Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Роботы, мехатроника и робототехнические системы

Диссертационная работа:

Круглова Татьяна Николаевна. Методы повышения эффективности функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.05 / Круглова Татьяна Николаевна; [Место защиты: Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (Новочеркас. политехн. ин-т)].- Новочеркасск, 2008.- 179 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/768

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1. Анализ современного состояния вопроса и постановка задач исследования 11

1.1. Анализ методов и средств повышения эффективности функционирования
мехатронных модулей движения 11

1. 2. Проблема,.актуальность и концепция разработки методов и средств
повышения эффективности функционирования мехатронных модулей движения
горного оборудования 30

  1. Задачи исследования и методы их решения 35

  2. Выводы 36

2. Модели и методы повышения эффективности функционирования мехатронных
модулей движения горного оборудования 38

2. 1. Разработка концепции моделирования технического состояния

мехатронных модулей движения 38

2. 2. Нейро-нечеткая модель и метод повышения эффективности
функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования 40

  1. Нечеткая экспертная модель и метод повышения эффективности функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования 48

  2. Сравнительный анализ моделей диагностирования мехатронных модулей движения 57

2. 5. Выводы 62

3. Алгоритмы и метод повышения эффективности функционирования мехатронных
модулей движения горного оборудования посредством контроля, оценки и
прогнозирования технического состояния 64

3.1. Алгоритмы контроля исправности мехатронных модулей движения 64

3. 2. Алгоритмы оценки работоспособности мехатронных модулей движения

горного оборудования 70

3.3. Нейросетевой метод и алгоритм повышения эффективности
функционирования мехатронных модулей движения на основе прогнозирования
технического состояния 79

3.4. Исследование методов и алгоритмов повышения эффективности
функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования 90

3. 5. Выводы 111

4. Аппаратно - программные средства повышения эффективности
функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования 113

  1. Устройство повышения эффективности функционирования мехатронных модулей движения 113

  2. Интегральный программный пакет для реализации методов повышения эффективности функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования 115

4. 3. Исследование методики повышения эффективности функционирования
мехатронных модулей движения в лабораторных и

производственных условиях 121

  1. Исследование методики в лабораторных условиях 121

  2. Исследование методики в производственных условиях 128

4. 4. Анализ эффективности применения методов и средств диагностирования и
прогнозирования состояния мехатронных модулей движения горного
оборудования 133

4.5. Выводы 142

Заключение 143

Литература 146

Приложения 161

Введение к работе:

Актуальность работы. Горное технологическое оборудование работает в сложных горно-геологических условиях, с избытками влаги, пыли и вредных газов при больших динамических знакопеременных нагрузках, что приводит к его частым отказам и обуславливает необходимость повышения надежности и эффективности функционирования. В настоящее время данная задача решается путем разработки компактных и гибких мехатронных комплексов, обеспечивающих одновременное выполнение нескольких производственных процессов и имеющих возможность приспосабливаться к конкретным горным условиям. Такие комплексы состоят из отдельных модулей, большинство из которых осуществляют движение. Меха-тронные модули движения объединяют механические, электрические и гидравлические элементы с распределенной системой управления, позволяющей каждой отдельной подсистеме самостоятельно управлять своим оборудованием и осуществлять обмен данными между модулями машины. Это позволило улучшить динамические характеристики приводов, уменьшить их массогабаритные параметры в 2-2,5 раза, сократить энергопотребление в 1,5-2 раза, повысить уровень автоматизации, точность, производительность и надежность приводов. Коэффициент готовности горных мехатронных комплексов не превышает 0,8, что недостаточно при современном уровне развития техники. Следовательно, задача дальнейшего повышения эффективности функционирования горного оборудования является весьма актуальной.

Для эффективного функционирования горных мехатронных комплексов необходимо обеспечить совместимость, согласованное взаимодействие всех модулей, входящих в их состав и настройку на заданный режим работы. Достичь этого можно управлением техническим состоянием мехатронных модулей движения, реализованным на основе методов и средств диагностирования и прогнозирования, позволяющих контролировать реальное техническое состояние, качество наладки, монтажа и ремонта оборудования; технически обоснованно планировать сроки и содержание ремонтных и наладочных работ, приобретение запасных частей и материалов по мере их необходимости; повысить ресурс и надежность оборудования;

5 продлить межремонтный период и срок службы; избавиться от внезапных отказов

механизмов и остановок производства, повысив эффективность функционирования

мехатронных модулей движения и всего комплекса в целом.

В области разработки методов и средств повышения надежности и эффективности функционирования элементов мехатронных модулей движения горного оборудования достигнут определенный успех, однако известные работы носят разрозненный характер и не приспособлены к современному уровню развития мехатронных объектов, функционирующих в естественной априори неформализованной внешней среде. Нерешенной задачей, связанной с повышением эффективности функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования остается разработка методов и средств, позволяющих осуществлять комплексную многопараметрическую диагностику и прогнозирование их технического состояния. Поэтому решение этой задачи весьма актуально.

