– скольжение и обороты двигателя.

Учитывая (3) и введя переменную, определяющую направление вращения двигателя х=±1, перепишем (1):

менял знак не более одного раза. Так как алгоритм управления качественно определен, то время переключения чередования фаз будет:

кон = 0.

Для синтеза замкнутой системы оптимального управления необходимо рассчитать коэффициенты обратных связей.

На основании полученных данных, используя уравнения:

(рис. 3) , строится блок-схема системы (рис. 4) и оптимальный переходный процесс в системе (рис. 2).

Рис. 2. Оптимальный переходный процесс

Рис. 3. Зависимость коэффициентов обратных связей от координат системы

Рис. 4. Блок-схема оптимальной системы:

РЭ – релейный элемент; 1 – объект; 2 – исполнительный механизм

Способность кранов адаптироваться к условиям среды и функционировать при изменении степени неопределенности среды является важным условием их использования при выполнении строительно-монтажных работ.

Решение этих задач наиболее целесообразно на основе применения алгоритмов адаптивного управления, которые позволяют обеспечить требуемое качество динамических процессов в исполнительной системе робота при существенном изменении массы и моментов инерции объектов манипулирования. Кроме того, при использовании алгоритмов адаптирования повышается динамическая точность отработки траекторий движения и позиционирования объектов. Это особенно важно для строительных манипуляторов, предназначенных для выполнения монтажных операций.

Третья глава посвящена разработке универсальной модели управления движением строительного крана- манипулятора (СМ).

С математической точки зрения реализация процессов манипулирования и ориентирования – это решение обратной задачи кинематики СМ, предполагающей определение вектора изменяемых параметров в его сочленениях. В основе решения этой задачи лежат кинематические соотношения СМ – его исходное матричное описание.

Описание и решение любой задачи взаимной угловой ориентации систем координат (СК), имеющих общее начало может быть представлено в виде матричного соотношения:

где I – единичная диагональная матрица размером 3 ( 3; r ( 5; l = 1, 2, 3; Rl((i) – матрица простейших угловых поворотов СК вокруг одной из ее осей.

Рис. 5. Геометрия простейших кинематических связей

С учетом направления вращений матричные соотношения, соответствующие каждой из простейших кинематических связей, имеют вид:

А. Для группы вращений по углам b, d, e, c, a:

Б. Для группы вращений по углам a, m, l, p, n:

В. Для группы вращений по углам f, b, g, k, h:

Геометрический смысл матричных соотношений (9-11) сводится к тому, что всегда найдется последовательная группа вращений, позволяющая осуществить угловые перемещения исходной декартовой СК до ее первоначального состояния.

Метод простейших кинематических связей, позволяет организовать на матричном уровне решение широкого круга задач сферической тригонометрии и угловой ориентации. Основной принцип решения – разложение исходного матричного описания задачи на систему простейших, последовательное решение которых по отдельности, или в комбинациях (в зависимости от удобства), позволяет произвести однозначное получение результатов при отсутствии ограничений у исходных данных. Математический аппарат однородных преобразований делает возможным расчет значений угловых разворотов во всех промежуточных сочленениях, начиная с первого и кончая n-1-ым, однозначно определяющих их требуемую пространственную ориентацию, а также пространственную ориентацию концевой секции РС.

В четвертой главе разработана система защиты крана от перегрузок, опрокидывания и при работе в стесненных условиях.

Системы защиты строятся на принципе определения степени приближения значения текущего нагружения стрелы крана к некоему предельному значению, приводящему к его опрокидыванию.

Универсальная структурная схема ограничителей нагрузки крана приведена на рис. 6.

Рис. 6. Структурная схема автоматической системы защиты крана от перегрузок и опрокидывания:

L – длина стрелы; б – угол наклона стрелы; К – угол крена платформы крана; Рп – давление в поршневой плоскости; Рш – давление в штоковой плоскости

Система обеспечения безопасности становится частью автоматической системы управления краном, в которой сложнейшие вычислительные задачи выполняются одновременно несколькими микропроцессорами, объединенными в многомикропроцессорную управляющую вычислительную систему (ММП УВС). Так для стреловых и самоходных башенных кранов наряду с системой защиты целесообразно контролировать подачу грузов по заданной траектории движения, поддерживать оптимальные динамические режимы работы крана в зависимости от массы поднимаемого груза.

К положительным свойствам ММП УВС следует отнести их высокую производительность, возможность обеспечения живучести УВС, работающих в режиме реального времени, и перераспределение вычислительной мощности в зависимости от динамики решаемой задачи, большую гибкость вычислительных средств, низкую стоимость элементной базы и высокую надежность.

Архитектура ММП УВС должна удовлетворять свойствам параллельности структуры, ее однородности и программной изменяемости. Этим свойствам отвечают известные структуры мультимикропроцессорных УВС: с общим ЗУ; с местным ЗУ; с соединением модулей по полному графу (звезда); радиальная; шинная; кольцевая; с пирамидальной иерархической архитектурой; с регулярным объединение через коммутатор; с регулярным объединением через память.

Структура системы обеспечения безопасности должна выбираться с учетом следующих положений:

защита строительных кранов не только от перегрузок и опрокидывания, но и защита при работе в стесненных условиях. Следовательно, система обеспечения безопасности, являясь частью автоматической системы управления краном, должна быть обеспечена средствами обмена информацией с другими частями системы;

возможность выявлять неисправности датчиковой аппаратуры и устройств сопряжения за счет резервирования микропроцессорной частей системы, что позволяет реализовать двухпроцессорную систему защиты кранов от перегрузок и опрокидывания с одним комплектом рабочих датчиков и бортовым ЗИП;

для обнаружения и устранения отказов и сбоев в многопроцессорной системе обеспечения безопасности должен осуществляться интенсивный обмен информацией между процессорами; необходимо предусмотреть отдельную шину межпроцессорных обменов и общесистемную шину.

С учетом изложенного разработана двухпроцессорная система управления перемещением, ориентацией грузозахватного устройства крана-манипулятора и защиты его от перегрузок, опрокидывания и работы в стесненных условиях (рис .7).

Рис. 7. Структурная схема устройства с одной группой датчиков

В двухпроцессорной системе защиты кранов использован таблично-аналитический способ задания защитных характеристик, в соответствии с которым значения характеристик в узловых точках определяются по коду характеристики, а в промежуточных точках осуществляется их линейная интерполяция.

Для преобразования выходного сигнала частотного датчика в код использованы как метод непосредственного подсчета числа импульсов за фиксированный интервал времени преобразования, так и время – импульсный метод.