Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

КОМПЛЕКСНЫЙ КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Прошин И.А. 1 Салмов Е.Н. 1
1 Пензенский государственный технологический университет
Рассмотрен подход к оценке результатов моделирования и эффективности работы многодвигательного электропривода бумагоделательных машин, рассматриваемого как единая многосвязная многосекционная вентильно-электромеханическая система. Предложенный комплексный критерий оценки основан на анализе совокупного коэффициента полезного действия и отклонений технологических параметров и разработан на базе требований, предъявляемых к работе многодвигательного электропривода бумагоделательных машин. Проведено моделирование многодвигательного электропривода с помощью предложенных авторами методов, численных алгоритмов и комплекса программ и показаны его результаты в соотношении с данными эксперимента. Разработанный комплексный критерий обеспечивает оценивание многосвязных многосекционных вентильно-электромеханических систем в едином пространстве энергетических и технологических параметров с отображением индикаторов эффективности посредством компонентного портрета. Его использование позволяет повысить эффективность моделирования при исследовании и создании многодвигательных электроприводов.
моделирование
комплексный критерий оценки
бумагоделательная машина
результаты эксперимента
1. Прошин И.А., Вольников М.И., Салмов Е.Н. Алгоритм комбинированного управления и метод математического моделирования асинхронного электропривода // Нива поволжья. – 2014 – № 4(33) – С. 102–109.
2. Прошин И.А., Прошин Д.И., Сюлин П.В. Принципы генерализации в формировании системы информационных индикаторов экодинамики // ХХI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2014. – № 01 (17). – С. 215–219.
3. Прошина Р.Д., Прошина Е.С., Салмов Е.Н. Интегрированный комплекс компьютерно-имитационного моделирования электромеханических систем // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2013. – № 12(16). – С. 95–101.
4. Прошин И.А., Прошина Р.Д., Долгов Г.Г. Математическое моделирование и компонентный портрет в оценке оборудования в едином пространстве состояний // ХХI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2015. – № 05 (27). – С. 260–266.
5. Прошин И.А., Прошина Р.Д., Сюлин П.В. Индикаторы и компонентный портрет в оценке качества изготовленных из отходов гальванического производства красок // ХХI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2014. – № 05 (21). – С. 211–219.
6. Прошин И.А., Салмов Е.Н. Метод и алгоритм моделирования непосредственного преобразователя электрической энергии // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1; URL: www.science-education.ru/121-18543 (дата обращения: 17.04.2015).
7. Прошин И.А., Салмов Е.Н. Численный метод моделирования выходного напряжения вентильного преобразователя с широтно-импульсной модуляцией // Фундаментальные исследования. 2015. – № 9 (1). – С. 56–62.
8. Прошин И.А., Салмов Е.Н., Кузнецов Д.А. Математическое моделирование системы электропривода ролико-опор // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2015. – № 05(27). – С. 285–293.
9. Прошин И.А., Салмов Е.Н., Тимонин Д.В. Методика моделирования многосвязного многосекционного электропривода для производства бумаги // ХХI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. – 2015. – № 05 (27). – С. 272–281.
10. Прошин И.А., Сюлин П.В. Компонентный портрет экологической безопасности // Проблемы региональной экологии. – 2013. – № 6. – С. 151–154.
11. Шестаков В.М. Автоматизированные электроприводы бумаго- и картоноделательных машин // Лесная промышленность. – 1978. – С. 176.

При моделировании электропривода бумагоделательных машин как многосвязных многосекционных вентильно-электромеханических систем (ММВЭМС) с помощью созданных авторами методов, численных алгоритмов и комплексов программ [1–5] необходимо получение комплексной оценки эффективности его работы. При этом требуется анализ динамических и статических режимов, принципов функционирования, потребляемой мощности и потерь.

Комплексный критерий сформулирован с учётом требований к функционированию многодвигательного электропривода бумагоделательной машины (рис. 1) [6, 7].

Оценку эффективности работы ММВЭМС по результатам математического моделирования предлагается комплексного критерия:

proshin02.wmf (1)

где ? – совокупный коэффициент полезного действия ММВЭМС; ?v – среднее значение отклонения уровня скорости от заданного; ?v % – среднее значение отклонения относительных скоростей от заданных; ?M – среднее значение отклонения распределения нагрузки для секций с жёсткой и упругой механической связью.

Составляющие комплексного критерия вычислим по формулам:

proshin03.wmf proshin04.wmf

proshin05.wmf proshin06.wmf (2)

где ?i – коэффициент полезного действия i секции; Pi – мощность i секции; ?vi, ? %vi, ?Mi – отклонения по уровню скорости, относительной скорости и распределению момента нагрузки i-й приводной секции; n – общее число секций электропривода; m – число секций, управляемых по скорости; k – число секций, управляемых по моменту.

