close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

АВТОРЫ НОМЕРА;pdf

код для вставкиСкачать
ИССЛЕДОВАНИЯ
УДК 681.51.1
Энергетически эффективное быстродействие лифта
В.А. Завьялов, В.А. Величкин, Р.С. Ульянов, И.А. Шиколенко. Энергетически эффективное быстродействие лифта
Завьялов Владимир Андреевич,
д-р техн. наук, проф., Московский
государственный строительный университет
44
ENERGETICFLLY EFFECNIV SPEED OF THE LIFT
Величкин Владимир Александрович,
канд. техн. наук, Московский государственный
строительный университет
Vladimir A. Zavialov,
Dr. of Tech Sci.
Ульянов Роман Сергеевич,
магистр, Московский государственный
строительный университет
Vladimir A. Velichkin,
PhD. Tech. Sci
Roman S. Ulyanov,
the master
Шиколенко Илья Андреевич,
магистр, Московский государственный
строительный университет
Ilya A. Shikolenko,
the master
Moscow State Construction University
E-mail: [email protected]
Быстродействие, точность позиционирования
и энергетическая эффективность привода лифта
в некотором смысле находятся в противоречии.
В связи с этим приходится искать компромисс.
В работе решается многокритериальная задача
оптимального управления приводом лифта по
критерию энергетически эффективного быстродействия лифта.
Speed, accuracy of positioning and power
efficiency of a drive of the lift somewhat contradict.
In this connection it is necessary to look for the
compromise. In work the problem of optimum
control of a drive of the lift by criterion of
energetically effective speed of the lift is solved
multicriterial.
Ключевые слова: критерии оптимального быстродействия, максимальной энергетической
эффективности, максимальной точности позиционировании, многокритериальные задачи оптимального управления, подъемно-транспортные
машины, лифты.
Keywords: сriteria of optimum speed, the
maximal power efficiency, the maximal accuracy
positioning, multicriterial problems of optimum
control, hoisting-and-transport cars, lifts.
Основными требованиями, предъявляемыми к
подъемно-транспортным машинам (ПТМ), пассажирским и грузовым пассажирским лифтам, являются быстродействие, точность позиционирования
и энергоэффективность.
Быстродействие обеспечивает высокую производительность подъемной машины. Особенно это
важно для обслуживания пассажиров в общественных зданиях. Производительность лифта снижает
время его ожидания, что повышает производительность деловых операций.
Точность позиционирования облегчает транспортирование грузов на транспортную площадку
подъемно-транспортной машины, в том числе и
лифта.
Энергоэффективность позволяет выполнять
транспортирование грузов с наименьшими затратами электрической энергии.
Кроме конструктивного решения поставленной
задачи большое значение имеет эффективность
системы управления лифтом. Системы управления
приводом лифта чаще всего реализуются на базе
управляющих устройств, которые реализуют стандартные законы управления (пропорциональный,
интегральный, дифференциальный) и их комбинации.
Следует отметить, что всякая система управления строится по критерию оптимальности, который
выбирается проектировщиком в соответствии с
требованиями заказчика и возможностями системы
управления.
В настоящее время для управления лифтом используется привод с частотным преобразователем,
в который встроен ПИД-регулятор.
Структурная схема системы автоматического
управления (САУ) приводом лифта показана на
рис. 1.
От настройки существующей или проектируемой
САУ зависит быстродействие и энергетическая эффективность функционирования лифта. Например,
САУ грузового пассажирского лифта Щербинского
лифтостроительного завода настроена так, что она
имеет лишь две скорости: максимальную и минимальную. Переход с максимальной скорости на
минимальную происходит за 0,3 м до остановки,
что существенно снижает быстродействие лифта
(рис. 2).
Совершенствование настройки системы автоматического управления приводом лифта позволяет
повысить быстродействие лифта и снизить расход
электрической энергии.
Mechanization of Construction
© В.А. Завьялов, В.А. Величкин, Р.С. Ульянов,
И.А. Шиколенко, 2013
Механизация
строительства
№ 11 (833) — 2013
RESEARCHES
З – программный задатчик; ЧП – частотный преобразователь со встроенным ПИД-регулятором; АД – трехфазный
асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; Кабина – кабина лифта; F – питание АД от ЧП; W – частота
вращения вала АД; H – положение пола кабины лифта
Оптимальное быстродействие системы оценивается критерием
T
J1 = ∫ 1⋅ dτ,
(1)
0
где Т – время движения лифта при подъеме и
торможении; τ – текущее время.
Критерий максимальной энергетической эффективности показан в работе [1] и представлен
в следующем виде:
критерию (4) при ограничениях
d
X = AX + BU ; U(τ)  UДОП.
dτ
Представляется [3] в следующем виде:
Х(0) = 0; Х(Т) = ХТ;
U0 (τ) =
T
J2 = ∫ [AX + BU]" ⋅ [AX + BU] ⋅ dτ,
(2)
0
где А – матрица динамических свойств объекта
управления; Х – текущее положение ПТМ; В – эффективность управляющих воздействий; U – управляющие воздействия; “ – знак транспонирования.
В работе [2] доказано, что две функции достигают своего экстремума, если достигает экстремума
их произведение.
В этом случае обобщенный критерий можно
представить в следующем виде:
T
T
J0 = J1 ⋅ J2 = ∫ 1⋅ dτ ⋅ ∫ [AX + BU]" ⋅ [AX + BU] ⋅ dτ.
0
(3)
0
В результате решения задачи оптимального
быстродействия по критерию (1) определяется минимальное время ТК, за которое объект управления
перемещается их положения Х0 в положение ХТ.
