Автоматизация процессов моделирования и адаптивного управления гусеничными машинами для эксплуатации в экстремальных условиях на этапе промышленного производства (28.12.2009)

Автор: Евдокимов Вячеслав Генаэльевич

На рис. 21 представлены гистограммы распределения скоростей движения ГМ при управлении в автоматическом и ручном режимах. Как показывает анализ распределения скоростей, продолжительность движения со скоростями свыше 30 км/ч у водителей высокой квалификации в автоматическом режиме несколько выше, чем в ручном. Она составляет 74 % в режиме «автомат» и 61 % в ручном. У водителей низкой квалификации эти показатели составляют: 52 % в режиме «автомат» и 31 % в ручном режиме. Приведенные данные позволяют сделать вывод о существенном росте показателей подвижности при использовании автоматического управления по сравнению с ручным.

Применение автоматической системы обеспечивает работу двигателя на рациональных с позиций загрузки режимах (1600 – 1800 мин-1) независимо от скоростного режима движения машины и квалификации водителя (рис. 22).

При управлении водителями высокой квалификации в ручном и автоматическом режимах выявлено практически одинаковое среднее количество переключений передач на 1 км пути: 3,4 переключения в ручном режиме и 3,7 – в режиме «автомат».

переключений существенно ниже – 2,1 переключения на 1 км, что объясняется игнорированием водителем необходимости осуществления переключения в связи с ошибками в выборе режима работы трансмиссии. Полученные результаты показали, что при движении в автоматическом режиме в сравнении с ручным расход топлива снижается в среднем на 5-7 % при вождении водителями высокой квалификации и до 11 % при вождении малоопытными водителями, что говорит о высокой эффективности автоматической системы управления движением, обеспечивающей повышение запаса хода ГМ.

Анализ полученных данных показал, что моменты на ведущих колесах при переключениях с первой передачи на вторую возрастают в 2 – 2,3 раза, а при переключениях со второй на третью – в 1,6 – 1,9 раза.

переключениях передач полностью устранить не удалось (рис. 23).

управления при вождении водителями высокой квалификации средняя температура ОЖ ДВС составила 680 С, а водителями низкой квалификации – 690 С. Это говорит о том, что регулирование температуры охлаждающей жидкости ДВС в автоматическом режиме независимо от квалификации водителей осуществлялось с большей точностью, чем в ручном режиме. Таким образом, в результате экспериментальных исследований установлено, что автоматическая система управления шасси ГМ, построенная на принципах адаптивного управления, обеспечивает качественное регулирование температурного режима работы ДВС и трансмиссии в различных условиях не зависимо от состояния машины и квалификации водителя, определяющих характер управляющих воздействий.

Оценка эффективности применения системы автоматического управления ГМП с адаптивным законом управления проводилась в ходе пробеговых испытаний экспериментальной машины. Оценочными показателями экспериментальных исследований системы автоматического управления ГМП принимались следующие параметры: средняя скорость движения, расход топлива, время и путь разгона, динамическая нагруженность трансмиссии при переключении передач в ручном и автоматическом режимах.

Зависимости скорости от времени, а также зависимости расхода топлива от скорости движения представлены в табл. 4.

Сравнительные данные по разгонным характеристикам движения

экспериментальной машины

Табл. 4

Наименование образца Режим

управления Максимальная скорость,

км/ч Время разгона до скорости 32 км/ч, с Путь разгона, м Среднее ускорение, м/с2 Средний расход топлива, л/100 км

экспериментальная машина автоматический 32,0 17 100 1,88 180,5

экспериментальная машина ручной 32,0 22 130 1,45 192

контрольная машина ручной 43,1 23 115 1,39 185

Средние скорости движения экспериментальная машина с системой автоматического управления ГМП на грунтовой трассе на 5 % больше, по сравнению с ручным управлением и на 10 % больше по сравнению с контрольной машиной, а расход топлива на 4 % меньше, чем в ручном режиме переключения передач и на 9 % меньше по сравнению контрольной машиной.

