного трактора В настоящее время выпускаются бульдозеры 5 тяговых классов массой до 40 тонн. Техника используется как крупными предприятиями добывающих отраслей России, так и небольшими частными компаниями, работающими в горнодобывающей сфере, дорожном строительстве, золотодобыче, коммунальном хозяйстве.
История завода «ДСТ-УРАЛ» берет начало в 1999 году. Семь лет успешной деятельности и накопленный опыт в сфере ремонта и модернизации тракторной техники позволили компании начать проектирование бульдозера ТМ-10. В 2007-м предприятие стало поставлять новые машины в крупнейшие Российские компании.
Применение высоких технологий с максимальной автоматизацией, исключающих негативное проявление человеческого фактора — основа организации производства на ДСТ-УРАЛ.В конструкции ТМ-10 заложен принцип использования самых надежных, экономичных и ремонтопригодных агрегатов отечественного и зарубежного производства.
В скором времени появились и первые машины нового поколения. Конструкционно они во многом уникальны. Переход с механической трансмиссии на гидростатическую повысил надежность и улучшил потребительские свойства бульдозера. Выбор типа трансмиссии был определен опытом использования этой технологии ведущими мировыми производителями. Гусеничный бульдозер с гидростатической трансмиссией лишен многих недостатков, а использование распространенного двигателя Ярославского моторного завода усилил успех предприятия.
На технике предприятия для управления рабочим органом используются силовые гидроцилиндры, которые имеют преимущества перед остальными исполнительными механизмами из-за относительно высокой развиваемой мощности на единицу массы - масса гидропривода на порядок меньше массы электрической машины той же мощности. При этом большинство гидроприводов, использующихся в различных машинах, являются неавтоматизированными.
Применение электронной-вычислительной технике, которую возможно установить в качестве микроконтроллера на бульдозерный агрегат позволяет внедрять возможность использования систем управления различного применения, что влечет за собой повышение качества работ.
Современные требования к качеству обработки земляного полотна достаточно высоки. В связи с этим на планировочные землеройно-транспортные машины устанавливаются дополнительные элементы, для автоматизации процессов и
совершенствования технических характеристик машины. Использование рабочего органа бульдозера для высокоточной обработки земляного покрова может позволить сократить размер парка дорожно-строительной техники на рабочей площадке, исключив автогрейдер и другие панировочные машины на базе колесных тракторов. Для эффективного использования бульдозерного оборудования в планировочных работах необходимо оснастить его соответствующими устройствами для контроля и управления положением рабочего органа.
Совместно с сокращение парка рабочей техники к плюсам внедрения системы управления можно отнести снижение требуемой квалификации к человеку- оператору, что обязательно скажется на повышении производительности совершаемых работ и сокращения затрачиваемых средств.
В разработке системы управления для повышения эффективности дорожностроительной техники возникает проблема синтеза оптимальных параметров, которые невозможно решить без применения вычислительной технике, так как оптимизация параметров является сложным вычислительным процессом. Внедрение систем автоматизации проектирования в машиностроительные отрасли позволит облегчить путь решения этой технической проблемы.
Разработка и применения подобных систем на базе дорожно-строительной технике предоставляет для потребителя ряд плюсов в экономии средств и времени, а для производителя возможность выйти на новый уровень конкуренции на рынке строительной технике.
Целью, данной выпускной квалификационной работы является синтез системы управления положением навесного оборудования подвижного объекта.
В соответствии с указанной целью в работе решаются следующие задачи:
1. Ознакомление с устройством бульдозерного агрегата на базе гусеничной машины, изучение устройства и возможностей навесного оборудования и системой его управления.
2. Ознакомление с математическими моделями гидравлических систем и выбором одной из них для решения задачи.
3. Разработка системы стабилизации навесного оборудования с применением двух типов регуляторов и сравнении их друг с другом.
Объект исследования: принципы построение моделей гидравлических систем с возможностью внедрения в них систем автоматического управления.
Предмет исследования является система стабилизации рабочего оборудования бульдозерного агрегата
Методы исследования, проводимые в работе, основаны на комплексов использования приобретенных знаний в ходе изучения теории автоматизированного управления, систем автоматизированного проектирования, теоретической механики, теории гидросистем, современных вычислительных пакетов.
Практическая ценность работы, заключается в том, что все аналогичные системы управления положением навесного оборудования, которые используются на сегодняшний день, тщательно скрываются фирмами изготовителями, так как это данная система значительно повышает конкурентоспособность производителя на рынка, а также стоимость подобных систем является достаточно высокой.
