Введение к работе
Актуальность работы. Получение высококачественной пряжи для тканей, трикотажных изделий, швейных ниток и технических изделий для промышленности осуществляется по гребенной системе прядения, где важнейшим является гребнечесальный переход. От режимов гребнечесания зависят условия последующих технологических процессов прядения, экономичность производства пряжи и ее физико-механические свойства.
Увеличение производительности современных гребнечесальных машин тесно связано с повышением их скоростных режимов. Так на гребнечесальных машинах различных фирм «Текстима» (Германия), «Шлюмберже» (Франция), «Сант-Андреа Навара» (Италия) наиболее распространенных на отечественных камвольных предприятиях число циклов в минуту возросло от 150 до 250.
Но наряду с таким важным преимуществом машин последних моделей, как повышение выхода гребенной ленты за счет увеличения числа рабочих циклов, возникает задача - обеспечить протекание процесса гребнечесания с максимальной сохранностью волокон (особенно при чесании тонкой шерсти, где наиболее вероятен разрыв волокон) и поддерживать на требуемом уровне качественные показатели гребенной ленты. Это может быть достигнуто правильным выбором скоростного режима работы машины, зависящего от различных условий и входных параметров процесса.
Важной частью системы управления гребнечесальной машины является ее электропривод, который выполнен на базе трехфазного асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (АКЗ), то есть представляет асинхронный электропривод (АЭП).
Таким образом, в качестве объекта управления предполагается рассмотрение указанного электропривода, при управлении которым требуются наиболее эффективные алгоритмы управления, реализуемые на современной микропроцессорной технике.
Анализ современной технологии гребнечесания и используемого оборудования в гребенной системе прядения шерсти, показал, что для важнейшего на производстве перехода, отсутствуют современные методы прогнозирования и идентификации качественных и количественных характеристик получаемой гребенной ленты, а также компьютерные методы для гибкого управления технологическим процессом.
Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка адаптивной системы -управления процессом формирования гребенной ленты на гребнечесальной машине «Текстима», осуществляющей программное управление и стабилизацию частоты вращения исполнительных органов машины, в зависимости от задающего воздействия. Данная система должна быть реализована на современных микропроцессорных устройствах и силовой элементной базе, и поддерживать частоту вращения на заданном уровне.
4 Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ особенностей технологического процесса чесания
волокон на гребнечесальной машине периодического действия.
2. Провести построение модели исследуемой электромеханической
системы в непрерывные моменты времени, расчет параметров этой модели.
-
Исследовать АКЗ в приводе гребнечесальной машины как объекта управления, построить математическую модель и провести моделирование данного объекта управления.
-
Разработать и исследовать замкнутую систему векторного управления АКЗ гребнечесальной машины.
5. Разработать и исследовать адаптивные алгоритмы управления
скоростными параметрами исполнительных механизмов гребнечесальной
машины при векторном управлении АЭП.
6. Провести моделирование разработанных адаптивных систем
управления для оценки переходных характеристик, выполнить анализ
характеристик.
7. Практическая реализация адаптивной системы управления и системы
управления без адаптирующего контура скоростными параметрами с
использованием современных микропроцессорных программно-технических
комплексов.
На защиту выносятся:
-
Уточненная математическая модель и результаты компьютерного моделирования АКЗ как объекта управления в приводе гребнечесальной машины.
-
Модель замкнутой системы векторного управления и результаты компьютерного моделирования АЭП отделительного механизма гребнечесальной машины как объекта управления.
-
Модель замкнутой системы векторного управления и результаты компьютерного моделирования скоростного процесса рассортировки волокон гребенным барабанчиком гребнечесальной машины.
-
Модель и результаты компьютерного моделирования адаптивного алгоритма управления скоростными параметрами гребенного барабанчика гребнечесальной машины при векторном управлении АЭП.
5. Модель, функциональная структура и результаты компьютерного
моделирования адаптивной нейросетевой системы управления динамическими
режимами работы отделительного механизма гребнечесальной машины с
использование искусственной нейронной сети (ИНС), при векторном
управлении АЭП.
6. Программная реализация алгоритмов управления исполнительными
механизмами гребнечесальной машины, разработанных на базе современных
микропроцессорных программно-технических комплексов.
Методика проведения исследования. В работе использована комплексная методика исследования, сочетающая методы математического моделирования и инструментальные средства. При построении моделей использованы методы
5 теории электрических машин, теории автоматического управления, методы экспериментально-теоретического моделирования, компьютерной обработки информации, а также методы математической статистики и вычислительной математики с применением ЭВМ.
Расчеты параметров моделей, переходных характеристик и моделирование системы автоматического управления проводились в пакете прикладных программ MATLAB и его приложений Simulink, System Identification Toolbox, Fuzzy Logic Toolbox, Optimization Toolbox и Toolbox Neural Network/Fitting Tool.
Реализация алгоритмов системы управления скоростными процессами осуществлена с помощью платформы SPEEDY-33 компании National Instruments, включающая в себя цифровой сигнальный процессор VC33 Texas Instruments и порты сопряжения с объектом, а также программные средства разработки и визуализации для ЭВМ Lab VIEW и N1 Lab VIEW DSP Module. В качестве исполнительного устройства для АКЗ выступал преобразователь частоты фирмы Schneider Electric (Франция).
Научная новизна. В результате выполнения диссертационной работы построены математические модели системы векторного управления исполнительными механизмами АЭП гребнечесальной машины в приложении Simulink и структурные схемы системы управления АЭП. Разработаны системы управления скоростными параметрами гребнечесальной машины с учетом адаптирующего контура регулятора, предложена параллельная архитектура нейронного управления при векторном управлении АЭП.
Проведена нейро-нечеткая идентификация скоростных нестационарных параметров отделительных цилиндров, построена нелинейная модель процесса по гибридной технологии адаптивной нейро-нечеткой системы заключений ANFIS (Adaptive Neuro-Fuzzy Inference System). Выполнен выбор динамического алгоритма обучения, и анализ устойчивости нейросетевой системы управления динамическими режимами работы отделительного механизма в дискретные моменты времени.
Выполнена программная реализация алгоритмов, разработанная на базе современных микропроцессорных программно-технических комплексов.
Достоверность результатов работы. Адекватность полученной модели асинхронного двигателя и системы управления АЭП подтверждена совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований, используя математическое моделирование и макетирование систем управления.
Практическая ценность. Использование разработанных систем автоматического управления электроприводом гребнечесальной машины позволит повысить качество чесания волокон, а также повысить КПД при пуске и повысить срок эксплуатации электропривода.
Разработанные в диссертационной работе методы управления могут найти широкое применение не только в различных отраслях текстильной промышленности, но и на других производствах. Полученные результаты могут быть использованы при создании и совершенствовании систем управления машин переменного тока.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку специалистов на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях, в том числе на конференциях «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности» (ТЕКСТИЛЬ-2009, ТЕКСТИЛЬ-2010), «Современные наукоемкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (ПРОГРЕСС-2010, ПРОГРЕСС-2011), «Инновационность научных исследований в текстильной и легкой промышленности - 2010», «Современные информационные технологии в образовании, науке и промышленности» (2009, 2011), «Системный анализ и семиотическое моделирование» (SASM - 2011), «Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях» (ИАМП-2010), «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде Lab VIEW и технологии National Instruments, 2010».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ, в том числе 3 в журналах ВАК.