Переключение передач с системой автоматического управления ГМП значительно (в два раза) уменьшает значения пиковых «ударных» величин крутящих моментов и их значения за промежуток времени составляет 1000-1500 Н (рис. 26). Из анализа полученных графиков следует: время, затраченное на преодоление подъема крутизной 350, экспериментальной машины с системой автоматического управления ГМП, на 14 % меньше по сравнению с ручным управлением переключением передач; количество переключений передач с системой автоматического управления ГМП на 20 % меньше по сравнению с ручным управлением переключением передач; колебания крутящих моментов в ГМТ с системой автоматического управления значительно меньше, что значительно влияет на повышение надежности и долговечности узлов и агрегатов трансмиссии; скорость преодоление подъема крутизной 320 с системой автоматического управления ГМП на 5 % выше по сравнению с ручным управлением, что также влияет на общую среднюю скорость движения ГМ.

Достижение требуемого уровня функционального потенциал возможно только при автоматизации промышленного производства предлагаемой системы, которая будет заключаться в внедрении интеллектуальных систем управления производством, обладающими развитыми возможностями по анализу и распознаванию обстановки, формированию цели, планированию последовательности действий, а также выработке оперативных управляющих воздействий. Особое внимание должно быть уделено структуризации интеллектуальных систем. На базе анализа соответствующих типопредставителей предложена обобщенная структура автоматизированной системы управления (рис. 27.)

ства структур моделей Фj

где Y(t), U(t), W(t), ((t) – соответственно векторы выходных; управляющих, внешних и неконтролируемых воздействий в t-ый момент времени; t – непрерывное или дискретное время; ???? , ???? , ????, ???? ? 0 - время динамической памяти; Фj - оператор преобразования модели j-той структуры.

Возможности использования конечного множества алгоритмов управления

где Fl - оператор l-го алгоритма управления; , ?? ; L – количество алгоритмов управления объектом; Y* – вектор задающих воздействий; ???? ? - длительность интервала времени известных предстоящих траекторий Y*.

Критерий эффективности вариантов систем управления

где qm – оператор m-го критерия эффективности вариантов системы управления.

векторы заданных ограничений.

Основные принципы и методические вопросы определения эффективности автоматизированных систем управления регламентируются ГОСТ 24.702 - 85. Показатель интегрального экономического эффекта определялся как превышение стоимостной оценки результатов над стоимостной оценкой затрат за расчётный период:

Эт = Рт - Зт ,

где Эт - интегральных экономический эффект; Рт - стоимостная оценка результатов за период Т; Зт - стоимостная оценка затрат за период Т; Т - расчётный период.

При тождественности достигаемого полезного результата в форме обязательного выполнения поставленных задач традиционными и оборудованными системой автоматизированного управления шасси следует ориентироваться на вариант с минимальными интегральными затратами в течение расчётного периода. При этом за начало расчётного периода принимается год начала разработки предлагаемой системы, а конец расчётного периода определяется в соответствии со сроком морального старения технических средств системы. Математическая модель указанной задачи выражается в следующем виде:

min Зт при Э = const

При модернизации ГМ с применением системы автоматизированного управления движением и информационного обеспечения эксплуатации шасси интегральный экономический эффект определяется превышением интегральных затрат на выполнение поставленных задач традиционными образцами ГМ (базовый вариант) и ГМ, оснащенными системой автоматизированного управления (новый вариант) по формуле:

Эт = Зтб - Зтн,

где Зтб, Зтн — интегральные затраты на разработку, создание и использование шасси ВГМ по базовому и новому вариантам за расчётный период.

Интегральные затраты, на разработку, создание и использование базового (без системы автоматизированного управления) и нового (с предлагаемой системой) вариантов ГМ, равноценных по возможностям решения поставленных задач, за расчётный период определяются по формуле

— коэффициент приведения разновременных затрат к расчётному году – последнему году расчетного периода Т.

Таким образом в результате экспериментальных исследований показано, что время разгона машины, оборудованной автоматической системой управления может снизиться на 11%, при одновременном снижении утомляемости водителя и увеличении средней скорости на 20%, суточного пробега на 150-200 км, и одновременном снижении расхода топлива на 5-11%. В ходе эксперимента было отмечено, что при соответствующих настройках снизились в два раза скачки крутящих моментов при переключении передач, температура силовой установки в процессе движения находилась в наиболее рациональном интервале. Экономическая эффективность внедрения предложенных решений может достигать более 10%.

Заключение.


загрузка...