авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Оглы методы и результаты улучшения точностных показателей и энергоэффективности универсального следящего электропривода для гелиоустановок

На правах рукописи

Аббасов Эльшан Магеррам оглы Методы и результаты улучшения точностных показателей и энергоэффективности универсального следящего электропривода для гелиоустановок Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2013 2

Работа выполнена в Московском Государственном Машиностроительном Университете (МАМИ).

доктор технических наук, профессор

Научный консультант:

кафедры «Электротехника» ФГБОУ ВПО МГМУ (МАМИ) Овсянников Евгений Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заведующий доктор технических наук, кафедрой «Электротехника и электрооборудова профессор Долбилин Евгений ние» ФГБОУ ВПО «МАДГТУ (МАДИ)» Ютт Владимир Евсеевич, Валентинович кандидат технических наук, заведующий про кандидат технических наук ектно-конструкторским Евгений Сергеевич Балясников отделом ФГУП НИИ автоэлектроники и электрооборудования Панарин Александр Николаевич ОАО «КАСКАД-ОПТЭЛ», г. Москва Ведущее предприятие:

Защита состоится « 17 » мая 2013 года в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д.212.157.02 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный Исследовательский Университет «МЭИ» по адресу: 111250, г.Москва, Красноказарменная ул., д. 13, аудитория М-611.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу 111250, г.Москва, ул Красноказарменная д.14, Ученый совет ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

С авторефератом можно ознакомиться на сайте ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» - www.mpei.ru Автореферат разослан « » апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета С.А. ЦЫРУК Актуальность работы. Среди всех возобновляемых источников энергии сол нечная наиболее перспективна по масштабам своей распространенности. В на стоящее время используются гелиоустановки (ГУ) различного назначения и принципов преобразования энергии.

Разнообразные ГУ объединяются общей операцией – наведением рабоче го органа на Солнце. Эту операцию выполняет система наведения, выполнен ная в виде следящего электропривода (СЭП), от которого существенно зависит качество работы и производительность ГУ.

Анализу энергетической эффективности следящих электроприводов ге лиоустановок посвящены работы Терехова В.М., Овсянникова Е.М., Сороки на Г.А., Пшеннова В.Б., Чериан Импена, Турдзеладзе Д.А. и др.

Для успешного решения задачи по увеличению масштабов использования солнечной энергии, т.е. широкого внедрения в практику ГУ требуется разра ботка, прежде всего простых и надежных СЭП, с простейшим обслуживанием.

Вместе с тем СЭП должен обеспечивать необходимую точность слежения. Та ким образом, данный СЭП приобретает общность и представительность для широкого класса различных ГУ.

Объектом исследования являются следящие электроприводы энергети ческих и технологических ГУ.

Целью работы является улучшение технических показателей гелиоуста новок широкого класса на основе теоретической и практической разработки универсального следящего электропривода.

В соответствии с целью были поставлены и решены следующие основные задачи:

1. Выработка требований к следящим электроприводам гелиоустановок раз личных типов.

2. Определение характера наиболее неблагоприятных ветровых воздействий на следящий электропривод с кинематическим люфтом.

3. Разработка и обоснование оптимальной структуры СЭП ГУ различных типов.

4. Обоснование обобщенной расчетной модели для СЭП широкого класса ГУ.

5. Компьютерные исследования математической модели универсального следящего электропривода гелиоустановки на основе теории планирования эксперимента.

6. Получение аналитических и графических зависимостей точностных и на грузочных показателей универсального следящего электропривода от обоб щенных параметров механической части гелиоустановки при наиболее небла гоприятных ветровых воздействиях.

7. Разработка способов компенсации кинематических люфтов СЭП ГУ.

8. Создание методики построения датчиков рассогласования для гелиоуста новок различных типов, датчиков положения Солнца.

9. Теоретическая и практическая разработка универсального следящего электропривода для широкого класса гелиоустановок 10. Экспериментальные исследования универсального следящего электро привода для гелиоустановок.

