Введение
1 Обзор дорожно-строительных процессов и их автоматизация 7
1.1 Рабочие процессы строительных и дорожных машин 7
1.2 Автоматизация процессов уплотнения дорожно - строительных
материалов 12
2 Математическое описание рабочего процесса дорожно - строительных
материалов 17
3 Методика синтеза системы управления объектом высокого порядка 20
3.1 Методы синтеза регуляторов 20
3.2 Методика синтеза ПИД - регулятора системы управления объектом
управления высокого порядка 25
3.3 Методика синтеза цифрового ПИД - регулятора системы управления
объектом управления 31
4 Имитационная модель система автоматического управления объектом
управления высокого порядка в среде MATLAB&Simulink 34
4.1 Модель системы управления с непрерывным регулятором 34
4.2 Моделирование системы управления объектом управления 3 - го и 7 -
го порядка 35
4.3 Модель система управления с цифровым регулятором 38
4.4 Моделирование системы управления объектом управления 7-го
порядка 39
5 Реализация результатов работы 41
Заключение 45
Список использованных источников 46
Приложение А Расчеты 53
Приложение Б Инструкция по программе для ЭВМ 56
Приложение В Публикация 60
На данный момент строительство достигло высокого уровня и её темп роста продолжает увеличиваться, в свою очередь это создало множество проблем. Для их решения при ограниченном финансировании, внедрение научно - технического прогресса и передового опыта приобретают большое практическое значение.
Строительные - дорожные машины (СДМ) выполняют различные функции. В частности, выполняют работы по укладке и обслуживанию дорожных покрытий. Эти работы выполняют такие машины как асфальтоукладчики и катки производящие уплотнение поверхности.
Актуальность магистерской диссертации связано с тем, что отечественные СДМ таки как асфальтоукладчики и катки редко оснащаются системами управления режимами, в отличии от импортных аналогов.
Из анализа современного состояния дорожного строительства следует, что актуальной проблемой, для повышения уровня оптимального использования дорожно-строительного материала асфальтоукладчиками и катками является совершенствование системы управления режимами работы.
При написании данной диссертации были использованы научная и учебно-методическая литература, статьи в периодических изданиях Российской Федерации.
Объектом разработки в работе является процесс управления режимов строительства дорожных покрытий.
Цель магистерской диссертации: разработка методики синтеза регулятора системы управления строительными дорожными машинами.
Задачи магистерской диссертации:
1) выполнить анализ публикаций дорожно-строительных процессов;
2) разработать функциональную и структурную схемы системы управления;
3) выполнить синтез регулятора модальным методом;
4) разработать имитационную модель системы управления режимами в среде MATLAB&Simulink;
5) реализация метода синтеза регулятора в MATLAB&Simulink
В результате выполнения магистерской работы проведен анализ дорожно-строительных процессов и их автоматизация.
В магистерской работе разработаны: функциональная и структурная схемы СУ ДСМ.
Далее был синтезирован ПИД - регулятор предложенной методикой и применена с построенной имитационной моделью САУ режимами ДСМ с непрерывным и цифровым ПИД - регулятором высокого порядка имеющею обратную связь.
Далее реализована программа для ЭВМ в программном пакете MATLAB&Simulink с предложенной методикой синтеза непрерывного ПИД - регулятора. И проведено имитационное моделирование.
Данные модели, с точки зрения среды MATLAB, можно считать адекватными, так как параметры по результатам моделирования практически соответствуют реальным.
В ходе подготовки магистерской диссертации были опубликована статья в журнале Тихоокеанского государственного университета.
1 Вадутов,О.С. Синтез ПИД-регулятора в системах с запаздыванием методом условной оптимизации с ограничениями на размещение полюсов /
O. С. Вадутов // Известия Томского политехнического университета. Информационные технологии. - 2014. - Т. 325. - №5. - С. 16-22.
2 Филипс, Ч. Системы управления с обратной связью / Ч. Филипс,
P. Харбор. - Москва: Лаборатория базовых знаний, 2001. - 616 с.
3 Воронов, А. А. Основы теории автоматического управления. Автоматическое регулирование непрерывных линейных систем /
А. А. Воронов. - Москва: Энергия, 1980. - 309 с.
