Система автоматичного керування електроприводом мостового крану з урахуванням пружних зв'язків
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2024-3-3Ключові слова:
кранові механізми, мостовий кран, електропривод, пружні зв'язки, система автоматичного керування, адаптивна системаАнотація
Мета роботи. Дослідження особливостей роботи системи автоматичного керування електроприводом мостового крана з урахуванням пружних зв'язків.
Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети були використані методи системного аналізу та моделювання за допомогою програмних засобів. Це дозволило точно відобразити процеси, що відбуваються в системі, а також перевірити різні сценарії роботи та їхній вплив на загальну ефективність системи.
Отримані результати. У ході дослідження було розглянуто систему автоматичного керування електроприводом та важливість урахування пружних зв'язків. Запропонована адаптивна система використовує нейронну мережу RBF. Використання запропонованого регулятора забезпечує стійкість до збурюючих впливів і дозволяє нівелювати коливання вантажу. Адаптивність системи забезпечується при зміні параметрів (навантаження, швидкість руху механізмів, жорсткість, точність позиціонування тощо) для відповідності умовам роботи мостового крана. Завдяки цьому, система здатна ефективно працювати в умовах змінних навантажень і зовнішніх впливів. Проведено комп'ютерне моделювання запропонованої системи керування, що підтвердило її ефективність при різних умовах експлуатації.
Наукова новизна. Наукова новизна роботи полягає в розробці та обґрунтуванні адаптивної системи керування електроприводом мостового крана, яка враховує пружні зв’язки. Дана система забезпечує гасіння коливань вантажу та підвищує точність позиціонування крана. Це досягається шляхом порівняння з існуючими методами керування за різними критеріями. Запропоновано використання алгоритму адаптації параметрів системи керування в реальному часі (навантаження, швидкість руху візка, довжина троса, жорсткість механізмів, тощо), що значно покращує (на 5-7% точність позиціонування, на 8-10 % стабільність роботи) показники роботи системи. Крім того, в ході дослідження було підтверджено здатність системи адаптуватися до різних умов роботи (змінене навантаження, варіації швидкості руху, нерівномірність дії зовнішніх збуджень), забезпечуючи стабільність і надійність її функціонування, що особливо важливо для забезпечення безперервної роботи крана в промислових умовах.
Практична цінність. Застосування даної системи дозволяє підвищити продуктивність мостового крана на 5-10% порівняно з традиційними системами керування. Впровадження системи в промислових умовах дозволить значно покращити ефективність і безпеку роботи крана, а також знизити витрати на технічне обслуговування і ремонт. Крім того, дана система може бути використана для модернізації вже існуючих кранів, що дозволить подовжити термін їх експлуатації та підвищити надійність роботи. Це відкриває нові можливості для підвищення ефективності промислових процесів, пов'язаних з використанням мостових кранів, і забезпечує кращі умови праці для операторів.
Посилання
Vydymysh A. A., Yaroshenko L.V. Fundamentals of Electric Drives. Theory and Practice. Part 1. / Text-book. Vinnytsia: VNAU, 2020. 387 p.
Zbitniev P.V., Budikov L.Yu., Aseev A.M. On the for-mation of braking processes in bridge cranes. Bulletin of the East Ukrainian National University named af-ter V. Dahl, 2013. №6 (195), part 2. P. 110-115.
Loveykin V.S., Romasevich Yu.O. Dynamic optimiza-tion of the motion regime of the crane transfer mechanism. Lifting and Transport Equipment, 2013. №3. P. 5-21.
Abdel-Rahman E. M., Nayfeh A. H., Masoud Z. N. Dynamics and control of cranes: A review. Journal of Vibration and Control, 2003. № 9(7). P. 863-908.
Zhao, X., & Huang, J. Distributed-mass payload dy-namics and control of dual cranes undergoing planar motions. Mechanical Systems and Signal Processing, 2019. 126. P. 636-648.
URL: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.02.032
Sun, Z., Bi, Y., Zhao, X., Sun, Z., Ying, C., Tan, S. Type-2 fuzzy sliding mode anti-swing controller de-sign and optimization for overhead crane, 2018. URL: https://doi.org/10.1109/access.2018.2869217
Wang, T., Tan, N., Zhang, X., et al. A time-varying sliding mode control method for distributed-mass double pendulum bridge crane with variable parameters, 2021.