Управляемая переменная

Назначение

Критерии

Уровень скорости

Задание массы 1 метра квадратного вырабатываемого полотна бумаги. Диапазон значений зависит от ассортимента продукции

Погрешность поддержания не должна превышать ±(0,1–0,2 5) %

Относительные скорости

Создание требуемого технологией натяжения полотна бумаги в межсекционных промежутках

proshin01.wmf

Неизменность соотношений при изменении:

– момента сопротивления на валу (±30 % в мокрой части; ±40 % в сушильной части; ±50 % для каландров и наката);

– напряжения питания ±10 %;

– частоты сети переменного тока ±1,5 %;

– температуры окружающей среды ±10 °С

Распределение нагрузки

Для избежания износа и равномерного движения механизмов в случаях жёсткой и упругой межсекционной связи

Погрешность поддержания соотношения не должна превышать ±(0,1–0,25) %

Рис. 1. Требования к функционированию электропривода бумагоделательной машины

Индикаторы эффективности ?vi, ? %vi, ?Mi и отклонения параметров, используемые в формулах составляющих комплексного критерия (2), вычислим следующим образом:

proshin07.wmf proshin08.wmf proshin09.wmf (3)

proshin10.wmf

proshin11.wmf (4)

proshin12.wmf (5)

где vi, vзадi – фактическая и заданная скорости i-й приводной секции; proshin13.wmf proshin14.wmf – фактическая и заданная относительные скорости i-й секции; kРМi, kРМзадi – фактический и заданный коэффициенты распределения момента нагрузки i-й секции; ?v0i, ?v %0i, ?M0i – предельно допустимые значения отклонений уровня скорости относительно скорости и коэффициента распределения нагрузки i-й секции.

В идеальном случае значения индикаторов эффективности стремятся к 1. В случае получения хотя бы одного отрицательного значения индикатора эффективности систему считаем не отвечающей требованиям к ММВЭМС. Для повышения эффективности анализа выполняется построение компонентных портретов для комбинации средних отклонений либо для наборов исходных значений для каждого из них при необходимости более детального анализа [8–11].

На базе экспериментальной установки электропривода БДМ (рис. 2) выполнено математическое моделирование, получены данные эксперимента и проведена оценка результатов моделирования в соответствии с предложенным критерием (1–5).

В структуре обозначены: ПЛК – программируемый логический контроллер, ЧП1-ЧП9 – частотные преобразователи, М1-М9 – электродвигатели, ДС1-ДС9 – датчики скорости, ЛВС – локальная вычислительная сеть. В данной системе секции 1, 3, 5, 6, 7 и 9 управляются по скорости. Секции 2, 4, 8 управляются по моменту нагрузки. На рис. 3 показаны результаты моделирования и экспериментальные данные.

Значения показателей работы многодвигательного привода, полученные в результате моделирования, представлены в табл. 1 и 2, а индикаторы эффективности показаны на компонентных портретах (рис. 4–5).

Анализ результатов комплексной оценки показал, что исследуемая система соответствует требованиям, предъявляемым к многодвигательным ВЭМС, но значение индикаторов эффективности для распределения момента нагрузки восьмой секции ниже порогового значения 0,25, что обуславливает необходимость проработки вопроса улучшения работы данной секции.

pic_41.tif

Рис. 2. Структура многодвигательного электропривода экспериментальной установки

pic_42.tif pic_43.tif

а б

Рис. 3. Исследование многодвигательного электропривода бумагоделательной машины: а – результаты моделирования; б – данные работы экспериментальной установки

Таблица 1

Отклонения уровня скорости и относительной скорости

№ п/п

Секция

Моделирование

Эксперимент

V

V %

V

V %

1

Гауч

0,12

0,11

3

Пресс Нижний вал

0,13

0,03

0,14

0,04

5

Сушильная группа

0,09

0,04

0,12

0,05

6

Холодильный цилиндр

0,15

0,01

0,10

0,02

7

Каландр Нижний вал

0,11

0,02

0,12

0,01

9

Накат

0,04

0,04

0,06

0,03

Таблица 2

Отклонения по моменту нагрузки

№ п/п

Секция

Отклонение M

моделирование

эксперимент

2

Сетковедущий вал

0,10

0,11

4

Пресс Верхний вал

0,11

0,09

8

Каландр Верхний вал

0,20

0,21

pic_44.tif pic_45.tif

а б

Рис. 4. Компонентный портрет отклонений по скорости для: а – результатов моделирования; б – данных эксперимента

pic_46.tif pic_47.tif

а б

Рис. 5. Компонентный портрет отклонений по распределению момента для: а – результатов моделирования; б – данных эксперимента

Предложенный комплексный критерий позволяет оценить эффективность работы многодвигательной ВЭМС в едином пространстве энергетических и технологических параметров. Проведение сравнительного анализа многодвигательных электроприводов с различными характеристиками вентильных преобразователей, электромеханических преобразователей и механических взаимодействий с использованием предложенного критерия оценки позволяет повысить эффективность исследования и математического моделирования многодвигательного привода БДМ и упрощает формулировку рекомендаций при создании и модернизации подобных систем.


Библиографическая ссылка

Прошин И.А., Салмов Е.Н. КОМПЛЕКСНЫЙ КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 12-3. – С. 521-525;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39573 (дата обращения: 08.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074