Методы исследования основываются на применении аппарата матема тического анализа, теоретических основ автоматизированного электропривода, методов исследования систем автоматического регулирования, теории плани рования эксперимента, компьютерного моделирования. Исследования проводи лись с применением программы MATLAB&Simulink.

Основные теоретические результаты работы подтверждены эксперимен тальными исследованиями на действующем СЭП ГУ.

Научная новизна основывается в следующем:

1. Разработаны оптимальная структура и математическая модель универ сального СЭП для широкого класса ГУ.

2. На основе обобщенной расчетной модели с использованием метода пла нирования эксперимента получены аналитические и графические зависимости точностных и нагрузочных показателей универсального СЭП от обобщенных параметров механической части ГУ, позволяющие делать обоснованный выбор, корректирующих или люфтокомпенсирующих устройств.



3. Созданы методики анализа и синтеза СЭП ГУ по точностному принципу с учетом возникающих ударных нагрузок в механической части.

4. Разработан способ компенсации кинематических люфтов СЭП ГУ.

5. Создана методика построения датчиков рассогласования для гелиоуста новок различных типов.

6. Разработана схема комплексной автоматизации СЭП ГУ, предусматри вающая режим автосопровождения.

Практическая значимость подтверждается реализацией результатов ра боты.

1. Создана серия СЭП действующих ГУ, что засвидетельствовано двумя ак тами о внедрении. Разработанный СЭП может быть рекомендован для внедре ния в качестве системы наведения широкого класса гелиоустановок.

2. Полученные обобщенные оценки точностных показателей и ударных на грузок СЭП с люфтом могут быть использованы при проектировании редук торных однодвигательных СЭП различных установок.

3. Разработанный способ компенсации кинематических люфтов, на который получен патент на полезную модель, может быть применен для высокоточных ГУ.

4. Предложенная методика создания датчиков положения Солнца обеспечи вает требуемые пеленгационные характеристики для различных типов ГУ.

На защиту выносятся:

1. Обобщенная расчетная модель и оптимальная структура СЭП широкого класса гелиоустановок.

2. Результаты компьютерных исследований математической модели универ сального СЭП ГУ на основе метода планирования эксперимента.

3. Способы компенсации кинематических люфтов СЭП ГУ.

4. Методика построения датчиков рассогласования для ГУ различных типов.

5. Принципиальные электрические схемы универсального СЭП ГУ.

6. Результаты экспериментальных исследований универсального СЭП ГУ.

Достоверность полученных результатов определяется корректностью постановки задач, обоснованностью принятых допущений, адекватностью ис пользуемого математического аппарата и полученных моделей исследуемым процессам, подтверждается хорошей сходимостью результатов математическо го моделирования с экспериментальными данными, полученными на физиче ской модели макета гелиоустановки. Обоснованность основных выводов и ре комендаций подтверждена промышленными испытаниями и внедрением в практику предложенных технических решений.

Реализация результатов работы. Основные результаты работы исполь зованы при создании в ОАО «КАСКАД-ОПТЭЛ» экспериментального макета гелиоустановки и солнечной энергоустановки СЭУ-2500 мощностью 2,5 кВт, о чём выдан акт о внедрении, и в ООО «ОМ ЭНЕРДЖИ ЛТД» при создании сол нечного энергетического модуля с выходной электрической мощностью 3 кВт по производству водорода ЭВГ-М, о чём также выдан акт о внедрении.





Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на 2 ой всероссийской научно-технической конференции с международным участи ем в ТГУ (г. Тольятти, 2007г.), 6-ой всероссийской научной молодежной школе «Возобновляемые источники энергии» в МГУ (г. Москва, 2008г.), Междуна родной научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электро энергетики и электротехнологии» в ТГУ (г. Тольятти, 2009г.), Международном научном симпозиуме «Автотракторостроение-2009» в МГТУ «МАМИ» (г. Мо сква, 2009г.), Международной научно-технической конференция ААИ «Авто мобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кад ров» в МГТУ «МАМИ» (г. Москва, 2010г).

