Sterowanie optymalne maszyn dźwigowych

Cink, J.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Sterowanie optymalne maszyn dźwigowych

Autorzy

Cink J.

Identyfikatory

Warianty tytułu

The optimum control of cranes

Języki publikacji

Abstrakty

Przedstawiona praca habilitacyjna dotyczy sposobów wyznaczania sterowań optymalnych maszyn dźwigowych oraz ich mechanizmów. Poszukiwane są takie przebiegi czasowe funkcji sterujących, które minimalizują bądź obciążenia maksymalne, bądź drgania elementów mechanizmu. Praca składa się z dwóch zasadniczych części. W pierwszej -obejmującej rozdziały 2 i 3 - opisano istotę zaproponowanej metody optymalizacji i sposób jej adaptacji dla rozwiązywania problemów inżynierskich. W części drugiej - obejmującej rozdziały 4, 5, 6, 7 i 8 -pokazano wyniki badań symulacyjnych i eksperymentalnych przy zastosowaniu sterowań optymalnych dla poszczególnych mechanizmów dźwignic oraz ich ruchów skojarzonych. Opracowanie kończą wnioski końcowe zawarte w rozdziale 9. W pracy zaproponowano i opisano metodę optymalizacji, która umożliwia znalezienie sterowań optymalnych dźwignic. Metoda jest deterministyczna, stosunkowo prosta i wymagająca średniej klasy sprzętu komputerowego. Zaadaptowanie metody do rozwiązania konkretnego zdania optymalizacji wymaga dobrego, najlepiej zweryfikowanego eksperymentem, modelu liniowego mechanizmu lub maszyny. Optymalizację zastosowano do poszukiwania sterowania optymalnego rozruchem wciągarki hydrostatycznej, co w efekcie umożliwiło zmniejszenie obciążeń maksymalnych mechanizmu o około 20 %. Omówiona w pracy metoda optymalizacji umożliwiła opracowanie optymalnego sposobu sterowania dla całej grupy mechanizmów realizujących transport poziomy wiotko zawieszonego na linach ładunku.Na przykładzie hydrostatycznego mechanizmu jazdy mostu suwnicy pomostowej pokazano sposób wyznaczania optymalnej funkcji sterującej prędkością w całym ruchu roboczym dla ruchu w jednym kierunku. Procedurę optymalizacyjną zastosowano również do mechanizmu jazdy mostu rzeczywistej suwnicy pomostowej zaopatrzonej w indywidualne napędy elektromechaniczne zasilane z elektroenergetycznych przetwornic częstotliwości (falowników). Układy sterowania mechanizmów zaopatrzone zostały w podukłady regulacji prędkości i położenia. Uzyskano efekty w postaci wytłumienia wahań ładunku po okresach rozruchu i hamowania oraz jego pozycjonowanie z dużą dokładnością w zadanym położeniu. W oparciu o wyniki badań mechanizmu jazdy mostu opracowano koncepcję transportu poziomego ładunku przy skojarzonych ruchach mostu i wózka suwnicy. Rozwiązany został problem poziomego transportu ładunku dla maszyn o ruchach obrotowych i wypadowych. Dla portowego żurawia wypadowego opracowano metodę takiego kojarzenia prędkości mechanizmu obrotu i wypadu, które zapewnia ruch krążka szczytowego żurawia, a zatem także ładunku wzdłuż linii prostej poziomej. Zastosowanie dodatkowo sterowania optymalnego umożliwia wytłumienie wahań ładunku po okresach rozruchu i hamowania, jak również pozycjonowanie ładunku z wysoką dokładnością w zadanym punkcie pola pracy.

