Теория вождения фронтальных дождевальных машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕОРИЯ ВОЖДЕНИЯ ФРОНТАЛЬНЫХ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН

В.И. Городничев - д-р техн. наук

ФГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт систем орошения и сельхозводоснабжения "Радуга"»,

г. Коломна, Россия

Рассмотрена фронтальная машина как объект управления, ее структурная схема. Дан синтез системы управления и фазовый метод расчета и оценка работы машины.

The Linear Irrigation System as object of management, its block diagramme is considered. Synthesis of a control system both a phase method of calculation and a system assessment of works are given.

Для однозначности оценки качества работы дождевальной машины фронтального перемещения (ДМФ) необходимо знать ее структуру как объекта управления и передаточную функцию.

Структурную схему ДМФ (рис.1)можно представить в виде 3-х динамических звеньев: пропорционального (крайние опорные тележки) с передаточной функцией и 2-х интегрирующих - звена разворота машины с передаточной функцией и звена осевого смещения опорной тележки, возле которой проложена направляющая с передаточной функцией [1, 2]

,

где vт- транспортная, максимальная скорость тележки, машины; L-расстояние между крайними опорными тележками.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Структурная схема машины

Коэффициент передачи звена смещения - скорость поворота v , зависит от координаты контролируемого элемента машины y0i и состоит из линейной части, равной транспортной, максимальной скорости машины vт, и нелинейной с коэффициентом определяемый как

где - относительное время включения крайних тележек при номинальном и корректирующем режиме движения;v1, vn- скорости первой и последней крайних опорных тележек, соответственно.

С учетом передаточных функций всех звеньев, обобщенная передаточная функция машины Wмпо осевому смещению и ее коэффициент передачи кмимеют вид

.

Дождевальная машина фронтального перемещения как объект управления по отклонению структурно может быть представлена в виде пропорционального звена и двух интегрирующих динамических звеньев. Причем, одно интегрирующее звено линейное, второе может быть линейным и нелинейным. Коэффициент передачи может меняться для каждой конкретной машины в зависимости от ее конструктивных параметров (L,vт) и выбора места для контроля осевого смещения, осевой координаты контролируемого элемента машины y0i, скорости ее перемещения vi.

Малое изменение входной величины или возмущающего воздействия вызывает боковое смещение машины, которое имеет тенденцию неограниченно возрастать во времени. Машина самопроизвольно может уйти от заданного направления, в конечном счете, орошаемого участка.

Синтез показывает, что в структуру системы управления машины необходимо вводить как минимум форсирующее звено с передаточной функцией , учитывать осевое смещение кс и угол поворота машины или скорость отклонения машины от направляющейкр. В установившемся режиме машина будет двигаться вдоль направляющей без отклонения. Как только появляется тенденция к отклонению машины, система тут же начнет реагировать. При этом качество полива будет выше и повреждаемость растений меньше.

Рис.2. Схематичное изображение машины с выносной штангой:

1 - устройство контроля смещения; 2 - штанга длиной lш;

3 - машина; 4 - направляющая

Простейшая техническая реализация такого звена осуществляется путем выноса устройства контроля смещения вперед по ходу машины на расстояние lш. Схематическое изображение и структурная схема системы управления (СУ) показаны на рис. 2, 3.

Рис.3. Структурная схема СУ по боковому смещению ДМФ

Передаточная функция появившегося динамического звена в цепи обратной связи имеет вид

где - постоянная времени нелинейного форсирующего звена.

Для апериодического процесса отклонения, когда повреждаемость растений будет минимальной, а качество полива высоким, дляодно, двукрылых ДМФ «Ладога»,«Коломенка-100», «Кубань-Л» (L=400…800 м) длина выносной штанги должна быть более 25…30 м и определяется как

,

где м- допустимый предел отклонения ДМФ.

Из-за трудности реализации длинной штанги целесообразно использовать комбинированные регуляторы. Можно использовать регулятор, стоящий в прямой цепи, контролирующий смещение и скорость отклонения машины или регулятор, контролирующий смещение и вынесений вперед по ходу движения на штанге ограниченной длины. В этом случае отклонение машины от заданного направления будет затухающим. Причем технически целесообразно применять нелинейные регуляторы, которые нередко приводят к помехоустойчивости, повышению качества полива, уменьшению их стоимости. В качестве такого регулятора можно использовать регулятор машины «Кубань-Л».

Для оценки качества работы машины используем метод фазовых траекторий.

Для нелинейных систем 2-го порядка обобщенное уравнение для отдельно взятого участка имеет вид:

,

где - линейный коэффициент передачи машины.

