Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань

Запропоновано використання лінійного збуджувача коливань для віброзанурювача, розглянуто процес вібраційного занурення паль та запропоновано трирівневу систему його автоматизації. Дано характеристику кожному рівню в залежності від наявності інформації про систему, описано область застосування. Дано...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автор:	Макогон, С.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2007
Назва видання:	Електротехніка і електромеханіка
Теми:	Електричні машини та апарати
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142912
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань / С.А. Макогон // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 5. — С. 21-23. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142912
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1429122018-10-20T01:23:08Z Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань Макогон, С.А. Електричні машини та апарати Запропоновано використання лінійного збуджувача коливань для віброзанурювача, розглянуто процес вібраційного занурення паль та запропоновано трирівневу систему його автоматизації. Дано характеристику кожному рівню в залежності від наявності інформації про систему, описано область застосування. Дано практичну реалізацію нижнього рівня автоматизації. Предложено использование линейного возбудителя колебаний для вибропогружателя, рассмотрено процесс вибрационного погружения свай и предложено трехуровневую систему его автоматизации. Дана характеристика каждого уровня в зависимости от наличия информации о системе, описана область использования. Дано практическую реализацию нижнего уровня автоматизации. Use of the linear vibration exciter for the vibratory driver is offered, control process of vibratory pile sinking is examined and a three-level system of its automation is offered. The performance of each level is given depending on presence of the information on a system, the field of use is described. The practical realization of the lower level of automation is given. 2007 Article Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань / С.А. Макогон // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 5. — С. 21-23. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142912 621.313.323, 65.002.5-868 uk Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Макогон, С.А. Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань Електротехніка і електромеханіка
description	Запропоновано використання лінійного збуджувача коливань для віброзанурювача, розглянуто процес вібраційного занурення паль та запропоновано трирівневу систему його автоматизації. Дано характеристику кожному рівню в залежності від наявності інформації про систему, описано область застосування. Дано практичну реалізацію нижнього рівня автоматизації.
format	Article
author	Макогон, С.А.
author_facet	Макогон, С.А.
author_sort	Макогон, С.А.
title	Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань
title_short	Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань
title_full	Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань
title_fullStr	Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань
title_full_unstemmed	Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань
title_sort	трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142912
citation_txt	Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань / С.А. Макогон // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 5. — С. 21-23. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT makogonsa trirívnevasistemakeruvannâvíbrozanurûvačemzlíníjnimzbudžuvačemkolivanʹ
first_indexed	2025-07-10T16:02:16Z
last_indexed	2025-07-10T16:02:16Z
_version_	1837276428205293568
fulltext	Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №5 21 УДК 621.313.323, 65.002.5-868 ТРИРІВНЕВА СИСТЕМА КЕРУВАННЯ ВІБРОЗАНУРЮВАЧЕМ З ЛІНІЙНИМ ЗБУДЖУВАЧЕМ КОЛИВАНЬ Макогон С.А. Київський національний університет будівництва і архітектури Україна, 03037, Київ, пр. Повітрофлотський 31, КНУБА, кафедра Електротехніки та електроприводу тел. (044) 241-55-65, E-mail: mcogon@ukr.net Запропоновано використання лінійного збуджувача коливань для віброзанурювача, розглянуто процес вібраційного за- нурення паль та запропоновано трирівневу систему його автоматизації. Дано характеристику кожному рівню в за- лежності від наявності інформації про систему, описано область застосування. Дано практичну реалізацію нижньо- го рівня автоматизації. Предложено использование линейного возбудителя колебаний для вибропогружателя, рассмотрено процесс вибраци- онного погружения свай и предложено трехуровневую систему его автоматизации. Дана характеристика каждого уровня в зависимости от наличия информации о системе, описана область использования. Дано практическую реали- зацию нижнего уровня автоматизации. ВСТУП Віброзанурювачі використовуються для зану- рення будівельних елементів у ґрунти, головним чи- ном водонасичені. Принцип їх роботи базується на тому, що під час вібрації у контактній зоні значно зменшується тертя, що зумовлене