Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ вопросов управления процессом полимеризации 14
1.1. Пути повышения эффективности процесса изготовления изделий из полимерных композиционных материалов 14
1.1.1 Полимеры, их виды, стадии процесса полимеризации 14
1.1.2 Описание этапов процесса полимеризации 16
1.1.3 Способы повышения эффективности процесса полимеризации 18
1.2 Содержательная постановка задачи управления процессом полимеризации лонжерона 23
1.3 Проблемы управления процессом полимеризации 25
1.3.1 Причины снижения качества лонжеронов из стеклопластика 25
1.3.2 Факторы, влияющие на ход процесса полимеризации изделий из ПКМ 30
1.3.3 Кинетика процесса полимеризации 39
1.4 Требования к модели процесса полимеризации в системе управления процес-сом 43
1.5 Анализ способов описания процесса полимеризации 45
1.6 Выводы и результаты по главе 1 49
ГЛАВА 2. Математическое описание тп полимеризации лонжерона лопасти 50
2.1 Аналитическая математическая модель ТП полимеризации 50
2.2 Аналитическое описание процесса полимеризации лонжерона по контуру температуры 55
2.3 Аналитическое описание контура давления процесса полимеризации в пресс-камере с регулирующим клапаном 56
2.4 Описание экспериментальной установки 59
2.5 Синтез динамической модели процесса полимеризации лонжерона 62
2.6 Получение параметров динамики процесса полимеризации лонжерона на участках нагревания 66
2.7 Определение параметров ТП полимеризации лонжерона при охлаждении 71
2.8 Математическая модель процесса полимеризации лонжерона по температуре в разностных уравнениях 73
2.9 Получение передаточной функции контура давления по экспериментальным данным 78
2.10 Математическое описание контура давления в разностных уравнениях 82
2.11 Математическое описание контура давления, в котором используется дифференциальный редукционный клапан 84
2.12 Результаты и выводы по главе 2 87
ГЛАВА 3. Алгоритмы управления тп полимеризации и их программная реализация 88
3.1 Построение концептуальной модели процесса полимеризации и ее формализация 88
3.2 Выбор способа реализации адаптивного управления в САУ 91
3.3 Определение структуры САУ процесса полимеризации лонжерона 92
3.4 Выбор способа реализации алгоритма управления ТП полимеризации 96
3.5 Определение передаточной функции корректирующего устройства по контуру температуры на основе эталонных передаточных функции 98
3.6 Определение передаточной функции корректирующего устройства по контуру давления методом эталонных передаточных функций 102
3.7 Алгоритм по контуру температуры на основе разностных уравнений 103
3.8 Алгоритм по контуру давления на основе разностных уравнений 107
3.9 Результаты и выводы по главе 3 111
ГЛАВА 4. Программная реализация алгоритма управления ...112
4.1 Постановка задачи программной реализации алгоритма управления по контуру температуры 112
4.2 Постановка задачи программной реализации алгоритма управления по контуру давления 114
4.3 Формализация программной реализации алгоритмов управления 115
4.3.1 Расчетные формулы для контура температуры 115
4.3.2 Расчетные формулы для контура давления 118
4.4 Анализ результатов выполнения программ 120
4.5 Описание реквизитов базы данных для хранения информации о ходе процесса полимеризации 121
4.6 Выводы и результаты по главе 4 124
Основные выводы и результаты 125
Список литературы 126
Приложения 139
- Способы повышения эффективности процесса полимеризации
- Аналитическая математическая модель ТП полимеризации
- Построение концептуальной модели процесса полимеризации и ее формализация
- Расчетные формулы для контура температуры
Введение к работе
Современные темпы развития производства лопастей из полимерных композиционных материалов (ПКМ) и растущий интерес к их производству обусловлен, прежде всего, их прочностными свойствами в сочетании с низким удельным весом, а также антикоррозийной стойкостью и устойчивостью к действию факторов внешней среды. [16,44,48 88,89, 92, 101]
Низкий удельный вес обеспечивает снижение массы элементов из стеклопластика, по сравнению с аналогичными из металлов, до 50 %. Благодаря этому, из стеклопластиков изготавливают обшивки, крылья фюзеляжа, оперение, носовые и хвостовые конусы самолетов, статоры реактивных двигателей, а также обтекатели антенн, панели, трубопроводы, воздухозаборники, лопасти несущего винта вертолета и т. д. [16,48,90, 92,109].
