АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНАЯ АКАДЕМИЯ (СибАДИ)

На правах рукописи

Мещеряков Виталий Александрович

АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ

РАБОЧИМИ ПРОЦЕССАМИ

ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Специальность 05.05.04 – Дорожные, строительные

и подъемно-транспортные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Омск – 2007

Работа выполнена в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (г. Омск).

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ: доктор технических наук, профессор

ЗАВЬЯЛОВ Александр Михайлович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор

СМОЛЯНИЦКИЙ Борис Николаевич,

доктор технических наук, профессор

НИКУЛИН Павел Иванович,

доктор технических наук, профессор

ЩЕРБАКОВ Виталий Сергеевич,

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: ОАО «ЧТЗ-УралТрак», г. Челябинск

Защита состоится 25 декабря 2007 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета ВАК РФ Д 212.250.02 в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) по адресу: 644080, г. Омск, проспект Мира, 5. Тел. (3812) 65-07-55, факс (3812) 65-03-23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии по адресу г. Омск, проспект Мира, 5.

Автореферат разослан «_____» ________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук

Захаренко А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение качества, снижение сроков и себестоимости дорожного строительства неразрывно связаны с проблемами эффективного использования землеройно-транспортных машин (ЗТМ). Поскольку на земляные работы при строительстве дорог приходится более половины материальных затрат, к ЗТМ предъявляются все более высокие требования по производительности и точности выполняемых технологических операций. Превращение ЗТМ в эффективный, точный и удобный инструмент для операторов различной квалификации невозможно без автоматизации рабочих процессов.

В настоящее время системы автоматического управления (САУ) ЗТМ еще не получили повсеместного распространения. Сложная автоматика не всегда способна заменить человека. Это обусловлено рядом причин. Одна из них – это различия в методах управления машиной, используемых человеком-оператором и автоматическими регуляторами. Традиционные подходы к автоматическому управлению предусматривают предварительную настройку параметров регулятора и алгоритма управления, которые не изменяются в течение рабочих проходов. Человек-оператор, даже не имея численных данных о показателях рабочего процесса, подстраивает алгоритм ручного управления ЗТМ под изменяющиеся условия, обучаясь методом проб и ошибок. Повышение эффективности автоматического управления рабочими процессами возможно за счет создания адаптивных систем управления, параметры которых автоматически подстраиваются под изменяющиеся условия рабочих процессов и динамику машины.

Разработка систем автоматического управления должна быть основана на информации о динамике рабочих процессов ЗТМ. Исследование динамики рабочих процессов является сложной задачей. Параметры рабочих процессов связаны нелинейными зависимостями, и, кроме того, не все параметры машины и среды можно измерить, учесть и точно предсказать. Для исследования процессов управления необходимо развивать два подхода к моделированию рабочих процессов ЗТМ. Первый направлен на разработку аналитических моделей элементов рабочих процессов и их объединение в общую имитационную модель. Этот подход, основанный на априорной информации о конструкции ЗТМ, позволяет проводить вычислительные эксперименты при синтезе новых систем управления. Второй подход к моделированию рабочих процессов ЗТМ основан на идентификации рабочих процессов, что позволяет создавать адаптивные динамические модели на основе экспериментально измеренных параметров рабочих процессов ЗТМ. Такой подход дает возможность находить и моделировать скрытые зависимости между параметрами рабочих процессов, не имея полной информации об устройстве ЗТМ и характеристиках среды.

Важнейшей задачей управления тяговыми режимами ЗТМ является наиболее полное использование тяговых возможностей машины за счет управления рабочим органом. Автоматическое поддержание максимальной тяговой мощности или заданного значения сопротивления на рабочем органе затруднено большим количеством случайных факторов, действующих на ЗТМ. В связи с этим система автоматического управления должна обладать возможностью самонастройки, например, чувствительность системы к отклонениям управляемой величины от заданного значения, а также скорость подъема-опускания рабочего органа должны автоматически настраиваться для различных грунтовых условий. Для решения этой проблемы необходима разработка теории, направленной на синтез адаптивных систем управления и учитывающей специфику рабочих процессов ЗТМ.

С учетом современных тенденций применения интеллектуальных систем при автоматизации сложных технических объектов, одним из перспективных направлений является синтез систем управления, основанный на математическом аппарате искусственных нейронных сетей. Нейросетевые регуляторы в ряде случаев позволяют реализовать более эффективные адаптивные алгоритмы управления нелинейными динамическими объектами по сравнению с традиционными подходами.

Синтез систем управления рабочими процессами ЗТМ с более высокими качественными характеристиками позволит наиболее полно использовать тяговые возможности ЗТМ, повысить производительность и уменьшить удельную энергоемкость единицы продукции. Новые подходы к моделированию рабочих процессов и управлению направлены на создание теоретической базы для повышения эффективности автоматизированных ЗТМ. Таким образом, создание адаптивных систем автоматического управления рабочими процессами ЗТМ представляет собой актуальную научно-техническую проблему, решение которой имеет важное хозяйственное значение для строительной отрасли.

Цель работы: повышение эффективности ЗТМ за счет создания адаптивных систем автоматического управления рабочими процессами.

Объект исследований: процессы управления тяговыми режимами ЗТМ и отделочными работами.

Предмет исследований: закономерности, связывающие показатели рабочих процессов ЗТМ, структуру и параметры систем управления.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: