Результаты исследования математического моделирования процесса переноса груза между судами в море

Преимуществами разработанной авторами системы оценки компетентности персонала нефтяных терминалов над существующими являются:

- возможность выполнять как обучение слушателей без опыта работы на оборудовании терминала, так и проверку компетентности персонала, ответственного за грузовые операции;

- возможность проводить обучение операторов грузовых систем терминала методам эффективного проведения погрузки и выгрузки нефтеналивных судов;

- возможность решения задач по экспертной оценке эффективности грузовых операций.

Одним из этапов создания автоматизированной системы управления грузовыми стреловыми устройствами взаимодействующих судов [1] была разработка математической модели процесса переноса груза.

Для математического моделирования перегрузочный комплекс был представлен трехмассовой системой с упругими связями. В состав системы входят

Литература

1. Казунин Д.В. Тренажер терминала для обработки нефтепродуктов: Руководство обучаемого. // СПб., 2004.

2. Возницкий И.В., Шмелев В.П., Камкин С.В. Эксплуатация судовых дизелей. М., 1990.

3. Маценко С.В. Исследование гидравлических характери-

стик грузовых насосов крупнотоннажных танкеров и их оптимизация: Автореф. дис. ... канд. техн. наук / Новороссийск, 2004.

г.

приводные двигатели двух грузовых лебедок, два шкентеля и подвешенный груз.

На рис. 1 изображена расчетная схема перегрузочного комплекса.

Разработанный первый вариант математической модели представляет собой систему дифференциальных уравнений пятого порядка.

Х

Южный региональный центр доп. проф. образования НГМА, г. Новороссийск 17 февраля 2005

УДК (658.011.56:639.3):620.97

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЕРЕНОСА ГРУЗА МЕЖДУ СУДАМИ В МОРЕ

© 2005 г. Н.Г. Романенко

Рис. 1 Расчетная схема: М2, М3 - электромагнитные моменты двигателей; FR2, FR3 - реакции в шкентелях; Rb - радиус барабана; mg - масса груза; alfa (а) - угол между вертикалью и вторым шкентелем; gamma (у) - угол между шкентелями;

X, Y - оси координат; V, w - линейные и угловые скорости

J

m 2

J

m 3

gr

gr

mg

d ю 2 dt d ю 3 dt dVi dt dV3 dt d a

= M 2 - FR 2 rb

= -M 3 + FR 3rb

Расчетная схема процесса переноса груза осталась прежней (рис. 1), а порядок системы дифференциальных уравнений был понижен до четвертого за счет исключения уравнения по координате угла а.

d ю 2

= FR 2 + FR3 cos у mgr cos a; = - FR 2 cos у — FR 3 + mgr cos (Y-a);

dt

= FR a + FR 3

Приводные асинхронные двигатели описываются двумя известными уравнениями: формулой Клосса -для рабочего участка механической характеристики и уравнением для пускового участка характеристики. В состав модели входит также ряд линейных алгебраических уравнений для расчета вспомогательных величин и уравнения ПИД-регулятора скорости вращения асинхронных двигателей с помощью преобразователей частоты (ПЧ). После ряда подстановок и преобразований данная система дифференциальных уравнений приводится к машинной форме и решается на ЭВМ методом Рунге - Кутта с фиксированным шагом интегрирования. При этом определяются координаты точки подвеса груза в текущий момент времени, моменты на валу двигателей, реакции в шкентелях, токи двигателей, частоты вращения двигателей (в числовой и графической форме).

Второй вариант математической модели был разработай для решения в современной среде Ма1ЬаЬ 6.0.

J

m 2

J

dt d ю

2 = M 2 - FR 2 rb;

m 3

dt

dV2

3 = -M 3 + FR 3rb;

gr

dt

dV3

• = FR 2 + FR 3cos у-m cos a;

1gr~d3 = -FR 2cos y-FR 3 + mgr cos (Y-a).