Одной из основных деталей лопасти является лонжерон. Лонжерон - это пустотелая с переменным по длине сечением передняя составная часть лопасти вертолета, несущая на себе основную ударную нагрузку.
Высокие требования к качеству выпускаемых лонжеронов из стеклопластиков и других изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), различия в начальных условиях, параметров внешней среды и номенклатуре исходных материалов, требования к созданию безопасных условий труда, снижению брака при выпуске продукции, обеспечение надежности и долговечности продукции, а также исключение влияния человеческого фактора на качество получаемых изделий обуславливают необходимость перехода к гибкому автоматизированному производству,
В настоящее время на Кумертауском Авиационном Производственном Предприятии (КумАПП) лонжероны лопастей изготавливаются в ходе технологического процесса (ТП) полимеризации в пресс-формах методом контактного прессования. Известно, что основными технологическими параметрами ТП полимеризации является температура давления и время выдержки. Управление этими
параметрами в соответствии с технологией производства конкретного изделия из ПКМ обеспечивает его качество [15, 28, 44, 48, 49, 61, 89, 101, 109, 122]. Производство лопастей из стеклопластика на КумАПП организовано в нашей стране одним из первых и является уникальным.
Существующие на КумАПП способы управления ТП полимеризации лонжеронов строятся но принципу усредненного расчета исполнительных механизмов режимы работы, которых переключаются тумблерами и переключателями с пульта оператора установки ведения ТП полимеризации. При таком управлении ТП полимеризации существенным оказывается опыт и интуиция оператора установки для ведения процесса полимеризации. Используется также метод управления температурой ТП полимеризации по принципу включения/выключения нагревателя при выходе из поля допуска. В обоих случаях не учитывается изменение природы вещества в ходе полимеризации и влияние возмущений, величина которых не всегда прогнозируется или измеряется. При этом задающее воздействие для СУ температурой и давлением определяется на этапе технологической подготовки производства без учета реальных тепловых потерь, которые изменяются под влиянием множества внешних и внутренних факторов на протяжении всего процесса полимеризации.
Постоянное изменение мощности тепловых потерь ведет к изменению явлений, протекающих в процессе полимеризации изделий из ПКМ. Поэтому задающие воздействия, полученные по средним значениям, не обеспечивают стабильности показателей качества, которыми являются прочность и плотность. В тоже время к характеристикам качества изделий в авиастроении накладываются жесткие требования. На КумАПП в настоящее время существуют проблемы ведения процесса изготовления лонжеронов с внутренними ребрами жесткости.
Одной из причин снижения качества получаемых изделий может быть отклонение технологических параметров процесса изготовления от требуемых по технологии значений. Причиной отклонений может служить управление ходом технологического процесса (ТП) полимеризации не учитывающее изменения его ди-
намики. В связи с этим возникает необходимость автоматизации ТП полимеризации.
Получение лонжеронов лопастей с заданными свойствами требует сложного технологического оборудования и сложных многоуровневых систем автоматического управления. Составной частью такой системы являются алгоритмы и программы функционирования на основе математического описания и идентификации ТП полимеризации в реальном времени.
Таким образом, разработка математической модели и алгоритмов управления процесса полимеризации является актуальной проблемой.
Решение проблемы позволит сократить диапазон отклонений технологических параметров и за счет этого уменьшить разброс качественных характеристик лонжеронов.
Решаемые в диссертации вопросы являются составной частью основного научного направления кафедры «Промышленная автоматика» (ПА) Кумертауском филиале Уфимского государственного авиационного технического университета (КФ УГАТУ) в соответствии с координационными планами Стерлитамакского филиала АН Башкортостана и АН РФ, программой «Конверсия и высокие технологии 1997-2007 гго.
Настоящая работа выполнена в рамках х/д № 352/50 от 23.03.2006 на выполнение научно-исследовательских (опытно-конструкторских, технологических) работ в соответствии со следующими критическими технологиями Российской Федерации;
информационная интеграция и системная поддержка жизненного цикла продукции (CALS-, CAD-,CAM~, САЕ-технологии);
компьютерное моделирование;
полимеры и композиты,
В настоящее время, в ходе проверки качества изготовленных лонжеронов лопастей на КумАПП значительная их часть выбраковывается, вследствие несоответствия прочностных характеристик предъявляемым требованиям. Одной из
причин снижения качества получаемых изделий может быть отклонение технологических параметров процесса изготовления от их требуемых значений [28, 49, 88,90,101,120,122].
Таким образом, целью работы является повышение качества производства лопастей за счет уменьшения отклонений основных технологических параметров на основе оценки измерений технологических параметров в реальном времени. Для достижения данной цели поставлены и решены следующие задачи : Ь Выявление параметров, влияющих на качество получаемого в процессе полимеризации лонжерона лопасти из стеклопластика, измеряемых величин» управляющих величин и возмущений.
Составление математической модели ТП полимеризации лонжерона лопасти из стеклопластика, отражающей реакцию объекта на входные технологические параметры: температуру и давление,
Разработка алгоритма управления ТП полимеризации лонжерона лопасти с учетом изменения динамики.
Разработка программной реализации управления,
Исследование эффективности алгоритмов управления.
На защиту выносится:
математическая модель температурных полей, возникающих в процессе полимеризации лонжерона лопасти из стеклопластика, полученная графоаналитическим методом решения дифференциальных уравнений;
математическая модель процесса полимеризации лонжерона лопасти из стеклопластика в разностных уравнениях;
алгоритм управления процессом полимеризации лонжерона из стеклопластика по контуру температуры, учитывающий динамику процесса;
алгоритм управления процессом полимеризации лонжерона по контуру давления, учитывающий его динамику.
Научная новизна решения поставленных задач:
математические модели тепловых полей процесса полимеризации лонжерона лопасти из стеклопластика, полученные по результатам обработки экспериментальных данных и аналитической аппроксимацией;
математические модели динамики процесса полимеризации лонжерона по давлению, полученные аналитической аппроксимацией экспериментальных данных;
алгоритмы управления по контуру давления и по контуру температуры на основе использования динамических характеристик процесса полимеризации лонжерона лопасти из стеклопластика.
Практическая ценность работы:
разработаны методы расчета температурных полей, возникающих при изготовлении лонжеронов лопастей в установках ведения технологического процесса полимеризации.
разработаны рекомендации по улучшению существующего на КумАПП способа ведения процесса изготовления изделий из композиционных материалов.
разработана программа, моделирующая процесс полимеризации лонжерона и алгоритмы управления, которые могут использоваться в САУ,
Способы повышения эффективности процесса полимеризации
Повышение эффективности производства изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ), в том числе лонжеронов лопастей, может быть достигнуто технологическими методами за счет тщательной технологической подготовки производства, усовершенствованием технологического оборудования и приспособлений, за счет высокой квалификации персонала, занятого в процессе изготовления изделий из ГЖМ, а также за счет применения средств автоматизации. Повышение эффективности производства за счет совершенствования средств и методов управления позволяет более полно использовать возможности оборудования и гарантирует обеспечение нужного качества, получаемых в результате полимеризации изделий. Процесс изготовления лонжерона лопасти из стеклопластика слоистой структуры состоит из следующих основных операций [96,101, 122]: - пропитка стеклоткани раствором связующего и сушка пропитанной стеклоткани, в результате чего получают - препрег, который затем нарезают на мерные листы и сортируют; - дозирование по весу или количеству слоев в пакете; - предварительное пакетирование для укладки в пресс-форму; - прессование (отверждение) в пресс-форме под действием температуры и давления, согласно требованиям ТП, в результате чего получают полимер (лонжерон); - охлаждение и выгрузка лонжерона из пресс-формы; - обрезка полученного изделия является заключительной операцией. Отверждение - процесс, при котором используемые в виде расплавов и рас творов реакционно-способные олигомеры превращаются в твердые, нераствори мые и неплавкие трехмерные полимеры. Отверждение происходит в результате взаимодействия реакционно-способных групп олигомеров друг с другом или с добавленными реагентами (отвердителями) под действием тепла, В данной работе рассматривается стадия прессования лонжерона как отдельный технологический процесс полимеризации, Именно на этой стадии образуются механические характеристики готового изделия, определяющие его качество. Такими характеристиками прежде всего являются прочность на изгиб, прочность при растяжении (сжатии). Процесс изготовления является наиболее существенным фактором, от которого зависит успешное применение композиционных материалов в изделиях различных типов. Особая значимость процесса изготовления ПКМ определяется следующими причинами: - необходимостью изготовления основного конструкционного макроматериала (предварительно пропитанной ленты или однослойных листов) из исходных тканевых полотен; - трудностями при переработке некоторых компонентов, влияющих на свойства получаемых изделий (хрупкость, отсутствие эластичности т.д.); - чрезвычайной важностью строгого контроля процесса для достижения монолитности и постоянства свойств продукции; - высокими требованиями к соединяемым и контактируемым поверхностям, В результате исследований процесса полимеризации [15, 28, 48, 89, 96, 101, 122] было установлено» что с точки зрения автоматизации процесса полимеризации наиболее важными технологическими параметрами процесса являются температура полимеризации, удельное давление и выдержка времени температуры и давления. Для толстостенных и крупногабаритных изделий таких, как лонжерон лопасти, для обеспечения качественных характеристик важны не только значения технологических параметров, но и их траектории [44, 88, 96, 101, 122], Совместное воздействие температуры и давления позволяют получить заданную форму изделия с заданными прочностными характеристиками, В связи с приведенными фактами, необходимо провести анализ разработанных способов изготовления и производства изделий из ПКМ [5, 38, 79, 80, 81, 82,83, 84, 85, 86 87] с целью их возможного применения для автоматизации ТП полимеризации лонжерона лопасти из стеклопластика. В патентах № 2095241 [82] предложен способ нагрева и термостатирования пресс-формы для литья термопластов под давлениям. Нагрев пресс-формы производится непосредственно контактом с электронагревателем. Этот способ отличается тем, что электронагреватели отключаются при достижении промежуточным легкоплавким веществом температуры на 3-5% меньше температуры его плавления, а при остывании вещества ниже указанного предела электрические нагреватели включаются. Данный способ применяется для изготовления изделий небольшой массы без применения армирования.
Патент № 2095847 [83] предполагает использование устройства автоматического регулирования в литьевой машине с многосекциоиным электронагревателем с числом секций по числу зон нагрева, пульт управления, при чем выходы термопар подключены к первым входам терморегуляторов, выходы которых через управляющие элементы подключены к входам секций электронагревателя. Подобные устройства применяются в патентах 2058250 [80] и 2262551 [87].
Очень важным для качества изделий из ПКМ является не только нагревания в процессе полимеризации, но и характер охлаждения изделия. При охлаждении изделий возникают остаточные напряжения, приводящие в последствии к короблению изделия и, как следствия, и появлению трещин и разрушению изделия, т.е. приводит к снижению прочности и надежности изделия.
В работе [38] предлагается способ управления процессом прессования изделий из полимерного материала осуществляемый по стандартной технологии, в соответствии с которой набирают пакет из препрега и укладывают в пресс-форму. Пластина электрода позволяет с помощью электронного моста измерять емкость материала отверждаемого изделия в процессе прессования. Пресс-форма помещается в автоклав , затем создаются давление и температура. Изменение температуры осуществляется согласно программе с помощью увеличение температуры со скоростью 1-3 С/мин до температуры отверждения 170±5С. При температуре отверждения изделие выдерживают в течение 4 - 5 ч, при этом через каждые 10 мин проводится замер емкости с помощью индикатора замера емкости. Используя значения емкости, с помощью ЭВМ определяют величину диэлектрической проницаемости. Полученные значения диэлектрической проницаемости сравниваются с эталонными, представленные корреляционной зависимостью диэлектрической проницаемости и прочности полимерного композитного материала от времени отверждения. После отверждения значение диэлектрической проницаемости практически не меняется, прочность материала остается на постоянном уровне, что объясняется получением окончательной сшивки молекул.
