Введение к работе
Актуальность работы. Создание принципиально новых технологий текстильного производства, курс на всемерную их автоматизацию является генеральной линией современного научно-технического прогресса. Принципиальное значение в осуществлении эффективной работы оборудования имеют электротехнические системы, определяющие режимы его работы, качество вырабатываемой продукции и состоящие из групп электроприводов и электрических исполнительных механизмов, средств технологического контроля
и защиты. Совершенствование принципов построения таких систе; оптимизация законов управления и регулирования является одни; из важнейших факторов повышения технического уровня автомати зированного оборудования.
Основная часть работы выполнялась в соответствии с прог раммой 0.16,09, подпрограмма 0.3.21, утвержденной Постановл нием ГКНТ СССР, АН СССР и МинВУЗа СССР от 29.10.80г.; Госуда ственной программой ГКНТ СССР № 16-204 от 18.09.84г.; отрасл выми программами в рамках МНТК "Текстиль".
Цель работы. Разработка эффективных методов автоматичес управления электротехническими системами подачи и переработк текстильных материалов, а также способов их реализации, обес: чивающих повышение производительности и заданное качество выпускаемой продукции.
. Объект исследований. Семейство автоматически управляемы электротехнических систем- технологического оборудования текстильной и легкой промышленности, включая средства получе информации о технологических параметрах:
мотальной машины для углеродных нитей ( М-200 ); ,»
агрегатов формирования холстовых волокнистых материалов ( типа АФІШ-І800, АТУ-І800 );
секционированного бункерного питателя чесальных машин;
участка "дискретизатор - циклотрон" автоматизированной одн переходной системы прядения- "кипа-пряжа".
Методы исследований. При. решении поставленных задач использовались методы системного анализа, теории опгимальног управления, математического и имитационного моделирования, синтеза систем.
Экспериментальные исследования макетных и опытных образ цов электротехнических систем управления проводились Б соотв ствии с типовыми методиками, разработанными при участии авто в- лабораторных и производственных условиях.
Научная новизна. Разработана универсальная ма'тематическ модель системы управления технологическим1 оборудованием с разветвленными материальными потоками, на базе которой решен
задача квазиоптимального управления электротехническими системами данного вида оборудования. Впервые предложена математическая модель участка волокнистого потока как объекта управления по расходу с учетом скоростных режимов материальных частиц потока. Определена рациональная структура системы управления секционированным бункерным питателем с многодвигательным электроприводом и средствами технологического контроля. Разработаны новые электротехнические средства контроля технологических параметров и управления процессами формирования холсговых волокнистых материалов, потоков волокон и намотки нитей. Новизна технических решений защищена авторскими свидетельствами СССР. Решены задачи импульсного управления процессом формирования холстовых материалов и намотки нитей. Разработаны инженерные методики расчета качества управления электротехническими системами на базе использования аналоговых и цифровых вычислительных машин.
Достоверность научных положений и выводов работы подтверждается совпадением результатов теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и производственных условиях, имитационным моделированием на ЭВМ и корректным использованием методов математического аппарата.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
-
Научные результаты работы позволяют реализовать кзазиопти-мальное управление электротехническими системами оборудования с разветвленными потоками волокон, обеспечивая высокие технико-экономические показатели.
-
Разработанная универсальная математическая модель может быть использована для анализа семейства электротехнических систем управления технологическим оборудованием, обеспечивающим подачу и переработку волокнистых потоков при формировании холстовых волокнистых материалов, лент, ровниц, намотки нитей.
-
Разработанный квази-оптимальный алгоритм управления системами с запаздыванием и инерционностью дает возможность улучшить качество регулирования по сравнению с существующими.
- б -
4. Результаты работы были реализованы при испытании опытных электротехнических систем технологического оборудования в лабораторных и производственных условиях:
на секционированном бункерном питателе ( ВНИИЛТЕКмаш );
на агрегатах АФПИ-І800, АТУ-І800 в производстве нетканых материалов ( г.Луцк, з-д СК );
на мотальной машине М200 ( ВНИИЛТЕКмаш );
на однопроцессной линии прядения АОСП ( ЦНИХБИ, МНТК "Текс тиль" ).
Разработанные технические средства автоматизации и алгоритмы управления электротехническими системами нашли практическое применение в текстильной и легкой промышленности при проведении испытаний опытного оборудования.
Публикации и апробация работы. Материалы работы предста лены: в 10 статьях; 9-ти учебных пособиях, в том. числе одном учебнике и одной монографии; в тезисах II научных докладов на Всесоюзных, Городских,'Межвузовских конференциях; 3-х авторских свидетельствах СССР на изобретения. '
По материалам работы сделано более 20 докладов на научны конференциях ВУЗов текстильного профиля страны и в базовых НИИ текстильной и легкой промышленности.