In this work methods of determining the optimum control for cranes and their mechanisms are presented. Runs of control functions which reduce the maximum loads and oscillations of the mechanism elements are found out. The work includes two main parts. In the first one (chapters 2 and 3) the method of optimisation and the way of its adaptation for solving the engineer problems are described. In the second one (chapters 4, 5, 6, 7 and 8) the results of the simulation and experimental tests are shown. The optimum control for basic crane mechanisms and their simultaneous work was used. The chapter 9 contains final conclusions of the work. In the work the optimisation method which let find out the optimum control of cranes is chosen and described. The method is deterministic, relatively simple and demands the middle class computer equipment. To adapt the method for solving the real optimisation problem the linear dynamic model of the mechanism or machine is necessary. The model should be verified by experiment. The optimisation was applied to looking out the optimum control of acceleration phase of hydrostatic hoisting winch. As a result of the optimisation the maximum loads of the mechanism were decreased by 20 %. The described optimisation method let work out the optimum way of control for the whole group of mechanisms which realise the horizontal transport of flexibly suspended loads. Using the hydrostatic travelling mechanism as example the method of determining optimum control speed function for the one direction duty motion is presented. The optimisation procedure was applied to the travelling mechanism of the real overhead crane equipped in individual electromechanical drives supplied with frequency converters. Control systems of mechanisms were included in speed and position regulation systems. As a result the damping of load oscillations after the acceleration and braking phase and its positioning with high accuracy in the chosen place were achieved. Using the results of the travelling mechanism researches the idea of a horizontal load transport by simultaneous work of travelling and traversing mechanisms was worked out. The problem of a horizontal load transport for the machines with slew and jib motion was solved as well. For the haven jib crane the method of such joining the speed of slew and jib mechanisms which guaranties the load motion along the straight horizontal line was worked out. Additionally, the optimum control let damp load oscillations after acceleration and braking phases and reach the load positioning with high accuracy in the determined point of the work area.

Słowa kluczowe

maszyny dźwigowe sterowanie optymalne

crane machine optimum control

Wydawca

Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej

Czasopismo

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

Rocznik

2001

Tom

Z. 293

Strony

1--244

Opis fizyczny

Bibliogr. 73 poz.

Twórcy

autor

Cink J.