Соответствие диссертации плану работ ЮРГТУ (НПИ) и целевым комплексным программам. Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ЮРГТУ (НПИ) «Теория и принципы создания робототехнических и мехатронных систем и комплексов», утвержденного ученым советом 25.04.2001 г. и соответствует госбюджетной теме П.3.837 «Разработка принципов и средств автоматизации и роботизации производства на основе мехатронных технологий и систем» (2004-2008 г.г.), а также теме НИР по заданию министерства образования и науки на проведение научных исследований 1.11.05Ф «Разработка научных основ создания мехатронных технологий горных, нефтегазодобывающих и строительных производств (2005 -2009 г. г.)».

Целью работы является повышение эффективности функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования управлением техническим состоянием путем совершенствования моделей, методов и средств многопараметрического диагностирования и прогнозирования.

Идея работы. Применение аппарата нечеткой логики и искусственных нейронных сетей позволяет разработать модели, методы и алгоритмы повышения эффективности функционирования мехатронных модулей движения, работающих в неформализованной естественной среде.

Научные положения, выносимые на защиту:

метод повышения эффективности функционирования, основанный на нейро-нечеткой модели диагностирования, заключающийся в том, что по относительным значениям определяющих параметров и заданной функции принадлежности, посредством аппарата нечеткой логики, оценивается текущее состояние каждой неисправности модуля, по которым, посредством искусственной нейронной сети с использованием аппроксимирующей функции минимума, определяется состояние объекта в целом;

метод повышения эффективности функционирования на основе нечеткой экспертной модели диагностирования, заключающийся в том, что по относительным значениям определяющих параметров, заданному коэффициенту соответствия и весу неисправностей, посредством аппарата нечеткой логики, оценивается текущее состояние модуля и осуществляется поиск возникших неисправностей;

метод и алгоритм повышения эффективности функционирования, основанный на прогнозировании технического состояния, заключающийся в том, что по тренду относительных значений определяющих параметров с помощью принципа окон, находятся прогнозные значения определяющих параметров, ступенчатая аппроксимация которых позволяет оценить развитие неисправностей, состояние отдельных блоков и всего модуля в целом на следующий период эксплуатации, а добавление прогнозных значений определяющих параметров в обучающую выборку позволяет найти число периодов, в течение которых объект сохранит работоспособное состояние;

обоснование структуры устройства, позволяющего измерять, усиливать и накапливать в базе данных текущие значения определяющих параметров с привязкой к реальному моменту времени, и программа, реализующая предложенную методику обработки результатов измерений, определяющую текущее состояние объекта и осуществляющую краткосрочный и долгосрочный прогнозы развития дефектов.

Научная новизна защищаемых положений

- метод повышения эффективности функционирования, основанный на нейро-
нечеткой модели диагностирования, отличается тем, что с помощью аппарата не-

7 четкой логики определяются коэффициенты развития каждой неисправности, ней-

росетевая аппроксимация которых позволяет найти состояния объекта;

метод повышения эффективности функционирования, основанный на нечеткой экспертной модели диагностирования, отличается совместным использование принципов информационного моделирования, где количество информации выражено через нечеткие коэффициенты соответствия, заданные экспертами, и способа распределения в пространстве признаков, реализованного с помощью аппарата нечеткой логики;

метод повышения эффективности функционирования, основанный на прогнозировании технического состояния, отличающийся ступенчатой аппроксимацией спрогнозированных значений определяющих параметров, позволяет определить не только следующие значения определяющих параметров, но и развитие неисправностей, состояние элементов и модуля в целом на один или несколько периодов диагностирования;

структура устройства, отличающаяся связями и наличием блока прогнозирования, выполняющего обработку диагностической информации с помощью зарегистрированной в ОФАП программы, реализующей методику повышения эффективности функционирования, объединяющую нейро-нечеткую модель диагностирования с методом и алгоритмом нейросетевого прогнозирования технического состояния.

Методы исследований. Для решения поставленных задач, использованы методы мехатроники, робототехники, построения микропроцессорных систем, искусственного интеллекта, теории надежности, технического диагностирования и прогнозирования. При разработке и исследовании диагностических моделей, методов, алгоритмов и системы функционального и параметрического диагностирования и прогнозирования использованы методы идентификации, компьютерного моделирования, программирования, теории нечетких множеств, нечеткой логики и нейронных сетей. Аналитические исследования проведены на ЭВМ, а экспериментальные - на реальных объектах в лабораторных и производственных условиях.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением современных апробированных методов исследований; анализом научно-исследовательских работ по рассматриваемому

8 вопросу; применением статистических методов планирования и обработки экспериментов; методами обработки, выполненными с использование современных ЭВМ и программных продуктов для выполнения расчетов и обработки экспериментальных данных; достаточным объемом экспериментальных данных; удовлетворительной сходимостью результатов экспериментальных и теоретических исследований (относительное отклонение результатов диагностирования и краткосрочного прогнозирования не превышает 5%). Достоверность технического диагностирования составляет 98,7%, прогнозирования - 95%.

