Главная » 2014 » Июнь » 27 » Скачать Моделирование и автоматизация работы технологического агрегата с автономным энергопитанием в машиностроении. Хайруллин, Салават бесплатно
4:31 AM
Скачать Моделирование и автоматизация работы технологического агрегата с автономным энергопитанием в машиностроении. Хайруллин, Салават бесплатно
Моделирование и автоматизация работы технологического агрегата с автономным энергопитанием в машиностроении
Диссертация
Автор: Хайруллин, Салават Рашатович
Название: Моделирование и автоматизация работы технологического агрегата с автономным энергопитанием в машиностроении
Справка: Хайруллин, Салават Рашатович. Моделирование и автоматизация работы технологического агрегата с автономным энергопитанием в машиностроении : диссертация кандидата технических наук : 05.13.06 Набережные Челны, 2006 123 c. : 61 06-5/2548
Объем: 123 стр.
Информация: Набережные Челны, 2006
Содержание:
Оглавление 2' Глава
I Автоматизация и математическое моделирование работытехнологического агрегата (ТА) с автономным энергонитанием ответроэнергоустановки (ВЭУ) в машииостроении
11 Основные типы ветроэнергетических установок: преимущества,недостатки
12 ВЭУ роторного типа с вертикальной осью вращения, сопловойсистемой воздухозаборника (ВЭУРС) и автоматизация ее работы 18^ 13 Возможности применения ВЭУРС в технологических процессах вмашиностроении
14 Уравнения динамики ТА с энергопитанием от ветродвигателя(ТАВД) 27ф 15 Уравнения динамики ТАВД с учетом упругости передаточноговала
Глава
II Устойчивость в большом раснределенных и гибридныхтехнологических систем 41# 21 Определения и теоремы об устойчивости
22 Условия устойчивости линейных распределенных систем
23 Условия устойчивости распределенных систем при постояннодействующих возмущениях
24 Условия устойчивости линейных гибридных систем
25 Условия устойчивости гибридных систем при постояннодействующих возмущениях
Глава
III Синтез унравлений но приицину обратной связи втехнологических системах, обеснечивающих устойчивость в большомзамкнутой системы
31 Синтез управлений в конечномерных системах
311 Синтез оптимальных управлений
32 Учет постоянно действующих возмущений
33 Синтез управлений в распределенных системах
331 Синтез оптимальных управлений
34 Учет постоянно действующих возмущений
35 Синтез управлений в гибридных системах
351 Синтез оптимальных управлений
36 Учет постоянно действующих возмущений
Глава
IV Устойчивость в большом работы ТАВД
41 Устойчивость в большом работы ТАВД при расчетной скоростиветра
42 Устойчивость в большом работы ТАВД при переменной скоростиветра
43 Устойчивость в большом работы ТАВД с учетом упругостипередаточного вала привода при расчетной скорости ветра
44 Устойчивость в большом работы ТАВД с учетом упругостипередаточного вала привода при переменной скорости ветра 109Основные результаты работы 111Сннсок литературы
Введение:
Актуальность темы. В последние годы наметилась тенденцияиснользования технологических агрегатов с энергопотреблением отавтономных источников, в том числе на основе возобновляемых видовэнергии. Этому способствуют постоянно растущие цены наэлектроэнергию, тенденция возрастания требований к надежности иэкологической безопасности машиностроительных и энергетическихобъектов.В Камской инженерно-экономической академии (КамПИ)выполняются исследования в данном направлении с использованием дляпривода технологических агрегатов машиностроения автономных дизельагрегатов, ветроэнергоустановок (ВЭУ), источников сжатого воздуха.Особый интерес представляет использование в составеавтоматизированных технологических линий ВЭУ роторного типа свертикальной осью вращения и сопловой системой воздухозаборника(ВЭУРС). Установка проста по конструкции, безопасна и бесшумна; вотличие от пропеллерных ВЭУ, не требует системы ориентации на ветер,не имеет негативного влияния на окружающую среду и может бытьразмещена в непосредственной близости от производственных и жилыхзданий.При создании технологических комплексов с автономнымисточником энергопитания возникают проблемы математическогомоделирования их работы, разработки систем автоматического управленияисточником энергопитания для обеспечения устойчивости и необходимойравномерности вращения рабочих органов. В данной работе эти проблемырассмотрены на примере технологического агрегата машиностроения савтономным энергопитанием от ВЭУРС. Ветродвигатели (ВД), в отличиеот других видов двигателей, работают всегда при переменных внешнихусловиях, зависяш;их не только от нагрузки, но и от интенсивностиветрового потока. Поэтому разработка надежной системы управлениячастотой вращения его ротора для предохранения от перегрузок,обеспечения устойчивости и необходимой равномерности вращения валатехнологического агрегата здесь преобретает особо важное значение.Разработкой и исследованием автоматических регуляторов длякрыльчатых ВЭУ с горизонтальной осью вращения занимались В.Н. Адрианов, К,П. Вашкевич, В.П. Ветчинкин, В.Н. Колодин, Н.В. Красовский, В.А. Орлов, Г.А. Печковский, Г.Х. Сабинин, А.Г. Уфимцев,Е.М. Фатеев, Я.И. Шефтер и другие. Однако, задачи автоматическогоуправления работой ВЭУРС как в автономном релшме, так и в составетехнологических линий, а также исследования ее устойчивости иравномерности вращения остаются мало изученными. Решению этихактуальных задач и посвящена данная диссертация.Объектом исследования является технологический агрегат (ТА)машиностроения с автономным энергопитанием от ВД (ТАВД).Предметом исследования являются методы автоматическогоуправления работой ТАВД и исследования ее устойчивости в большом,т.е. устойчивости с дополнительным требованием, чтобы отклоненияугловой скорости вращения ВД от номинального значения оставались взаданных пределах.Цель работы:> разработка конструктивных методов синтеза управлений иисследования устойчивости в большом в технологическихсистемах с сосредоточенными и распределенными параметрами;> математическое моделирование, автоматизация и исследованиеустойчивости в большом работы ТА с автономнымэнергопитанием от ВД,Задачи исследований.1. Разработка метода автоматического управления ТАВД дляпредохранения от перегрузок, обеспечения устойчивости и необходимойравномерности вращения вала ВД, а следовательно, подключенного ТА.
2. Разработка математической модели динамики ТАВД в двухслучаях, когда:> все звенья жесткие и ТАВД рассматривается как система ссосредоточенными параметрами;> передаточный вал, соединяющий ВД с ТА, имеет значительнуюдлину и недостаточную жесткость. В этом случае ТАВДрассматривается как гибридная система с распределенными исосредоточенными параметрами.3. Разработка методов исследования асимптотической устойчивостив больщом и устойчивости в больщом при постоянно действующихвозмущениях (ПДВ) систем с распределенными параметрами на базефункций Ляпунова.4. Обобщение этих методов на гибридные системы сраспределенными и сосредоточенными параметрами.5. Синтез управлений, в том числе оптимальных, по принципуобратной связи для конеч1юмерных, распределенных и гибридных систем,обеспечивающих асимптотическую устойчивость в большом илиустойчивость в большом при ПДВ замкнутой системы.6. Исследование устойчивости в большом номинального режимаработы ТАВД при расчетной скорости ветра и при изменениях скоростиветра от расчетного значения в заданных пределах.Методы исследований. Используются методы математическогомоделирования конечномерных и распределенных систем, теориидифференциальных уравнений, матриц, управления, устойчивости, вчастности, метод функций Ляпунова, методы теоретической механики.Достоверность полученных результатов подтверждаетсякорректным применением математического аппарата, согласованностьюновых результатов с известными положениями и результатамиэкспериментальных исследований.Научной новизной являются:> метод автоматического управления частотой вращения ротораВД в составе ТАВД для предохранения от перегрузок, обеспеченияустойчивости и необходимой равномерности вращения вала ТА;> математическая модель ТАВД с учетом зависимостеймоментных характеристик ВД и ТА от соответствующих угловыхскоростей, скорости ветра, угла поворота жалюзи, а такжераспределенного характера передаточного вала;> методы исследования устойчивости в большом, в том числе приПДВ, систем с распределенными параметрами и гибридных систем. Вотличие от других работ, в диссертации исходные уравнения в частныхпроизводных высокого порядка представлены в виде универсальнойсистемы уравнений в частных производных первого порядка по времени ипространственным координатам;> методы синтеза управлений, в том числе оптимальных, попринципу обратной связи в линейных одномерных распределенных игибридных системах, обеспечивающих асимптотическую устойчивость вбольшом и устойчивость в большом при ПДВ замкнутой системы.8Оптимальные управления построены из условия минимума интегральногопо времени критерия качества и нормы самого управления в каждыймомент времени;# > достаточные условия устойчивости в большом номинальногорежима работы ТАВД при расчетной скорости ветра и при ее измененияхот расчетного значения в заданных пределах.Практическая ценность работы. Результаты диссертациипозволяют автоматизировать работу ТАВД; выбрать параметры ТАВД,отвечающие устойчивым режимам; снизить энергетические затраты, аследовательно, себестоимость выпускаемой продукции; уменьшитьэкологически вредные отходы горения органических источников энергии.Разработанные методы исследования устойчивости позволяютконструктивно строить функции Ляпунова, и исследовать устойчивостьразличных сложных технологических процессов и объектов сйсосредоточенными и распределенными параметрами в машиностроении.