В текстильной и легкой промышленности при формировании длинномерных волокнистых материалов - холстов, лент, ровниц и нитей выполняются следующие основные технологические операции транспортирование, утонение, деление, сгущение и намотка. Производительность, качество вырабатываемых полуфабрикатов определяются скоростными режимами работы оборудования, плотнс тью, натяжением, вытяжкой, утонением, расходом волокнистых материалов.
Заданные параметры технологического процесса обеспечивак электротехническими системами, состоящими из групп электропри дов, электрических исполнительных механизмов, средств автомат ческого и дистанционного управления, технологического контрох и защиты.
кого оборудования, реализующего процессы с разветвленными потоками волокон, проведение исследований статических и динамических характеристик.
-
Разработка алгоритмов квазиоптимального управления электр( технической системой.
-
Разработка и исследование электротехнических средств управления и контроля.
На основе анализа группы технологических процессов пода' И'переработки волокнистых материалов, связанных с делением и стабилизацией параметров материальных потоков, автором разра( тана [8] обобщенная структурная схема управления электротехш ческими системами, входящими в состав технологического обору; вания (рис.!). Здесь\А/эп1 Ср) характеризуют динамичс кие свойства группы взаимосвязанных электроприводов,
VJAj,(b)- датчики контроля скоростных параметров,
WxtCAp)" Датчики технологического контроля расхода вс
V/oum(pY" хаРактеРизУют динамические свойства участков волокнистого потока,
WeCp)- характеризуют возврат и накопление части волокнистого потока,
\д]_ед(р\- устройство деления общего потока на несколы параллельных. Информация с датчиков обрабатывается управляющей микропроцесс кой системой (МПС), которая вырабатывает и подает управляющие воздействия на исполнительные электроприводы.
Учитывая, что W3nJ, (p)>WaL(p)>W?iTt, Ср) для серий! выпускаемых электротехнических устройств изучены в достаточнс степени, основное внимание было уделено С 3,5,8,15-5-18 ] исслс ванию динамических свойств участков волокнистого потока для различных технологических процессов, новых средств технологического контроля и отдельных исполнительных устройств, разрас тайных при участии автора, а также исследованию всей системы, приведенной на рис.ї.
РисН
-ІО-
На основании уравнения материального баланса и зксперимеї тальных исследований автором получены динамические модели участков волокнистого потока для разных типов процессов подачі и переработки волокнистых текстильных материалов {[3,0,15 ], а также разработана обобщенная динамическая модель участка волокнистого потока С8]: _ ^
^оЫ= г- ^———;> (і)
V. имечке - Cmuh) р + ^
гдеПТ сг - соответственно минимальная и т
VMUH 5 " Макс
мальная скорости волокон на уч< потока волокон
С целью упрощения анализа данной многоконтурной системы управления ( рис.1 ) она была представлена в виде совокупное^ контуров идентичной структуры ( рис.2 ) для случая пренебрекеї взаимным влиянием (формирование лент, ровниц, нитей) параллелі ных потоков на участке после деления общего потока. Получено условие инвариантности системы, изображенной на рис.2, в случг описания динамических свойств контура непрерывными'функциями. Передаточная функция замкнутого контура системы автоматически управления имеет вид:
1 . bWKCp)W3l,Cp)WM(p) -t- WoiCWWKCp)VJ«Cp)
Из уравнения(2)следует, что при выполнении условия кошіеі сации запаздывания и инерционности объектов управления, с учет возможной программной реализации модели объекта WM Ср) модели компенсатора W« Ср) »
WMCp)-W03 СР), (3 )
W^Cp)= l/WobC^WsnCp), ( ч )
где W р, Сь) - модель технологической части объекта
без учета запаздывания,
получим:
. , , г- - Р СМИИ ~1
^^^)-W0iCp)^-e J, (5)
С[«>
r і >
v ,'
Woolpj Wolk(p)
Yi
W0$
Q
Ємос
Cohbt
Кщ
w.
ДТ(Р)
Puc.2
*--t,
Рис.5
;5и
WolCpj
qia.
РисЛ
Wj;lp)
;Qj.
W.itpJ
т.е. выражение (5) характеризует выполнение условий устойчивой работы замкнутого контура ( рис.2 ).