Bibliografia

[1] Bednarski S., Cink J., Malenta P., Kilian T.: „Model i badania symulacyjne żurawia portowego z hydraulicznym sterowaniem wtórnym”. VIII Konferencja Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych. Zakopane 1995.
[2] Bednarski S., Cink J., Malenta P.: „Pozycjonowanie ładunku w ruchu roboczym wciągarki bębnowej z napędem falownikowym”. IV Konferencja Okrętownictwo i Oceanotechnika. Międzyzdroje 1998.
[3] Bednarski S., Cink J., Tomczyk J.: „Pozycjonowanie ładunku w ruchu roboczym żurawia portowego”. X Konferencja Naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych. Zakopane 1997.
[4] Bednarski S., Cink J., Tomczyk J.: „Regulacja mocy w mechaniźmie podnoszenia dźwignicy”. Konferencja Naukowo - Techniczna Napędy Maszyn Transportowych. Ustroń 1996.
[5] Bednarski S., Cink J., Tomczyk J.: „Tłumienie wahań ładunku w ruchu roboczym żurawia portowego”. IX Konferencja Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych. Zakopane 1996.
[6] Bednarski S., Cink J., Tomczyk J.: „Wpływ parcia wiatru na prowadzenie ładunku w ruchu roboczym żurawia portowego”. III Konferencja Okrętownictwo i Oceanotechnika. Międzyzdroje 1997.
[7] Bednarski S., Cink J., Wolski T.: „Model i badania symulacyjne suwnicy ze sterowaniem wtórnym”. VII Konferencja Rozwój Podstaw, Budowy, Eksploatacji i Badań Maszyn Roboczych Ciężkich - w tym Budowlanych. Zakopane 1994.
[8] Bednarski S., Cink J., Wolski T.: „Stałociśnieniowe układy napędowe”. VI Konferencja Rozwój Podstaw, Budowy, Eksploatacji i Badań Maszyn Roboczych Ciężkich - w tym Budowlanych. Zakopane 1993.
[9] Bednarski S., Cink J.: „Kształtowanie toru ruchu ładunku hydraulicznego żurawia portowego ze sterowaniem wtórnym”. II Konferencja Okrętownictwo i Oceanotechnika. Międzyzdroje 1995.
[10] Bednarski S., Cink J.: „The Hydrostatic Hoisting Winch with Primary and Secondary Control”. EUROCRANE ‘95, 5th International Conference of Cranes and Textile Machines. Gdańsk 1996.
[11] Bednarski S.: „Wpływ parametrów zespołu zmiany wydajności pompy na własności dynamiczne generatora stałego ciśnienia”. Praca doktorska. Łódź 1996.
[12] Cannon M. D., Cullum C. D. jr, Polak E.: „Sterowanie optymalne i programowanie matematyczne”. WNT, Warszawa 1975.
[13] Cannon R. H. jr: „Dynamika układów fizycznych”. WNT, Warszawa 1973.
[14] Cink J., Halusiak S.: „Optymalne sterowanie rozruchem wciągarki hydrostatycznej”. III Konferencja Okrętownictwo i Oceanotechnika. Międzyzdroje 1997.
[15] Cink J., Saryusz-Wolski T., Tomczyk J.: „Stanowisko do badań mechanizmów z przekładnią hydrostatyczną". Sterowanie i Napęd Hydrauliczny, Nr 5-6/1987. Wrocław 1987.
[16] Cink J., Tomczyk J., Wolski T.: „Hydrostatyczne układy napędowe maszyn roboczych”. Skrypt. Wydawnictwa Politechniki Łódzkiej. Łódź 1993.
[17] Cink J., Tomczyk J., Wolski T.: „Model i badania symulacyjne mechanizmu jazdy maszyny roboczej z silnikiem spalinowym i przekładnią hydrostatyczną”. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Mechanika, zeszyt 99. Gliwice 1990.
[18] Cink J., Tomczyk J., Wolski T.: „Przewidywane kierunki rozwoju sterowania cyklami pracy maszyn dźwigowych”. Biuletyn Techniczny OBRDiUT „DETRANS”, Nr 1-4/1990. Bytom 1990.
[19] Cink J., Tomczyk J., Wolski T.: „Układ sterowania przekładnią hydrostatyczną mechanizmu jazdy maszyny roboczej". Sterowanie i Napęd Hydrauliczny, Nr 1/1989. Wrocław 1989.
[20] Cink J., Tomczyk J.: „Rozwiązanie podstawowych problemów transportu wiotko podwieszonych ładunków suwnicami sterowanymi numerycznie”. II Międzynarodowa Konferencja Napędy Maszyn Transportowych. Ustroń, październik 1998.
[21] Cink J., Tomczyk J.: „Zakłócenia działaniem wiatru w automatycznym sterowaniu maszyn roboczych”. Problemy Maszyn Roboczych, Komitet budowy Maszyn PAN, Z. 13. Warszawa 1999.
[22] Cink J.: „Automatyczny układ pozycjonowania mostu suwnicy doświadczalnej”. Maszyny Dźwigowo-Transportowe, Nr 1/1993, OBRDiUT „DETRANS”. Bytom 1993.