Аналитическая математическая модель ТП полимеризации
Математическое описание ОУ можно получить аналитически на основе законов, описывающих физические явления, происходящие в ОУ или экспериментально. Возможными методами идентификации ТП полимеризации являются решение дифференциальных уравнений описывающих явления темпообмена и мас-сообмена в процессе полимеризации, параметрическая идентификация по экспериментальным диаграммам изменения температуры и давления снятым в ходе ТП полимеризации, решение разностных уравнений и т. д. Аналитически описать процессы» протекающие в ходе полимеризации лонжерона сложно, так как необходимо учитывать теплообмен в прессуемом изделии, движение фронта полимеризации, протекающее в многослойной структуре, изменение природы вещества в процессе полимеризации, а значит и изменение теплофизических показателей в ходе процесса, что ведет к изменению протекания процессом тепломассообмена. Следует отметить, что составление дифференциальных уравнений описывающих ТП полимеризации является не простой задачей. Полученные уравнения должны быть решены относительно выходных величин.
Модели, создаваемые для целей управления, могут не отражать внутренних механизмов явлений, что совершенно необходимо для познавательной модели. Им достаточно лишь контролировать наличие формальной связи между входом и выходом [4,10,12,17,24,27, 29,30, 39,41,58, 60, 67,91,108].
Как отмечают авторы работ [69, 76], обычное заблуждение состоит в том, что процесс можно исчерпывающе описать только одной моделью. Поэтому часто па практике применяют комбинированные метод на основе аналитических моделей для глубокого проникновения в суть моделируемого процесса и в виде передаточных функций для определения функции преобразования входной информации в выходную.
Как правило, при аналитическом описании процесса полимеризации рассматривают как движение границы полимеризации, которая является межфазным слоем. Задачи продвижения межфазного слоя представлены в работах [3, 7, 65, 75, 96,117,126].
Аналитическое описание процессов полимеризации многослойных изделий из ПКМ представлено в работах [47, 75? 117]. В работе [47] процесс полимеризации описай па основе механизма молекулярных превращений.
Математическая модель прессования в работах [3, 7, 14, 27, 62, 75,129] разработана на основе численной методики решения уравнений описывающих физические процессы горячего прессования композитов.
Математические модели прессования [27, 129] разработаны на основе численной методики решения уравнений физических процессов горячего прессования композитов на основе дерева. Такие решения хорошо согласуются с экспериментальными данными, В расчетах, при этом, используются приведенные средние значения коэффициента теплопроводности.
В работе [75] представлена модель межфазного слоя, включающая аналитический и численный подходы и позволяющая рассчитывать свойства анизотропных композитов и моделировать процессы на границе раздела фаз. Данный подход открывает возможность исследования межфазного слоя с использованием методов фрактальной физики.
Представленная математическая модель предоставляет возможности компьютерного определения макроскопических свойств анизотропных композитов с неоднородными межфазными слоями. Модель включает в себя точное аналитическое решение задачи об определении упругих констант элемента структуры "цилиндр + слой", что существенно упрощает учет межфазного слоя при численном моделировании элементарной ячейки композита и компьютерном расчете его свойств. Используя этот подход, имеется возможность также моделировать и свойства дисперсно-наполненных полимеров. В качестве объекта исследования выбраны однонаправленные волокнистые композиты на основе углеродных и стеклянных волокон и эпоксиполимера.
Модель получена в предположении, что каждый слой модели является изотропным и его упругие свойства и объемное содержание известны. Цилиндр, состоящий из нескольких слоев, эквивалентен однородному цилиндру, обладающему свойствами цилиндрической ортотропии и имеющему девять независимых упругих констант, которые и были определены с помощью полученного аналитического решения задачи теории упругости для рассматриваемой модели.
Разработанный в работе [3] подход к решению краевых задач в неограниченной области использует квазиравномерные сетки, позволяющие решать такие задачи, ставя граничное условие на бесконечность. Разработаные разностные схемы обеспечивают аппроксимацию при наличии бесконечных интервалов сетки. Предложенный подход опробован на задаче теплопроводности в полубесконечной области и применен для вычисления спектров линейных дифференциальных операторов.
Работа [14] посвящена математическому моделированию объемного отверждения мало-сжимаемого высоконаполнентюго композита в упругой оболочечнои пресс-форме. На основе метода конечных элементов разработан устойчивый численный алгоритм решения задачи. Проведены численные исследования напряженно-деформированного состояния системы в процессе отверждения. Исследована эволюция напряжений в сингулярных точках области.
Приведенные математические модели являются имитационными и используются для исследования процессов полимеризации. Сложность моделей не позволяет использовать их для целей управления.
Построение концептуальной модели процесса полимеризации и ее формализация
В данной главе решается третья задача исследования - разработка алгоритма управления ТП полимеризации. Закон (алгоритм) управления, реализуемые в САУ должны обеспечивать устойчивость и качество процесса управления. Сложность алгоритмов управления зависит от сложности ОУ и системы управления, [6, 9, 11, 12,17, 20,55, 62, 68, 74, 84, 102, 105, 116, 127]. Сложные алгоритмы чрезвычайно разнообразны и включают, как сложные комбинации простых алгоритмов (многомерные, многосвязные) так и специфические алгоритмы типа нечетких алгоритмов, алгоритмов с четкими и нечеткими данными с использованием баз данных, баз правил, баз знаний, способных к обучению и самообучению (на основе например, искусственных нейронных сетей), генетических алгоритмов, и в общем случае, интеллектуальных алгоритмов. В сложных случаях используются, в частности, базы алгоритмов [13, 38, 39], Процедура структуры алгоритма управления зависит также способа описания объекта управления.
Целью математического моделирования ТП процесса полимеризации является прогноз его поведения во времени при заданных воздействиях, а также отражение связи между входными и выходными параметрами ТП полимеризации. Это необходимо для адекватного управления и выработки стратегии управления, реализуемой с помощью некоторого регулятора.
В результате анализа задачи моделирования ТП полимеризации выявлен критерий оценки эффективности процесса, который заключается в минимизации отклонений температуры, скорости изменения температуры в пресс-форме, и давления в пресс-камере от технологических требований к этим параметрам. Эндогенными переменными ТП полимеризации являются температура пресс-формы и давление в пресс-камере. Экзогенными переменными - температура окружающей среды, влажность в помещении цеха, скорость движения воздуха, теплофизические параметры, изготавливаемого изделия (коэффициенты темпо-емкости, теплопередачи, теплоотдачи).
На технологический процесс полимеризации оказывают влияние внешние возмущения - внешняя среда и прежде всего такие ее параметры как температура воздуха, скорость движения воздуха, влажность. Параметры внешней среды скорость движения воздуха и влажность должны соответствовать определенным требованиям, которые достигаются созданием микроклимата. Несмотря на то, что внешняя среда изменяется стахостически и ее влияние должно учитываться при управлении процессом полимеризации.
Внутренними возмущениями являются явления саморазогрева, образование пузырьков при испарении летучих паров связующего в результате частичного разложения связующего. Внутренние возмущения имеют также стахости-ческий характер. Входными управляющими воздействиями, обеспечивающие желаемое поведения ТП полимеризации являются, прежде всего, тепловой поток, передаваемый нагревательными элементами пресс-форме, его однородность, градиент температуры во времени и сила давления в пресс-камере, необходимая для формообразования и создания механических и физических свойств материала. Выходными управляемыми воздействиями (измерениями) являются температура в пресс-форме, на основании которой определяется градиент температуры во времени, а также величина удельного давления в технологическом мешке (в пресс-камере). При автоматическом управлении, изменение управляющих воздействий задаются управляющим устройством, реализующем некоторый алгоритм управления. Зная, входные и выходные параметры ОУ можно представить его как элемент автоматики, такое представление ОУ представлено схематично на рисунке 3.1 [2,72,108]. В соответствии с результатами главы 2 процесс полимеризации является нестационарным линейным объектом, САУ процессом полимеризации лонжерона должна быть адаптивной [13, 37, 50,70,94,100,107,119]. Принцип обратной связи (ОС) позволяет осуществлять управление ТП в условиях неполной информации о нем, СУ (система управления), основанная на принципе ОС, реагирует только на отклонение фактического