3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ПЛАТФОРМЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

3.5. Алгоритм работы устройства управления положением платформы строительной машины

При вывешивании платформы строительной машины на выносных гидравлических опорах необходимо обеспечить выполнение следующих условий [23, 24]:

1) отрыв всех ходовых элементов (пневмоколес) опорной платформы строительной машины от грунта (рис. 3.17);

2) горизонтирование платформы (обеспечение нулевых углов наклона осей платформы α_x, α_y относительно горизонтальной плоскости);

3) предотвращение отрыва выносных опор от грунта (обеспечение определенной минимальной загруженности каждой опоры по силе нормальной реакции со стороны грунта на шток гидроцилиндра).

Кроме того, для повышения управляемости углами наклона платформы предлагается добавить четвертое, дополнительное условие [23, 24]:

4) непрерывное автоматическое поддержание платформы в заданном интервале высот, за счет этого достигается предотвращение ситуации выдвижения штоков на максимальную длину, а также касания колесами машины опорной поверхности, повышается запас управляемости углами наклона платформы.

Рис. 3.17. Опорная платформа строительной машины

Реализация алгоритма при помощи бортовой системы автоматического управления строительной машины на базе промышленного микроконтроллера позволяет выполнять полностью в автоматическом режиме вывешивание платформы на выносных, выдвижных или откидных гидравлических опорах, ее горизонтирование, поддержание на заданной высоте в горизонтальном положении во время работы машины.

Рис. 3.18. Функциональная схема алгоритма, реализующего процесс управления

При этом предотвращаются ситуации отрыва опор от грунта, выдвижения штоков гидроцилиндров опор на максимальную длину, а также касания колесами машины опорной поверхности. Это повышает запас управляемости углами наклона платформы [23, 24].

Функциональная схема алгоритма, реализующего процесс управления (рис. 3.18), имеет в качестве входов первичные информационные параметры, измеряемые с помощью датчиков: l₁, l₂, l₃, l₄ – длины гидравлических опор (гидроцилиндров) от нижней поверхности подпятника гидроцилиндра до плоскости опорной платформы; α_x, α_y – углы наклона опорной платформы относительно горизонтальной плоскости, измеренные в двух диагональных вертикальных плоскостях платформы; p_п1, p_ш1, p_п2, p_ш2, p_п3, p_ш3, p_п4, p_ш4 – давления в поршневых и штоковых полостях гидроцилиндров опор 1–4 соответственно (см. рис. 3.18).

Кроме того, в алгоритме используются следующие константы: S_п, S_ш – площади поршневой и штоковой полостей гидроцилиндра каждой опоры соответственно; Δα – предельная погрешность измерения углов наклона платформы; ΔR – предельная погрешность косвенного измерения силы реакции на любой из опор; R_min – минимальное предельное значение силы реакции на любой из опор (порядка 10 % от расчетной доли силы веса платформы, приходящейся на один гидроцилиндр); Δl – предельная погрешность измерения длин опор; l_{min конт} – минимальная  длина отдельной гидравлической опоры, при  которой обеспечивается условие отрыва пневматических ходовых элементов машины от грунта; l_{max констр} – максимальная длина отдельной гидравлической опоры, при которой шток выдвинут на максимально допустимую конструкцией гидроцилиндра длину; l_{min пред} – минимальная предельно допустимая длина отдельной опоры в рабочем режиме машины; l_{max пред} – максимальная предельно допустимая длина отдельной опоры в рабочем режиме машины (рис. 3.19).

Внутренними переменными параметрами алгоритма являются: R₁, R₂, R₃, R₄ – силы реакций на опорах 1, 2, 3, 4 соответственно;
l_{max 1234} – максимальная из четырех длин гидроцилиндров в текущий момент; l_{min 1234} – минимальная из четырех длин гидроцилиндров в текущий момент.

Выходные переменные функциональной схемы с логическими элементами x₁, x₃, x₅, x₇ принимают значение 1, что соответствует выдвижению штока гидроцилиндра опор 1, 2, 3, 4 соответственно, значение 0 соответствует отсутствию выдвижения; x₂, x₄, x₆, x₈ принимают значение 1, что соответствует втягиванию штока гидроцилиндра опор 1, 2, 3, 4 соответственно, значение 0 соответствует отсутствию втягивания; x₉ принимает значение 1, что соответствует сигналу аварийной остановки, и значение 0, соответствующее нормальной работе системы.

Рис. 3.19. Длины гидравлических опор

На рис. 3.20 приведена блок-схема алгоритма функционирования устройства управления положением платформы строительной машины. Алгоритм однотактный без необходимости хранения данных предыдущих тактов в памяти работает следующим образом. На основе текущих значений первичных информационных параметров рассчитываются силы нормальных реакций на опорах R₁, R₂, R₃, R₄, определяются максимальные и минимальные длины l_{max 1234} и l_{min 1234}.

R₁, R₂, R₃, R₄ рассчитываются исходя из поршневых и штоковых площадей S_п, S_ш гидроцилиндров и давлений в поршневых и штоковых полостях:

R₁= p_п1 S_п – p_ш1 (S_п – S_ш);

R₂= p_п2 S_п – p_ш2 (S_п – S_ш);                           (3.21)

R₃= p_п3 S_п – p_ш3 (S_п – S_ш);

R₄= p_п4 S_п – p_ш4 (S_п – S_ш).

l_{max 1234} и l_{min 1234} определяются на основе текущих значений l₁ l₂ l₃ l₄:

l_{max_1234}=max([l₁ l₂ l₃ l₄]);                           (3.22)

l_{min_1234}=min([l₁ l₂ l₃ l₄]).                            (3.23)

Рис. 3.20. Блок-схема алгоритма функционирования устройства управления (начало)

Рис. 3.20. Блок-схема алгоритма функционирования устройства управления (окончание)

Затем полученные по (3.21) – (3.23) значения параметров сравниваются с константами, получаются промежуточные логические переменные со значениями 0 и 1, которые обрабатываются при помощи блоков логических операций. В результате получаются выходные переменные x₁… x₉, которые также принимают значения 0 и 1.

Блоки логических операций соединены таким образом, чтобы предотвратить  возможность одновременного выдвижения и втягивания любой из опор  (перекрестные  связи),  то есть выходные переменные x₁ и x₂, x₃ и x₄, x₅ и x₆, x₇ и x₈ соответственно не могут одновременно принимать значение, равное 1.

Главным отличительным признаком алгоритма является то, что измерительные оси датчиков наклона расположены перпендикулярно диагональным вертикальным плоскостям платформы. Этим обеспечивается независимое одновременное горизонтирование платформы в двух ее диагональных плоскостях, причем возможно горизонтирование одновременным выдвижением одной диагональной опоры и втягиванием другой, что ускоряет процесс [23, 24].

Алгоритм достаточно прост для реализации и в то же время выполняет все поставленные задачи. Он сохраняет работоспособность, в том числе и при различных значениях скоростей движения штоков гидроцилиндров выносных опор строительной машины, что может иметь место в реальных условиях эксплуатации.