Для исследования и разработки системы управления положением использовался математический пакет Matlab r2016b и его внутренние библиотека Simulink.
История завода «ДСТ-УРАЛ» берет начало в 1999 году. Семь лет успешной деятельности и накопленный опыт в сфере ремонта и модернизации тракторной техники позволили компании начать проектирование бульдозера ТМ-10. В 2007-м предприятие стало поставлять новые машины в крупнейшие Российские компании.
Применение высоких технологий с максимальной автоматизацией, исключающих негативное проявление человеческого фактора — основа организации производства на ДСТ-УРАЛ.В конструкции ТМ-10 заложен принцип использования самых надежных, экономичных и ремонтопригодных агрегатов отечественного и зарубежного производства.
В скором времени появились и первые машины нового поколения. Конструкционно они во многом уникальны. Переход с механической трансмиссии на гидростатическую повысил надежность и улучшил потребительские свойства бульдозера. Выбор типа трансмиссии был определен опытом использования этой технологии ведущими мировыми производителями. Гусеничный бульдозер с гидростатической трансмиссией лишен многих недостатков, а использование распространенного двигателя Ярославского моторного завода усилил успех предприятия.
На технике предприятия для управления рабочим органом используются силовые гидроцилиндры, которые имеют преимущества перед остальными исполнительными механизмами из-за относительно высокой развиваемой мощности на единицу массы - масса гидропривода на порядок меньше массы электрической машины той же мощности. При этом большинство гидроприводов, использующихся в различных машинах, являются неавтоматизированными.
Применение электронной-вычислительной технике, которую возможно установить в качестве микроконтроллера на бульдозерный агрегат позволяет внедрять возможность использования систем управления различного применения, что влечет за собой повышение качества работ.
Современные требования к качеству обработки земляного полотна достаточно высоки. В связи с этим на планировочные землеройно-транспортные машины устанавливаются дополнительные элементы, для автоматизации процессов и
совершенствования технических характеристик машины. Использование рабочего органа бульдозера для высокоточной обработки земляного покрова может позволить сократить размер парка дорожно-строительной техники на рабочей площадке, исключив автогрейдер и другие панировочные машины на базе колесных тракторов. Для эффективного использования бульдозерного оборудования в планировочных работах необходимо оснастить его соответствующими устройствами для контроля и управления положением рабочего органа.
Совместно с сокращение парка рабочей техники к плюсам внедрения системы управления можно отнести снижение требуемой квалификации к человеку- оператору, что обязательно скажется на повышении производительности совершаемых работ и сокращения затрачиваемых средств.
В разработке системы управления для повышения эффективности дорожностроительной техники возникает проблема синтеза оптимальных параметров, которые невозможно решить без применения вычислительной технике, так как оптимизация параметров является сложным вычислительным процессом. Внедрение систем автоматизации проектирования в машиностроительные отрасли позволит облегчить путь решения этой технической проблемы.
Разработка и применения подобных систем на базе дорожно-строительной технике предоставляет для потребителя ряд плюсов в экономии средств и времени, а для производителя возможность выйти на новый уровень конкуренции на рынке строительной технике.
Целью, данной выпускной квалификационной работы является синтез системы управления положением навесного оборудования подвижного объекта.
В соответствии с указанной целью в работе решаются следующие задачи:
1. Ознакомление с устройством бульдозерного агрегата на базе гусеничной машины, изучение устройства и возможностей навесного оборудования и системой его управления.
2. Ознакомление с математическими моделями гидравлических систем и выбором одной из них для решения задачи.
3. Разработка системы стабилизации навесного оборудования с применением двух типов регуляторов и сравнении их друг с другом.
Объект исследования: принципы построение моделей гидравлических систем с возможностью внедрения в них систем автоматического управления.
Предмет исследования является система стабилизации рабочего оборудования бульдозерного агрегата
Методы исследования, проводимые в работе, основаны на комплексов использования приобретенных знаний в ходе изучения теории автоматизированного управления, систем автоматизированного проектирования, теоретической механики, теории гидросистем, современных вычислительных пакетов.
Практическая ценность работы, заключается в том, что все аналогичные системы управления положением навесного оборудования, которые используются на сегодняшний день, тщательно скрываются фирмами изготовителями, так как это данная система значительно повышает конкурентоспособность производителя на рынка, а также стоимость подобных систем является достаточно высокой.
Для исследования и разработки системы управления положением использовался математический пакет Matlab r2016b и его внутренние библиотека Simulink.