В полном объеме диссертационная работа докладывалась на заседании кафедры Электротехники и компьютеризированных электромеханических сис тем Московского Государственного Технического Университета «МАМИ».

Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 12 работах, спи сок которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав с иллюстрациями, заключения, списка литературы из 118 наименований и приложений с таблицами и актами о внедрении результа тов диссертации на предприятиях. Общий объем работы 194 страниц, в работе содержится 42 рисунка.

Содержание работы Во введении показана актуальность темы и определена цель работы.

Приведен обзор существующих работ по СЭП гелиоустановок.

В первой главе диссертации проводится анализ литературы, описывается устройство и применение гелиоустановок, показывается актуальность проблем использования солнечной энергии. Сделан обзор различных типов гелио установок, производящих электроэнергию или предназначенных для техноло гических целей.

Во второй главе разрабатывается структура универсального следящего электропривода для различных типов ГУ.

Предлагается следующая расчетная электромеханическая элементная схема с безынерционным преобразователем напряжения (рис. 1).

Рис. 1. Электромеханическая схема расчетной модели однодвигательного СЭП гелиоустановки ИУ – измеритель угла;

РП – регулятор положения;

УПН – управляемый преоб разователь напряжения;

М – электродвигатель постоянного тока;

ИМ - испол нительный механизм.

При составлении структурной схемы механической части привода учиты вались кинематические люфты и упругости, а также вязкое трение на исполни тельном валу.

В качестве расчетной принята двухмассовая упругая модель механиче ской части привода.

При разработке структурной схемы универсального однодвигательного следящего электропривода гелиоустановки предполагается астатизм второго порядка который позволяет снизить требования к полосе пропускания СЭП и исключить скоростную и статическую ошибки, т.к. следящая система с аста тизмом второго порядка v=2 менее чувствительна к нелинейностям характери стик элементов, чем система с v=3, и обладает большими точностными воз можностями, чем СЭП с астатизмом первого порядка.

В схеме СЭП (рис. 1) астатизм второго порядка реализуется посредством пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора в контуре угла, передаточная функция которого имеет вид:

(Tk1 P 1) (Tk 2 P 1) U pn ( P) W pn ( P) T0 P U ( P) (2.1) где Upn(P) - изображение Лапласа выходного напряжения регулятора положе ния;

U(P) - изображение Лапласа выходного напряжения измерительного уст ройства;

Т0, ТК1, ТК2 - постоянные времени регулятора положения.

С целью повышения точности слежения гелиоустановки в расчётную электрическую схему (рис. 1) введено дополнительное корректирующее звено Кдк(ТдкР+1) по разности скоростей, исполнительного вала и двигателя, которое повышает устойчивость системы от автоколебаний, что в свою очередь приво дит к улучшению точностных показателей системы.

Структурная схема универсального однодвигательного СЭП гелиоуста новки представлена на рис. 2.

Для обобщения возможных структур СЭП гелиоустановок следует обратить внимание на передаточную функцию системы преобразователь-двигатель, т.к.

именно эта часть схемы СЭП будет в дальнейшем видоизменяться. Передаточ ная функция системы преобразователь – двигатель описывается выражением второго порядка и имеет вид:

Рис 2. Структурная схема однодвигательного СЭП гелиоустановки дв ( Р) КС где К с К n К д – коэффициент пере Wnд ( P), U pn ( P) Tм1 Р (Т я Р 1) дачи контура скорости, [1/Вс];

– коэффициент передачи управляемого пре Kn образователя напряжения;

K д - коэффициент передачи двигателя, [1/Вс];

Т м1 – электромеханическая постоянная времени двигателя, с;

Тя – электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя, с.

В третьей главе исследуется компьютерная модель универсального сле дящего электропривода гелиоустановки.

В СЭП ГУ основной нелинейностью является кинематический люфт. В общем виде условие линейности СЭП гелиоустановки можно записать в виде:

dи.в.

