Главная » 2014»Июль»26 » Скачать Оптимизация тяговых режимов землеройно-транспортных машин. Денисов, Владимир Петрович бесплатно
02:18
Скачать Оптимизация тяговых режимов землеройно-транспортных машин. Денисов, Владимир Петрович бесплатно
Оптимизация тяговых режимов землеройно-транспортных машин
Диссертация
Автор: Денисов, Владимир Петрович
Название: Оптимизация тяговых режимов землеройно-транспортных машин
Справка: Денисов, Владимир Петрович. Оптимизация тяговых режимов землеройно-транспортных машин : диссертация доктора технических наук : 05.05.04 Омск, 2006 261 c. : 71 06-5/439
Объем: 261 стр.
Информация: Омск, 2006
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
11 Анализ работ по тяговой динамике ЗТМ
12 Тенденции автоматизации привода ЗТМ
13 Выводы по обзору Цель и задачи исследований
2 АНАЛИЗ ВОЗМУЩЕНИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ
НА ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНУЮ МАШИНУ
21 Обоснование статистического подхода к анализу входных воздействий на ЗТМ
22 Определение статистических характеристик возмущений, действующих на ЗТМ
23 Выводы по главе
3 МЕТОДИКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЗТМ
31 Задачи математического моделирования
32 Структура математический модели ЗТМ
33 Полиномиальная модель буксования ЗТМ
34 Характеристика силовой установки ЗТМ
35 Влияние нелинейностей в структуре моделей на статистические характеристики показателей рабочего процесса
36 Обоснование структуры и определение параметров одномассовой модели ЗТМ
37 Влияние нелинейностей в структуре привода рабочего органа ЗТМ на динамику рабочего процесса
38 Методика формирования математической модели рабочего процесса ЗТМ
39 Выводы по главе
4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЗТМ
41 Определение статистических характеристик угловой скорости вала двигателя
411 Определение математического ожидания угловой скорости вала двигателя
412 Определение дисперсии угловой скорости вала двигателя
42 Определение интервала изменения математического ожидания развиваемого двигателем крутящего момента
43 Определение математического ожидания и дисперсии тяговой мощности при работе на одной из ветвей регуляторной характеристики двигателя
431 Вывод зависимостей статистических характеристик тяговой мощности от статистических характеристик момента сопротивления
432 Верификация аналитических зависимостей
44 Определение математического ожидания и дисперсии тяговой мощности на полной регуляторной характеристике двигателя
45 Выводы по главе
5 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ЗТМ
51 Максимизация производительности ЗТМ без учета случайного характера нагрузок на примере автогрейдера
511 Условие максимизации производительности авто грейдера
512 Влияние рабочих сопротивлений, грунтовых условий и характеристик привода автогрейдера на производительность
513 Определение оптимальной длины отвала автогрейдера с учетом регуляторной характеристики двигателя
52 Задача многокритериальной оптимизации режима работы ЗТМ
53 Оптимизация по Парето загрузки двигателя ЗТМ на основе критериев оценки тяговой мощности
54 Выбор оптимальной длины отвала автогрейдера на основе критериев оценки тяговой мощности (режим перемещения грунта)
55 Рабочий процесс ЗТМ при частичной загрузке двигателя
551 Применение теории выбросов случайной функции для исследования динамики привода ЗТМ
552 Возможность перевода двигателя ЗТМ на частичный скоростной режим
56 Выбор оптимального коэффициента загрузки двигателя
57 Выводы по главе
6 ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАБОЧИМ
ПРОЦЕССОМ ЗТМ
61 Синтез регулятора, оптимального по критерию минимума среднеквадратической ошибки крутящего момента
62 Анализ работоспособности САУ рабочим процессом ЗТМ
621 Оценка устойчивости САУ с оптимальным регулятором
622 Оценка технологической работоспособности САУ
63 Синтез типовых регуляторов, близких к оптимальным
631 Оценка качества функционирования САУ с ПИД-регулятором
632 Оценка качества функционирования САУ с регулятором релейного типа
64 Выводы по главе
Введение:
Сокращение сроков создания и внедрения новых землеройно-транспортных машин (ЗТМ), диктуемое рыночными условиями, а также более полное использование ресурсов существующих машин с целью повышения эффективности техники вызывают необходимость совершенствования теоретических положений проектирования ЗТМ. Особое место в теории ЗТМ занимает анализ динамики рабочего процесса, являющийся сложной научной задачей. Важной проблемой остается исследование и выбор параметров привода ЗТМ с учетом специфики работы машин. Теоретическое обоснование режимов функционирования двигателя и трансмиссии неотделимо от вопросов исследования случайных факторов, влияющих на ход рабочего процесса, прежде всего - рабочих нагрузок, возникающих при резании, копании и перемещении грунта. В зависимости от свойств грунта и колесных движителей также случайным образом меняется буксование, влияющее на тяговые свойства машины; к заранее неопределенным факторам можно отнести и действия оператора, управляющего ЗТМ. Таким образом, теоретическое исследование рабочего процесса ЗТМ сводится к построению и анализу его математической модели, учитывающей динамические свойства машины и неполноту информации о ходе рабочего процесса.