розрідженням ґрун- ту, і паля занурюється під дією сили тяжіння. Відомі традиційні конструкції вібраторів, що мають один чи декілька дебалансних валів з приводом від двигуна обертання [1-2]. Такі конструкції мають ряд суттєвих недоліків, а саме: недовговічність дебалансних валів, підшипників (через значні динамічні навантаження); утворення зайвих бокових коливань (що знижує ККД вібратора) та необхідність в синхронізації обертання дебалансів. Застосування електромагнітних вібраторів обмежене низьким значенням питомого тягового зусилля і його залежністю від положення якоря, а також невисоким ККД [5]. Для зменшення цих недоліків пропонується використовувати електричний вібратор з коаксіально- лінійним індукційним двигуном (ЕВКЛІД) [3-6]. ОСНОВНА ЧАСТИНА Загальний вигляд ЕВКЛІД показано на рис. 1. Він складається з: корпуса 1; магнітопровода 2; стру- мового шару 3; якоря 4; постійних магнітів 5; концен- траторів 6; стрижня якоря 7; платформи 8; рим-болта 9; втулки з’єднувальної 10; підшипника ковзання 11; пружини 12; скоби 13; фланця 14. Відомо, що найкраще занурення будівельних елементів у ґрунт відбувається на резонансній частоті системи "віброзанурювач-будівельний елемент- ґрунт". Віброзанурювач має найбільший ККД, коли працює на резонансній частоті. Якщо ці частоти спів- падають або близькі між собою, то віброзанурення відбувається найшвидше і з найменшими втратами енергії. Це особливо актуально при масовому зану- ренні чи при зануренні будівельних елементів із за- стосуванням потужних вібраторів. Рис. 1. Загальний вигляд ЕВКЛІД Знаходженню резонансної частоти системи "віб- розанурювач-будівельний елемент-ґрунт" перешко- джає те, що існуючі теорії ґрунтів не дають змогу змоделювати процес вібраційного занурення палі і отримати залежність швидкості занурення від глиби- ни занурення. Також відсутня інформація про різні шари ґрунтів та про зміну параметрів ґрунтів з глиби- ною. Водночас, існують загальні рекомендації, такі, як необхідність збільшення частоти коливань віброза- нурювача зі збільшенням глибини занурення, що пов’язано із збільшенням витрат енергії [7]. Резонансна частота віброзбуджувача регулюєть- ся за допомогою використання пружних елементів зі змінною жорсткістю, зокрема, з магнітним підвісом, та перетворювача частоти. Пропонується використовувати три рівня керу- вання віброзанурювачем, в залежності від потужності приводу та наявної інформації про систему (рис. 2): 22 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №5 Нижній рівень. Використовується контролер малої потужності (наприклад, сімейства Atmel Tiny). При достатній інформації про систему: складається з перетворювача частоти, параметри коливань – частота та амплітуда – регулюються оператором вручну і встановлюються за допомогою таблиці (в залежності від типу ґрунту та палі) [1, 2], форма коливань не змінна (гармонійні) і задана у пам’яті контролера. За відсутності інформації реалізується алгоритм вільних коливань на власній резонансній частоті віброзбу- джувача з контролем по проти-ЕРС [8, 9]. Цей рівень керування пропонується використо- вувати за відносно невеликих потужностей при зану- ренні легких будівельних елементів (шпунтів, труб) у водонасичених ґрунтах (потужність віброзанурювача P<15 кВт). Застосування його практично не вимагає додаткових витрат у порівнянні з класичними систе- мами, що використовують перетворювачі частоти. Середній рівень. Використовується потужний контролер. При достатній інформації застосовується класичний алгоритм найшвидшого спуску та ПІД- регулятор, з урахуванням потрібного закону зміни на- пруги від частоти ( constfU = , constfU = або інший). Важливим є введення таких параметрів, як мінімально допустима прийнятна швидкість занурен- ня та швидкість зміни частоти, що пов’язано з перехі- дними процесами у системі. При частковій інформації застосовуються алгоритми нечіткої логіки з регулю- ванням виду функцій приналежності в процесі зану- рення. За відсутності інформації: алгоритм "імітації відпалення" [10], де крок пошуку зменшується з на- ближенням до оптимуму, далі перехід на алгоритм найшвидшого спуску або його модифікації. Пропонується використовувати при зануренні паль, важких шпунтів (P = 15..50 кВт). Верхній рівень. Використовується потужний контролер та ПК (можливо з доступом до мережі). При достатній інформації: використовується інфор- мація з баз даних про попередні занурення в цьому районі, далі перехід до середнього рівня. За відсутно- сті інформації системи, що здатні до самостійного на- вчання (на базі нейронних мереж). Пропонується використовувати при зануренні важких паль, кесонних фундаментів та інших елемен- тів у складних ґрунтових умовах (P > 50 кВт). Отримання інформації. На кожному з етапів можливе часткове отримання інформації про умови занурення. Це може бути: серія пробних занурень на різних частотах із записом ходограм; використання бази даних по вже занурених палях; використання на- вчених нейронних мереж; попередній геологічний аналіз ґрунтових умов і т.