Представляет практический интерес сравнение динамических характеристик замкнутого контура ( рис.2 ) с компенсацией запаздывания и инерционности объекта управления с широко используемыми на практике оптимальными системами подобного типа без компенсации или компенсацией только одного запаздывания ( с регу лятороц Смита ). Результаты имитационного моделирования переходного процесса в указанных типах систем показывают, что разработанная автором система управления обладает лучшим качеством динамических процессов при быстрых изменениях параметров объекта управления. На рис.3 приведены динамические характеристики систе управления, вычисленные для одного и того же объекта управления ( график Ї соответствует динамической системе при отсутствии компенсации, кривая 2 - той же системе с компенсацией запаздывания, кривая 3 - предложенной автором системе).
Б тех случаях, когда учет взаимного влияния параллельных потоков волокон обязателен (например, при выравнивании холстовых волокнистых материалов по ширине) участок АБ ( рис.!-) должен быть заменен контуром, показанным на рис.4. В этом случае систем управления превращается в многосвязную. В частном случае системы управления секционированным бункерным питателем чесальных машин CI53, математическое описание, учитывающее взаимодействие параллельных потоков волокон, имеет вид:
^гД-Ь)=Кс^Цл-Ь) -h^? Vjl(.V)4-KuU,i(-b);
Vi\;[t) = -±iiiW + UiLb)\Cii /т\
HUt) = Hn;.(-fc)-Hoct,(-t);
n r c- vi / , П Кос
. - ІЗ -
ї**-
1^.^,2.,...,^
о Liy .,'- плотность волокнистой массы, определяемой изменением уровня волокна в Н] - секции бункера, Qj, (Л) - подача волокна в секцию, 3.р1 (-Ь) - расход Еолокна из секции, \ГТр'- скорость транспортирования волокна,
W ; - \у Є^Р 1~ А )
. i_ exp ^- ) КСЇ - коэффициент
І"'* передачи j
'^M'V--->N ( М _ число секций ).
Но рис.5 приведены графики установившихся распределений кассы по ширине формируемого волокнистого слоя Ц5^ (_ I} , гъ") в 12 секционной модели питателя при увеличении подачи в 5-й секции. Кривые соответствуют различному числу пар выпускных валов уъ Показано .(}, что при трехсекционной схеме эффективность авто-выравнивания составила 0,25 по сравнению с 0,18 при работе в режиме общего выпускного вала{. рис. G) -
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ КВАЗИОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ': ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ
На основании проведенного математического анализа различных -цифровых систем управления, имитационного моделирования на ЭВМ, экспериментальных исследований на макетах и опытных образцах автором показано С Ї,4ДІ,І4,16,17 У}щм использовании метода широтно-имлульсной модуляции для преобразования информации, поступающей от средств контроля и передаваемой к устройствам управления электроприводами, имеется возможность повысить эффективность систем управления. Разработанные алгоритмы цифрового управления обеспечивают, как показано в частности на рис.3, достаточно хорошее качество переходных процессов.
И ГЪ
ЧЧк,о<0,г/мг
И ГЪ
Рис.6
Б процессе выполнения диссертационной работы автор принимал непосредственное участие в разработке новых электротехнических средств контроля технологических параметров, разработке методик проведения лабораторных и производственных испытаний этих средств, технической документации на опытные образцы, испытаниях систем управления с устройствами: измерительного преобразователя поверхностной плотности массы CKAH-I800-2 и ширины холстовых волокнистых материалов УКШМ-2, оптоэлектронных полупроводниковых датчиков плотности.потока волокон. Разработаны устройство управления мотальным--механизмом с многодвигательным электроприводом ftlj, электромеханическое устройство для программного регулирования процесса вамотки нитей 9J, электромагнитные программные устройства Гб,7J, система импульсного регулирования заданного соотношения скоростей 2-х электроприводов постоянного тока [1].
Устройства технологического контроля и электроприводы были изготовлены в виде макетов или опытных образцов и испытаны в различных .режимах работы и при изменениях климатических условий. На основе.'статистического анализа полученной информации в результате испытаний были учтены в конструкциях и схемах систем управления погрешности от влияния температуры, влажности и других факторов.' -.,
Для обработки статистической информации, получения статических и динамических характеристик отдельных устройств и систем управления в целом, при исследованиях .широко применялись современные средства измерительной и вычислительной техники, ЭБ.М типа СМ, ЕС, Электроника.
Принципы построения, функционирование основных устройств и электротехнических систем; алгоритмы и расчеты их динамических характеристик и показателей качества регулирования на аналоговых и цифровых вычислительных машинах нашли отражение в учебнике, монографии и учебных пособиях С 194-24 Л для студентов'-'ВУЗов,осуществляющих подготовку специалистов для текстильнрй и легкой промышленности.