Производя вычисления по уравнениям фазовых траекторий конкретного участка, находим координаты особых, характерных точек на фазовой плоскости (смещение y, скорость смещения vy). При движении машины на участках, где нет коррекции, уравнение скорости отклонения в точках на всем участке имеет вид vyi= const, в том числе и скорость в конце, возле границы переключения, так как на этом участке разность относительных времен включения крайних тележек q=(q - qk) = 0. Координату отклонения в конце участка находят из уравнения линии переключения, подставляя значение скорости отклонения.

На границе переключения, где меняется режим, может происходить скачкообразное уменьшение или увеличение скорости отклонения машины на коэффициент kk. В момент перехода движения машины с постоянной скоростью отклонения (движение машины с постоянным углом) на корректируемое (движение с изменяемой скоростью) этот коэффициент равен:

;

и обратном переходе при тех же условиях:

При смене одной коррекции движения на другую (с первой тележки на последнюю) и обратном переходе коэффициенты коррекции скорости отклонения соответственно равны:

.

Для конкретного участка движения, где производится коррекция, в общее уравнение подставляют начальные значения скорости осевого смещения vyн и отклонение yн, cделав соответствующие упрощения, находят формулу фазовой траектории движения на данном участке

.

Когда скорость отклонения vyi = 0, в этот момент будет максимальное (амплитудное) значение отклонения, которое находят по уравнению

Поэтому координаты данной точки равны ymaxi и vyi = 0.

Далее определяют значения скорости осевого смещения машины vyi+1 и ее отклонения yi+1 в конце участка. Для этого составляют систему уравнений фазовой траектории и линии переключения. Решая ее, находят координаты точки пересечения уравнений, то есть скорость смещения и отклонение (yi+1,vyi+1). Затем последовательно рассматривают движение машины в следующей зоне фазовой плоскости, на следующем участке отклонения. Процесс определения координат характерных точек фазовой плоскости будет продолжаться до тех пор, пока не будут периодически повторяться координаты характерных точек (не более 3 раз) или они будут стабильными.

По уравнениям участков, координатам характерных точек строятся фазовые траектории движения машины (в координатах н и у). По уравнениям фазовых траекторий участков, координатам характерных точек вычисляют графики, траектории или зависимости отклонения контролируемой части машины в зависимости от пройденного пути y = f(s) или времени движения y = f(t).

При прямолинейном движении машины под углом к заданному направлению, когда скорости обеих крайних тележек равны номинальной vн, отрезки пройденного пути на участке от точки i (отклонение yi, скорость смещения vyi) до точки i+1 (отклонение yi+1 , скорость смещения та же) можно вычислить по следующей зависимости

,м,

а время движения по

, с.

При коррекции движения машины, когда скорости крайних тележек не равны (v1 vn), пройденный путь и время, затраченное на прохождение данного пути, равны:

,м; , с.

Отмечая осевое смещение контролируемой части машины на оси 0y и последовательно отрезки пройденного пути S, затраченного времени t, на оси 0s и 0t строим графики колееобразования, перемещения машины в заданном направлении по полю y = f(S) и ее отклонение во времени y = f(t).

Траекторию движения, колееобразование остальными опорными тележками можно определить по контролируемым, с учетом коэффициентов передачи нелинейной части (кмн1,кмн2), подставляя в уравнение координату удаления y0i опорных тележек от первой.

Для центра машины вычисляется коэффициент снижения скорости

Коэффициент увеличения нормы полива km или рабочей уставки регулятора определяется как

km = k-1ф,

а скорректированная рабочая уставка регулятора, таймера находится следующим образом

qф = kmq= q/ kф.

Фактическая норма полива равна

mф =kmmн = mн / kф.

Выводы

1. Дождевальная машина, как объект управления по боковому смещению, может быть представлена одним пропорциональным и двумя интегрирующими динамическими звеньями.

2. Для устойчивого и затухающего бокового смещения машины регулятор системы управления должен быть как минимум динамическим форсирующим звеном.

3. Для расчета характера движения машины по полю и времени, оценки качества работы целесообразно использовать метод фазовых траекторий.

вождение фронтальный дождевальный машина

Библиографический список

1. Городничев В.И. Методы, системы управления, контроля и оценки качества работы фронтальных дождевальных машин. Монография. - Коломна: ФГНУ ВНИИ «Радуга», 2003. 354 с.

2. Городничев В.И. Автоматизация технологических процессов орошения. Производственно-практическое издание.- М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. 268 с.

Размещено на Allbest.ru