4 Лукас, В. А. Теория автоматического управления / В. А. Лукас. - Москва: Недра, 1990. - 416 с.
5 O'Dwyer, A. Handbook of PI and PID ControllerTuning Rules/
A. O'Dwyer. - London: Imperial College Press, 2006. - 564 p.
6 O'Dwyer, A. Handbook of PI and PID controller tuning rules/ A. O'Dwyer. - London: Imperial College Press, 2009. - 623 p.
7 Иванчура, В. И. Синтез ПИД-регулятора для объектов второго порядка с учетом расположения полюсов / В. И. Иванчура, А. П. Прокопьев, Р. Т. Емельянов // Техника и технологии. - 2016. - Т. 9. - № 1. - С. 50-60.
8 Замятин, Д. В. Методика синтеза оптимальных по быстродействию систем / Д. В. Замятин, А. Н. Ловчиков // Вестник СибГАУ. - 2005. - № 4. - С. 28-30.
9 Замятин, Д. В. Определение параметров корректирующего устройства для системы четвертого порядка, оптимальной по быстродействию / Д. В. Замятин, А. Н. Ловчиков // Вестник СибГАУ. - 2006. - № 4. - С. 18-20.
10 Замятин, Д. В., Ловчиков А. Н. Синтез оптимальных по быстродействию систем высокого порядка / Д. В. Замятин, А. Н. Ловчиков // Вестник СибГАУ. - 2013. - № 2. - С. 24-28.
11 Иванчура, В. И. Оптимизация следящей системы автоматического управления / В. И. Иванчура, А. П. Прокопьев // Вестник СибГАУ. - 2011. - № 5. - С. 44-49.
12 Иванчура, В. И. Методика синтеза регуляторов для объектов второго порядка / В. И. Иванчура, А. П. Прокопьев, Р. Т. Емельянов, Л. В. Скурихин // Вестник Сибирского аэрокосмического университета. - 2016. - Т. 17, - № 3. - С. 618-624.
13 Ефимов, С. В Синтез ПИД-регулятора с учетом расположения нулей и полюсов системы автоматического регулирования / С. В. Ефимов, С. В. Замятин, С. А. Гайворонский // Известия Томского политехнического университета. - 2010. - Т. 317, - № 5. - С. 102-107.
14 Ефимов, С. В. Задачи корневого анализа и синтеза систем автоматического управления / С. В. Ефимов, С. А. Гайворонский, С. В. Замятин // Известия Томского политех. ун-та. - 2010. - Т. 316. - № 5. - С. 16-20.
15 Пермяков, В. Б. Комплексная механизация строительства: учебник для вузов / В.Б. Пермяков. - Москва: Высшая школа, 2005. - 383 с.
16 Атаев, С. С. Технология, механизация и автоматизация строительства / С.С. Атаев, А.Ф. Тихонов. - Москва: Высшая школа, 1990. - 598 c.
17 Воробьев, В.А. Автоматизация технологических процессов в строительстве / В.А. Воробьев. - Москва: Высшая школа, 1999.
18 Воробьев, В.А. Методы и средства автоматизации дорожно-строительных работ и машин / В.А. Воробьев. - Москва: Стройиздат, 1996.
19 Воробьев, В.А., Автоматизация технологических процессов, оборудования и машин в строительстве / В.А. Воробьев, А.М. Васьковский,В.П. Попов. - Москва: ГазНИИпроект, 1999.
20 Конныхин, Б.Д. Автоматизация строительных и дорожных машин / Б.Д. Конныхин, Э.Н. Кузин. - Москва: Стройиздат, 1992.
21 Тихонов А.Ф. Автоматизация и роботизация технологических процессов и машин в строительстве / А.Ф. Тихонов. - Москва: АСВ, 2005.
22 А.с. 16685519А1 СССР, МПК Е01С19. Уплотняющий
рабочийорган / В. А. Самуйлов (СССР). - № 436200/33; заявл. 12.01.1988; опубл. 07.08.1991, Бюл. № 29.
23 А.с. 815107 СССР, МПК Е01С19/38. Способ уплотнения и выглаживания дорожного покрытия / А.Г. Маслов (СССР). - № 2753579/29-33; заявл. 05.03.1979; опубл. 23.03.1981, Бюл. № 11.