[23] Cink J.: „Minimalizacja wahań ładunku w mechaniźmie jazdy suwnicy pomostowej”. Rozwój Podstaw, Budowy, Eksploatacji i Badań Maszyn Roboczych Ciężkich - w tym Budowlanych. Prace Naukowe Centralnego Programu Badań Podstawowych Nr 02.05. Warszawa 1989.
[24] Cink J.: „Minimization of Load Oscillations over the Duty Motion of the Travelling Mechanism of Overhead Crane”. Archiwum Budowy Maszyn, Vol. XL, 1993, 3-4. Warszawa 1993.
[25] Cink J.: „Model i badania symulacyjne mechanizmu jazdy mostu suwnicy z napędem elektrohydrostatycznym”. Przegląd Mechaniczny, Nr 23-24/1991. Warszawa 1991.
[26] Cink J.: „Próba optymalizacji rozruchu wciągarki z przekładnią hydrostatyczną”. Sterowanie i Napęd Hydrauliczny, Nr 3/1988. Wrocław 1988.
[27] Cink J.: „Tłumienie wahań ładunku w systemie automatycznego sterowania suwnicą”. VI Konferencja Naukowa Sterowanie, Napęd, Wytrzymałość Zmęczeniowa i Projektowanie Maszyn Budowlanych. Rynia k/Warszawy 1994.
[28] Cink J.: „Wpływ przebiegu wydajności pompy układu hydrostatycznego na dynamikę rozruchu mechanizmu podnoszenia”. Praca doktorska. Łódź 1983.
[29] Garbacik A. i inni: „Kierunki rozwoju napędów i konstrukcji maszyn roboczych”. Fluid Power Net Publication, Kraków 1999.
[30] Grudziecki J., Kosucki A., Malenta P., Uciński J.: „Analiza parametryczna modelu mechanizmu jazdy suwnicy sterowanej programowo”. X Konferencja Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych. Zakopane 1997.
[31] Kaczorek T.: „Teoria sterowania”. PWN, Warszawa 1981.
[32] Konopka S., Krasucki J., Kuczmarski F., Przychodzień T.: „Próba określenia stanu automatyzacji maszyn do prac ziemnych”. VI Konferencja Naukowa Sterowanie, Napęd, Wytrzymałość Zmęczeniowa i Projektowanie Maszyn Budowlanych. Rynia k/Warszawy 1994.
[33] Kosucki A., Malenta P.: „Analiza parametryczna układu sterowania hydrostatycznym napędem jazdy suwnicy pomostowej”. IX Konferencja Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych. Zakopane 1996.
[34] Kosucki A., Wolski T.: „Badania symulacyjne mechanizmu jazdy suwnicy pomostowej z kompensacją ukosowania”. Sterowanie i Napęd Hydrauliczny, Nr 6/1991. Wrocław 1991.
[35] Kosucki A.: „Badania kompensacji ukosowania suwnicy z hydrostatycznym napędem mechanizmu jazdy. Praca doktorska. Łódź 1998.
[36] Leyko J.: „Dynamika układów materialnych”. PWN, Warszawa 1961.
[37] Leyko J.: „Mechanika ogólna”. PWN, Warszawa 1968.
[38] Lipski J.: „Napędy i sterowania hydrauliczne”. WKŁ, Warszawa 1977.
[39] Malenta P., Kosucki A., Tomczyk J.: „Zastosowanie stacji akwizycji danych Keithley w pracach badawczych”. IV Ogólnopolska Konferencja Maszyn Włókienniczych i Dźwigowych. Bielsko- Biała 1993.
[40] Markusik S.: „Suwnice sterowane komputerem”. Biuletyn Techniczny OBRDiUT „DETRANS”, Nr 1-4/1990. Bytom 1990.
[41] Osiński Z., Wróbel J.: „Teoria konstrukcji maszyn”. PWN, Warszawa 1982.
[42] Parszewski Z., Roszkowski M.: „Podstawy automatyki dla mechaników”. PWN, Warszawa 1976.
[43] Pełczewski W., Krynke M.: „Metoda zmiennych stanu w analizie układów napędowych”. WNT, Warszawa 1984.
[44] Pełczewski W.: „Teoria sterowania”. WNT, Warszawa 1980.
[45] Piątkiewicz A. Sobolski R.: „Dźwignice”. WNT, Warszawa 1977.
[46] Piątkiewicz A., Tomczyk J.: „Problemy automatyzacji maszyn roboczych”. Problemy Maszyn Roboczych, Komitet budowy Maszyn PAN, Z. 1, Vol. 1. Warszawa 1993.
[47] Pizoń A., Sikora K.: „Identyfikacja modeli matematycznych pewnego elektrohydraulicznego obiektu regulacji”. VI Konferencja Naukowa Sterowanie, Napęd, Wytrzymałość Zmęczeniowa i Projektowanie Maszyn Budowlanych. Rynia k/Warszawy 1994.
[48] Pizoń A.: „Elektrohydrauliczne analogowe i cyfrowe układy automatyki”. WNT, Warszawa 1995.
[49] Pizoń A.: „Napędy hydrauliczne regulowane mikroprocesorowo”. Sterowanie i Napęd Hydrauliczny, Nr 6/1991. Wrocław 1991.
[50] Schmitt A.: „Vademecum hydrauliki”. REXROTH, 1988.
[51] Stryczek S. „Napęd Hydrostatyczny”. Tom 1, 2. WNT, Warszawa 1990.
