Введение к работе
Актуальность работы. Одним из основных направлений развития техники и технологии хлопкопрядения является повышение производительности труда и оборудования при дальнейшем улучшении качества выпускаемой продукции на основе сокращения количества технологических переходов прядильного производства, широкого внедрения передовой техники и прогрессивных технологических процессов. К ним следует отнести замену ручного способа питания хлопком машин разрыхлительно-трепальных агрегатов или поточных линий механизированным, с целью отбора от кип клочков волокна примерно одинаковой объемной массы.
Стабильность прядильного производства и высокое качество получаемой продукции напрямую зависят от строгого соблюдения смесового состава волокон и выдерживания его в течение всего времени производства пряжи из различного сырья: натуральных и химических волокон. Для выполнения этого требования целесообразно организовать питание машин одновременно волокнистым материалом из большого числа кип. Этим условиям в наибольшей мере удовлетворяют кипные питатели с верхним отбором волокна (КПВО), обладающие следующими преимуществами: возможность использования ставок с несколькими десятками (до 180) кип, небольшие габариты устройства отбора волокна, гибкость управления количеством отбираемого волокна, малая повреждаемость волокна при отборе.
Главной задачей кипоразрыхлителя любой конструкции является автоматический отбор клочков волокнистой массы (ВМ) с верхней поверхности кип из ставки и передача волокнистого потока с минимальной неровнотой в последующие машины разрыхлительно-трепального агрегата. Выполнение этой задачи кипным питателем сталкивается с рядом проблем: неодинаковые габариты раскрытых кип разных компонентов в ставке приводят к неравномерному отбору волокон разных компонентов, различия в свойствах перерабатываемых кип вызывают неравномерность потока волокнистого материала по его различным характеристикам на выходе питателя.
Существующие системы автоматического управления кипными питателями не позволяют в полной мере учесть влияние этих факторов. Очевидно, что исследовать работу питателя при различных параметрах заправки аналитическими методами или методами натурного эксперимента невозможно ввиду объемных и трудоемких вычислений, поэтому необходимо разработать методы и средства комплексного решения перечисленных выше задач. В связи со сказанным, тема диссертационной работы является актуальной.
Цели и задачи работы. Целью данной диссертационной работы является создание средств и методик компьютерного моделирования для построения автоматических систем управления КПВО, которые обладали бы свойствами инвариантности по отношению к возмущающим факторам и адаптируемости к свойствам перерабатываемых кип.
Для достижения этой цели в работе поставлены и решены следующие научно-технические задачи:
Анализ существующих методов исследования и моделирования работы кипных питателей.
Разработка компьютерных моделей имитации работы КПВО и его системы управления на основе автоматического регулирования толщины отбираемой от кипы порции ВМ в зависимости от свойств каждой кипы в ставке.
Проектирование, визуализация и анимация трехмерной параметрической модели системы КПВО.
Проведение компьютерных экспериментов с разработанными моделями для подтверждения возможности синтеза с их помощью инвариантной и адаптивной системы управления КПВО.
5. Практическая реализация автоматизированного программного ком
плекса (АПК) по исследованию работы КПВО.
На защиту выносятся:
Алгоритмы и модели функционирования КПВО, их программная реализация и диаграммы работы.
Структурная схема и алгоритм работы системы управления КПВО.
Трехмерная параметрическая анимационная модель системы КПВО.
Методика проведения компьютерных экспериментов и их результаты, отражающие влияние различных параметров заправки КПВО на эффективность его работы.
Функционал разработанного АПК.
Методы исследования. В работе использована комплексная методика исследования, сочетающая методы математического и статистического имитационного моделирования, спектрального и корреляционного анализа, математической статистики и теории вероятностных процессов, теории автоматического управления, современные методы компьютерной обработки данных, геометрического анимационного моделирования трехмерных объектов, проектирования и разработки программных комплексов.
Для графического представления функционирования разработанных алгоритмов, моделей и описания АПК использовался язык моделирования UML, программная реализация моделирования технологического процесса отбора ВМ из кип ставки кипным питателем с верхним отбором выполнена на языке C++ в среде программирования C++ Builder 6, обработка результатов моделирования проведена в пакете Control System Toolbox, входящий в состав программной системы MATLAB 7.0, визуализация и анимация процесса работы системы КПВО реализованы средствами графической библиотеки OpenGL.
Научная новизна. В результате выполнения диссертационной работы разработана автоматизированная система комплексного моделирования, анализа, прогнозирования эффективности работы КПВО и получены следующие результаты:
1. Разработаны и программно реализованы алгоритмы моделирования расстановки компонентов кип в ставке, модели управляемого и неуправляемого формирования потока ВМ, а также алгоритмы определения динамических характеристик системы кипного питателя, расчета и оценивания статистических показателей неровноты потока волокон.
Разработана трехмерная параметрическая анимационная модель процесса работы системы КПВО.
Исследовано комплексное и одиночное влияние различных параметров заправки КПВО на его работу.
Разработана детализированная функциональная схема АПК по исследованию работы питателя, отображающая связи-переходы между отдельными его блоками.
Достоверность результатов работы. Адекватность полученных результатов оценена проведенной верификацией разработанных алгоритмов имитации работы КПВО, подтверждающей получение реальных оценок значений моделируемых характеристик ВМ и общих показателей работы питателя.
Практическая значимость. Разработанные в диссертационной работе компьютерные модели системы КПВО позволяют глубоко и наглядно представить механизм образования волокнистого потока, величину, характер и структуру его неровноты. Комплекс полностью программно реализован, отлажен и пригоден для практической эксплуатации. АПК используется в учебном процессе МГТУ им. А.Н. Косыгина при обучении студентов специальностей «Системы автоматизированного проектирования» и «Автоматизированные системы обработки информации и управления», выполнении дипломных проектов, а также в практике научных исследований при проектировании и модернизации систем отбора ВМ из ставки кип и систем управления КПВО.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на научно-технической конференции "Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (ТЕКСТИЛЬ-2007)" (г. Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина) и на научно-практической конференции аспирантов университета на иностранных языках (г. Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина, 2007), а также публиковались в журналах "Известия Вузов. Технология текстильной промышленности" (г. Иваново, №5 за 2007 г. и №3 за 2008 г.) и "Вестник ДИТУД" (г. Москва, №3 за 2007 г.), в сборнике тезисов Всероссийской научно-технической конференции "Дни науки 2007" (г. Санкт- Петербург, 2007 г.), в сборнике научных трудов аспирантов МГТУ им. А.Н. Косыгина (г. Москва, 2008 г.) и в сборнике тезисов конференции "ТЕКСТИЛЬ-2008" (г. Москва, МГТУ им. А.Н. Косыгина).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка литературы из 67 наименований и 2 приложений. Основное содержание диссертации изложено на 160 страницах, содержит 59 рисунков и 24 таблицы. Приложения представлены на 22 страницах.
