Диссертация (1173099), страница 14
Текст из файла (страница 14)
По максимальному значению λ1(t)можно найти ее предельную скорость изменения:λ1 () = sinω,где A=σ; λ() = ω1 cosω1 ,λ1 ()max = ω1 =12π = .Зная величину σ, определяем максимальную скорость дрейфа экстремума:2πλ1 ()max = σ .Предельная скорость дрейфа экстремума СЭР определяется постояннойсоставляющей изменения сил нагружения рабочего органа [1, 3].Частоты выше ω1 относятся к случайной составляющей λ2(t). Значениядисперсии D = σ2 этого спектра получим путем интегрирования спектральнойплотности от ω1 до ∞.
По величине среднеквадратичного отклонения σ иотношения σ/x определяется количество сбоев в СЭР. Случайный процесснагружения виброрыхлителя является случайным стохастическим со следующимипараметрами:• среднеквадратичное отклонение σ = 0.2ρ ;• время корреляции τк = 3 с;• корреляционная0.04ρ2 ;функция(τ) = −β(τ) , где = 0.5 с, = σ2 =• спектральная плотность (ω) =2ββ2 +ω2.Полоса пропускания системы при принятой постоянной времени привода Tg= 1с будет ω1 = 1.Значение дисперсии D при спектральной частоте большей ω1 определяетсяпо величине площади спектральной плотности, расположенной правее значения ω1,то есть σ = 0,018.Значение шага квантования выходного сигнала СЭР по уровню χ,определяется исходя из следующего: он должен быть сравнительно малым, чтобыуменьшить потери системы, и вместе с тем достаточно большим, чтобы не былосбоев системы от случайных помех.106По значениям величин σ1 и χ=0,06 можно определить число сбоев системы:л.п.130.0621 0.06= −�� = 5.8 ∗ 10−3 .4 ∗ 3 √2π 0.0182 ∗ 0.0182С вероятностью близкой к единице, отклонение от вычисленного числа сбоевравно:|∆| = 3�(1 − ) ≅ 0.2.Можно констатировать, что число сбоев в системе будет находиться впределах от 0 до 0,2058 с вероятностью 5,8*10-3, что практически обеспечиваетбесперебойную работу системы [61].4.6.
Разработка устройства управления вибровозбудителемПоддержание резонанса в системе обеспечивается двумя независимымипроцессами регулирования:•стабилизация амплитуды вибраций рабочего органа рыхлительноймашины;•поиск экстремума (минимума) значения мощности потребляемойвибросистемой.Момент наступления резонанса определяется минимумом тока, которыйпотребляется системой.При соприкосновении зуба с грунтом, часть последнего участвует вколебательном процессе совместно с зубом.
Тогда исходная колебательная системавыходит из резонанса, изменяя потребляемый ток (I1). Система управленияприступает к изменению частоты колебания преобразователя, изменяя величинупотребляемого тока. Система управления производит постоянное измерениемгновенного значения тока и делает запись в память системы. Каждое измерениесравнивается с последующим. Когда по мере увеличения частоты колебанийпотребляемый ток уменьшается, то происходит приближение к состояниюрезонанса. Резонансное состояние системы виброрыхления обеспечиваетсястабилизацией заданной амплитуды колебаний рабочего органа рыхлителя иуправленияпроцессомминимизациизначениямощности,потребляемоймагнитостриктором от источника питания.