С учетом того, что величина ТК является постоянной, критерий (3) может быть представлен в
следующем виде:
T
J = ∫ [TK X "A "AX + 2TK X "A "BU + TKU"B"BU] ⋅ dτ.
(4)
0
Решение задачи оптимального управления по
X T − X0
⋅ τ;
TK
(5)
X T − X 0 −1
⋅ B [I − A ⋅ τ].
TK
(6)
X 0 (τ) =
Длительность интервала управления из уравнения (6) при U(τ)  UДОП равна τ = ТК.
UДОП =
X T − X 0 −1
⋅ B [I − A ⋅ TK ].
TK
(7)
В работах [4, 5] показано, что электропривод
лифта может быть представлен в виде апериодического звена с передаточной функцией
Wuω (p) =
KO
ω(p)
=
.
TMp + 1 u(p)
(8)
Здесь КО = S = 0,9 – коэффициент передачи
привода лифта по каналу частота напряжения (u
[Гц]) на входе привода лифта – число оборотов
привода лифта (ω [1/с]); ТМ = 1 с – механическая
постоянная времени привода лифта при 60 %-ной
нагрузке.
Модель (8) не учитывает инерционность электромагнитной части привода, поскольку ее постоянная
времени на порядок меньше постоянной времени
механической части. В результате упрощения модели возникает динамическая погрешность 7 %, а
установившаяся ошибка отсутствует.
Упрощенная модель (8) в операторной и дифференциальной формах принимает вид
Vladimir A. Zavialov, Vladimir A. Velichkin, Roman S. Ulyanov, Ilya A. Shikolenko. Energeticflly effecniv speed of the lift
Рис. 1. Структурная схема САУ приводом лифта:
Рис. 2.
t – время перемещения на один этаж с; FI – перемещение лифта на один этаж
№ 11 (833) — 2013
Mechanization
of Construction
http://ms.enjournal.net/
E-mail: [email protected]
45
В.А. Завьялов, В.А. Величкин, Р.С. Ульянов, И.А. Шиколенко. Энергетически эффективное быстродействие лифта
ИССЛЕДОВАНИЯ
46
Рис. 3. Оптимальные траектории управления, скорости движения
и перемещения лифта на один этаж
рω(р) + ω(р) =0,9·u(p)
или
dω(τ)
+ ω(τ) = 0,9u(τ).
dτ
(9)
При разгоне лифта с двигателем серии АДЧР оптимальные траектории скорости движения, перемещения и управления определяются выражениями:
ω O (τ) =
ωK − ω 0
⋅ τ;
TK
ωK − ω 0
(10)
⋅ [1+ τ].
0,9 ⋅ TK
Длительность интервала управления при разгоне, исходя из выражений (10), определяется по
формуле
uO (τ) =
TK =
ωK − ω 0
.
(uдоп − ωK + ω 0 ) ⋅ 0,9
(11)
При ωК = 50 с–1; ω0 = 0; uдоп = 111 с–1 время разгона ТК = 1 с.
Графики оптимальных траектории скорости движения, перемещения и управления при движении
лифта приведены на рис. 3.
При торможении лифта оптимальные траектория и управления определяются аналогичными
выражениями при ωК = 0; ω0 = 50 с–1; uдоп = 111 с–1
время торможения ТК = 1 с:
ω O (τ) =
uO (τ) =
TK =
ωK − ω 0
⋅ τ;
TK
ωK − ω 0
⋅ [1+ τ];
TK
(12)
ωK − ω 0
.
(uдоп − ωK + ω 0 ) ⋅ 0,9
При изменении скорости движения лифта с 1
до 0 м/с и времени движения 1 с. Перемещение
http://ms.enjournal.net/
ISSN 0025-8903
лифта при торможении составит ωСР·ТК/2 = 0,5 м.
Таким образом, при энергетически эффективном быстродействии лифта с частотно регулируемом электроприводом повышается его быстродействие, энергетическую эффективность и точность
позиционирования.
Большинство действующих лифтов разгоняются до номинальной скорости за 3 с, торможение
длится около 3 с при движении с малой скоростью.
Если учесть, что лифт при перемещении на один
этаж расходует на разгон 3 с, на движение с постоянной скоростью 2,5 с и на торможение 3 с, то
общее время перемещения составит 8,5 с. Если
при движении с 1-го до 12-го этажа при исходной
настройке время перемещения составит 3 + 35 +
+ 3 = 41 с, то при оптимальной настройке он затратит 1 + 35 + 1 = 37 с.
Предлагаемый способ управления позволяет
затратить на
41 − 37
⋅100 % = 9,76 % меньше времени.
41
Если при движении лифта с 12-го до 1-го этажа
возможны остановки по пути следования, то время
перемещения существенно возрастает.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Завьялов В.А. Теория и практика оптимизации
управления тепловой обработкой бетонных строительных изделий. Автореферат диссертационной
работы М.: МГСУ, 2001. С. 17.
2. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследования операций. М.: Наука, 1974. 368 с.
3. Завьялов В.А., Пушкарев С.М. О критерии
энергетической эффектив ности одного класса
управляемых систем / Известия вузов. Энергетика.
1982. № 6.
4. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс
электропривода: Учеб. для вузов. 6-е изд., доп. И
перераб. М.: Энергоатомиздат, 1981. 576 с.
5. Завьялов В.А., Величкин В.А. Релейно-пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор для управления приводом лифтов // Механизация
строительства. 2012. № 12. С. 5–7.
Механизация
строительства
№ 11 (833) — 2013
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа