Введение к работе
Актуальность темы
Актуальность решения поставленных задач обусловлена ростом масштабов работ по автоматизации производства световодов
Автоматизация производства вытяжки световодов выявила проблемные вопросы, которые не могут быть решены эвристическими методами Наиболее важными из них являются определение зависимостей между входными и выходными параметрами процесса, их влияние на качество управления; про-
4 гнозирование и оптимизация параметров процесса, стабилизация его характеристик, организация систем контроля, оценка уровня помех Процесс формообразования световода и параметры устройств установок вытяжки световодов определяют качество световодов Математическое описание влияния параметров формообразования, параметров устройств вытяжки на параметры качества световода представляется весьма актуальной задачей.
Рассмотренные проблемы могут быть решены на основе создания математических моделей, адекватно описывающих технологический процесс. Решение этих проблем имеет значительный практический интерес, так как могут позволить рациональным образом проектировать технологические комплексы Под этим подразумевается выбор схем управления, средств измерений, исполнительных устройств, расчет настроек регуляторов, оценка качества систем управления
Работы Аслановой М.С., Гордона С С , Черкасова И П., Колпащикова В М, Жаботинского М В , Фогеля А В , Бабанина В И., Саттарова Д К , Уварова В П касаются отдельных аспектов рассматриваемых проблем Тем не менее, они показывают принципиальную возможность разработки подобных моделей
Результаты диссертационной работы направлены на развитие теоретических исследований, позволяющих на научной основе автоматизировать производство световодов
Именно, потребность дальнейшего развития автоматизации производства световодов и в связи с этим необходимость более углубленного изучения самого объекта управления представляется как признак актуальности данной работы.
Цель работы
Общей целью настоящей работы является создание научных основ идентификации свойств процесса вытяжки с точки зрения постановки задач управления, связанных с нахождением зависимостей между скоростью и на-
5 правлением процесса и выходными параметрами, определяющими качество получаемого изделия
Методы исследований
Для решения поставленных задач использованы методы математического моделирования процессов, происходящих при вытяжке световодов
Для построения моделей и их анализа использовались методы механики сплошных сред, теории нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных, численного интегрирования, теории устойчивости движения, математической физики, регрессионного и дисперсионного анализов. Экспериментальные исследования проводились на промышленных и лабораторных установках.
Исследование математических и физических моделей, обработка экспериментальных данных проводилась на компьютерах на основе оригинальных программ, составленных с использованием математических пакетов MATCAD, MAPLE и MATLAB
Научная новизна
-
Разработана математическая модель, позволяющая оценить свойства объекта управления, содержащего упруговязкую вязкую среду, на всех стадиях процесса вытяжки, начиная с начального этапа до выхода на установившийся режим.
-
В результате теоретических и экспериментальных исследований установлены области технологических параметров скорости подачи, скорости вытяжки, вязкость стекломассы, при которых процесс вытяжки может существовать и протекать устойчиво
-
Разработана методика расчета параметров процесса в установившемся режиме (конфигурация, длина зоны формирования изделия), основанная на предложенном подходе к интегрированию системы нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных Проведены расчеты при всех практически реализуемых значениях технологических параметров
-
Предложена методика оценки чувствительности объекта управления на возмущения, возникающие при случайных изменениях технологических параметров (скорости вытяжки, вязкости стекломассы) Это позволило определить требования к основным технологическим параметрам, обеспечивающим заданное качество получаемого изделия в установившемся режиме
-
Найдены аналитические выражения, оценивающие связь возмущений основных технологических параметров; доказано, что основным фактором, приводящим к неустойчивости процесса вытяжки в установившемся режиме, является возмущение вязкости
-
Определены динамические свойства технологической системы в целом, объединяющей объект управления (зону формирования световода) и управляющее устройство (установку вытяжки); получены соотношения, позволяющие выбрать способ управления в зависимости от свойств объекта управления.
Практическая значимость
Практическая значимость состоит в том, что предложенные модели позволяют разрабатывать на научной основе автоматизированные производства и системы управления технологическими процессами изготовления световодов, волокон, капилляров и т п в оптико-механической и электронной про-мышленностях
В результате проведенных исследований разработаны методики
-
методика оценки необходимой точности поддержания технологических параметров на заданном уровне,
-
методика выборов оптимальных параметров процесса вытяжки изделий из вязкоупругой среды
Указанные методики и их адаптированное программное обеспечение использованы-
в организации Р-6681 в ходе выполнения работ по договорам № ПМ 248/378, № ПМ329/1169 «Разработка основ изготовления стеклянных заготовок для граданов», при проектировании установок вытяжки с кулачковым и
7 гидравлическим приводом, с использованием прямого и обратного пьезоэф-фекта, с системами контроля и управления процессом,
в ООО Продовольственная компания «Петербурженка» при определении оптимальных параметров технологических процессов изготовления пищевой продукции
Полученные на основе аналитических и экспериментальных моделей методики и алгоритмы способствуют принятию оптимальных решений на всех стадиях проектирования и реализации рассматриваемых технологических процессов- лабораторные исследования, разработка опытнопромыш-ленной технологии, технологического процесса
Комплекс мероприятий с использованием разработанных методик обеспечивает получение световодов, у которых отклонение диаметра от заданного значения не превышает 1%
Защищаемые научные положения
На защиту выносится научные основы принятия оптимальных решений при построении автоматизированной системы управления технологическим процессом с применением математических методов, используемых для получения необходимой информации об объекте управления, и включающий в себя:
-
Методику исследования управляемых систем, содержащих упруго-вязкую среду
-
Разработку математических моделей, позволяющих оценить поведение объекта управления при случайных и управляющих воздействиях.
-
Методы расчета параметров объекта управления в переходном и установившемся режимах, основанный на разработанной методике интегрирования систем нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных
-
Разработку методики оценки отклика объекта управления на случайные возмущения технологических параметров.
-
Обоснование методологических принципов, позволяющих оценить значения технологических параметров, обеспечивающих заданное качество изделий.
-
Методику оценки влияния свойств объекта управления на характер переходных режимов, возникающих при управлении процессом вытяжки
-
Методику построения экспериментальных моделей, используемых на стадии разработки опытно-промышленной технологии для расчета оптимальных сочетаний технологических параметров
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались
на ХУ научно-технической конференции при Северо-Западном заочном политехническом институте, апрель 1980 г.,
на семинаре по механизации и автоматизации трудоемких ручных операций при Ленинградском доме научно-технической пропаганды (ЛДНТТТ), июль 1982 г,
на 11 международной конференции по автоматике и управлению, Киев, сентябрь, 2004 г.;
на всероссийской научно-практической конференции «Наука и образование», Нефтекамский филиал БашГУ, октябрь 2005г;
на 5-ой международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» Институт проблем управления им Трапезникова В А. РАН Москва, январь 2006,
на 6-ой международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» Институт проблем управления им Трапезникова В А. РАН Москва, январь 2007,
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 1 монография, 35 работ, из них 12, входящих в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданиях, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук»
9 Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, приложения, списка литературы из 124 библиографических наименований
