КОМПЛЕКСНЫЙ КРИТЕРИЙ ОЦЕНКИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ МНОГОДВИГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА БУМАГОДЕЛАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
1
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:
(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:
(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
|
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:
(3)
(4)
(5)
где vi, vзадi – фактическая и заданная скорости i-й приводной секции; 
– 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.
Рис. 2. Структура многодвигательного электропривода экспериментальной установки
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
|
а б
Рис. 4. Компонентный портрет отклонений по скорости для: а – результатов моделирования; б – данных эксперимента
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: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39573 (дата обращения: 20.04.2024).
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)
