Принципы управления автоматизированными многоприводными вибрационными установками

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ»
Выпуск 2, март – апрель 2014
Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Институт Государственного управления, 

права и инновационных технологий (ИГУПИТ)
Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru

1

http://naukovedenie.ru 57TVN214

УДК    62.52:621.9.06

Белокузов Евгений Витальевич

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Россия, Санкт-Петербург1

Аспирант кафедры автоматизации технологических комплексов и процессов

(АТКиП) ИМаш «ЛМЗ-ВТУЗ»

E-Mail: be1389@mail.ru

Шестаков Вячеслав Михайлович

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Россия, Санкт-Петербург

Заведующий кафедрой автоматизации технологических комплексов и процессов

(АТКиП) ИМаш «ЛМЗ-ВТУЗ» 

Доктор технических наук, профессор

E-Mail: atkip@zavod-vtuz.ru

Принципы управления автоматизированными 

многоприводными вибрационными установками

Аннотация: Расширение зоны и стабилизация колебательных режимов являются 

основной задачей при проектировании новых промышленных многороторных вибрационных 
установок, обеспечивающих возможность перемещения рабочих органов по нескольким степеням 
свободы. Современные многоприводные испытательные вибростенды, генерирующие большой 
диапазон колебательных режимов, позволяют более точно воспроизводить условия эксплуатации 
исследуемых объектов. Многороторные вибрационные установки характеризуются сложной 
механикой (кинематикой) систем, поэтому для решения поставленных задач и обеспечения 
высокого качества их функционирования требуется создание адекватного математического 
описания электромеханических систем, унифицированных способов построения и оптимизации 
динамики систем автоматического регулирования, а также разработка эффективных алгоритмов 
управления мехатронными агрегатами. В статье предложены структурированные математические 
модели, рациональные принципы управления и проведены многофакторные имитационные 
исследования взаимосвязанных электромеханических систем многороторных вибрационных 
установок. Результаты компьютерных исследований показывают, что применение рациональных 
алгоритмов управления позволяет улучшить энергетические показатели работы и качество 
параметров 
квазистационарных 
режимов 
виброустановок. 
Полученные 
результаты 
и 

рекомендации предназначены для системного проектирования высокопроизводительных 
установок и вибростендов различного назначения с формированием широкого спектра 
управляемых плоскостных и пространственных колебаний рабочих органов.

Ключевые 
слова: 
Вибрационные 
установки; 
управляемые 
колебания; 

электромеханические системы; автоматизированные электроприводы; принципы управления; 
математические модели; способы построения и оптимизации динамики; алгоритмы управления; 
компьютерные исследования; рекомендации по системному проектированию агрегатов.

Идентификационный номер статьи в журнале 57TVN214

1 197101, Санкт-Петербург, ПС Большой пр., д.51/9, кв.12

Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ»
Выпуск 2, март – апрель 2014
Опубликовать статью в журнале - http://publ.naukovedenie.ru

Институт Государственного управления, 

права и инновационных технологий (ИГУПИТ)
Связаться с редакцией: publishing@naukovedenie.ru

2

http://naukovedenie.ru 57TVN214

До недавнего времени вибрационные установки (ВУ) с электромеханическими 

вибровозбудителями, оснащенные нерегулируемыми электроприводами (ЭП) переменного 
тока, широко применялись в промышленности. В испытательных вибростендах различного 
назначения 
большее 
распространение, 
несмотря 
на 
чувствительность 
к 
внешним 

возмущениям и относительную сложность конструкции получили электродинамические 
вибровозбудители, обладающие лучшей управляемостью. Развитие технологий производства 
и применения силовой и регулирующей электроники привело к появлению новых 
регулируемых систем электропривода (СЭП) постоянного и переменного тока, которые стали 
внедряться в электромеханические системы (ЭМС) виброагрегатов [1,2]. Дальнейшее 
совершенствование ЭМС агрегатов шло по пути увеличения количества дебалансных роторов 
(ДР) с индивидуальными ЭП. Так были разработаны СЭП двух-, трех-, четырех-, и 
шестироторных ВУ, генерирующие широкий спектр плоскостных и пространственных 
колебаний рабочих органов (РО) [3,6,7]. Вместе с тем появились проблемы управления такими 
сложными ЭМС и трудности оптимизации их квазистационарных и динамических режимов.

Сформулируем основополагающие принципы построения взаимосвязанных ЭМС и 

управления многоприводными ВУ, открывающие пути решения ряда вытекающих задач:

●
структуризация математических моделей ЭМС агрегатов с выделение базовых 
модулей механической, электрической и информационно-управляющей частей;

●
иерархия управления локальными ЭП многороторной механической системы 
ВУ;

●
унификация способов построения, оптимизации динамики и режимной 
настройки систем автоматического управления (САУ);

●
необходимость подавления внешних и внутренних возмущений;

●
достаточность быстродействия многоконтурных САУ;

●
формирование эффективных алгоритмов управления ЭМС.

Ниже рассматриваются примеры применения указанных принципов к анализу и 

синтезу ЭМС многоприводных ВУ.

В рамках Федеральной целевой программы ʺИнтеграция науки и высшего образования 

Россииʺ, группой специалистов ИПМАШ РАН, СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПбГБТУ и СПбИМаш 
«ЛМЗ-ВТУЗ» разработан и создан двухроторный стенд СВ-2 для исследования возможностей 
агрегатов рассматриваемого класса (проект 2.1-589) [11]. Для расширения диапазона 
колебательных режимов вибростенд обеспечивает независимое изменение углов наклона осей 
вращения ДР и регулирование угла рассогласования между ними. В настоящее время на 
кафедре АТКиП ИМаш «ЛМЗ-ВТУЗ» СПбГПУ создан ряд имитационных моделей 
многороторных установок и продолжаются многофакторные компьютерные исследования 
автоматизированных ЭМС.

На рис.1 представлены 3D-модели трех- и четырехроторной установок (рис.1.а и 

рис.1.б соответственно), являющихся развитием вибростенда СВ-2. ЭМС ВУ состоит из 
рабочего органа (платформы), установленного на пружинных виброизоляторах (ПВ), ДР 1,2 с 
регулируемыми углами наклона осей вращения роторов, а также закрепленных на платформе 
дебалансных вибродвигателей 3,4. Привод ДР выполнен с применением серводвигателей. В 
качестве 
приводных 
двигателей 
могут 
использоваться 
двигатели 
постоянного или 

переменного тока. Все компьютерные имитационные модели сформированы по принципу 
модульного математического описания и построения ЭМС ВУ [6].