Так как амплитудные значения107колебаний виброрыхлителя являются постоянными, то появление режимарезонанса можно фиксировать по минимальному значению тока, потребляемого отисточника питания. Таким образом, когда у виброрыхлителя наступает режимрезонанса, то его частоте колебаний fр1 соответствует потребляемый от источникапитания ток Iрез1(min). В процессе рыхления грунта колебательная системавиброрыхлителя выходит из режима резонанса, сопровождаемого изменениемпотребляемого тока (I1). Система управления при этом, изменяя частотувиброколебаний магнитостриктором, изменяет значение потребляемого им тока,измеренное мгновенное значение которого записывается в память системы.Производится непрерывное сравнение предыдущего и последующего результатовизмерений. Если с увеличением частоты потребление тока уменьшается, то этосвидетельствует о приближении системы к режиму резонанса.Функциональнаясхемаавтоматическогоустройствауправлениявибровозбудителем виброрыхлителя приведена на рисунке 4.6.Алгоритмфункционированияконтурастабилизациипостояннойамплитудных значений колебательного процесса рыхлящего зуба сводиться кследующему:•ПП трансформирует колебательный процесс рыхлящего зуба впоследовательность электрические импульсы пропорционально его частоте иамплитуде.•для сглаживания АЧХ ПП используется частотно-компенсированныйусилитель.•Сглаженный сигнал подается на вход выпрямитель 3, которыйвырабатываетнапряжениепропорциональноеамплитудеспостояннымколебанияамплитуднымрабочегооргана,значениемзатемнапреобразователь напряжение-частота 4, который вырабатывает импульсы счастотой, пропорциональной напряжению, и амплитуде колебания рабочегооргана.
Частота импульсов измеряется частотомером 5. Необходимая амплитудаколебания устанавливается путём ручной настройки рабочего органа, частотызаписываются в регистр эталонного значения 6.108Рисунок 4.6 - Структурная схема экстремальной системы с непрерывным движением109Частотомер измеряет текущее значение амплитуды и записывает его воперативный счетчик 7. Данные сравниваются с эталонным значением,записанным устройством сравнения 8, затем информация передаётся нааналоговый компаратор 9. Производится сравнение измерительного Аиз иэталонного Аэт значений путем вычитания из второго значения первого. ЕслиАэт > Аиз > 0, то на компаратор подается положительное напряжение, а если Аэт - Аиз,то отрицательное.С компаратора сигнал подается на интегратор 10.
Если он положителен, тона выходе интегратора напряжение равномерно возрастает от 0 до максимума, аесли отрицателен то это напряжение убывает от максимума до 0. Напряжение синтегратора поступает на вход генератора, управляющего напряжением 11.Импульсы поступают на цифровой регулятор амплитуды 12, меняющий мощностьэлектрическихимпульсов,поступающихнамагнитострикционныйпреобразователь 14 – он меняет амплитуду рабочего органа, которая изменяетсяэталонного значения.Контур автоматического поиска резонансной частоты работает следующимобразом:•в цепи питания управляемого генератора 15, включено активноесопротивление, на котором возникает падение напряжения;•это напряжение подается на интегратор 16 для сглаживания колебаний,а затем на АЦП 17, он преобразует напряжение в последовательностьэлектрических импульсов рандомной частоты;•частота измеряется частотомером 18; ее значение записывается воперативный счетчик 19 и регистр памяти 20 рядом с предыдущим измереннымзначение частоты, при этом в оперативном счетчике фиксируется текущее значениеизмеряемой частоты;•дельта двух показаний сравниваются цифровым компаратором 21,далее поступают на устройство управления 22, а затем на реверсивный счетчик 23;•наесли предыдущее значение частоты меньше последующего, то данныереверсивномсчётчике23уменьшаются.Данныепередаютсядля110программируемого делителя 24, который делит частоту импульсов, поступающихс генератора;•частота импульсов, программируемых делителем 24, уменьшается, этоприводит к уменьшению рабочая частота генератора;•если предыдущее значение частоты больше последующего, тосодержимое счетчика 23 увеличивается и следом увеличивается рабочая частотагенератора 15.В заданном выше аппаратном комплексе осуществляется автоматическаянастройкасистемы(приведениеврезонанс):магнитострикционныйпреобразователь - рабочий орган – грунт [102].На основе полученной математической модели с критерием качественнойоценки в виде величины рассогласования между рабочим органом и параметрамиволновогосопротивленияпроцессарыхленияпроведенкомпьютерныйэксперимент [102, 109].
