Система управления электроприводом кранов-манипуляторов

Кран-манипулятор при выполнении различных строительно-монтажных работ совершает перемещение конструкции в соответствии с конкретной траекторией. Обеспечение движения рабочего оборудования крана по траектории с заданной ориентацией и скоростью является основной функцией для исполнительных приводов манипулятора. Данные параметры обеспечивают высокую производительность машины, снижают расход электроэнергии и топлива, что ведёт, с одной стороны, к уменьшению времени на проведение рабочих операций, с другой стороны, ведёт к улучшению общего качества монтажных работ.

При эксплуатации на машину всегда воздействуют один или несколько внешних отрицательных факторов, будь то переменные нагрузки на рабочем оборудовании, возникающие из-за момента инерции; неровность рабочей площадки; различные боковые нагрузки, возникающие вследствие действия ветра и так далее. Для компенсации внешних возмущений необходимо микропроцессорное устройство с математическим и программным обеспечением, которое бы приспособило строительную машину к действующим на неё полезным и вредным внешним нагрузкам.

Математический алгоритм микропроцессора управления должен выполнять: контроль состояния крана-манипулятора и окружающей его среды; управление движением рабочих органов; принимать сигналы от датчиков обратной связи о правильности исполнения команд; проверять работоспособность всех механизмов, особенно аварийных систем. Электроприводы и рабочие механизмы крана являются устройствами со сложной и быстрой динамикой, что обуславливает необходимость в оперативном формировании управляющих сигналов. Для этого в памяти управляющего микропроцессора заложено сразу несколько программ, которые включаются в процесс управления и выбирают оптимальные режимы работы приводов машины.

Объектом управления в системе служит электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением. Его задача заключается в восприятии управляющих команд, например, с пульта оператора и изменении в соответствии с ними своего состояния, при этом объект управления не принимает решений, а лишь исполняет принимаемые команды. В данном случае от микропроцессора на двигатель поступает управляющее воздействие в виде сигналов, подающихся на входы двигателя от локальных регуляторов положения рабочих органов и адаптивного регулятора скорости (АРС), вследствие чего на выходе получается функция управляющего тока якоря двигателя.

В микропроцессор встроены: датчик положения, измеряющий угол между векторами напряжения и тока в электрической цепи, датчик контроля угловой скорости и датчик управляющего тока якоря двигателя. Таким образом, микропроцессор системы управления отслеживает величину заданной начальной фазы тока на основе измеряемых текущих значений угла между векторами напряжения и тока, угловой скоростью и величиной управляющего тока якоря. Контроль параметров осуществляется при помощи трёх регуляторов: регулятора положения с обратной связью по углу, адаптивного регулятора скорости с обратной связью по угловой скорости и регулятора тока с обратной связью по току. Также системой учитываются передаточные коэффициенты датчиков скорости и тока. В управляющем объекте предусмотрены звенья с входом тока якоря и выходом угловой скорости, что обусловлено переменными параметрами силы возбуждения.

Чтобы система управления могла приспосабливаться к эксплуатации в условиях с неопределённо меняющимися параметрами, в неё встраивается АРС с возможностью настройки алгоритмов регулирования. Таким образом, адаптация системы управления к постоянно меняющимся параметрам управляющего устройства (электродвигателя постоянного тока) сводится к адаптации изменениям угловой скорости с использованием АРС.

Адаптивный регулятор скорости многофункционален и легко допускает комбинации между алгоритмами управления и алгоритмами настройки, что позволяет разрабатывать эффективные системы управления, обеспечивающие максимальную скорость перемещения при выполнении технологических операций по оптимальной траектории, точность позиционирования, сокращение расходов топлива и электроэнергии. Такими системами управления могут оснащаться краны-манипуляторы или любая другая спецтехника, где необходимы вышеперечисленные преимущества.