CC BY
16
УДК 681.586
ТЕОРЕТИЧН1 ЗАСАДИ УПРАВЛ1ННЯ СИСТЕМОЮ РОЗПОД1ЛУ ЕНЕРГОПОТОК1В У Г1ДРО- ТА ПНЕВМОПРИВОДАХ
Л.Е. Пелевш, проф., к.т.н., М.М. Карпенко, асп., Кшвський нацюнальний ушверситет буд1вництва i архггектури
Анотац1я. Створено теорт ефективност1 управления системою розподшу енергопотоюв у zidpo- та пневмоприводах робочих оргатв буд1вельних машин за рахунок розробки моделей та Memodie у рамках тформацтног технолога для тдтримки прийняття cmpamezi4HUX р1шень при синтез! оптималъних npueodie нових машин.
Ключев1 слова: енергопотт, zidponpueid, meeMonpueid, синтез, розпоЫл nomoKie.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОПОТОКОВ В ГИДРО- И ПНЕВМОПРИВОДАХ
Л.С. Пелевин, проф., к.т.н., Н.Н. Карпенко, асп., Киевский национальный университет строительства и архитектуры
Аннотация. Создана теория эффективности управления системой распределения энергопотоков в гидро- и пневмоприводах рабочих органов строительных машин за счет разработки моделей и методов в рамках информационной технологии для поддержки принятия стратегических решений при синтезе оптимальных приводов новых машин.
Ключевые слова: энергопоток, гидропривод, пневмопривод, синтез, распределение потоков.
THEORETICAL FUNDAMENTALS OF CONTROL FOR THE SYSTEM OF DISTRIBUTING ENERGY FLOWS IN HYDRAULIC AND PNEUMATIC DRIVES
L. Pelevin L., Prof., Cand. Sc. (Eng.), M. Karpenko, P.G., Kyiv National University of Construction and Architecture
Abstract. The theory of efficient control for the system of distributing energy flows in hydraulic and pneumatic drives of construction machines due to development of models and methods in the frames of information technology to support strategic decision-making when synthesizing optimal drives for new machines has been created.
Key words: energy flow, hydraulic drive, pneumatic drive, synthesis, distribution offlows.
Вступ
Безперервне збшьшення потужносп та шви-дкодп пдравл1чних машин р1зного призна-чення, що пов'язане з необхщшстю тдви-щення 1х продуктивности визначае проблему забезпечення динам1чно! точност1 та стшкос-Ti об'емних привод1в. При цьому робочий процес включае одночасну роботу р1зних робочих оргашв. Це наштовхуе на щею можли-вост1 керування процесом подач1 робочо! pi-дини (повпря) на робоч1 органи, тобто
розподшу eHeprii' по споживачах з максимальною ефектившетю.
Анал1з публжацш
Hapa3i вщомо ряд формальних метод1в, яю полегшують виб1р оптимального управлшеь-кого ршення [1]. Вони спрямоваш на подо-лання трьох основних проблем векторно! оптим1зацп: нормал1зацп критерпв оптим1за-цп, визначення област1 компром1с1в або розв'язюв (множина Парето) та визначення
схеми компромюв. Вщомий 1 шший шдхщ -багатокритер1альна модель прийняття управ-лшських ршень [2]. Однак виникають таю проблемы: множину критерив не можна «згорнути» через !х р1зну природу; труднощ1 у побудов1 шкал оцшок критерив та немож-ливють отримання оцшки вс1х вар1ант1в розв'язюв за шкалами критерив; не сформу-льовано остаточне правило, що дозволяе отримати необхщне в задач! впорядкування за прюритетом допустимих розв'язюв. До фактор1в, що спричиняють зазначеш пробле-ми, можна вщнести те, що властивосп пдро- та пневмопривод1в робочих оргашв буд1вельних машин як об'екпв управлшня характеризуються шформацшною невизна-чешстю (неповнотою шформацп), нестацю-нарнютю, стохастичшстю, а також складню-тю 1х математичних моделей [3].