[52] Takahashi Y., Rabins M. J., Ausländer D. M.: „Sterowanie i systemy dynamiczne”. WNT, Warszawa 1976.
[53] Tomczyk J. i inni: „Automatyzacja sterowania suwnicy do przeładunku kontenerów”. Prace dla Komitetu Badań Naukowych. OBRDiUT „DETRANS”- Bytom, Politechnika Łódzka, 1994.
[54] Tomczyk J. i inni: „Badania dynamiki maszyn dźwigowo transportowych sterowanych za pomocą mikroprocesorów”. Prace dla Komitetu Badań Naukowych. Łódź, 1997.
[55] Tomczyk J. i inni: „Badania możliwości odzyskania energii w nawrotnych mechanizmach maszyn roboczych z napędem hydrostatycznym”. Sprawozdanie Centralnego Programu Badań Podstawowych Nr 02.05. Łódź, 1990.
[56] Tomczyk J. i inni: „Eliminacja wahań ładunku i pozycjonowanie dźwignic o ruchach obrotowych i wypadowych sterowanych za pomocą mikroprocesorów”. Prace dla Komitetu Badań Naukowych. Łódź, 1999.
[57] Tomczyk J., Cink J., Kosucki A.: „Badania podstawowych problemów automatyzacji maszyn roboczych”. Materiały VII Konferencji Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych. Zakopane 1994.
[58] Tomczyk J., Cink J., Wolski T.: „Kierunki badań dla rozwoju sterowania pracą maszyn roboczych"” V Konferencja Rozwój Podstaw, Budowy, Eksploatacji i Badań Maszyn Roboczych Ciężkich - w tym Budowlanych. Zakopane 1992.
[59] Tomczyk J., Cink J.: „Badania dynamiki jako podstawa współczesnego projektowania hydrostatycznych układów napędowych maszyn”. Konferencja Napęd Hydrostatyczny Maszyn - Rozwój i Wytwarzanie. Gdańsk 1999.
[60] Tomczyk J., Cink J.: „The optimization of the flexibly suspended loads transport by microprocessor controlled overhead cranes”. Conference OPTI ’99. Orlando, Florida, USA 1999.
[61] Tomczyk J., Kosucki A., Malenta P.: „Automatycznie sterowana suwnica eksperymentalna”. Materiały VI Konferencji Naukowej Sterowanie, Napęd, Wytrzymałość Zmęczeniowa i Projektowanie Maszyn Budowlanych. Rynia k/Warszawy 1994.
[62] Tomczyk J., Wolski T., Kosucki A.: „Experimental and Simulation Tests of Hydrostatic Drive of Overhead Crane Travelling Mechanism with Bevel Angle Compensation”. Third International Conference on Fluid Power Transmission and Control. Hangzhou, China 1993.
[63] Tomczyk J., Wolski T., Kosucki A.: „Układ kompensacji ukosowania suwnicy pomostowej”. VI Konferencja Rozwój Podstaw Budowy Eksploatacji i Badań Maszyn Roboczych Ciężkich - w tym Budowlanych. Zakopane 1993.
[64] Tomczyk J.: „Modele dynamiczne elementów i układów napędów hydrostatycznych”. WNT, Warszawa 1999.
[65] Tomczyk J.: „Tendencje rozwojowe w budowie dźwignic i maszyn transportowych”. Problemy Maszyn Roboczych, Komitet Budowy Maszyn PAN, Z. 12. Warszawa 1998.
[66] Tomczyk J.: „Własności napędowe i dynamiczne podstawowych mechanizmów dźwignic z napędem elektrohydraulicznym”. Praca habilitacyjna. Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej Nr 581/126. Łódź 1990.
[67] Uciński J. i inni: „Badania teoretyczne i doświadczalne możliwości zmniejszania obciążeń dynamicznych w układach napędowych nawrotnych mechanizmów dźwignic”. Sprawozdanie Centralnego Programu Badań Podstawowych Nr 03.05. Łódź 1990.
[68] Verschoof J.: „Cranes - Design, Practice, and Maintenance”. Professional Engineering Publishing. Great Britain 2000.
[69] Węgrzyn S.: „Podstawy automatyki”. PWN, Warszawa 1974.
[70] Wolski R.: „Pomiary położenia w automatyzacji dźwignic”. Maszyny Dźwigowo-Transportowe, Nr 1/1993, OBRDiUT „DETRANS”. Bytom 1993.
[71] Wolski T., Tomczyk J., Cink J.: „Modelling and Control on a Hydrostatic Transmission for the Travelling Mechanism of an Overhead Crane”. Fourth Bath International Fluid Power Workshop on Systems, Modelling and Control. Bath 1991.
[72] Wolski T.: „Badania symulacyjne mechanizmu jazdy suwnicy z napędem hydrostatycznym”. Sterowanie i Napęd Hydrauliczny, Nr 2/1991. Wrocław 1991.
[73] Żelazny M.: „Podstawy automatyki”. PWN, Warszawa 1976.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-LOD6-0018-0025