4 Особенности использования принципов мехатр при проект гм

Рассмотрим применение принципов мехатроники на примере создания привода подачи очистного комбайна для тонких пластов. Подробно особенности данного привода изложены в [9] и [10].

Структурная модель (S-модель) привода подачи с некоторыми упрощениями приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – S-модель мехатронного узла привода подачи

Привод подачи включает в себя:

- два идентичных мехатронных узла МУПП₁ и МУПП₂, состоящих из электромеханического преобразователя ПЭВ (асинхронный электродвигатель), механического преобразователя ПВВ (редуктор), механического преобразователя ПВП (кинематическая передача цевочная звезда - цевочная рейка);

- преобразователь электрический ПЭЭ (преобразователь частоты по схеме с автономным инвертором);

- управляющий модуль УМ;

- коммуникационные модули КМ₁ и КМ₂.

Входной функцией для привода подачи является электрический сигнал, выражаемый функцией ε_вх, выходной – механическое поступательное движение, выражаемое функцией μ_вых, таким образом, привод подачи преобразует электрическую энергию в тяговое усилие очистного комбайна с регулированием по управляющему сигналу U_зад.

Информационная компонента в данной S-модели представлена модулями УМ, КМ₁ и КМ₂. Модуль КМ₂ преобразует сигналы о состоянии приводов в последовательный код i₁ (шина данных), данный код транслируется модулю КМ₁, преобразующему код i₁ в служебный код i₂ модуля УМ.

Модуль УМ преобразует код i₂ в синусоидальный сигнал задания выходного напряжения U_зад

Таким образом, УМ в данном случае выполняет функции авторегулятором скорости подачи по двум контурам – нагрузке двигателей подачи и двигателей резания, с ограничениями по предельному нагреву статора двигателей подачи и рассогласованию угловых скоростей цевочных звезд.

Электронная компонента представлена модулем ПЭЭ. Входная функция ε_н, имеет значения напряжения U_с и частоты f_с сети и преобразуется ПЭЭ в электрический сигнал ε₁ с переменными значениями U и f, которые формируются при сравнении синусоидального сигнала переменной частоты U_зад с пилообразным сигналом постоянной (несущей) частотой U_нес. Выходные сигналы преобразователя U и f связанны с сигналами на его входе

Электротехническая компонента представлена модулями ПЭВ_i. Электрическая энергия ε₁ со значениями U и f, преобразуется в механическое вращательное движение – интерфейс ω_i1, характеризующийся моментом М_дi и угловой частотой n_дi. Зависимость выходных параметров модулей ПЭВ_i от входных

Механическая компонента представлена модулями ПВВ_i и ПВП_i. Модули ПВВ_i преобразуют интерфейс ω_i1, в интерфейс ω_i2 – вращательное движение во вращательное движение с другими параметрами. Механическое вращательное движение преобразуется модулями ПВП_i в механическое поступательное – функция μ_i. Тяговое усилие реализуется при сложении сил, создаваемых МУПП.

Таким образом, S-модель привода подачи МО описывается 12 уравнениями.

Управляющий сигнал для привода подачи, задаваемый либо человеком-оператором при автономной работе МАОК, либо управляющим модулем МСОК при работе комбайна в системе - сигнал заданной скорости k₀. Влияние внешней среды учитывается параметрами I_р1, N. Привод подачи имеет фиксированные ограничения - U_с, U_нес, f_с, t₀, u. Эти величины являются исходными данными для решения системы уравнений, в результате чего определяются основные параметры М_дi, n_дi, N_i, n_i, U, U_зад, f, v, а также связанные с ними сигналы обратной связи k_i, I_i, t_i.

Сложная структура мехатронных систем, определяемая большим числом функциональных связей (не всегда очевидных) между объектами различной физической природы, делает принципиально невозможным получение приемлемого результата при проектирование компонент системы по отдельности. В этом случае проектирование невозможно без использования мехатронных подходов, параллельного проектирования с применением различных видов моделирования, в первую очередь, математического, как отдельных компонент, так и системы в целом для выявления конфликтующих параметров и их устранения, то есть синергетического объединения компонент.

Особенности мехатронных систем неизбежно приводят к изменению принципов не только их проектирования, но и эксплуатации Принятая в настоящее время система планово-предупредительных ремонтов также должна претерпеть изменения.

«Интеллектуализация» горных машин, передача функций автоматизации мехатронному объекту позволяет сделать следующий шаг к созданию малолюдных и безлюдных технологий угледобычи.