Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные системы управления (в частоти, система сбора и обработки информации, система управления ди~ мичеокими объектами и др.), как правило, строятся на осноеє двс-ной элементной базы, а их исполнительная часть - йа электромехани-ских элементах. Эффективность таких систем е значительной мере оп-деляется качеством элементной базы, которая пополняется все новы-перспективными элементами и устройствами. Современная элементная база систем управления разрабатывается основе результатов ноеых теорий, технических решений, технологий, оектных и конструкторских разработок. В связи с этим развитие эле-нтной базы имеет важное научное и практическое значение.
К элементной базе систем управления предъявляются требования эстоты, надежности, технологичности, быстродействия. Традиционно л требования обеспечивались за счет разработок новых дорогостоя-і элементов и устройств, усложнения конструкции и схем управлания. Цногоустокчшше элементы (12ГЭ), созданию которых положили нача-советские ученые В.П.Сигорский, Л.С.Ситников, Л.Л.Утяков начали меняться в устройствах автоматики, измерительной и вычислитель-1 техники в качестве пересчетных схем, преобразователей частоты, (лого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей, запоминающих 'ройств, функциональных преобразователей и др. Появились принци-ільно новые схемы ЩЭ, основой создания которых послужили работы ..Ракова. Их применение в информационных системах для многознач-'О кодирования привело к существенной экономии оборудования, увергало надежности системы, значительному упрощению устройств ввода ывода информации в случаях, когда основание системы счисления нимались раЕным или кратным десяти. В результате реализации мно-стойчивых элементов, о использованием интегральной технологии.до- . гнуто существенное уменьшение меяэлементных связей.' В этой облас-исследователями издано больпое количество публикаций, в которых ещены вопросы теории, построения, методов анализа и синтеза ЫУЭ стройств на их осноеє, созданы цифровые автоматы с многозначным уктурным алфавитом, обоснован их синтез, в частности, многознач-логика.
Большой вклад в развитие теории и принципам построения много 1ШХ элементов и структур внесли ученые Узбекистана. Начиная.с 3 г. в Узбекистане Епервые были начаты работы в области разработ-
їси фазовых многоустойчивых элементов-параметров (Г.Р.Рахимов, II.Ф. Хасанов, З.И.Лсмаилов и др.) и частотного электропривода (Ы.З.Хаыуд ханов, Т.С.Камалов, Л.А.Хашпшн и да.), а е 1970-75.годах созданы основы информационно-надежностного обеспечения многозначной элемент ной базы (Д.А.Абдуллаев и др.). Возникли мощные управляющие и регулирующие многоустойчивые элементы для целей автоматизированного электропривода и систем управления. Известные элементы такого рода содержат электромеханические элементы (такие, как электродвигатели, шаговые двигателя, шагоиокатели, различные комбинации механических устройств с электрическим приводом) и обладают сложной системой управления и конструкцией, неизменностью количества устойчивых состоя ниЛ и недостаточной наденностко.
К настоящему времени мало изучены и не освещены в литературе управлявде п регулирующие элементы, ыногопозиционкые исполнительные устройства, различные электроприводы дискретного действия, использующие теорию частотно-фазовых многоустойчивых элементов. Отсут стЕуют электромеханические ыногоустойчивые элементы (Э1ШЭ), облада ющие механическими состояниям равновесия в виде угла поворота, пространственного или линейного перемещения, ступенчато изменяющейся скорости вращения и др. Полученные результаты в области анализа и синтеза электронных схем многоустойчивих элементов трудно использовать для развития теории электромеханических многоустойчивых элементов, поскольку они включают в себя нелинейные электромеханические звенья.
Таким образом, в области элементной базы для систем управления существуют следующие насущные проблемы, тревующие своего конкретного решения;
-
Создание принципиально новых элементов, в полной мере отвеча ющих совремеиным требованиям, и применение интегральной технологии для их реализации.
-
Создание электромеханических ЫУЭ, использующих надежные, про веренные практикой электромеханические элементы (двигатели, тахогенератори, йазовращатели и др.) на основе теории частотно-фазовых Ш позволяющие достичь ряда преимуществ по сравнению с известными мно-гопозиционными устройствами.
-
Расширение функциональных возможностей электромеханических МУЗ, увеличение количества устойчивых состояний, быстродействия и точности, достижения экономии оборудования, упрощения системы и т.д
С целью решения перечисленных проблем автором сформулирована, обоснована и предложена идея бызпсного преобразования частоты е нелинейных четырехполюсниках с обратной связью для построения электромеханических частотно-фазовых шогоустоЛчпвых элементов.
Лель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является развитие теорюі частотно-фазовых ШЭ и создание основ и принципов построения, а также способов и технических средств реализации нового класса многоустоП-чивых элементов - электромеханических многоустойчиЕых элементов.
