Введение к работе
-3-
Актуальность работы. До настоящего времени недостаточно полно исследованы процессы и узлы формирования, транспортирования и наматывания волокнистых материалов на рогульчатых ровничных машинах (РМ), на кольцевых прядильных и крутильных машинах, на прядильных машинах (ПМ) для производства текстильных нитей и нитей из химических волокон. Не выявлено в достаточной мере влияние физико-механических свойств перерабатываемых волокон на процесс формирования и показатели качества получаемых продуктов переработки. Недостаточно изучены динамические свойства основных звеньев электромеханических систем (ЭМС) перечисленных машин, не разработаны научно обоснованные критерии и методы оптимизации скоростных режимов рабочих органов узлов и механизмов. Не сформулированы в полном объеме требования к электроприводу (ЭП) рабочих органов указанных машин, не выявлена их оптимальная струк-тура, не разработаны устройства, с помощью которых можно осуществлять оптимизацию управления скоростными режимами узлов и зон формирования и наматывания волокнистых материалов, не рассмотрены в достаточной степени ресурсосберегающие режимы.
Исследование перечисленных вопросов вызывает необходимость решения задачи анализа и оптимизации ресурсосберегающих режимов работы управляемого энергоемкого текстильного оборудования.
Тематика работы соответствует планам научно-исследовательских работ кафедры автоматики и промышленной электроники МГТА им.А.Н. Косыгина. Работа проводилась в соответствии с Постановлением Совета Министров РФ "Об улучшении использования сырьевых, топливно-энергетических и других материальных ресурсов в период до 2005 г.".
Цепь и задачи работы. Целью диссертации является разработка методики решения общей задачи оптимизации управляемых электротехнических комплексов текстильного оборудования с учетом рациональных скоростных режимов, экономичности и быстродействия.
В исследуемой задаче статической оптимизации скоростных режимов управления ЭМС различают две существенно отличные постановки. Первая из них относится к задаче стабилизации скоростных режимов, в которой исследуется поведение технологического объекта в установившемся режиме. Вторая относится к процессам управления, в которых рабочий механизм переводится из одного режима в другой, при условии достижения максимума (минимума) заданного критерия качества.
Решение задачи динамической оптимизации ставит своей целью определение оптимальных законов управления скоростными режимами рабочих органов машин прядильного производства при изменении во времени технологических параметров, определяющих основные показатели качества вырабатываемой продукции. Такая задача возникает при выборе рациональных законов управления скоростными режимами крутильно-мотального механизма (КММ) РМ при изменении радиуса наматывания паковок во время наработки слоя, а также при пуске и торможении машины.
Поставленная задача статической оптимизации сведена к анализу режима и выбору его оптимальных параметров, задача динамической оптимизации ставила своей целью нахождение закона управления в функции времени, изменения технологических и энергетических параметров или координат управляемой системы.
Поставленная цель включает в себя решение следующих задач:
-
Постановку и решение задач статической оптимизации скоростных режимов работы текстильных машин при использовании энергетических критериев оптимизации и при наличии жестких ограничений на использование энергетических ресурсов.
-
Разработку математических моделей, описывающих режимы работы технологического оборудования с учетом его энергетических и технологических характеристик.
-
Установление численных и функциональных зависимостей между технологическими и энергетическими показателями.
-
Функциональное построение и анализ динамики однодвигате-льного ЭП РМ с механическим дифференциалом и коноидным вариатором скорости при управлении специальными режимами от микропроцессорного регулятора напряжения.
-
Анализ и синтез разработанного децентрализованного электротехнического комплекса РМ с цифро-аналоговой системой управления скоростными режимами.
-
Моделирование и исследование процессов намотки волокнистых материалов при различных алгоритмах управления приемным валом КММ.
7. Разработку технических решений по использованию микропро
цессорных средств для управления скоростными режимами транспор
тирования, формирования и наматывания волокнистых материалов.
На зашиту выносятся:
1. Методы выбора и расчета рациональных скоростных режимов
-5-энергоемкого текстильного оборудования и оптимальных алгоритмов его управления.
-
Математические модели управляемых электротехнических комплексов, реализующих связанное регулирование энергетических и технологических параметров.
-
Структурная и функциональная схемы автоматизированного электротехнического комплекса РМ с цифро-аналоговой системой управления скоростными режимами.
-
Алгоритмы управления скоростными режимами РМ.
-
Технические решения на базе многофункционального микропроцессорного регулятора напряжения и комплектных тиристорных ЭП постоянного и переменного тока, реализующих оптимальные режимы управления.
-
Результаты моделирования и экспериментов.
Методика проведения исследований. Работа содержит теоретические и экспериментальные исследования, проведенные современными математическими и инструментальными методами. Теоретические исследования основывались на современных методах теории автоматического управления, теории автоматизированного ЭП. При построении математических моделей процессов применялись методы экспериментальной идентификации технологических параметров с использованием аппроксимирующих уравнений.
Моделирование и обработка данных исследований, расчеты при анализе и синтезе систем управления проводились с использованием ПЭВМ по разработанным автором программам и физической модели системы.
Научная новизна работы состоит в разработке новой двухдвига-тельной структуры ЭМС "управления с КММ, реализующей связанное регулирование технологических параметров наматывания на базе микропроцессорной техники и комплектных ЭП постоянного и переменного тока. Предложена методика оптимизации основных технологических параметров энергоемкого оборудования.
Новизна предложенных принципов построения управляемых электротехнических комплексов с КММ подтверждена свидетельством на полезную модель.
Достоверность результатов работы подтверждается удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных исследований методом физического и математического моделирования, а также результатами производственных испытаний систем управления процессом наматывания волокнистых материалов в условиях производства фирмы "Купавна". Научные решения диссертации обоснованы и ар-
гументированы в рамках принятых допущений с математической точки зрения и практической эксплуатации электротехнических комплексов.
Практическая ценность работы. Предложенные методы анализа и расчета оптимальных энергетических и технологических режимов, реализуемых энергосберегающими комплектными ЭП постоянного и переменного тока и многофункциональным микропроцессорным регулятором напряжения обеспечивают эффективность технологического оборудования.
Реализация оптимальных режимов работы оборудования позволит осуществить повышение производительности, улучшение качественных показателей продуктов прядения, рациональное использование, нормирование и экономию энергоресурсов в процессе ее потребления энергоемким технологическим оборудованием.
Результаты работы использованы в учебном процессе и при подготовке учебных и методических пособий для студентов.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийских научно-технических конференциях (1997 - МГТА, 1997 - МЭИ, 1997 - Иваново), Международной научно-технической конференции (1998 - Иваново), на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава МГТА им. А.Н.Косыгина.
Результаты работы отмечены дипломом Государственного комитета РФ по высшему образованию по итогам открытого конкурса 1995 года на лучшую научную студенческую работу, дипломом и медалью Всероссийского конкурса молодых ученых в 1996 году.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, получено свидетельство' на полезную модель.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 149 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы из 85 наименований, 3 таблиц, 32 иллюстраций, 4 приложений.