Разработка математических моделей ЗТМ, определяющих статистические связи между показателями рабочего процесса, затруднена прежде всего наличием нелинейных зависимостей между параметрами рабочих процессов машин. Широко применяемый математический аппарат анализа динамических систем ориентирован в первую очередь на исследование линейных систем. Приведение математической модели ЗТМ к линейному виду в большинстве случаев недопустимо, поскольку нарушается адекватность или снижается точность модели. Поэтому целесообразен подход к моделированию ЗТМ как системы с внутренними нелинейностями. Такое представление модели подразумевает отклонение законов распределения выходных показателей рабочего процесса от нормального распределения, что необходимо учитывать при анализе динамических свойств ЗТМ. Вероятностный подход позволяет оценить влияние динамических свойств системы на статистические характеристики тяговой мощности.
До последнего времени основное внимание уделялось максимизации среднего значения тяговой мощности ЗТМ без учета других ее вероятностных характеристик. В настоящей работе определены аналитические связи вероятностных характеристик тяговой мощности с характеристиками возмущений и конструктивными параметрами машин. Для этого решена математическая проблема вычисления центральных моментов случайных величин. Разработанная методика позволяет определить влияние вероятностных характеристик рабочих нагрузок на математическое ожидание и дисперсию тяговой мощности с учетом динамики ЗТМ.
Применение теории случайных процессов позволяет использовать в исследованиях ЗТМ математический аппарат, доказавший свою эффективность в других отраслях науки, изучающих стохастические системы. В настоящей работе предлагается многокритериальная оптимизация рабочего процесса ЗТМ на основе определения Парето-оптимальных решений для значений математического ожидания и дисперсии тяговой мощности. Выбор режима функционирования и параметров ЗТМ на базе этого критерия решает две задачи: обеспечение максимальной средней тяговой мощности, что повышает производительность и топливную экономичность машины, и уменьшение случайных колебаний тяговой мощности, что снижает динамические нагрузки на двигатель, трансмиссию и рабочее оборудование ЗТМ, продлевая срок их службы.
Знание динамических свойств ЗТМ как объекта управления делает возможным проектирование новых систем автоматического управления рабочим процессом. Принцип формирования закона управления рабочим оборудованием, силовой установкой и трансмиссией должен основываться на выборе оптимального нагрузочного режима привода
ЗТМ. Задачи проектирования систем автоматического управления рабочим процессом ЗТМ должны решаться с учетом устойчивости замкнутых систем и на основе статистических критериев оценки качества их функционирования.
Представленные методики и положения диссертации составляют теоретическую базу для проектирования новых и модернизации существующих ЗТМ, а также рекомендуемые принципы создания систем автоматического управления тяговой мощностью ЗТМ.
На защиту выносятся:
• методика математического моделирования рабочего процесса
• методика определения аналитических зависимостей математического ожидания и дисперсии тяговой мощности от параметров ЗТМ и статистических характеристик внешних нагрузок;
• теоретические положения многокритериальной оптимизации режима работы ЗТМ;
• методика разработки САУ рабочим процессом ЗТМ.
Научная новизна работы заключается:
• в методике математического моделирования рабочего процесса ЗТМ и модели, описывающей зависимости между входными случайными воздействиями, конструктивными параметрами ЗТМ и тяговой мощностью;
• в полиномиальной модели буксования движителей ЗТМ;
• в результатах численного эксперимента на имитационной модели привода ЗТМ, показывающих влияние нелинейностей в структуре модели на статистические характеристики показателей рабочего процесса;
• в определении передаточной функции модели ЗТМ, а также зависимости постоянной времени апериодического звена в структуре модели от положения рабочей точки на регуляторной характеристике двигателя и переменного коэффициента буксования;
• в разработанной методике вычисления начальных моментов случайных величин и полученных аналитических выражениях для математического ожидания и дисперсии тяговой мощности;
• в формулировке и решении задачи многокритериальной оптимизации рабочего процесса ЗТМ на основе оценки тяговой мощности;
• в методике выбора оптимальных режимов загрузки двигателя на основе множества Парето-оптимальных решений при различных грунтовых условиях;
• в теоретическом обосновании возможности перехода на высшую передачу трансмиссии при работе ЗТМ на легких операциях в зависимости от спектральных характеристик нагрузки на рабочем органе;
• в результатах теоретической оценки принципиальных возможностей автоматического управления рабочим процессом ЗТМ для поддержания заданного значения крутящего момента на валу двигателя;
• в предложенной методике синтеза и настройки регулятора системы автоматического управления (САУ) рабочим процессом ЗТМ.
Практическая ценность диссертационной работы состоит:
• в рекомендациях по выбору оптимального режима функционирования привода ЗТМ с учетом случайного характера нагрузок;
• в разработке алгоритма определения оптимальной длины отвала автогрейдера при различных грунтовых условиях; в разработке и внедрении технического решения по оснащению автогрейдера отвалом переменной длины;
• в рекомендациях по выбору передачи трансмиссии ЗТМ в зависимости от характеристик нагрузки на рабочем органе;
• в рекомендациях по автоматизации рабочего процесса ЗТМ.
Диссертация выполнена на кафедре «Автоматизация производственных процессов и электротехника» СибАДИ.