М кц. М тр. М ветр. J и.в. М мин (3.1) dt где Мкц - крутящий момент, передаваемый по кинематической цепи, Нм;

Мтр суммарный момент вязкого и сухого трения на исполнительном валу, Нм;

Мветр - момент ветровой нагрузки на исполнительном валу;

Нм;

Jи.в. - момент инер ции исполнительного механизма, кГм2;

и.в. - угловая скорость исполнительно го вала, рад/c.

Для исследования процесса слежения однодвигательного редукторного СЭП при воздействии возмущения по нагрузке использован метод планирова ния эксперимента второго порядка для трех факторов.

На рис. 3 показан общий вид желаемой логарифмической амплитудно частотной характеристики исследуемого СЭП гелиоустановки с астатизмом второго порядка. Динамические свойства, устойчивость, точностные показате ли СЭП определяются основными обще структурными частотами к, 02, р, и 2.

Эти частоты связаны с параметрами СЭП следующим образом:

– стабилизирующая частота к Т к регулятора положения, рад/с;

ТК1 – основная стабилизирующая посто Рис. 3. Вид желаемой ЛАЧХ янная времени регулятора положения;

исследуемого СЭП 02 Д уск – базовая частота СЭП, рад/с;

макс – добротность СЭП по ускорению, рад/с2;

Д уск = доп макс – максимальное рабочее ускорение, рад/с2;

доп – допустимая среднеквадратичная ошибка, рад;

р – граничная частота для высокочастотного участка ЛАЧХ, на которой фа за скоростной подсистемы равна -90, рад/с;

2 – частота свободных колебаний исполнительного механизма при затор моженном вале двигателя, рад/с;

с – частота среза, рад/с;

Соотношения базовых частот для желаемой ЛАЧХ регламентированы.

Оптимальными для линейного СЭП по условию минимальной колебательности при заданной полосе пропускания согласно будут следующие соотношения:

к 0,6 0,7;

2 3,8 4,9;

(3.4) 02 В процессе эксперимента частота свободных колебаний исполнительного механизма при заторможенном вале двигателя 2 менялась согласно плану экс перимента:

С к.ц.

где Ск.ц – механическая жесткость кинематической цепи, J и.в.

Jи.в. – момент инерции исполнительного вала Основные условия проведения эксперимента таковы. На исполнительный вал непрерывно воздействует имитация ветровой нагрузки. Цикл «флюктуация ветра» неизменно повторяется во всех опытах. Скорость объекта слежения принята равной нулю. В идеальном случае исполнительный вал неподвижен.

Нелинейный СЭП отрабатывает лишь возмущающие воздействия по нагрузке.

Параметры системы, такие как тр.в, К, Тр, были взяты в результате лите ратурного обзора, как оптимальные для данной системы СЭП ГУ. Кдк и Тдк бы ли подобраны опытным путём. Остальные – согласно плану эксперимента.

За основу компьютерной модели СЭП ГУ (рис. 4) была принята матема тическая модель универсального СЭП ГУ по структурной схеме (рис. 2).

Рис. 4. Компьютерная модель СЭП ГУ в системе физико-математического моделирования MatLab&Simulink В состав аналитических зависимостей, аппроксимирующих функции от клика, входят три определяющих показателя системы: парусность К, частота свободных колебаний исполнительного механизма при заторможенном вале двигателя 2 и относительная величина кинематического люфта *к.ц..

Парусность К:

МН где: МН номинальный момент на валу двигателя;

К J И.В.

JИ.В. момент инерции исполнительного вала.

Частота свободных колебаний исполнительного механизма при затор моженном бале двигателя 2:

С К.Ц.

где СК.Ц. механическая жёсткость кинематической цепи.

J И. В.

Относительная величина кинематического люфта:

где: кинематический люфт;

К. Л.

* Н н номинальная скорость двигателя.