выходного параметра процесса от опорного, вне зависимости от причины отклонения -ошибки e(t). Так как ТП полимеризации лонжерона является сложным с большим количеством входных параметров и нелинейными внутренними возмущениями, то СУ должна основываться на принципе ОС. Ошибка e(t) можно возникнуть по двум причинам: - изменения опорного (задающего) сигнала U0(t), которое является известным возмущением, поэтому его можно компенсировать регулятором - это так называемое упреждающее управление [29,31,67, 76]; - изменения нагрузки или другое возмущение в системе, вызывающее изменение выходного сигнала. В тоже время существуют ограничения управления с помощью ОС. ОС не вносит коррективы до тех пор, пока не обнаружено отклонение выходного параметра, то есть теоретически невозможно получить управление, на которое не влияет изменение характеристик ТП, это утверждение свойственно для всех СУ, так как сигнал с входа СУ доходит до выхода за некоторое время. Даже если возмущения известны, ОС не может их компенсировать, В системах с большими постоянными времени или большим запаздыванием ( время запаздывания для ТП полимеризации составляет 129 сек, это достаточно высокое запаздывание) обратная связь неудовлетворительна. Если, точное значение выходной величины нельзя измерить, то ОС использовать невозможно.
Согласно основных принципов разработки структур управления [69, 76, 118], любой реальный регулятор должен сочетать в себе все три принципа управления управление по задающему воздействию и возмущению обеспечивают быструю коррекцию ошибок выходного параметра ТП, а ОС обеспечивает более медленное изменение выхода процесса. Главное преимущество ОС в том что она компенсирует неточности модели процесса погрешности измерения и ошибки выходной величины, связанные с неучтенными возмущениями. Эти преимущества особенно ценны в связи с тем, что в процессе полимеризации изменяется физическая и химическая структура вещества, происходит саморазогрев вещества, все эти возмущения невозможно измерить в ходе полимеризации и определить аналитически. Следует отметить, что модель получена на основании измерения датчиками и регистрирующими устройствами с большой погрешностью измерений-до 0,5 %.
Расчетные формулы для контура температуры
В соответствии с алгоритмами управления на основе разностных уравнений» описывающих процесс полимеризации, составлены моделирующие программы. 2. Результаты работы программ позволяют сделать вывод об эффективности со ставленного алгоритма. При использовании разработанного на основе Разностных уравнений алгоритма по контуру температуры снизилось максимальное отклонение температуры от требований по технологии до 1,35 градусов, максимальную скорость нагрева до 2,74 С, 3. При использовании разработанного на основе разностных уравнений алгоритма по давлению снизилось максимальное отклонение давления от требований по технологии до 0,2505 кгс/см2, среднее отклонение давления до 0,039 кгс/см2 4. Программы, моделирующие алгоритмы управления, могут использоваться для управления процессом полимеризации при использовании вычислительного управляющего устройства» Для этого необходимо заменить в программе операторы, моделирующие объект управления на операторы опроса датчиков. А операторы вывода на экран величины управляющего воздействия для исполнительной системы на операторы выводы управляющих воздействий на исполнительное устройство, 5. Разработана структура базы данных для хранения информации о ходе про цесса. Содержимое базы данных необходимо использовать для заполнения паспорта изделия и статистической обработки информации. 1, В работе получено новое решение актуальной научной задачи - автома тизирован процесс полимеризации лонжерона лопасти с внутренними реб рами жесткости. 2. Установлено» что решение задачи актуально для предприятий занятых произ водством лопастей вертолета из стеклопластика и в частности Кумертауско го авиационного производственного предприятия. 3, Разработаны математические модели процесса полимеризации лонжерона лопасти, являющиеся основой алгоритмов управления. Произведена проверка соответствия математических моделей экспериментальным данным, 4, На основе математического описания процесса полимеризации в разностных уравнениях разработаны алгоритмы управления по контурам температуры и основным контуром давления. 5. Разработан .способ и устройство для стабилизации разности давления в пресс-камерах, используемых дл формирования ребер жесткости лонжерона. 6. разработана программа моделирующая полученные алгоритмы управления, позволяющая оценить их эффективность.
