Ефективне використання енергетичного ресурсу в мехатронних модулях пакувальних машин

Abstract

У статті розглянуто малодосліджений і майже нереалізований напрям керування роботою мехатронних систем — корегування енергетичного ресурсу системи. Запропоновано методику реалізації управління енергетичною ефективністю мехатронної системи модулів пакування, яка ґрунтується на класичному принципі найменшої дії, згідно з яким забезпечується рух робочих органів. Передбачається, що система керування зможе оцінювати можливі траєкторії руху робочих органів шляхом аналізу енергетичних витрат мехатронної системи пакування. Для реалізації поставленої задачі в математичну модель керування модулем мехатронної системи пакування додано додатковий вектор керування енергетичним ресурсом, величина якого суттєво впливає на розрахунок характеристики вихідного сигналу керування. Запропоновано оцінювати енергетичні витрати мехатронної системи пакування шляхом аналізу інтегральних енергетичних характеристик, отриманих за час технологічного циклу пакування з урахуванням спожитої енергії, ефективності використання повної енергії. Основними складовими коефіцієнта є показники ефективності використання активної енергії мехатронної системи пакування та ефективності перетворення електричної енергії. Для перевірки адекватності отриманих аналітичних результатів виготовлено експериментальну установку функціонального мехатронного модуля лінійного переміщення структурних одиниць групової упаковки. Результати аналітичних досліджень витрат енергії представлені у вигляді графіків витрати енергії (загальної та реактивної) під час реалізації оптимального закону переміщення ряду споживчих упаковок. Змінним зовнішнім фактором для визначення якості споживання мехатронним модулем енергетичного ресурсу був кут нахилу твірної площини. Наведена математична модель мехатронної системи пакування дає змогу визначити основні способи підвищення ефективності використання її енергетичного ресурсу з урахуванням структурних особливостей конструкції шляхом визначення якості системи керування мехатронними системами пакування за критерієм ефективного використання електроенергії та розробки способів діагностування й рекуперації енергетичних ресурсів мехатронних систем пакування. The paper deals with the direction of control of the mechatronic systems operation, which is poorly researched and almost not realized about correction of the energy resource of the system. The authors propose a technique for implementing the energy efficiency management of a mechatronic packaging module system, which based on the classical principle of least action, according to which movement of working bodies is ensured. It is envisaged that the control system will be able to estimate the possible trajectories of movement of the working bodies by analyzing the energy costs of the mechatronic packaging system. For the realization of this task in mathematical model an additional vector of energy control was added, the value of which significantly influences the calculation of the characteristic of the control output. It has been proposed to estimate the energy costs of a mechatronic packaging system by analyzing the integral energy characteristics obtained during the technological cycle of packaging, taking into account consumed energy. The main components of such coefficient are the performance indicators of the active energy of the mechatronic packaging system, the efficiency of the use of the active energy of the mechatronic packaging system and the efficiency of the conversion of electrical energy. To verify the adequacy of the obtained analytical results, it was made an experimental setup of a functional mechatronic module of linear movement of structural units of group packaging. The results of analytical studies of energy consumption are presented in the form of graphs of energy consumption (total and reactive) during the implementation of the optimal law of movement of a number of consumer packages. A variable external factor for determining the quality of consumption by the mechatronic module of the energy resource was the angle of inclination of the generating plane. The above mathematical model of mechatronic packaging system allows to determine the main ways of increasing the efficiency of its energy resource taking into account structural features of the structure by: determining the quality of the control system of mechatronic packaging systems by the criterion of efficient use of electricity; development of methods for diagnosing and recovering energy resources of mechatronic packaging systems.