24 А.с. 1565935 СССР, МПК Е01С19/48. Рабочий орган асфальтоукладчика / В.Б. Пермяков, А.В. Захаренко, М.Н. Ахилбеков (СССР). - № 4189020/31-33; заявл. 02.02.1987; опубл. 23.05.1987, Бюл. № 19.
25 А.с. 1142568 СССР, МПК Е01С19/34. Устройство для уплотнения дорожно-строительных материалов / Н.П. Афанасьев, В.К. Погорелов, В.И. Шенфельд, Е.М. Красик, А.М. Улицкий, И.Б. Хиценко, С.Б. Островский, А.Д. Никитина, И.И. Руденко (СССР). - № 368103/29-33; заявл. 03.11.1983; опубл. 28.02.1985, Бюл. № 8.
26 Артемьев, К.А. Дорожные машины. Ч. 1: Машины для земляных работ: учебник для вузов / К.А. Артемьев, Т.В. Алексеева, В.Г. Белокрылов, B. Б. Пермяков [и др.]. - Москва: Машиностроение, 1972. - 504 с.
27 Артемьев, К.А. Дорожные машины. Ч. 2: Машины для устройства дорожных покрытий: учебник для вузов / К.А. Артемьев, Т.В. Алексеева, В.Г. Белокрылов, В.Б. Пермяков [и др.].- Москва: Машиностроение. 1982. - 397 с.
28 Бадалов, В.В. Рациональный режим уплотнения асфальтобетонной смеси / В.В. Бадалов, А.А. Шестопалов // Автомобильные дороги. - 1972. - № 5.- С. 5-18.
29 Бауман, В.А. Вибрационные машины и процессы в строительстве / В.А. Бауман. - Москва: Высшая школа, 1977. - 354 с.
30 Варганов, С.А. Исследование динамики вибрационных катков /
C. А. Варганов // Строительное и дорожное машиностроение. - 1959. - № 9. -С. 12-14.
31 Варганов, С.А. Машины для уплотнения грунтов и дорожностроительных материалов / С. А. Варганов, Г. С. Андреев. - Москва: Машиностроение, 1981. - 240 с.
32 Варганов, С.А. Установление рациональных режимов работы самоходных виброкатков // Строительные и дорожные машины. - 1958. - № 10. - С. 13-17.
33 Гезенцвей, Л.Б. Дорожный асфальтобетон / Л.Б. Гезенцвей, Н.В. Горелышев, А.М. Богуславский, И.В. Королёв; под ред. Л.Б. Гезенцвея. -2-е изд., перераб. и доп. - Москва: Транспорт,1985. - 350 с.
34 Горелышев, Н.В. Технология и организация строительства автомобильных дорог / Н.В. Горелышев, В.К. Некрасов, [и др.]. - Москва: Транспорт, 1992. - 550 с.
35 ГОСТ 12801-98. Материалы на основе органических вяжущих для дорожного и аэродромного строительства. Методы испытаний. - Введ. 01.01.1999. - Москва: ГУП ЦПП, 1999. - 54 с.
36 ГОСТ Р 52156-2003 Самоходные дорожные катки. Общие технические условия. - Введ. 01.01.2003. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 2004. - 14 с.
37 Дорожно-строительные машины и комплексы / В. И. Баловнев, А. Б. Ермилов, А. И. Новиков [и др.].; под ред. В. И. Баловнева. - Москва: Машиностроение, 1998. - 384 с.
38 Дудкин, М.В. Тенденции развития конструкций асимметричных планетарных вибровозбудителей дорожных машин / М.В. Дудкин // Исследование рабочих органов-манипуляторов дорожных машин: сборник научных трудов. - Москва: МАДИ, 1989. - С. 79-87.
39 Зубанов, М.П. Вибрационные машины для уплотнения бетонных смесей и грунта / М.П. Зубанов. - Москва: Машиностроение, 1964. - 195 с.
40 Зубанов, М.П. Некоторые вопросы теории и расчета вибрационных катков / М.П. Зубанов // Научно-технический информационный бюллетень. - 1959. - № 4.
41 Иванченко, С.Н. Асфальтоукладчики : Конструкция и расчёт : учеб. пособие / С.Н. Иванченко. - Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2002. - 104 с.