Решение производится с помощью встроенной функции программы MATLAB 6.x ode45. Состав выходных расчетных параметров аналогичен первому варианту математической модели, но в другой форме. Данная программа получила свидетельство о регистрации [2].

Оба варианта математической модели позволяли получать результаты при трех различных условиях переноса груза: без учета влияния качки судов, с учетом влияния качки, но без учета компенсации колебаний груза с помощью преобразователей частоты, с учетом влияния качки и с учетом компенсации колебаний груза с помощью преобразователей частоты.

На рис. 2-5 представлены результаты расчетов математической модели - траектории движения груза (рис. 2), моменты двигателей (рис. 3), величены реакций в шкентелях (рис. 4), токи электродвигателей (рис. 5), для трех перечисленных выше условий переноса груза.

<* Траектория Момент

Реакция в шкентеле Г Ток

Г" Частота вращения

-5 -10 -15

Результаты расчета

— _

Без качки

Без регулирования

С регулированием

Eiez kachki

S kachkoi

S reguüravamem

12 14 16 18 20

Назад Рассчитать Построить Закрыть

Рис. 2. Траектория движения груза

Траектория Момент Г~ Реакция в шкентеле

Ток

Г" Частота вращения

Результаты расчета

1000 500 0

-500

Ф Без качки Ф Без регулирования Ф С регулированием

Bez kachki

S kachkoi

S regulirovaniern

С Траектория Г" Момент

f* Реакция в шкентеле

Г Ток

Г" Частота вращения

х 10

W Без качки W Без регулирования Ф С регулированием

Bez k ach ki

w166668 m

Ugol = 48.456 grad

3 max 3

S kachkoi = 17.453!

nax

0°Lx=61-7

™rB™3i

S regulirovaniern

I I I 1 1 1

ГчЬ"--——— 1- - 1

/ ! ^—1—-- !---!-- \

-Sil ! !

1 1 1 i i i

Рис. 3. Моменты двигателей Результаты расчета

4 5 6 7

Назад Рассчитать Построить Закрыть

Рис. 4. Реакции в шкентелях

Траектория Момент С Реакция в шкентеле ^ Ток

Г" Частота вращения

Бег касИк!

S kachkoi

S regulirovaniem

Результаты расчета

[✓Без качки W Без регулирования W С регулированием

Назад Рассчитать Построить Закрыть

Рис. 5. Токи двигателей

На основе разработанных математических моделей для нескольких пар взаимодействующих судов были определены коэффициенты ПИД-регулятора, позволяющие получить оптимальные показатели процесса переноса груза.

Для подтверждения адекватности разработанных математических моделей реальному процессу проведен сравнительный анализ диаграмм, представленных в работе [3], и результатов расчетов моделей для аналогичных условий (за исключением случая работы с ПЧ), который показал достаточно высокое совпадение результатов. Для более полного исследования адекватности математических моделей необходимо прове-

дение натурных испытаний или испытаний на физической модели.

Литература

1. Рябцев М.Г., Романенко Н.Г. Автоматизированная система передачи грузов взаимодействующих судов в условиях моря // Судостроение. 1988. № 2.

2. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2004611750 «Модель грузового устройства (Мо(!еЮ8и 04.1)», Реестр программ для ЭВМ, 26 июля 2004 г.

3. Чаплыгин Ф.Т. Работа грузоподъемных устройств в условиях промысла. Л., 1982.

18 февраля 2005 г.

Астраханский государственный технический университет

УДК 656.135.073

О ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ПРИНЦИПАХ РАЗРАБОТКИ ОПТИМАЛЬНЫХ СХЕМ ОРГАНИЗАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

© 2005 г. К.Х. Нехай, В.Г. Живоглядов

В условиях резкого роста численности автопарка адекватно повышается спрос на дорожные услуги, как в количественном, так и качественном аспектах. Роль дорог возрастает.

Дорожная сеть это, по сути, топография дорожного движения города, края, области и наоборот. Дорожное движение можно воспринимать как следствие реализации принципов формирования и взаимо-