п. Для прийняття рішення про шляхи отримання інформації потрібно керуватися техніко-економічною доцільністю, а саме: об’ємами робіт з встановлення будівельних елементів; можли- вістю проведення геологічної розвідки у повному об- сязі; результатами пробних встановлень і т.п. Практична реалізація. На даному етапі створе- но схему керування нижнього рівня на базі перетво- рювача частоти і апробовано її на практиці. Схемати- чно зображена на рис. 2. Основою схеми керування є мікроконтролер МК ATtiny 26L із вбудованими вуз- лами АЦП та ШІМ і занесеною безпосередньо у про- грамну пам'ять таблицею синусів (1/4 періоду, 256 во- сьмирозрядних відліків за період). У якості силових ключів КС використані MOSFET транзистори із від- повідними драйверами Др. Рис. 3. Реалізація схеми керування нижнього рівня на базі перетворювача частоти Рис. 2. Трирівнева схема автоматизації віброзанурювача Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №5 23 Для роботи у режимі вільних коливань пропону- ється використовувати алгоритм безсенсорного по- шуку резонансної частоти вібратора, за основу якого взятий алгоритм, запропонований у [9] (рис. 4). Рис. 4. Алгоритм безсенсорного пошуку резонансної частоти вібратора Принцип дії алгоритму базується на тому, що коли до вібратора не прикладена напруга з боку пере- творювача частоти, то проти-ЕРС, що генерується якорем вібратора, пропорційна похідній струму. За- вдяки цьому можливо отримати співвідношення між швидкістю якоря та похідною струму: L Vk L E L EU dt di якeпрпрпч ⋅ −=−= − = де i - сила струму, А; пчU - напруга перетворювача частоти, В; прE - проти-ЕРС, В; L - індуктивність віб- ратора, Гн; якV - швидкість якоря, см ; ek - електрич- на постійна машини. Пружина зі змінною жорсткістю. У якості цих елементів широко застосовуються різні типи пневма- тичних та електромагнітних підвісів. Пневматичні підвіси (пневмобалони) вимагають застосування ком- пресора, мають низький ККД (особливо на високих частотах коливань) та високу інерційність; викорис- товують енергію при зміні жорсткості. Електромагні- тні підвіси [11-12] постійно використовують енергію під час роботи, її витрати зростають зі збільшенням коефіцієнту жорсткості, проте вони мають низьку іне- рційність і просту конструкцію. Застосування постій- них магнітів (зокрема, типу NdFeB) підвищує тягові характеристики електромагнітного підвісу. ВИСНОВКИ Розглянута трирівнева система керування робо- тою віброзанурювачів різних потужностей дає змогу використовувати їх на резонансній або близькій до неї частоті, що є найбільш оптимальним. Запропонована реалізація схеми на базі перетво- рювача частоти дала змогу побудувати на практиці систему керування нижнього рівня. Середній та верхній рівень системи керування, а також робота вібратора з електромагнітним підвісом потребують подальших досліджень. ЛІТЕРАТУРА [1] Азбель Г.Г., Блехман И.И., Быховский И.И. и др. / Ред. сов: Челомей (пред.) / Под ред. Левендела Э.Э. Вибра- ции в технике. Справочник. В 6 т. – М.: Машиностро- ение, 1981. – Т. 4: Вибрационные процессы и машины– 509 с. [2] Бауман В.А., Быховский И.И., Гольдштейн Б.Г. Вибра- ционные машины в строительстве и производстве строительных материалов: Справочник. – М.: Маши- ностроение, 1970. – 547 с. [3] Богаєнко М.В., Бондар Р.П., Голенков Г.М., Го- луб В.П., Макогон С.А., Павленко П.В., Попков В.С. Віброзбуджувач. Деклараційний патент на корисну модель №14111 заявка № а 2005 10789 від 15.11.2005. [4] Богаєнко М.В., Голенков Г.М., Голуб В.П., Павленко П.В., Попков В.С., Чомкалова І.О. Віброзанурювач. Деклараційний патент на винахід №20031213225 від 17.01.2005. [5] Голенков Г.М., Бондар Р.П., Макогон С.А., Богаєн- ко М.В., Попков В.С. Моделювання роботи електрич- ного вібратора з коаксіально-лінійним індукційним двигуном при різних законах регулювання // Технічна електродинаміка. – 2007. – №2 – С. 54 – 59. [6] Голенков Г.М., Бондар Р.П., Макогон С.А., Подоль- цев А.Д., Богаенко Н.В., Попков В.С. Численный рас- чёт магнитного поля и основных характеристик элект- ровибратора на основе коаксиально-линейного двига- теля с постоянными магнитами. – Харьков.: "Электро- техника и электромеханика" №1, 2007. – С. 8 – 12. [7] Иносов В.Л., Антонюк Л.С., Черепина И.С. Влияние частоты вибропогружателя на энергоемкость и ско- рость погружения свай. – В сб.: "Горные, строительные и дорожные машины". Вып. 17. К.: Техніка, 1974. [8] Ito Y., Saha S., Kishibe T. Closed loop control of linear vibration actuator. Patent WO 2004/075658 A1. [9] Hoff E., Brennvall J.E., Nilssen R., Norum L. High power linear electric machine – made possible by gas spring. (http://www.elkraft.ntnu.no/norpie/10956873/Final%20Pap ers/074%20-%20LinLabNORPIE3.pdf) [10] Джонс М.Т. Программирование искусственного интел- лекта в приложениях / М. Тим Джонс; пер. c англ. Оси- пов А. И. – М.: ДМК Пресс, 2006 – 312 с.: ил. [11] Ивашин В.В. и др. Резонансный вибратор. Патент RU 2177840 С2. [12] Akira Chiba, Tadashi Fukao, Osamu Ichikawa, Masahide Oshima, Masatsugu Takemoto and David G. Dorrell. Magnetic Bearings and Bearingless Drives - Integra Soft- ware Services, 2005. Надійшла 06.06.2007

Трирівнева система керування віброзанурювачем з лінійним збуджувачем коливань

Репозитарії

Схожі ресурси