Цель экспериментального исследования Целью экспериментального исследования являлись:
Уточнение характеристик кинематической цепи перемещения электрода дуговой печи, состоящей из гидроцилиндра, стойки, электрододержателя, которые определяют нрав переходного процесса, точность и качество регулирования, и уточнение характеристик звеньев модели механизма перемещения электрода для построения модели регулятора.
Экспериментальное оборудование и методика проведения тестов Измерительная цепь (рис. 3) состоит из акселерометра ADXL203, измеряющего значения ускорений по осям ах, аy и выдающего их в виде аналогового потенциального сигнала. Дальше приобретенный сигнал фильтруется фильтрами низкой частоты и через АЦП вводится в ЭВМ.
Рис. 3. Структурная схема измерительной цепи Датчик (акселерометр и фильтры низкой частоты, выполненные на одной печатной плате) был закреплен на электроде параллельно поперечной оси печи (см. рис. 4). Наблюдение за перемещением электрода велось с внедрением датчика перемещения электрода, основанного на абсолютном энкодере.
Рис. 4. Установка датчика вид с боковой стороны и вид впереди (слева вправо) Исследование проводилось по методике, отображенной на рис. 5.
Рис. 5. Метод проведения опыта Приобретенные с датчика значения ускорения в аналоговой форме в виде потенциального сигнала в реальном времени оцифровывались при помощи АЦП (электрический осциллограф ЛА-20USB компании «Руднев-Шиляев») и записывались в память ЭВМ при помощи специального программного обеспечения (программкой Saver, входящей в набор с осциллографом). При записи данные конвертировались в файлы формата *.csv (CSV (от англ. Comma Separated Values — значения, разделённые запятыми)). Особенностью данной серии тестов является внедрение акселерометра для измерения амплитуды и частоты колебаний электрододержателя печи. Употребляется акселерометр ADXL203 компании Analog Devices. ADXL203 может определять как динамическое ускорение (к примеру, вибрация), так и статическое (к примеру, гравитацию). Выходные сигналы представляют собой напряжение, пропорциональное ускорению. Технические свойства ADXL203 приведены в [4]. Предложенная создателем структура измерительной схемы представлена на рис. 6. Такая схема позволяет сделать обычное и малогабаритное измерительное устройство, обеспечивающее ослабление собственных шумов акселерометра.
Рис. 6. Схема измерительной цепи Схема питается неизменным напряжением +15 В через входной фильтр (блок I) и стабилизатор напряжения D1 (блок II), собранный на микросхеме AD1585ART. Для четкой регулировки напряжения питания микросхемы употребляется делитель напряжения (блок III). Выход акселерометра ADXL203 D2(блок IV) подключен через выходной фильтр низких частот, фильтрующий собственные шумы акселерометра (фильтр реализуется при помощи интегрированных в акселерометр резисторов и наружных конденсаторов). Для согласования входных и выходных сопротивлений применены повторители напряжения D3.1 и D3.2 (блок V), выполненные на усилительных микросхемах AD8692ARMZ. Перед выводом нужный сигнал усиливается усилителями (блок VI), основанными на микросхемах AD8692ARMZ. На выходе акселерометра сигнал ускорения выдается в спектре 0–5В. Такое построение схемы позволяет проводить измерение значений ускорений при движении электрододержателя дуговой сталеплавильной печи ввысь и вниз, при всем этом обеспечивается ликвидация шумов акселерометра. Обработка результатов Обработка выполнялась с внедрением пакета программ NI LabVIEW. Входной массив данных задавался в виде файла формата *.csv в шифровке ASCII. В пакете LabVIEW собиралась структурная схема, представленная на рис. 7. Начальный сигнал, загруженный из файла начальных данных (initial) фильтруется фильтром Чебышева с нескончаемой импульсной чертой третьего порядка с частотой среза 100 Гц (блок Filter). Дальше приобретенный сигнал, находящийся в интервале 0-5 В приводится к сигналу в интервале -2,5-+2,5 В для получения нулевого значения ускорения на оси абсцисс.
Рис. 7. Структурная схема обработки сигналов в LabVIEW Для оценки воздействия скорости перемещения электрода на нрав переходного процесса все свойства были сняты при разных значениях скорости перемещения электрода (от 2,25 до 9 м/мин) и разных режимов работы (см. рис. 5). Часть приобретенных более соответствующих осциллограмм изображена на рис. 8. Осциллограммы представляю собой зависимости ускорения от времени, при всем этом осциллограммы на рис. 8 а) снимались , рис. 8 б) – 5 м/с, рис. 8 в) – 7,5 м/с, рис. 8 г) – 9 м/c. Как указывает анализ осциллограмм имеется мощная зависимость нрава движения от скорости перемещения электрода. С ее ростом растут амплитуда колебаний, частота и коэффициент затухания. Зависимость амплитуды колебаний от скорости имеет очевидно выраженный нелинейный нрав. Предпосылкой этого можно считать нелинейность черт сухого и вязкого трения, а так же наличие зоны нечувствительности и свободного хода в механических и гидравлических трактах. Нрав переходного процесса гласит о наличии упругостей в механической части электрододержателей.
а)
б)
в)
г)Рис. 8. Экспериментальные осциллограммы Приобретенные данные позволяют найти динамические свойства тракта, включающего в себя систему гидропривода, гидроцилиндр перемещения электрода, подвижную стойку, электрододержатель, электрод. На базе этих черт была получена передаточная функция звена (2), описывающая данный тракт. Обработка результатов тестов для определения передаточной функции тракта перемещения электрода осуществлялась по методике идентификации звена, изложенной в [5]. Приобретенные экспериментально зависимости ускорения от времени являются реакцией системы на единичный толчок разной интенсивности, так именуемая весовая функция. По весовой функции звена, можно найти передаточную функцию. 1. По экспериментально снятой кривой определялось аналитическое выражение весовой функции вида:
2. На основании (1) находим выражение для передаточной функции звена:
3. Частотные свойства, устойчивость звена САУ. Выражение весовой функции при скорости на входе 2,25 м/мин:
Передаточная функция для этого варианта:
По приведенному методу определялись выражения для различных скоростей, при всем этом было получено, что в границах реализуемости вид передаточной функции инвариантен относительно скорости перемещения электрода, и его можно считать постоянным. В процессе опыта была выявлена нелинейная зависимость коэффициента передачи канала k от скорости на входе системы. Спектр конфигурации k от 0,093 до 0,604 при изменении скорости от 2,25 до 9 м/мин, зависимость k(v) представлена на рис. 9.
Рис. 9. Зависимость коэффициента передачи от скорости Приобретенные выражения (4) и (5) с учетом зависимости k(v) определяют нелинейную модель механизма, включающего в себя систему гидропривода, гидроцилиндр перемещения электрода, подвижную стойку, электрододержатель, электрод, более точно учитывающую реальный нрав процессов, протекающих в процессе регулирования. Структурная схема модели с нелинейным коэффициентом передачи k(v) приведена на рис.10.
Рис. 10. Структурная схема модели с нелинейной частью В предстоящем приобретенные результаты создатель планирует использовать при разработке модели регулятора мощности, работающего в критериях наличия колебаний в механической и гидравлической системах. Выявленная в процессе исследования значимая нелинейность исполнительного механизма регулятора дает основание для построения регулятора с адаптацией к заданию скорости перемещения электрода, который позволит обеспечить неизменность свойства регулирования во всем спектре реализуемых скоростей. Выводы 1. Разработана и апробирована на действующей установке аппаратура и методика проведения опыта по измерению динамических черт тракта, включающего в себя систему гидропривода, гидроцилиндр перемещения электрода, подвижную стойку, электрододержатель, электрод.2. Разработана методика обработки результатов с внедрение пакетов программ NI LabVIEW и MatLab Simulink, позволяющая отфильтровать помехи и представить результаты в комфортной форме для следующей обработки и анализа.3. Сняты экспериментальные зависимости ускорения конца электрододержателя от времени в широком диапазоне входных воздействий – скоростях на входе системы от 2,25 до 9 м/мин.4. По результатам тестов получены передаточная функция и динамические свойства звена перемещения электрода, выявлена зависимость коэффициента передачи от скорости. Перечень литературы 1. Лапшин И. В. Автоматизация дуговых печей. М.:[б. и.], 20042. Фарнасов Г. А. Автоматизация процессов электроплавки стали. М.: Металлургия, 1972.3. Сапко А.И. Исполнительные механизмы регуляторов мощности дуговых электропечей. М.: Энергия, 1980.4. Doscher J. Accelerometer Design and Applications. Analog Devices, 1998.
5. Способы традиционной и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-и тт./под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004.
Категория: Статьи | Добавил: DEADalus (23.04.2010) Просмотров: 4184 | Комменты: 1 | Рейтинг: 0.0/0