Мікропроцесорна система керування мостовим краном на базі Arduino

Abstract

В роботі наведено опис та результати випробувань оригінальної мікропроцесорної системи керування макетом мостового крана на базі Arduino. Макет має 3 короткозамкнуті приводи – механізми пересування візка , моста і пд’йому вантажа. Захватним органом є електромагніт. В якості алгоритму використані оптимальні за швидкодією закони керування для двомасової математичної моделі крану. Дослідження спрямовані на вирішення проблеми усунення коливань вантажу після зупинки крану за найкоротший час з мінімальним перемикання режимів роботи, а також, точне позиціювання крана. Була розроблена програма, яка дозволяє отримати оптимальні закони керування для будь-якої маятникової системи, наприклад, мостового крану. В програмі враховуються такі параметри крану: маса візка і вантажу, довжина канату, швидкість сталого руху, зусилля статичного опору, рушійне та гальмівне зусилля. На виході програми отримуємо в розгортці за часом такі параметри: пересування та швидкість візка, пересування та швидкість вантажу. Поставлене завдання досягається зміною швидкості точки підвісу (гальмування/розгін) на кінцевому етапі перевантажувального циклу. Відносний фазовий стан системи візок-вантаж може бути будь-який. Це надає можливість не витрачати час на усунення коливань вантажу під час розгону крану, щоб мати нульові фазові координати перед гальмуванням. Встановлено, що для успішного результату треба точно визначити параметри крану. Залишкові коливання вантажу після зупинки крану складають не більше 2 мм, а точність позиціювання крана 1 мм. Кількість перемикань режимів теж мінімальна і дорівнює трьом. Це при тому, що привід крана, що використовувався, не є регульованим. У подальшому можна досягти кращих результатів при використанні регульованого приводу зі зворотнім зв’язком.

В работе представлены описания и результаты испытаний оригинальной микропро-цессорной системы управления макетом мостового крана на базе Arduino. Макет имеет 3 короткозамкнутых привода – механизмы передвижения тележки, моста и подъема груза. Захватным органом является электромагнит. В качестве алгоритма использованы оптимальные по быстродействию законы управления для двухмассовой математической модели крана. Исследования направлены на решение проблемы устранения колебаний груза после остановки крана в кратчайшие сроки с минимальным переключением режимов работы, а также, точное позиционирование крана. Была ра-зработана программа, позволяющая получить оптимальные законы управления для любой маятниковой системы, например мостового крана. В программе учитываются следующие параметры крана: масса тележки и груза, длина каната, скорость устой-чивого движения, усилие статического сопротивления, движущее и тормозное уси-лие. На выходе программы получаем в развертке по времени следующие параметры: передвижение и скорость тележки, передвижение и скорость груза. Поставленная за-дача достигается изменением скорости точки подвеса (торможение/разгон) на конеч-ном этапе перегрузочного цикла. Относительное фазовое состояние системы теле-жка-груз может быть любое. Это позволяет не тратить время на устранение коле-баний груза при разгоне крана, чтобы иметь нулевые фазовые координаты перед то-рможением. Установлено, что для удачного результата нужно точно найти характе-ристики крана. Остаточные колебания груза после остановки крана составляют не более 2 мм, точность позиционирования крана 1 мм. Количество переключений режи-мов тоже минимально и равно трем. Это при том, что привод крана, который испо-льзовался, не регулируемый. В дальнейшем можно добиться лучших результатов при использовании регулируемого привода с обратной связью.

The paper describes and tests the results of the original microprocessor control system of the bridge crane layout based on Arduino. The model has 3 short-circuited drives - mechanisms for moving the cart, bridge and lifting loads. The gripping body is an electromagnet. The optimal control laws for the two-mass mathematical model of the crane are used as an algorithm. Research is aimed at solving the problem of eliminating load oscillations after stopping the crane in the shortest time with minimal switching modes, as well as accurate positioning of the crane. A program has been developed that allows to obtain optimal control laws for any pendulum system, such as a bridge crane. The program takes into account the following parameters of the crane: the weight of the truck and the load, the length of the rope, the speed of constant movement, the force of static resistance, driving and braking force. At the output of the program we get the following parameters in the time scan: movement and speed of the cart, movement and speed of the load. This task is achieved by changing the speed of the suspension point (braking / acceleration) at the final stage of the overload cycle. The relative phase state of the truck-cargo system can be any. This makes it possible not to waste time on eliminating load oscillations during crane acceleration in order to have zero phase coordinates before braking. It is established that for a successful result it is necessary to accurately determine the parameters of the crane. Residual oscillations of the load after stopping the crane are not more than 2 mm, and the positioning accuracy of the crane is 1 mm. The number of mode switches is also minimal and equal to three. This is despite the fact that the drive of the used tap is not adjustable. In the future, you can achieve better results when using an adjustable feedback drive.