1. Разработана математическая модель гидравлической системы, состоящей из силового гидроцилиндра и золотникового гидрораспределителя. Модель гидросистемы описана дифференциальными уравнениями с наложением ограничений по перемещению штока цилиндра и золотника кидрораспределителя.
2. Проведены моделирования работы гидросистемы, созданной с помощью уравнений, описывающих динамические процессы в системе, а также с использованием встроенных в математический пакет Simulink блоков, описывающих поведение элементов гидросистемы.
3. Разработана система стабилизации навесного оборудования под влиянием внешнего воздействия со стороны микрорельефа.
4. Произведено регулирование системы с использованием ПИ-регулятора и отработка влияние возмущающего воздействия. ПИ-регулятор показал себя пригодным для использования не превысив отклонения от заданного положение более чем на 0.2 градуса, что является допустимым для предназначенных работ системы.
5. Произведено регулирование системы с использованием нечеткого регулятора и отработка влияние возмущающего воздействия. Система улучшила показатели точности по сравнению с ПИ-регулятором, не превысив отклонение более чем на 0.1 градус от заданного.
6. Из полученных результатов можно сделать вывод, что использования систем стабилизации на бульдозерный агрегат является возможным и вполне осуществимым.
7. Представленная в работе система стабилизирует навесное оборудование только в плоскости перекоса. Для создания полноценной системы профилирования местности необходимо учесть положение навесного оборудования по высоте, а также возможность применения более точных измерительных приборов и датчиков.
Для рабочей системы не только стабилизирования навесного оборудования, но и в целом системы профилирования местности необходимо применение большего количества датчиков на бульдозерном агрегате, применение датчиков давления в полостях гидроцилиндра, для исключения возмущающей силы со стороны срезаемого грунта. Использование систем GPS/ГЛОНАСС и лазерных излучателей и приемников для более точного позиционирования рабочего оборудования и формирования таким образом наиболее «гладкого» земляного полотна.
Разработка систем управления положения рабочего оборудования - это перспективное направление в промышленности, на которую уже имеется спрос на рынке, что, в свою очередь, означает необходимость развивать данную тему дальше
за пределы дипломной работы. Вопросы, связанные с созданием полноценной системы требуют большое количество времени, интеллектуального ресурса и доступа к экспериментальным данным с возможностью создания базового прототипа системы для его последующего совершенствования и доведения до реально применимой системы профилирования местности.
2. Проведены моделирования работы гидросистемы, созданной с помощью уравнений, описывающих динамические процессы в системе, а также с использованием встроенных в математический пакет Simulink блоков, описывающих поведение элементов гидросистемы.
3. Разработана система стабилизации навесного оборудования под влиянием внешнего воздействия со стороны микрорельефа.
4. Произведено регулирование системы с использованием ПИ-регулятора и отработка влияние возмущающего воздействия. ПИ-регулятор показал себя пригодным для использования не превысив отклонения от заданного положение более чем на 0.2 градуса, что является допустимым для предназначенных работ системы.
5. Произведено регулирование системы с использованием нечеткого регулятора и отработка влияние возмущающего воздействия. Система улучшила показатели точности по сравнению с ПИ-регулятором, не превысив отклонение более чем на 0.1 градус от заданного.
6. Из полученных результатов можно сделать вывод, что использования систем стабилизации на бульдозерный агрегат является возможным и вполне осуществимым.
7. Представленная в работе система стабилизирует навесное оборудование только в плоскости перекоса. Для создания полноценной системы профилирования местности необходимо учесть положение навесного оборудования по высоте, а также возможность применения более точных измерительных приборов и датчиков.
Для рабочей системы не только стабилизирования навесного оборудования, но и в целом системы профилирования местности необходимо применение большего количества датчиков на бульдозерном агрегате, применение датчиков давления в полостях гидроцилиндра, для исключения возмущающей силы со стороны срезаемого грунта. Использование систем GPS/ГЛОНАСС и лазерных излучателей и приемников для более точного позиционирования рабочего оборудования и формирования таким образом наиболее «гладкого» земляного полотна.
Разработка систем управления положения рабочего оборудования - это перспективное направление в промышленности, на которую уже имеется спрос на рынке, что, в свою очередь, означает необходимость развивать данную тему дальше
за пределы дипломной работы. Вопросы, связанные с созданием полноценной системы требуют большое количество времени, интеллектуального ресурса и доступа к экспериментальным данным с возможностью создания базового прототипа системы для его последующего совершенствования и доведения до реально применимой системы профилирования местности.
