Введение к работе
Актуальность темы. Повышение эффективности текстильных производств и производств нетканых материалов требует разработки научно-обоснованных методов выбора оптимальных параметров технологических процессов и скоростных режимов узлов и механизмов, учитывающих показатели качества сырья и готовой продукции и разработки на их основе современных автоматизированных управляемых электротехнических комплексов.
До настоящего времени недостаточно полно исследованы процессы и механизмы формования, транспортирования и наматывания волокнистых материалов. Не выявлено в должной мере влияние физико-механических свойств химических волокон и нитей на процесс холстообразования нетканых материалов, недостаточно изучены динамические свойства основных звеньев электромеханических систем указанного оборудования, не разработаны научно-обоснованные критерии и методы оптимизации скоростных режимов сложных электротехнических комплексов. Не сформулированы в полной мере требования к многодвигательному электроприводу, не выявлена их оптимальная структура, не разработано в достаточной степени устройств и систем, обеспечивающих оптимальное управление и энергосберегающие режимы. Недостаточно исследованы процессы в зонах формования, вытягивания, транспортирования и наматывания и влияние на них рабочих органов, непосредственно управляемых регулируемым электроприводом.
Учитывая, что многие из перечисленных вопросов недостаточно полно изучены или совсем не рассмотрены в научных трудах, их решение представляет теоретический и практический интерес. Можно считать разработку и исследование методов анализа и расчета динамических режимов сложных управляемых систем технологического оборудования на базе современных комплектных энергосберегающих электроприводов постоянного и переменного тока с микропроцессорным управлением и оптимизацию скоростных режимов рабочих органов узлов формования, транспортирования и наматывания волокнистого материала перспективной задачей.
Цель и задачи работы. Целью диссертации является разработка методов расчета и повышения эффективности сложных динамических объектов для производства нетканых материалов за счет управления и оптимизации скоростных режимов рабочих органов электромеханических систем с наматывающими и транспортирующими механизмами.
Для достижения поставленной цели решены следующие научные и технические задачи:
Разработаны основные принципы построения и исследования сложных динамических объектов с многодвигательным электроприводом.
Осуществлена постановка задач исследования процессов формирования, холстообразования и наматывания нетканых материалов на агрегате Reicofil.
Установлена взаимосвязь технологических параметров с энергетическими характеристиками в частности, со скоростными режимами оборудования с целью повышения производительности, рационального использования электроэнергии, улучшения качественных показателей конечного продукта путем совершенствования электромеханических систем и режимов обработки волокнистых материалов.
Предложены алгоритмы управления скоростными режимами исследуемых электромеханических систем с транспортирующими и наматывающими механизмами.
Предложены научные методы повышения эффективности и расчета электромеханических систем.
Разработаны научные положения метода выбора, анализа и расчета энерготехнологических режимов управляемых электромеханических систем и соответствующие технические решения энергосберегающего управления и их реализация в лабораторных условиях.
На защиту выносятся;
Концепция построения структуры и исследования управляемых электротехнических комплексов сложных динамических объектов с транспортирующими и наматывающими механизмами.
Модернизированный способ автоматического управления сложной электромеханической системой для производства нетканых материалов на агрегате Reicofil.
Метод электромеханических аналогий для характеристики физико-механических свойств нетканых материалов.
Метод выбора и расчета качественных показателей системы автоматического регулирования (САР) и рациональных скоростных режимов узлов и механизмов управляемого комплекса производства химических нитей и нетканых материалов.
Алгоритмы управления, функциональные и структурные схемные решения системы автоматического управления сложным динамическим объектом.
Технические решения системы управления скоростными режимами агрегата Reicofil на базе современных электроприводов с микропроцессорным управлением.
Элементы технологии нейронных сетей для разработки и исследования управляемого электротехнического комплекса приемно-наматывающего устройства агрегата Reicofil.