Тому виникае проблема, що пов'язана з не-обхщшстю розробки моделей та метод1в у рамках шформацшно! технологи шдтримки прийняття управлшських стратепчних рь шень на стадп проектування, яю об'еднають методи неч1тких та експертних систем, фор-мулювання вимог до ново! технологи проектування пдро- та пневмопривод1в робочих оргашв буд1вельних машин.
Мета 1 постановка завдання
Мета роботи полягае у створенш теори ефек-тивносп управлшня системою розподшу енергопотоюв у пдро- та пневмоприводах робочих оргашв буд1вельних машин за раху-нок розробки моделей та метод1в у рамках шформацшно! технолог!! для шдтримки прийняття стратепчних ршень при синтез! оптимальних привод1в нових машин.
Теоретичш засади управлшня системою
Дослщження полягае в забезпеченш штен-сифшаци роботи великого класу буд1вельних машин за рахунок ефективносп управлшня системою розподшу енергопотоюв у пдро- та пневмоприводах !х робочих оргашв.
1мпульсна подача енерги робочо! рщини на робоч1 органи у момент зростання опору, застосування пдрошерцшного приводу в машинах ¿з двома та бшьше ступенями вшь-носп руху робочого органа дозволяють реа-л1зувати найменш енергоемний процес фор-моутворення та деформацп робочого середо-середовища.
Для реал1заци ще! сформульоваш таю робоч1 гшотези:
- забезпечення ефективносп управлшня системою розподшу енергопотоюв у пдро- та пневмоприводах робочих оргашв буд1вель-них машин досягаеться системним шдходом на основ! структурного та динам1чного синтезу, поеднанням виявлених законом1рностей поведшки властивостей навантажених робочих оргашв та елемешгв приводу в едину систему;
- виявлення потенцшних можливостей шд-систем грунтуеться на розроблених моделях 1 методах шдтримки прийняття ршень, в рамках шформацшно1 технологи стратепчного управлшня, яке застосовуе модель нечптого лопчного виведення та експертну базу знань 1 забезпечуе ефективне управлшня розвитком в умовах апрюрно! невизначеносп, зумовле-но1 неточшстю або неповнотою вхщних да-них, стохастичною природою середовища.
Яюсть пдро- та пневмопривод1в значною м1рою закладаеться на еташ проектування, усшх якого пов'язаний з р1внем розумшня ф1зичних процес1в у пдро- та пневмоприводах робочих оргашв буд1вельних машин, вмшням подати !х у математичнш форм1 та анал1зувати властивосп привод1в за матема-тичними моделями.
Щд час роботи буд1вельно! машини з пдро- або пневмоприводом з деюлькома р1з-ними робочими органами, наприклад, буль-дозера-розпушувача (рис. 1), вщбуваеться перерозподш енергопотоюв у зв'язку з випа-дковим характером навантаження; при цьому збшьшуються динам1чш навантаження на окрем1 робоч1 органи, що призводить до пере-вантаження окремих привод1в та недованта-ження шших [4]. До цього часу ще не розроб-лено методологи управлшня системою розподшу енергопотоюв у пдро- та пневмоприводах робочих оргашв буд1вельних машин. 1снуючий шдхщ при анал1з1 енергетики пдро-привод1в, коли оцшка втрат потужносп вико-нуеться за сталих швидкостей рщини та вихь дно1 ланки, дае похибки на 20-30 %.
Зпдно з робочою гшотезою виникае можли-вють забезпечити ефективне управлшня системою розподшу енергопотоюв у пдро- та пневмоприводах робочих оргашв буд1вель-них машин.