Факторы варьировались следующим образом. Для изменения частоты свободных колебаний исполнительного механизма при заторможенном вале двигателя менялись СК.Ц. - механическая жёсткость кинематической цепи и па раметры пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора поло жения – постоянные времени То и ТК1. Параметр Т0 рассчитывался по формуле:

14,4 К К с ТО (3.19) Основная стабилизирующая постоянная времени рассчитывалась по формуле:

К 0,75 Т К1 3,8 (3.20) Малая постоянная времени регулятора положения Тк2 оставалась без из менения на всех уровнях частоты свободных колебаний исполнительного меха низма при заторможенном вале двигателя. Параметр Тк2 определяет свойства регулятора по компенсации инерционности контура скорости, который неизме нен во всех опытах эксперимента.

Пределы варьирования 2 соответствующие ±1 плана эксперимента.

2(-1)=5 рад/с;

2(1)=17 рад/с.

Коэффициент парусности К варьировался за счет изменения момента инерции на исполнительном валу.

Н Н;

( ) К(-1)=5000 К(1)= ( ) кгм.

кгм Третий фактор - относительный кинематический люфт варьировался в *к.л.(-1)=0,01 (с);

*к.л.(1)=0,07 (с).

пределах:

Область планирования эксперимента представлена в таблице 1.

Таблица 1. Пределы изменения варьируемых факторов С к.ц.

МН Варьируемые К. Л.

К * Н факторы J И.В. J и.в.

Базовый уровень 9000 11 0, Шаг варьирования 4000 6 0, Верхний уровень 13000 17 0, Нижний уровень 5000 5 0, Кодированные значения факторов связаны с истинными значениями фак торов соотношениями:

хi хicp хi хicp 2 хi хi max xi min Хi хi xi min хi max хicp xi max xi min где: Xi кодированное значение фактора;

xi истинное значение фактора;

ximax максимальное истинное значение фактора;

ximin минимальное истинное зна чение фактора;

xiср среднее истинное значение фактора.

В работе использован известный ортогональный центрально-компо зиционный план (ОЦКП) второго порядка для трех факторов. Согласно пла ну, проведено 15 опытов при различном сочетании значений варьируемых фак торов К, 2, *к.л..

Осциллограммы процессов слежения в модели СЭП с кинематическим люфтом для каждого из опытов обработаны математически.

В каждом опыте определялись: величина среднеквадратичной ошибки ср.кв, максимальное амплитудное значение ошибки макс, отношение макси мального упругого момента кинематической цепи к максимальному ветровому моменту за цикл Му.макс/Мв.макс.

В качестве примера ниже на рисунке 5 приведена осциллограмма одного из опытов и обработка его результатов.

МУ (Нм) t, с макс (рад ) t, с U (В) t, с и.в.

(рад/ с) t, с (рад/с ) t, с Рис. 5. Осциллограмма № Обработка данных опыта № Варьируемые факторы опыта:

Н ( ) *к.л.=0,01 (с).

К=5000 кгм ;

2=5 рад/с;

После проведения всех запланированных экспериментов и получения опытных значений средних квадратов и амплитуд ошибок, а так же относительных вели чин максимальных упругих моментов в результате подстановки в формулы по зволяет получить аналитические выражения для этих величин в виде:

Относительная среднеквадратичная величина ошибки:

Y'ср.кв.=(cp.кв./н)=8,095*10-4+1,76-10-4x1-6,72*10-4x2+1,563*10-4x3+1,935*10-4(x12-0,73)+ +3,525*10-4(х22-0,73)+2,063*10-4(хз2-0,73)-2,164*10-4х2х1+7,5*10-6*х3х1+7,832*10-5х2х3) Относительная величина амплитуды ошибки:

Y'Му.макс=( макс / н )=4,626*10-3+2,101*10-3x3-4,902*10-3x2+1,36*10-3x3+2,706*10-3(xl2-0,73)+ +2,82*10-3(х22-0,73)+2,239*10-3(х32-0,73)-2,794*10-3х2х1+5,275*10-5х3х1-9,312*104х2х3) Относительная величина максимального упругого момента приведенного к максимальному ветровому моменту:

Y'Му.макс=(Му.макс/Мв.макс)=1,187+0,22xl-0,209x2+0,117x3+0,104(x12-0,73)+0,202* *(x22-0,73)+0,131(х32-0,73)-0,121х2х1-0,038х3х1-0,066х2х3 ( Погрешность в определении величины ошибки слежения в 23% является вполне допустимой при оценке точностных возможностей проектируемого СЭП гелиоустановки.

