Улучшение динамики электромеханических систем в условиях срывных фрикционных автоколебаний

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 – электротехнические комплексы и системы. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2015. Диссертация посвящена определению путей улучшения динамики электро-механических систем (ЭМС) за счет устранения срывных фрикционных автоколебаний (АКФ) методами регулируемого электропривода. Получены аналитические соотношения для определения условия существования срывных АКФ в разомкнутых одномассовой и двухмассовой ЭМС с характеристикой трения, учитывающей скачкообразное снижение коэффициента трения в момент пуска, позволяющие определить области, где срывные АКФ не существуют. Показано, что срывные АКФ проявляются не только в двухмассовой системе с упругой связью, но и теоретически возможны в одномассовой ЭМС вследствие наличия в ней электромагнитной инерционности. Разработаны компьютерные модели характеристики трения, учитывающие различие коэффициентов трения покоя и начала движения, линеаризованные на характерных участках и дополненные логическим блоком, обеспечивающего состояние покоя рабочего органа с учетом увеличения коэффи-циента трения покоя от продолжительности неподвижного контакта. Доказана их адекватность путем сопоставления формы, амплитуды, периода и критической скорости срывных АКФ с параметрами, полученными при проведении физического и компьютерного экспериментов. Оценено влияние параметров разомкнутой двухмассовой ЭМС и алгоритмов пуска электропривода на величину амплитуды, периода срывных АКФ и критической скорости. Показано, что параметрическим методом не обеспечивается расширение области, в которой срывные АКФ отсутствуют, то есть не приводит к улучшению динамики ЭМС. Доказано, что, несмотря на высокие демпфирующие способности ЭМС с типовыми обратными связями по основным координатам, модальным управлением, со структурой подчиненного регулирования координат с различными настройками регуляторов скорости и тока, не устраняют срывных АКФ на скоростях ниже критической скорости разомкнутой системы. Показана возможность существенного снижения критической скорости по сравнению с критической скоростью разомкнутой системы применением в двухмассовой ЭМС интеллектуального управления в виде прямонаправленной нейронной сети и релейного регулятора, работающего в скользящем режиме. Позволяют расширить в области малых скоростей скольжения область, в которой срывные АКФ отсутствуют.

The dissertation for the degree of technical sciences candidate, specialty 05.09.03 – electrical complexes and systems. – NTU "KhPI". – Kharkiv, 2015. The dissertation is devoted to determining ways of machine and mechanism dy-namics improvement based on stick-slip frictional self-oscillations suppression by means of regulated electric drive. Conditions of stick-slip frictional self-oscillations ex-istence in open-loop one- and two-mass electromechanical systems (EMS) are specified for the friction characteristic that takes into account step decrease of the friction coeffi-cient at the starting moment, as applied to a cutting machine axial electric drive. Friction characteristic computer models are developed for low-speed runs with consideration of the rheological factor, their adequacy proved by comparison with physical and computa-tional experiment parameters. Action of two-mass EMS factors on the system motion characteristics under low-speed runs is estimated to determine a parametric means of the critical speed reduction, inefficiency of this control tool shown. A two-mass EMS with the typical basic-coordinates feedback, modal control and a various-setting subordinate-regulation structure is found unable to noticeably reduce the critical speed. A two-mass intellectual-control EMS with a feedforward perceptron network and a sliding relay regulator is researched. Computer simulation has verified the effect of significant criti-cal speed reduction and stick-slip frictional self-oscillations elimination resulted from an integral-error relay regulator application.