42 Костельов, М.П. «Умные» виброкатки для дорожников / М.П. Костельов // Дорожная техника. - Санкт-Петербург, 2005. - С. 30-44.
43 Костельов, М.П. Уплотнению асфальтобетона требуется обновленное поколение дорожных катков / М.П. Костельов // Дорожная техника. - Санкт-Петербург, 2003. - С. 72-82.
44 Костельов, М.П. Технологические особенности и параметры уплотнения горячего асфальтобетона гладковальцовыми катками / М.П. Костельов, Л.М. Посадский // Уплотнение земляного полотна и конструктивных слоёв дорожных одежд: тр. СоюздорНИИ - Москва, 1980. - С. 72 - 91.
45 Костельов, М.П. Практические проблемы устройства асфальтобетонных покрытий с высокой ровностью. Дорожная техника, технология: каталог-справочник / М.П. Костельов. - Санкт-Петербург: ООО Информационное агентство «Партнёр», 2003. - С. 38-43.
46 Ксоврели, П.И. Влияние параметров и режимов укладки на уплотняемость асфальтобетонной смеси / П.И. Ксоврели // Тр. Союз-дор НИИ.- Москва, 1980. - С. 126 - 133.
47 Кустарев, Г. В. Повышение эффективности уплотняющих машин для скоростного строительства асфальтобетонных покрытий / Г.В. Кустарев.- Москва: МАДИ (ГТУ), 2008. - 282 с.
48 Маргайлик, Е.Г. Виброкатки и асфальтоукладчики фирмы DYNAPAC / Е.Г. Маргайлик // Строительные и дорожные мя.тттины. — 2000. — № 3. - С. 20 -23.
49 Маслов, А.Г. Эффективные рабочие органы асфальтоукладчиков / А.Г. Маслов // Автомобильные дороги. -1983.-№ 5.- С. 16-18.
50 Малютин, Л.В. Автоматические системы управления для асфальтоукладчиков / Л.В. Малютин // Основные средства. - 2005.- № 1. - С. 19-21.
51 Методические рекомендации по укладке и уплотнению асфальтобетонных смесей различного типа при использовании высокопроизводительных асфальтоукладчиков и катков / Б.С. Барышев, Б.М. Слепая, М.А. Либерман, Л.М. Кириллова, Э.Б. Островский. - Москва: СоюздорНИИ, 1984. - 12 с.
52 Островский, Э.Б. К вопросу выбора режимов уплотнения асфальтобетонной смеси при строительстве автомобильных дорог / Э.Б. Островский, М.А. Либерман, Б.М. Слепая // Тр. СоюздорНИИ. - Москва, 1982. - С. 35-41.
53 Пермяков, В.Б. Обоснование величины контактных давлений для уплотнения асфальтобетонных смесей / В.Б. Пермяков, А.В. Захаренко // Строительные и дорожные машины. - 1989. - № 5. - С. 12 - 13.
54 Пермяков, В.Б. Математическая модель процесса уплотнения асфальтобетонных смесей / В.Б. Пермяков, К.В. Беляев // Известия вузов. Строительство. - 2005. - Вып. 1. - С. 107-115.
55 Радовский, Б.С. Сегрегация асфальтобетонных смесей и методы борьбы с ней в США. Дорожная техника, технология : каталог-справочник / Б.С. Радовский. - Санкт-Петербург : ИД «Славутич», 2007. - С. 26-40.
56 Хархута, Н.Я. Дорожные машины. Теория, конструкция и расчёт / под ред. Н.Я. Хархуты. -2-е изд., доп. и перераб. - Л.: Машиностроение,1975- 472 с.
57 Серебренников, В.С. Обоснование режимных параметров вибрационных катков для уплотнения асфальтобетонных смесей: дис. ... канд. техн. наук: 05.05.04 / Серебренников Виктор Сергеевич. - Омск, 2008. - 170 с.
58 Справочник конструктора дорожных машин // Б. Ф. Бондаков, С. А. Варганов, М. Р. Гарбер [и др.]. ; под ред. И. П. Бородачева. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Машиностроение, 1973. - 504 с.
59 СТО 4.2-22-2009 Система менеджмента качества. Организация учета и хранения документов. - Введ. 22.12.2009. - Красноярск : ИПК СФУ, 2009. - 41 с.