В качестве вычислительного оборудования используетсяпроцессорная плата с операционной системой LUNIX Real Tame. Даннаяоперационная система производит вычисления в режиме реального времени.Программа для поиска минимального значения потребляемой мощности,согласно электрическим импульсам напряжения определенной частоты, зависящейот значения тока, которое меняется при изменении усилия, приложенного нарыхлящий зуб рыхлителя, реализована на языке программирования «G». Нарисунке 4.7 изображена виртуальная панель управления поиском экстремальногозначения мощности.111Рисунок 4.7 – Программа нахождения минимальной потребляемой мощности1124.7.
Результаты экспериментальных исследованийМоделирование процессов виброрыхления, проводилось в соответствии сразработаннымиструктурамиэкстремальнойавтоматическойсистемыоптимизации процесса виброрыхления (рисунок 4.4) и автоматического устройствауправления вибровозбудителем виброрыхлителя (рисунок 4.5) и представлено ввиде схемы, изображенной на рисунке 4.6.
Объект - виброрыхлитель представляетпоследовательное соединение инерционного звена и нелинейной экстремальнойстатической характеристики. Выходным параметром объекта является мощность P,потребляемая в процессе рыхления, а входным – частота магнитострикционноговибровозбудителя. Оба эти параметра связаны между собой устройствомуправленияпроцессомвиброрыхления,которыйприизмененииусилия(мощности) процесса рыхления изменяет частоту тока магнитостриктора. Дляреализациипроцессамоделированиянагружениявиброрыхлителябылипривлечены результаты экспериментальных исследований, полученные наспециальной установке. Установка представляет собой контейнер, в которомимитируетсясоставреальногогрунтаиккоторомуприсоединенмагнитострикционный рабочий орган.
Магнитострикционный вибровозбудитель сконцентратором образуют систему, колеблющуюся в режиме стоячей волны.Для получения образцов грунта использовались следующие компоненты.113В ходе эксперимента фиксировались и регистрировались в режиме колебанийследующие данные:величина изменения частоты при подстройке колебательной системы в•резонанс;•изменения напряжения и тока возбуждения;•амплитуды смещения рабочего органа и частиц грунта в зоне контакта.Результаты эксперимента представлены в таблице 4.1.Таблица 4.1 - Данные нагружения рабочего органаВарьируемые переменныеАкустическаяжесткость грунта(МПа с/м)ρcРезонансная частота(Гц)f0∧Отклик yРассогласованиерабочего органа почастотеδ = f0 fн1143,1549200,9843,1581800,9755,9549200,9895,9581800,9714,5565500,9784,5588500,9664,5542500,9896,5565500,9832,5565500,982В процессе моделирования системы в соответствии со структурой на рис.4.10 задавалось значение мощности рыхления, отличное от экстремальногозначения, после чего активизировалась система управления.Используя интенсивности, которые определялись по конкретным значениям,приведенным в построенных амплитудно-частотных характеристиках (АЧХ)нагруженного рабочего органа (рисунок 4.8), и измеренные значения мощности,потребляемой магнитостриктором (таблица 4.2) от источника питания, строиласьтакже статическая характеристика объекта управления (рисунок 4.9).Таблица 4.2 - Параметры статической характеристики объекта±00,20,40,60,811,21,41,61,822,22,4y00,040,160,360,6411,441,962,563,2444,855,761152,5 Волновое сопротивление грунта3,15 Мпа с/м4,55 Мпа с/мАмплитуда (мкм)21,510,5044,2634,854,966,576,77Частота (кГц)8,188,58,859,1Рисунок 4.8 - Амплитудно-частотные характеристики нагруженных рабочихорганов700Волновое сопротивление грунта3,15 Мпа с/м4,55 Мпа с/мМощность (Вт х102)600500400300200100044,2634,854,966,576,778,188,58,859,1Частота (кГц)Рисунок 4.9 - Графики зависимости мощности магнитостриктора от частотыВариации волнового сопротивления разрабатываемого грунта ведут куменьшению передачи мощности по отношению к резонансному состояниюколебательной системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