Значение работы. Научное значение работы заключается в развитии теоретических положений, совершенствовании моделей, методов и средств повышения эффективности функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования путем диагностирования и прогнозирования технического состояния.

Практическое значение полученных в работе результатов заключается в следующем:

разработанные методы повышения эффективности позволяют определить техническое состояние мехатронных модулей движения, функционирующих в априори неформализованной естественной среде и осуществить краткосрочный и долгосрочный прогнозы сохранения работоспособности;

разработанные и внедренные методика и программа повышения эффективности функционирования мехатронных модулей движения горного оборудования обеспечивают определение текущего и прогнозного состояний оборудования, позволяют повысить производительность объекта на 17%, коэффициент технического использования мехатронных модулей движения на 14% и получить экономический эффект.

Внедрение результатов диссертационных исследований. Разработанные методика повышения эффективности функционирования и программа «Комплексная автоматизированная система диагностирования и прогнозирования (КАСДиП)» внедрены в ООО «Шахтинском монтажно-наладочном управлении (ШМНУ)» (г. Шахты, Ростовской обл.). Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедрой «Автоматизация производства, робототехника и меха-троника» ЮРГТУ (НПИ) для студентов специальностей 22040265 «Роботы и робо-

тотехнические системы» и 22040165 «Мехатроника».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на: 6-8 - ой международных конференциях «Новые технологии управления движением технических объектов» (г. Новочеркасск, 2004 - 2006); научной конференции студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ) «Студенческая научная весна -2005» (г. Новочеркасск, 2005); первой всероссийской научной конференции студентов и аспирантов (с международным участием) «Робототехника, мехатроника и интеллектуальные системы» (г. Таганрог, 2005); XIX международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 19» (г. Воронеж, 2006); 55 - ой научно - технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных работников, аспирантов и студентов университета (г. Новочеркасск, ЮРГТУ(НПИ), 2006); первой международной и юбилейной 55 -ой научно-практической конференции по научному направлению «Интерактивные ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных пластов, использование углей и охрана труда» (г. Шахты, 2006); 7-ой международной научно — технической конференции «Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы - 2006» (п. Кацивели, Украина, 2006); международном научно-практическом коллоквиуме «Проблемы мехатроники - 2006» (г. Новочеркасск, 4-6 сентября 2006); первой российской мультиконференции по проблемам управления «Мехатроника, автоматизация, управление» (Санкт - Петербург, 2006); XX международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ — 20» (г. Ярославль, 2007); второй всероссийской научно — практической конференции «Перспективные системы и задачи управления» (п. Домбай, Карачаево-Черкесская республика, 2007); международной научно-технической мультиконференции «Проблемы информационно-компьютерных технологий и мехатроники» (ИКТМ -2007) (п. Дивноморское, Краснодарский край, 2007); XXI международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ - 21» г. Саратов, 2008); IV международном научно-практическом студенческом коллоквиуме «Мехатроника - 2008» (г. Новочеркасск -18-20 июня 2008).

10 Публикации. По теме диссертации опубликовано 23 печатные работы (10

из которых без соавторов), в том числе патент на изобретение, свидетельство ОФАП на программные средства и 4 статьи, опубликованные в периодических изданиях, рекомендованных ВАК.

Подобные работы
Коробкин Владимир Владимирович
Методы и средства повышения эффективности и безопасности функционирования мехатронного комплекса перегрузки ядерного топлива атомного реактора ВВЭР-1000
Романенко Владимир Петрович
Методы и средства повышения эффективности поляриметрических наблюдений на мехатронном комплексе 1-метрового телескопа САО РАН
Кочетков Андрей Викторович
Технологические работы для гибки с растяжением механика, управление, методы повышения точности формообразования деталей в многономенклатурном производстве
Бойко Порфирий Федорович
Технологические методы повышения эффективности работы дробильно-измельчительного оборудования путем оптимизации его технического обслуживания и ремонта
Смородов Евгений Анатольевич
Методы повышения надёжности и эффективности технологического и энергетического оборудования добычи и транспорта нефти и газа
Суханова Наталия Вячеславовна
Совершенствование и повышение эффективности микропроцессорных систем управления оборудованием на основе методов оценки и контроля надежности
Шилов Алексей Вячеславович
Разработка методов расчета и повышения эффективности управления электромеханическими системами прядильного оборудования
Смородов Евгений Анатольевич
Методы повышения над#жности и эффективности технологического и энергетического оборудования добычи и транспорта нефти и газа
Леонов Леонид Борисович
Разработка методов и средств повышения эффективности действия турбомолекулярных насосов в составе вакуумных систем оборудования электронной техники
Райнова Ольга Дмитриевна
Разработка моделей и методов повышения эффективности функционирования системы образовательных Интернет-порталов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net