Синтезированные управления достаточно просто реализуются в видесосредоточенных управлений, приложенных к границам распределенных^ звеньев и (или) к конечномерным звеньям, требующих измерениясостояния системы только в отдельных точках, что имеет большоепрактическое значение.Реализация результатов. Результаты работы использованы в ОАО«КАМАЗ», в Камской государственной инженерно — экономическойакадемии (КамПИ) при проектировании и изготовлении опытных образцовВЭУРС, а таюке в учебном процессе в КамПИ. Анробация работы. Основные результаты диссертациидокладывались и обсуждались на научно — технической конференции.«Паука и практика. Диалоги нового века» (Пабережные Челны, 2003), наИтоговой научно — практической конференции Института экономики,управления и права (Набережные Челны, 2002), на XXXII Уральскомнаучном семинаре «Механика и процессы управления» (Уральское отд.РАН, Екатеринбург — Миасс, 2003), на межвузовской научно —практической конференции «Вузовская наука — России» (НабережныеЧелны, 2005), на научных семинарах кафедр «Теоретическая механика исопротивление материалов», «Автоматизации и информационныетехнологии» КамПИ, «Управления, менеджмента и маркетинга» КГТУ —КАИ. Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ,в том числе 8 статей, 2 материала конференций и 2 тезиса докладов.Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения, списка литературы из 100 наименований и 10рисунков. Нолный объем диссертации составляет 123 страницы.Приведем краткое содержание работы.Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель иосновные задачи исследования, освящены научная новизна и практическаяценность полученных результатов.Первая глава посвящена вопросам разработки ВЭУРС,автоматизации и математического моделирования работы ТА сэнергопитанием от ВД (ТАВД).Даны анализ состояния развития ветроэнергетики и общие сведенияо ВЭУ различных типов. Приведены краткое описание конструкцииВЭУРС, разработанной в КамПИ с участием автора, и возможностииспользования ее в технологических процессах мащиностроения. Дляавтоматизации работы ВЭУРС предлагается использовать центробежныйрегулятор с инерционным гидравлическим усилителем. Описан один из10вариантов автоматизированного комнлекса выработки сжатого воздуха сприменением ВЭУРС. Составлены уравнения динамики ТАВД в двух случаях, когда:> все звенья жесткие и ТАВД рассматривается как система ссосредоточенными параметрами. В этом случае динамика ТАВДописывается обыкновенными дифференциальными и конечнымиуравнениями;> передаточный вал, передающий механическую энергию от ВД к ТА,имеет значительную длину и недостаточную жесткость. В этомслучае ТАВД представляет собой гибридную систему сраспределенными и сосредоточенными параметрами и ее динамикаописывается дифференциальными уравнениями в частных иобыкновенных производных.Все уравнения представлены в безразмерной форме в относительныхотклонениях от номинального режима работы.Во второй главе на базе функций Ляпунова рассматриваютсявопросы устойчивости в большом для систем с распределеннымипараметрами, описываемых уравнениями в частных производных, игибридных систем с распределенными и сосредоточенными параметрами,описываемых уравнениями в частных и обыкновенных производных.Сформулированы и доказаны теоремы о устойчивости в большом,асимптотической устойчивости в большом и устойчивости в большом приПДВ. На их основе получены достаточные условия устойчивости иустойчивости с учетом ПДВ для линейных систем с распределеннымипараметрами, описываемых эволюционными уравнениями и уравнениямисвязей в частных производных первого порядка. Далее эти результаты сучетом известных положений для конечномерных системираспространяются на гибридные системы с распределенными исосредоточенными параметрами, описываемые уравнениями в частных иобыкновенных производных первого порядка.В третьей главе решаются задачи синтеза управлений, в том числеоптимальных, в виде обратной связи в конечномерных, линейныхраспределенных и гибридных системах, обеспечивающихасимптотическую устойчивость в большом, или устойчивость в большомпри ПДВ замкнутой системы. Здесь, как и во второй главе, исходныеуравнения в частных производных высокого порядка представлены в видесистемы уравнений в частных производных первого порядка.Оптимальные управления строятся из условия минимума интегральногокритерия качества и значения нормы самого управления в каждый моментвремени.В четвертой главе с использованием результатов предыдущих главполучены условия асимптотической устойчивости в большомноминального режима работы ТАВД при расчетной скорости ветра иусловия устойчивости в большом при изменениях скорости ветра отрасчетного значения в заданных пределах в двух случаях: 1) как длясистемы с сосредоточенными параметрами, 2) как для гибридной системыс учетом упругости передаточного вала. Построены области устойчивостив пространстве ряда параметров и проведен анализ их влияния наустойчивость.