Пример зависимостей относительной максимальной и среднеквадратич ной ошибки от варьируемых факторов приведен на рисунке рис 6.

В четвертой главе проводится техническая реализация и эксперимен тальные исследования следящего электропривода гелиоустановки.

В случаях, когда рассчитанные для однодвигательного СЭП точностные показатели или ударные нагрузки не удовлетворяют техническим требованиям проектируемой ГУ, необходимо компенсировать кинематический люфт. Спосо бы компенсации могут быть механические или электрические.

Рис.6 Зависимости относительной среднеквадратичной и максимальной оши бок и максимального упругого момента от варьируемых факторов.

В работе предложен многодвигательный реверсивный электропривод с компенсацией кинематических люфтов (рис. 7), на который получен патент.

Многодвигательный реверсивный электропривод содержит якори двух элек тродвигателей 1 и 2 с обмотками возбуждения 3 и 4, причем одна пара щеток электродвигателей 1 и 2, накоротко, соединена общей частью якорной цепи 5, а вторая пара щеток электродвигателей 1 и 2, через разделительные части якор ной цепи 6 и 7, электрически соединена с соответствующими выходными кон тактами управляемого реверсивного преобразователя энергии 8, при этом, один выходной контакт, источника по стоянного тока 9 электрически со единен с общей частью якорной цепи 5, а второй выходной контакт источника постоянного тока 9 через параллельно соединенные диоды и 11 электрически соединен с двумя выходными контактами управляе мого реверсивного реверсивного преобразователя напряжения 8, ва лы электродвигателей 1 и 2 через соответствующие кинематические Рис. 7 Многодвигательный реверсивный цепи 12 и 13, ведущие коренные электропривод шестерни 14 и 15, коренное зубчатое колесо 16, механически связаны с испол нительным валом 17.

Разработана методика создания датчиков рассогласования для ГУ различ ных типов. На основе этой методики предложен универсальный датчик (рис. 8).

В корпусе 1 датчика диаметрально, под прямыми углами расположены четыре фотоэлемента 2, обра зующих два основных электрических моста. В цен тре датчика расположен несущий стержень 5 с за крепленными на нем затеняющим 6 и экранирую щим 4 дисками. Передняя стенка корпуса и экрани рующий диск образуют засвечивающую щель. Для расширения пеленгационной характеристики датчи ка края засвечивающей щели выполнены косыми.

Электрическая часть датчика защищена прозрачным диском 3, который является также рассеивателем Рис. 8 Датчик света. Также для расширения пеленгационной харак рассогласования теристики датчика на несущем стержне расположен фотоэлемент стабилизации общего коэффифициента передачи системы 8 и фо тоэлемент контроля уровня радиации Солнца 9. При изменении освещённости фотоэлементов меняется величина и знак выходного сигнала датчика. Угол за хвата этого датчика составляет 120.

В рабочем режиме следящий электропривод работает на незначительном участке пеленгационной характеристики в начале координат. Величина рабоче го участка составляет 2% от линейной зоны пеленгационной характеристики.

Это позволяет повысить точность слежения на 12% по сравнению с ранее при меняемыми устройствами. Разработанный универсальный однодвигательный СЭП без компенсации кинематического люфта с определением оптимальных параметров механической части позволяет снизить стоимость ГУ на 25% от первоначальной проектной стоимости.

На рис. 9 представлена принципиальная электрическая схема универсаль ной системы управления ГУ.

Рис. 9 Принципиальная электрическая схема универсальной системы управления гелиоустановкой Система управления включает в себя три дополнительных платы:

- схема стабилизации тока и напряжения АБ – плата П1;

- схема следящего электропривода – плата П2;

- схема автоматического контроля следящего электропривода при недос таточном уровне солнечной радиации – плата П3.

