5. СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ПЛАТФОРМЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
В настоящей работе автоматизация проектирования устройства
управления платформой строительной машины была сведена к автоматизации расчета
оптимальных параметров: скорости перемещения аутригеров платформы VВЫД и ширины зоны нечувствительности порогового
элемента Dα. На основе проведенных в работе
теоретических исследований процесса управления положением платформы строительной
машины была разработана инженерная методика оптимизации основных параметров
устройства управления положением платформы строительной машины.
Инженерная методика заключается в следующем:
1.
Для имеющейся
математической модели процесса управления положением платформы строительной
машины определить значения постоянных параметров:
а)
по
конструкторской документации на строительную машину определить параметры платформы:
a, b;
б)
по технической
документации определить параметры гидропривода системы управления аутригерами
платформы: dц, dш, c1, с2, с3,
mзол, tгп;
в)
исходя из
требований, предъявляемых к строительной машине, задать Dαzзад.
2.
Определить
диапазоны и шаги изменения оптимизируемых параметров устройства управления
положением платформы строительной машины:
а) диапазон (VВТЯГ min, VВТЯГ max) и шаг ∆VВТЯГ изменения
скорости выдвижения аутригеров платформы;
б) диапазон (Dα min, Dα max) и шаг ∆Dα изменения ширины зоны нечувствительности порогового элемента.
3.
Провести
исследования на ПЭВМ: решение математической модели процесса управления
положением платформы строительной машины и получение массивов значений Dαz, tпп от оптимизируемых параметров VВТЯГ и Dα.
4.
Выполнить аппроксимацию
полученных численных зависимостей Dαz, tпп от VВТЯГ и Dα методом наименьших квадратов.
5.
Найти интервалы
допустимых значений VВТЯГ и Dα для заданной точности Dαzзад.
6.
Выполнить
оптимизацию параметров VВТЯГ и Dα по полученной регрессионной
зависимости целевой функции tпп =
f(VВТЯГ; Dα) → min, используя методы множителей Лагранжа и метод
Ньютона.
Рис. 5.1. Блок-схема алгоритма САПР
основных параметров
устройства управления положением
платформы
строительной машины
В качестве программной поддержки инженерной методики была разработана
САПР основных параметров устройства управления положением платформы строительной
машины в программном комплексе MATLAB,
блок-схема алгоритма работы которой представлена на рис. 5.1, и графический
пользовательский интерфейс САПР, который взаимодействует с рабочей областью MATLAB и его приложениями. Внешний вид
интерфейса САПР представлен на рис. 5.2 и включает в себя окна для ввода
численных параметров, кнопку выполнения расчета и построения графиков. Данная
САПР связана с математической моделью процесса управления положением платформы
строительной машины, составленной в Simulink, посредством m-файла, представляющего собой листинг
программы расчета.
Программное обеспечение для автоматизации проектирования
основных параметров устройства управления положением платформы строительной
машины состоит из следующих компонентов:
- файл математической модели процесса
управления положением платформы строительной машины в Simulink;
- m-файл, содержащий листинг программы
расчета;
- графический интерфейс САПР – основное
окно программы, интерактивные окна ввода параметров подсистем математической
модели процесса управления положением платформы строительной машины –
«Параметры платформы», «Параметры устройства управления».
Рис. 5.2. Интерфейс САПР основных
параметров устройства управления Алгоритм работы САПР
Ввод исходных данных: При нажатии кнопок выводятся окна ввода постоянных
параметров математической модели процесса управления положением платформы
строительной машины, которая разделена на две подсистемы: «Параметры платформы»
и «Параметры устройства управления». Окна ввода параметров представлены на рис.
5.3, 5.4. После нажатия кнопки «ЗАДАТЬ» в рабочей области MATLAB автоматически формируются массивы
значений параметров.
Рис. 5.3. Окно ввода параметров математической
модели платформы
Ввод оптимизируемых параметров. Задаются диапазон и шаг изменения оптимизируемых
параметров VВТЯГ и Dα. В рабочей области MATLAB автоматически формируются массивы
значений параметров.
Расчет параметров:
а)
после нажатия кнопки
«Расчет параметров» запускается моделирование рабочего процесса управления
положением платформы строительной машины. Производится циклический запуск и решение
математической модели процесса управления, количество запусков зависит от
заданных диапазонов и шага изменения оптимизируемых параметров VВТЯГ и Dα. В рабочей области MATLAB автоматически формируются массивы значений Dαz и tпп;
б)
далее происходит аппроксимация численной зависимости Dαz и tпп от VВЫД и Dα методом наименьших квадратов.
Происходит запись регрессионной зависимости Dαz = f(VВТЯГ; Dα) и tпп = f(VВТЯГ; Dα) в виде специальной файл-функции;
в)
нахождение
интервалов допустимых значений VВТЯГ и Dα для заданной точности Dαzзад;
г)
оптимизация и расчет параметров. Решается задача
условной оптимизации целевой функции tпп = f(VВТЯГ; Dα) → min средствами встроенного пакета Optimization Tool.
Результаты расчетов. В
данной области выводятся оптимальные значения параметров VВТЯГ, Dα и соответствующие им значения Dαz, tпп.
Графики зависимости целевой функции. Выводится окно с графиком
полученной зависимости tпп от VВТЯГ и Dα.
Рис. 5.4. Окно ввода постоянных
параметров математической модели устройства управления
На рис. 5.3 представлен внешний вид окна ввода постоянных параметров
платформы, в котором вводятся геометрические размеры платформы. На рис. 5.4 представлено
окно ввода постоянных параметров устройства управления (требуемое значение
статической точности установки платформы) и гидропривода управления аутригерами
платформы строительной машины (значения запаздывания гидропривода, геометрические
размеры гидроцилиндра и др.). На рис. 5.5 представлен внешний вид окна с
графиком полученной зависимости tпп от VВТЯГ и Dα.
Расчеты, проведенные на ПЭВМ с достаточной для принятых допущений
степенью точности, выполнялись за относительно короткий промежуток времени. Для
работы САПР требуется компьютер с AT-совместимым процессором, с частотой не ниже
1000 МГц, укомплектованный оперативной памятью 512 Мб и более, с установленным
программным комплексом MATLAB версии не ниже 7.0, включающий предустановленные
пакеты: Simulink версии не ниже 6.5, Surface Fitting Toolbox и
Optimization Toolbox любых версий.
Рис. 5.5. Окно с графиком полученной зависимости
tпп от VВТЯГ и Dα
Разработанная САПР устройства управления положением платформы
строительной машины позволяет производить на ПЭВМ оптимизацию параметров VВТЯГ и Dα согласно принятому критерию эффективности
на стадии их проектирования
в зависимости от индивидуальных параметров конкретной строительной машины.
Интерфейс САПР позволяет организовать в наглядной форме ввод
диапазонов оптимизируемых параметров устройства управления положением платформы
строительной машины, задание постоянных параметров сложной динамической системы
управления положением платформы строительной машины, а также вывод результатов
расчета на дисплей в численной и графической форме.
|