URL: https://doi.org/10.1109/access.2021.3079303
Fihakhir, A. M., & Guerbouz, A. Intelligent control of industrial gantry crane model "3D Crane". Interna-tional Journal of Emerging Trends in Engineering Re-search (IJETER), 2022. 10(10). URL: https://doi.org/10.30534/ijeter/2022/0310102022
Wahyudi, Jalani, J., Muhida, R., & Salami, M. J. E. Control Strategy for Automatic Gantry Crane Sys-tems: A Practical and Intelligent Approach. Interna-tional Journal of Advanced Robotic Systems, 2007. 4(4). URL:
Abdullahi, A. M., Mohamed, Z., Selamat, H., Pota, H. R., Zainal Abidin, M. S., Ismail, F. S., & Haruna, A. Adaptive output-based command shaping for sway control of a 3D overhead crane with payload hoisting and wind disturbance, 2018. URL:
https://doi.org/10.30534/ijeter/2022/0310102022
Hmoumen, M., & Szabo, T. Controlling of payload swinging of an overhead crane. Robert Bosch De-partment of Mechatronics, Faculty of Mechanical Engineering and Informatics, University of Miskolc, Egyetemvaros, H-3515, Miskolc, Hungary. Published online December 13, 2021.
Carlos, W., Leite, F., Costa, G.A., Castro, I.L., Frank-lin, E., Ferreira, M., Moura, J.P., Viana, J., & Neto, D.F. Event Discrete Control Strategy Design of Over-head Crane embedded in Programmable Logic Con-troller, 2018. URL:
Klyuchem V.I. Theory of Electric Drives: Textbook for Universities, - 2nd ed., revised and supplemented. Energoatomizdat, 2001. 704 p.
Slepuzhnikov Ye.D., Fidrovskaya N.M., Varchenko I.S. Mechanisms for moving bridge cranes: mono-graph. Kharkiv: NUTZU, 2019. 124 p.
Volyanyuk V.O. Lifting and Transport Machines (Systems): Lecture Notes Part 1. Kyiv: KNUCA, 2019. 144 p.
Timoshenko, B. O., Filatov, S. Yu., Klimchenkov, A. G., Ivchenkov, M. V. Ways to improve the electro-mechanical system (EMS) of a bridge crane based on increasing the degree of automation. Scientific Bulle-tin of DGMA, 2016. № 3 (21E). P. 38. ISSN 2219-7869.
Alghanim, K. A., Alhazza, K. A., Masoud, Z. N. Dis-crete-time command profile for simultaneous travel and hoist maneuvers of overhead cranes. Journal of Sound and Vibration, 345, 2015. P. 47-57. URL: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2015.01.042
Anh, L. V., & Linh, V. T. T. Position Control and Anti-Sway of Overhead Crane System with Uncertain Nonlinear Model. Faculty of Electrical Engineering, University of Economics – Technology for Industries, Ha Noi 100000, Vietnam, 2023.
Chen, H., Fang, Y., Sun, N. A swing constraint guaranteed MPC algorithm for underactuated overhead cranes. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2016. 21(5). P. 2543-2555.
URL: https://doi.org/10.1109/tmech.2016.2558202
Finch, J.W.; Giaouris, D. Controlled AC Electrical Drives. IEEE Trans. Ind. Electron. 2008, 55, P. 481–491. URL: https://doi.org/10.1556/606.2021.00474
Leite, D., Aguiar, C., Pereira, D., Souza, G., Škrjanc, I. Nonlinear fuzzy state-space modeling and LMI fuzzy control of overhead cranes. In 2019 IEEE In-ternational Conference on Fuzzy Systems (FUZZ-IEEE), New Orleans, LA, USA, 2019. P. 1-6. URL: https://doi.org/10.1109/FUZZ-IEEE.2019.8858968
Pimkumwong, N.; Wang, M.-S. Online Speed Estima-tion Using Artificial Neural Network for Speed Sen-sorless Direct Torque Control of Induction Motor based on Constant V/F Control Technique. Energies, 2018. 11, 2176.
Urbas, A., Augustynek, K., & Stadnicki, J. Dynamics analysis of a crane with consideration of a load ge-ometry and a rope sling system. Journal of Sound and Vibration, 2024. 572, 118133. URL: https://doi.org/10.1016/j.jsv.2023.118133
Wu, X., Xu, K., Lei, M., He, X. Disturbance-compensation-based continuous sliding mode control for overhead cranes with disturbances. IEEE Transactions on Automation Science and Enginee-ring, 2020. 17(4). P. 2182-2189.
URL: https://doi.org/10.1109/tase.2020.3015870
Yang, C., Du, C., Liao, L. Design and implementation of finite time sliding mode controller for fuzzy over-head crane system. ISA Transactions, 2022. 124. P. 374-385.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 М.О. Olieinikov
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