Адекватность компьютерной модели СЭП ГУ и достоверность получен ных регрессий среднеквадратичной и амплитудной ошибок слежения, а также упругого момента, проверялась при помощи эксперимента на действующем ма кете СЭП ГУ. Электромеханическая и структурная схемы экспериментального СЭП соответствуют аналогичным схемам компьютерной модели (рис. 1, рис. и рис. 4). Определяющие обобщенные параметры экспериментального СЭП имеют следующие значения:

Н;

M Парусность исполнительного механизма – K В. МАКС кг м J И. В.

Угловая частота свободных колебаний исполнительного вала – 2= 5 рад/с;

К. Л.

Относительная величина кинематического люфта – 0,07с.

К. Л.

* Н Для получения действительных значений среднеквадратичной и ампли тудной величин ошибки и максимального упругого момента к исполнительно му валу прикладывался синусоидально изменяющийся момент нагрузки, выра батываемый нагрузочным устройством.

Максимальное амплитудное значение нагрузочного момента равно одной десятой номинального момента двигателя слежения. Круговая частота измене ния момента нагрузки составляет =1,2 рад/c.

Процесс слежения в экспериментальном СЭП с кинематическим люфтом при синусоидальном изменении момента нагрузки показан на рисунке 10. Из ос Рис. 10 Процесс слежения в экспериментальном СЭП с кинематическим, люфтом при синусоидальном изменении нагрузки на исполнительном валу циллограммы процесса следует, что интересующие нас величины ошибок имеют значения: ср.кв.=3,2 рад;

макс.=4,6 рад (величины приведены к валу двигателя).

Они отличаются от предсказанных аналитически на 1015 процентов.

Значение максимального упругого момента снималось с тензодатчика, расположенного на исполнительном валу. Действительное значение макси мального упругого момента, приведенного к валу двигателя слежения состав ляет Му.макс.=0,01 Нм, что примерно соответствует расчетному значению, полу ченному аналитическим путем и равному 0,011 Нм.

Результаты экспериментальных исследований показывают, что компью терная модель универсального следящего электропривода (СЭП) гелиоустанов ки (ГУ) адекватна.

Основные результаты работы и выводы:

1. Выполнен анализ режимов работы гелиоустановок (ГУ) различных ти пов, в результате которого сформулированы требования к следящему электро приводу (СЭП) ГУ и обоснованы условия линейности однодвигательных СЭП с кинематическим люфтом.

2. Разработаны оптимальная по точностным показаниям структура и обоб щенная расчетная модель СЭП широкого класса ГУ, которые позволяют при минимальных затратах на производство СЭП осуществлять наведение различ ных типов ГУ на Солнце с требуемой точностью, которая повышена на 12%.

3. На основании разработанной компьютерной модели с использованием метода планирования эксперимента получены аналитические и графические за висимости для амплитудных и среднеквадратических величин ошибки, а также ударных моментов нагрузки, возникающих в однодвигательном СЭП с кинема тическим люфтом, при среднестатистической ветровой нагрузке. Показано, что существенное влияние на динамические свойства и точностные показатели ока зывают кинематический люфт, парусность и частота собственных колебаний исполнительного механизма.

4. Разработана методика анализа и синтеза СЭП ГУ с учетом кинематиче ских люфтов в передачах. Методика дает возможность по предварительным данным механической части привода делать оценку точностных показателей и ударных нагрузок проектируемого СЭП, а также определить оптимальные па раметры системы, обеспечивающие наибольшую точность слежения с ограни чением ударных нагрузок, что позволяет снизить себестоимость ГУ на 25% от первоначальной проектной стоимости.

5. Выполнен анализ способов компенсации кинематического люфта в СЭП ГУ. Установлены области целесообразного использования электромеханиче ских схем компенсации люфта применительно к СЭП ГУ. Разработана много двигательная электромеханическая схема с компенсацией кинематических люфтов, на которую получен патент. Эта схема по своим технико экономическим показателям рекомендуется как базовая для высокоточных тех нологических ГУ.