Методы исследования. В работе использованы современные математические и инструментальные методы исследований. Теоретические исследования основывались на классических методах теории автоматического управления, теории автоматизированного электропривода, современной технологии нейронных сетей. При построении математических моделей процес-
сов применялись методы экспериментальной идентификации технологических параметров с использованием аппроксимирующих уравнений.
Моделирование и обработка данных исследований, расчеты при анализе и синтезе систем управления производились с использованием современных информационных и компьютерных технологий.
Расчёты проводились по стандартным и разработанным автором программам математической среды Matlab. Графическая обработка результатов выполнена в MS Excel с использованием VBA-макросов и стандартных средств Windows 7.
Научная новизна работы заключается в следующем;
Предложена и реализована структура разработки и исследования электромеханических систем оборудования с транспортирующими и наматывающими механизмами.
Получено математическое описание динамики электромеханической системы с транспортирующими и наматывающими механизмами с учетом физико-механических свойств волокнистого продукта, гибких деформируемых связей, упругих механических звеньев кинематических передач и электромагнитных процессов в электроприводах.
Дано научное обоснование принципам построения функциональных и структурных схем систем автоматического регулирования и управления электроприводами постоянного и переменного тока, обеспечивающих энергосберегающие режимы эксплуатации.
Разработан метод расчета и проектирования сложных электромеханических комплексов, обеспечивающий программное управление многодвигательным электроприводом, соответствующее заданным нормам потребления электроэнергии, сырья и качества продукции.
Путем экспериментальной идентификации получена уточненная математическая модель зоны формирования и наматывания нетканого материала.
Разработан принцип управления многомерным процессом формования, вытягивания, транспортирования и наматывания волокнистого продукта, обеспечивающий адаптацию к изменению параметров объекта управления и инвариантность по отношению к гармоническому возмущающему воздействию, возникающему вследствие колебаний питающего напряжения, меняющихся линейной плотности продукта и параметров электромеханической системы в процессе интенсивной эксплуатации, вызывающих повышенный расход материальных и энергетических ресурсов.
Проведена параметрическая оптимизация процесса транспортирования и наматывания волокнистого материала методом случайного поиска.
Разработаны функциональная и структурная схемы компьютерной системы управления агрегатом Reicofil производства химических нитей и нетканых материалов.
Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций,
содержащихся в диссертации, основана на удовлетворительном совпадении
аналитических и численных расчетов с результатами эксперимента, на использовании информационных технологий и современных методов и средств проведения исследований. Широко использовались методы лабораторных испытаний и моделирования.
Практическая ценность работы. Предложенные в работе алгоритмы управления и схемные решения использованы при разработке компьютерной системы автоматического управления процессами формования, вытягивания, транспортирования и наматывания волокнистых материалов на агрегате Rei-cofil. Разработан модернизированный способ автоматического управления сложной электромеханической системой производства нетканых материалов на базе комплектных электроприводов постоянного и переменного тока с микропроцессорным управлением, обеспечивающий синхронизацию частот вращения рабочих органов, быстродействие и заданное качество переходных процессов. С целью повышения эффективности управления процессом хол-стообразования предложена частичная модернизация электромеханической системы за счет установки регулируемых электроприводов переменного тока на линии нагнетания и разряжения воздушных потоков. Предложен метод электромеханических аналогий для характеристики физико-механических свойств волокнистых материалов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на межвузовской научно-технической конференции «Студенты и молодые ученые КГТУ - производству» (2007); на межвузовской научно-технической конференции аспирантов и студентов «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск-2008, 2009, 2010)»; на межвузовской научно-технической конференции «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности (Прогресс-2008)»; на Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Проблемы экономики и прогрессивные технологии в текстильной, легкой и полиграфической отраслях промышленности (Дни науки-2008, 2009)»; на международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2008, 2009)».
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 23 научно-технических статьи, в том числе: 10 - в рецензируемых журналах из списка ВАК, 2 патента РФ, 11 - в виде тезисов докладов в сборниках материалов конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 157 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка используемой литературы из 105 наименований, 9 таблиц, 66 иллюстраций, приложения.
