sibadiНаучный рецензируемый журнал "Вестник СибАДИ"The Russian Automobile and Highway Industry Journal2071-72962658-5626The Siberian State Automobile and Highway University10.26518/2071-7296-2018-4-502-513sibadi-700Research ArticleТРАНСПОРТНОЕ, ГОРНОЕ И СТРОИТЕЛЬНОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕTRANSPORT, MINING AND BUILDING MACHINERY ENGINEERINGОПТИМИЗАЦИЯ ЗАДАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ РЕЖИМОМ АВТОГРЕЙДЕРАSETPOINT OPTIMIZATION FOR THE CONTROL SYSTEM OF THE MOTOR GRADER IN HEAVYLOAD MODEhttps://orcid.org/0000-0001-9913-2078МещеряковВ. А.MeshcheryakovV. A.

Мещеряков Виталий Александрович – доктор технических наук, доцент, проректор по информационным технологиям, профессор кафедры «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур»

Scopus Author ID 7006700218

ResearcherID H-2077-2016

644080, г. Омск, пр. Мира 5

 

Meshcheryakov Vitalii – doctor of technical science, Vice Rector of Information Technologies, Professor of the Department “Machinery for Construction and Service of Oil and Gas Complexes and Infrastructures”

Scopus Author ID 7006700218

ResearcherID H-20772016

ВеберВ. В.WeberV. V.

Вебер Виталий Викторович – старший преподаватель кафедры «Техника для строительства и сервиса нефтегазовых комплексов и инфраструктур»

644080, г. Омск, пр. Мира 5

Weber Vitalii – Senior Lecturer of the Department“Machinery for Construction and Service of Oil and Gas Complexes and Infrastructures”

veber_vv@sibadi.orgФГБОУ ВО «СибАДИ»Russian FederationФГБОУ ВО «СибАДИ»РоссияSiberian State Automobile and Highway UniversityRussian Federation201811092018154502513Copyright © Мещеряков В.А., Вебер В.В., 20182018Мещеряков В.А., Вебер В.В.Meshcheryakov V.A., Weber V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibadi.org/jour/article/view/700Введение

Введение. Разработан метод оптимальной настройки системы автоматического управления рабочим органом тяжелого автогрейдера. Система предназначена для поддержания заданного значения силы сопротивления копанию на рабочем органе. Оптимизация задающего воздействия осуществляется по критерию максимальной технической производительности автогрейдера в режиме копания грунта.

Материалы и методы

Материалы и методы. Оптимальное задающее воздействие формируется на основе информации о характеристиках сигналов – измеренных значений силы сопротивления копанию и коэффициента буксования движителей во время предыдущего рабочего прохода автогрейдера. Исследование включает:

Результаты

Результаты. Сформирован массив оптимальных значений задающего воздействия в зависимости от характеристик силы сопротивления копанию и коэффициента буксования движителей. Предложена структура системы управления, включающая микропроцессорное управляющее устройство, и алгоритм функционирования формирователя оптимального управляющего воздействия.

Обсуждение и заключение

Обсуждение и заключение. Выполнено теоретическое обоснование оптимального задающего воздействия системы управления тяговым режимом автогрейдера и предложен метод настройки системы автоматического управления отвалом тяжелого автогрейдера в режиме копания грунта.

Отличительными особенностями предложенного метода являются:

Introduction

Introduction. The authors suggest the optimal tuning method foran automatic control system of the heavy motor grader blade. The demonstrated system regulates the value of digging force. Moreover, the setpoint optimization criterion is the maximum of production rate.

Materials and methods

Materials and methods. The optimal setpoint is generating to the signal estimations, specifically to the measured digging force and the wheels slip ratio during the previous stroke of the motor grader.

There searchincludes

There searchincludes:

Results

Results. The lookup table of optimal setpoint values is obtained, the estimations of digging force and wheels slip ratio are presented. In addition, the authors suggest the control system structure with the optimal setpoint former and also develop the former operation algorithm.

Discussion and conclusion. The optimal setpoint values are theoretically validated for the motor grader control system. The tuning method for an automatic control system of the heavy motor grader blade has the following characteristics as:

автогрейдерсистема автоматического управленияоптимальное управлениезадающее воздействиеимитационное моделированиеmotor graderautomatic control systemoptimal controlsetpointsimulationReferencesIto N. Bulldozer Blade Control. Journal of Terramechanics, 1991, Vol. 28, No. 1, pp. 65–78. DOI: 10.1016/0022-4898(91)90007-SIto N. Bulldozer Blade Control. Journal of Terramechanics, 1991, Vol. 28, No. 1, pp. 65-78. DOI: 10.1016/0022-4898(91)90007-SBulgakov A., Emelianov S., Bock T. and Tokmakov G. Adaptive control of bulldozer’s workflows. Proc. of the 33rd ISARC (Auburn, AL, USA). 2016, pp. 90–97. DOI: 10.22260/ISARC2016/0012Bulgakov A., Emelianov S., Bock T. and Tokmakov G. Adaptive control of bulldozer’s workflows. Proc. of the 33rd ISARC (Auburn, AL, USA), 2016, pp. 90-97. DOI: 10.22260/ISARC2016/0012Nakagami H., Ozaki T., Kure K. Introduction of Bulldozers D155AX-8/AXi-8 // Komatsu Technical Report, 2014, Vol. 60, No. 167, 7 pp. Режим доступа: http://www.komatsu.com/CompanyInfo/profile/report/pdf/167-E06.pdf, свободный (дата обращения: 17.08.2018).Nakagami H., Ozaki T., Kure K. Introduction of Bulldozers D155AX-8/AXi-8.Komatsu Technical Report, 2014, Vol. 60, No. 167, 7 pp. Access mode: http://www.komatsu.com/CompanyInfo/profile/report/pdf/167-E06.pdf, free (application date: 17.08.2018).Денисов В.П. Оптимизация рабочего процесса землеройно-транспортных машин с учетом случайного характера нагрузок: монография. Омск: СибАДИ, 2005. 123 с.Denisov V.P. Optimizatsiya rabochego protsessa zemreroyno-transportnykh mashin [Earthmoving machinery workflow optimization with a glance of stochastic loads]. Omsk, SibADI, 2005, 123 p.Бузин Ю.М. О некорректности в подходе к определению производительности землеройно-транспортной машины и построению на ее основе системы автоматического управления рабочим органом // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2009. № 5 (605). С. 80–83.Buzin Yu. M. O nekorrectnosti v podkhode k opredeleniyu proizvoditelnosti zemlerono-transportnoy mashiny i postroeniyu na ee osnove sistemy avtomaticheskogo upravleniya rabochim organom [About inconsistency in the way of an eathmover production rate calculation and synthesis of the automatic control system of the working equipment]. Izvestiya vyshikh uchebnch zavedeniy. Storitelstvo, 2009, no 5 (605), pp. 8083.Денисов В.П., Матяш И.И., Зубарев К.В. Исследование влияния конструктивных параметров рабочего органа автогрейдера на его производительность // Вестник СибАДИ. 2015. № 2 (42). С. 15–19.Denisov V.P., Matyash I.I., Zubarev K.V. Issledovanie vliyaniya konstruktivnykh parametrov rabochego organa avtogreydera na ego proizvoditelnost [Research of the constructive parametersinfluence of the motor grader working equipment on its performance]. Vestnik SibADI, 2015, no 2 (42), pp. 15-19.Никулин П.И., Бузин Ю.М. Анализ методов управления процессом копания грунта землеройно-транспортных машин // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2003. № 11 (539). С. 95–99.Nikulin P.I., Buzin Yu.M. Analiz metodov upravleniya processom kopaniya grunta zemleroyno-transportnykh mashin [Analysis of the control methods for digging process of earthmoving machinery]. Izvestiya vyshikh uchebnch zavedeniy. Storitelstvo, 2003, no 11 (539), pp. 95-99.Жулай В.А., Тюнин В.Л., Крестников А.В. Оценка топливной экономичности самоходных колeсных землеройно-транспортных машин // Механизация строительства. 2016. Т. 77. № 8. С. 27–31.Zhulai V.A., Tyunin V.L. and Krestnikov A.V. Otsenka toplivnoy ekonomichnosti samokhodnikh kolesnykh zemleroyno-transportnykh mashin [Fuel economy estimation for self-powered wheeled earthmoving machinery]. Mekhanizatsiya stroitelstva, 2016, Vol. 77, no 8, pp. 27-31.Клец Д. М., Краснокутский М.В., Гацько В.И., Барун М.В. Моделирование рабочих процессов двигателя автогрейдера при работе с неустановившейся нагрузкой // Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2017. Т. 4. № 7 (88). DOI: 10.15587/1729-4061.2017.107128Klets D., Krasnokutsky M., Hatsko V. and Barun M.Modeling of operation processes of a motor grader engine during work under unsteady load.Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2017, vol. 4, no 7 (88). DOI: 10.15587/1729-4061.2017.107128Zhao R. Y. and Wang X. Research on power adaptive control method for hydraulic motor grader based on Simulink/AMESim. Applied Mechanics and Materials, 2012, vols. 135–136, pp. 793–799. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.135-136.793Zhao R. Y. and Wang X. Research on power adaptive control method for hydraulic motor grader based on Simulink/AMESim. Applied Mechanics and Materials, 2012, vols. 135-136, pp. 793-799. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.135-136.793Ye M. and Lin T. Energy conservation for a motor grader by shifting the engine power curve based on fuzzy adaptive control. Advances in Mechanical Engineering, 2015, vol. 7, issue 4. pp. 1–13.DOI:10.1177/1687814015582116Ye M. and Lin T. Energy conservation for a motor grader by shifting the engine power curve based on fuzzy adaptive control. Advances in Mechanical Engineering, 2015, vol. 7, issue 4. pp. 1-13. DOI: 10.1177/1687814015582116Song Q., Wand W. and Jia C. Research on fuel consumption of hybrid bulldozer under typical duty cycle. The 2015 Int. Conf. onMechanicalEng ineeringandControlSystems (MECS2015), 2016, pp. 54–57.DOI:10.1142/9789814740616_0012Song Q., Wand W. and Jia C. Research on fuel consumption of hybrid bulldozer under typical duty cycle. The 2015 Int. Conf. on Mechanical Engineering and Control Systems (MECS2015), 2016, pp. 54-57. DOI:10.1142/9789814740616_0012Steckelberg D. and Pacifico A. A methodology for measuring an internal combustion engine performance map using onboard acquisition. 23rd ABCM Int. Congress of Mechanical Engineering (Rio de Janeiro, Brazil), 2015. 173 p. Режим доступа: https://www. researchgate.net/publication/312577762, свободный (дата обращения: 17.08.2018).Steckelberg D. and Pacifico A.A methodology for measuring an internal combustion engine performance map using on-board acquisition. 23rd ABCM Int. Congress of Mechanical Engineering (Rio de Janeiro, Brazil), 2015. 173 p. – Access mode: https://www.researchgate.net/publication/312577762, free (application date : 17.08.2018).Жулай В.А., Енин В.И., Крестников А.В. Математическое описание скоростных характеристик двигателей строительных и дорожных машин // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Материалы межрегиональной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии». 2011. № 1. С. 196–200.Zhulai V.A., Yenin V.I. and Krestnikov A.V.Matematicheskoeopisanieskorostnykhkharakteristikdvigateleystroitelnykh i dorozhnykh mashin [Mathematical description of speed characteristics of the building and road machines’ engines]. Nauchny Vestnik VGASU, 2011, vol. 1, pp. 196-200.Hayashi К., Shimada К. et al. Development of D61EXi/PXi-23 bulldozer with automatic control system of work equipment // Komatsu Technical Report, 2013, Vol. 59, No. 166, 8 pp. Режим доступа: http://www.komatsu.com/CompanyInfo/profile/report/pdf/166-E02.pdf, свободный (дат обращения: 17.08.2018).Hayashi К., Shimada К. et al. Development of D61EXi/PXi-23 bulldozer with automatic control system of work equipment. Komatsu Technical Report, 2013, Vol. 59, no 166, 8 pp. Access mode : http://www.komatsu.com/CompanyInfo/profile/report/pdf/166-E02.pdf, free (application date : 17.08.2018).Мещеряков В.А. Нейросетевое адаптивное управление тяговыми режимами землеройно-транспортных машин: монография. Омск: ОмГТУ, 2007. 219 с.Meshcheryakov V.A. Neural network based adaptive control of earthmoving machinery workflows. Omsk:OmGTU, 2007, 219 p.Ульянов Н.А. и др. Самоходные колесные землеройно-транспортные машины. М.: Машиностроение, 1982. – 280 с.Ulyanov N.A. et al.Samokhodnye kolesnye zemleroyno-transportnye mashiny [Self-powered wheeled earthmoving machinery]. М.: Mashinotroenie, 1982. 280 p.Жулай В.А., Енин В.И., Кожакин Е.В. Зависимость буксования колесного движителя от силы тяги // Тракторы и сельхозмашины. 2015. № 1. С. 44–45.Zhulai V.A., Yenin V.I. and Kozhakin E.V. Zavisimost buksovaniya kolesnogo dvizhitelya ot sily tyagi [Dependence of the wheel slippage on the draft force]. Traktory I selkhozmashiny, 2015, no 1, pp. 44-45.Денисов В.П., Мещеряков В.А. Исследование системы автоматического управления скоростью автогрейдера // Строительные и дорожные машины. 2003. № 5. С. 39–41. EID: 2-s2.0-0038691599Denisov V.P., Meshcheryakov V.A. Issledovanie sistemy avtomaticheskogo upravleniya skorostyu avtogreydera[A study of the automatic motor-grader speed control system]. Stroitel’nye i dorozhnye mashiny, 2003, no 5, pp. 39-41. EID: 2-s2.0-0038691599Мещеряков В.А., Вебер В.В. Методика обработки результатов экспериментальных исследований тягового режима автогрейдера // Вестник СибАДИ. 2012. № 4 (26). С. 14–19.Meshcheryakov V.A. and Weber V.V. Metodika obrabotkirezultatov experimentalnykh issledovany tyagovogo rezhima avtogreydera [Methods of processing of the experimental investigation results of the motor grader traction mode]. VestnikSibADI, 2012, no 4 (26), pp. 14-19.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.