6. Предложена методика проектирования датчиков рассогласования для широкого класса гелиоустановок. Разработан универсальный датчик рассогла сования для ГУ различных типов.

7. Разработана принципиальная электрическая схема универсальной сис темы управления для широкого класса гелиоустановок, осуществляющей наве дение ГУ на Солнце с требуемой точностью до 1 угловой минуты и зарядку АБ с контролируемыми токами и напряжениями.

8. Проведены экспериментальные исследования изготовленного дейст вующего макета СЭП ГУ. Аналитически предсказанные по полученным регрес сиям точностные и нагрузочные показатели отличаются от экспериментальных значений не более, чем на 15%. Компьютерная модель адекватна. Полученные регрессии действительны.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Овсянников Е.М., Пшеннов В.Б., Аббасов Э.М. Перспективы развития гелиотранспорта. // Альтернативная энергетика и экология, № 6. – Саров: НТЦ ТАТА 2007 г. – С.127-129.

2. Овсянников Е.М. Балясников Е.С. Аббасов Э.М. Алгоритм управления электрогидравлической тормозной системой (статья) // Автомобильная про мышленность. №8, 2007г. С.56- 3. Овсянников Е.М., Пшеннов В.Б., Аббасов Э.М. Экономический эффект от перехода к пошаговому режиму слежения гелиоустановки за Солнцем. // Промышленная энергетика, № 9. – М.: НТФ “Энергопресс”, 2007 г. – С.51-53.

4. Овсянников Е.М., Пшеннов В.Б., Аббасов Э.М. Расчет гелиоустановки с концентрацией лучистого потока энергии. // Промышленная энергетика, №8. – М.: НТФ “Энергопресс”, 2008 г. – С.46-48.

5. Аббасов Э.М., Аббасова Т.С. Исследование структуры и условий рабо ты следящих электроприводов гелиоустановок // Промышленная энергетика, 2011, №1, с. 45 – 49.

Публикации в других изданиях 6. Овсянников Е.М., Балясников Е.С., Аббасов Э.М. Система торможения с самоусилением для автомобиля. // Труды 2-ой Всероссийской научно технической конференции с международным участием в Тольяттинском Госу дарственном Университете. Часть 2 – Тольятти ТГУ 2007 г. – С.9-12.

7. Овсянников Е.М., Пшеннов В.Б., Аббасов Э.М. Перспективы развития гелиотранспорта. // Труды 2-ой Всероссийской научно-технической конферен ции с международным участием в Тольяттинском Государственном Универси тете. Часть 2 – Тольятти ТГУ 2007 г. – С.88-91.

8. Пшеннов В.Б., Аббасов Э.М. Использование солнечной энергии на транспорте. // Известия МГТУ “МАМИ”, №2(6) 2008. – М. МГТУ “МА МИ” 2008 г. – С.7-8.

9. Аббасов Э.М. Особенности электроприводов гелиоустановок. Сборник трудов Международной научно-технической конференции. Проблемы электро техники, электроэнергетики и электротехнологии. 12-15 мая 2009 г. Часть 2.

ТГУ, г. Тольятти. С.3-6.

10. Аббасов Э.М. Универсальный электропривод гелиоустановок. Меж дународый научный симпозиум «Автотракторостроение-2009», Секция 3, МГТУ «МАМИ», Москва, 2009. С. 1- 11. Овсянников Е.М., Аббасов Э.М. Энергетические гелиоустановки на службе автотранспорта. Международная научно-техническая конференция ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и под готовка кадров», посвященная 145-летию МГТУ «МАМИ», 17 ноября 2010 г.

12. Овсянников Е.М., Нгуен Куанг Тхиеу, Аббасов Э.М. Многодвигатель ный реверсивный электропривод с компенсацией кинематических люфтов Па тент RU№86815 МПК Н02Р 7/00 2009 г.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.