Рис. 1. Пдравл1чна схема бульдозера-розпушувача:1 - бак; 2 - насос постшно! подачц 3 - сек-цшний розподшьник; 4 - пдроцилшдри шдйому 1 опускания вщвала бульдозера; 5, 6 - пдроцилшдри нахилу 1 перекосу вщвала; 7 - пдроцилшдри блокування пщвюки ходового мехашзму гусеничного руш1я; 8 - пдроцилшдри пщйому 1 опускания рами розпушувача; 9, 10 - гщрозамок; 11 - дросель з1 зворотним клапаном; 12 - трипозицшний золотник з електропдравл1чним керуванням; 13 - двопозицшний золотник; 14 - гщроцилшдр однос-торонньо! дп з пружинним поверненням; 15 - додатковий запоб1жний клапан; 16 - дросель з регулятором; 17 - манометри; 18 - термометр; 19 - фшьтр ¿з переливним клапаном; 20 -в1брозбудники вщвала; 21 - в1брозбудники динам1чних зуб1в розпушувача; 22 - гаситель динам1чних коливань; 23 - блок регульованих дросел1в
Як один з1 способ1в ефективного проекту-вання даних систем - це побудова !х через певну кшьюсть еволюцшних прототишв, причому р1вень невизначеносп знижуеться для кожного наступного прототипу.
У проектуванш еволюцшний пщхщ полягае у тому, що процес роботи над проектом мо-жна скласти з циктв, що проходять т1 сам1 стадп. Вщм1тною властивютю такого шдходу е можливють багаторазового повернення до стадп, досягаючи таким чином зниження р1вня невизначеносп для кожного наступного циклу. Проектування розвитку пневмо- 1 гщросистем через певну кшьюсть циктв дасть змогу багаторазово повертатися до стадп визначення вимог щодо конф1гурацп
системи И ф1зико-техшчних параметр1в, зна-чень параметр1в, що змшюються перюдично з часом 1 статистично, таким чином на остан-ньому цикт отримати модель системи, максимально наближену до вимог зовшшнього середовища.
Життевий цикл такого проекту описуе сшра-льна модель Барр1 Боема, яка поеднала в соб1 дв1 модели каскадну та модель розробки прототишв. Найбшьш широко сшральна модель використовуеться у проектах розробки про-грамного забезпечення. Сшральна модель життевого циклу проекту розвитку гщро-пневмосистем (рис. 2) для фази проектування видшяе шють стадш, причому чотири стадп (А, В, С, D) повторюються трьома циклами.
Рис. 2. Стральна модель життевого циклу проекту розвитку пдро- та пневмосис-тем
На першш стадп (стад1я А) кожного циклу здшснюеться збирання/уточнення вимог що-до елеменпв мереж1 И параметр1в, конф1гу-рацп та структури. На другш стадп (стад1я В) кожного циклу страл1 множина вимог трас-формуеться у множину проектних ршень. На третш стадп (стад1я С) вщбуваеться оптимь защя проектних ршень зпдно з обраними критер1ями, здшснюеться виб1р оптимального прототипу для поточного циклу 1 ощнка керованосп обраного прототипу модель На четвертш стадп (стад1я D) вщбуваеться пере-в1рка працездатносп створеного прототипу модель Останнш прототип визначаеться як дшсна модель, I проект переходить до стадш проектування(Е) 1 експлуатацп (F).
Загальна тривалють (х) фази проектування (стадш А, В, С, D) визначаеться параметрами сшрально! модел^ що описуються вщповщно до закону Вейбула-Гнеденко щшьносп роз-подшв; кшьюсть цикл1в для стадш А, В, С, D виражаеться залежшстю м1ж загальною тривалютю 1 обсягом робп, виконуваних за один цикл.
Визначимо таю параметрами сшрально! мо-дел1 життевого циклу:
- складнють структури модел1 (у);
- р1вень невизначеносп в модел1 чи И прототип! (Р);
- продуктившсть пращ (а).
Тривалють (х) фази проектування (стадш А, В, С, D) життевого циклу, необхщна для по-будови модел1 СВМ, буде визначатися залежшстю
х = р
1п
1
1" Р
де р - взята для проекту имовфнють усшху.
Обравши поспйними значения ймов1рносп усшху р=0,7 1 продуктивносн пращ а=1 1 змшюючи показник складносп модел^ визначимо тривалють фази проектування (Таблиця 1).
Таблиця 1 Залежшсть тривалосп фази проектування в1д складносп структуры модел1
Р1вень невизначеносп (Р) Имовь рносп усшху (р) Склад-нють структури (Г) Тривалють (X)
5 0,7 10 16,01986
5 0,7 30 36,01986
5 0,7 13 19,01986
5 0,7 40 46,01986
Граф1чно залежшсть зображено на рис. 3, де збшьшення показника складносп веде до збь льшення тривалосп фази проектування 1 на-впаки. Под1бну залежшсть можна дослщити змшюючи показник невизначеносп модель
Рис. 3. Графк залежносп тривалосп фази проектування вщ складносп модел1
Таблиця 2 Залежшсть тривалосп фази проектування в1д р1вня невизначеносп
Р1вень невизначеносп (Р) Имов1р-носп усшху (р) Склад-нють структури (у) Тривалють (X)
20 0,7 10 34,07946
10 0,7 10 22,03973
40 0,7 10 58,15891
20 0,7 10 34,07946
+ У,
Граф1чно залежшсть зображено на Рис. 4, де збшьшення значения р1вня невизначеносп веде до збшьшення тривалосп фази проектування 1 навпаки.
Таким чином, використання сшрально! мо-дел1 як модел1 життевого циклу розвитку
пдро- та пневмосистем може не тшьки спри-яти полшшеиию якосп проектних pimeHb, а й певною м1рою забезпечити устшие заюи-чення проекту в цшому.
Рис. 4. Графк залежиосп тривалосп фази проектування вщ р1вня невизначеносп модел1
Недолши 1 переваги використання сшральио! модел1 наведено нижче.
До основних иедолшв сшральио! модел1 належать таю: модель може виявитися дорогою для невеликих проекнв; ускладнена структура може зумовити ускладиения И застосуван-ия менеджерами проекнв; велика юльюсть пром1жиих стадш може призвести до необ-хщиосп обробки додатково! внутршиьо! та зовшшиьо! документации
До переваг модел1 вщносять: забезпечення розбиття великого потеицшиого обсягу ро-боти на невелик! частини; пщвищеиия ймо-в1риосн, що характеристики продукту проекту будуть максимально иаближеш до вимог зовшшнього середовища. Модель дозволяе видшити параметри 1 приймати управлшсью ршення на баз1 !х формальних оцшок, не розподшяти заздалегщь ус1 необхщш для ви-коиаиия проекту фшансов1 ресурси.
Висновок
Результатом дослщжеиия е створення впер-ше в Украш прииципово ново! теоретично!
засади управлшня системою розпод1лу еиер-гопотоюв у гщро- та пневмоприводах робо-чих оргашв буд1вельних машин. Це значно розширить уявлення про закоиом1риосп вла-стивостей иаваитажених робочих оргашв та елемеипв приводу як едино! системи i дозволить розв'язувати задач! конструювання привод1в через застосуваиия принцишв стра-тепчиого управлшня розвитком енергопото-юв за рахунок шформацшиих технологш, методи яких здатш аиатзувати pi3Hi види зиаиь - юльюсиих, неч1тких, иеповиих i таких, що не формал1зуються, але в той же час дозволить застосовувати та накопичувати знания спещалюнв-експерпв.
Лггература
1. Трухаев Р.И. Модели принятия решений в
условиях неопределенности / Р.И. Трухаев. - М.: Наука, 1981. - 258 с.
2. Кошарна Ю.В. Математичиа модель про-
гиозуваиия стану шжеиериих мереж за умов управлшня проектом ïx реконстру-кцп та розвитку / Ю.В. Кошарна // 36. наук. праць XI М1жнародно! наук.-практ.коиф. - 2005. - Т.2. - С. 3- 8.
3. Ягер P.P. Нечеткие множества и теория
возможностей. Последние достижения / под ред. Р. Р. Ягера; пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1986. - 408 с.
4. Навантаження на робочий орган вщваль-
ного типу / Л.Е. Пелевш, М.М. Карпенко, C.B. Лаврик, М.О. Пристайло // Тех-шка буд1вництва: иауково-техшчиий журнал. - 2013. - № 30. - С. 4-10.
Рецензент: С.С. Венцель, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакцп 23 березня 2016 р.