Jijui достижения указаішой цели в диссертационной работе необходимо било решить следующие задачи:
сформулировать и обосновать основные предпосылки эффективного применения преобразования (разових сдеигов при преобразованиях частоты для построения мощных электронных и электромеханических схем многоустойчивых элементов;
разработать классификацию многоустойчивых элементов, позволяющую определить рациональные пути разработки новых схем многоустойчивых элементов;
разработать электронные схемы многоустойчивых элементов для единичного применения;
разработать электромеханические многоустойчшше элементы с фазовым и частотным признаками устойчивых состояний;
исследовать характеристики разработанных схем многоустойчивых элементов;
разработать шогоустойчивые элементы с комбинированным признаком устойчивых состояний;
решить вопросы построения отдельных узлов многоустойчивых олеыентов и разработать новые;
исследовать динамические свойства разработанных ялементов, позволяющих определить их качественные показатели;
разработать и исследовать способы и схемы управления состояниями электромеханических многоустойчивых элементов;
исследовать особенности применения разработанных многоустойчивых элементов и конкретных схем -автоматических устройств;
выполнить экспериментальные исследования с целью установления корректности и достоверности теоретических еьшодов и рекомендаций.
Методы исследования. В диссертационной работе используются аналитические методы, теория и методы расчета нелинейных электрических
цепей и систем, теория автоматического регулирования, методы математического моделирования, теория и расчет преобразователей с распределительными электромагнитными параметрами.
Объектом исследования являются разработанные схемы электронны и электромеханических чаототно-фазовых шогоуотойчивых элементов и автоматические системы на их основе.
Научная новизна заключается в разработке теоретических основ построения частотно-фазовых шогоуотойчивых элементов, используща; базисное преобразование частоты в нелинейных четурехшшэсниках с обратной связью и на этой основе создание электронных и электромеханических схем ЫУЭ, а также различных автоматических систем.
Полученные в работе теоретические и практические результаты в рамках решения поставленной научной проблемы создания элементной базы систем управления, имеют ванное народнохозяйственное значение,
Оригинальность и новизна технических решении, найденных в хода выполнения реферируемой диссертационной работы, подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения.
На защиту выносятся, следующие научные положения и результаты;
-
Обоснование возможности применения базового преобразования частоты для построения электромеханических многоуотойчивых элементов и формулировка общих принципов построения.
-
Результаты разработки схем «УЭ; мощных электронных для единичного применения, электромеханических, преобразующих электрические величины в дискретные углы поворота и ступенчато-изменяощиеоя скорости вращения вала, а также многофункциональных с комбинированный признаком устойчивых состояний.
-
Критерии выбора и разработка отдельных узлов электромеханических многоуотойчивых элементові в том числе и электромеханических
-
Результаты изучения динамических свойств электромеханических шюгоустойчивых элементов, позволяющих определить работоспособность конкретных схем, переходные процессы в них, а такая такие параметры, как быстродействие и точность.
-
Эффективные способы и схемы управления соотояниыи разработанных иногоуотойчивых элементов.
-
Схемы акалого-диокретных преобразователей и автоматических оистем о расширенными функциональными возможностями.
Црактическая ценность. Результаты, полученные автором, позволяла расширить элементную базу систем управления арсеналом новых шогоустоичивых элементов, о помощь» которых решается целый ряд фактических задач, имеющих важное народнохозяйственное значение.
К решенным практическим задачам следует отнести создание; іиотемн управления подвижной частью оптического устройства подаиж-, [ого объекта, привода дискретного действия, регулятора подачи тех-[одогического пара и воды, автоматической системы управления подівшим объектом, системы управления частотного привода технологи-іеоким процессом очистки хлопка-сырца, аналого-диокретного преоб-«зователя, автоматической системы перемешивания концентратов при вготовлений гибридно-модульных интегральных микросхем.
Достоверность научных положений, выводов и практических резудь-атов подтверадена сопоставлением полученных результатов с данны-и аналогичных отечественных и зарубежных разработок, а такие прак-ическим иопользовакием разработанных многоуогойчивых элементов в аде организаций.
Реализация научных результатов» Основные результаты диссертационной работы были использованы в хоздоговорных и госбюджетных аучно-исследовательских работах, выполненных в Ташкентском государственном техническом универсистете имени А.Р.Беруни и йизико-іеханическом институте АН Украины в ІУ70-ІУУЗ гг. и выполнялись в оответствии о темами;
Тема J* 51/4 [А гос. per. 7У0І4493) "Разработка технических редатв и комплексов". *
Тема J* 5Й/3 (й гос. per. 01660137066) "Комплексы общепрошп*-ешшх приборов и средств автоматизации с применением микроэлек-роники, оптоэлектроники и вычислительной техники для систем управ-ения технологическими процессами".
Тема № ІУ6/ІІ {* roe* per. OI9000II479) '"Разработка и иссле-ование высокоэффективных оредств автоматизированных технологичес-их комплекоов производства радиоэлектронных средств".
Результаты реферируемой диссертационной работы нашли практи-еокое применение на следухщих предприятиях;
I. ЦНИРТИ (г. Ыосква) - привод дискретного действия; система управ-ения приводом дискретного дейотвия, дискретная информационная исгема для имитирующего устройства.
: - Ъ -
-
иіІііБ'"а.'ехноприбор"(г. Ташкент) - датчик производительности хлопкоочистительной машины; анализ и обоснование систем управления с прецизионным приводом, применяющимся в современных ГАП.
-
Фязико - механический институт АН Украины - разработка устройства дискретного управления оптической системой.
-
Сергелийское производственное мебельное объединение (г. Ташкент) - автоматический регулятор подачи технологического пара и вода.
о. Ташкентский завод "Зенит" - аналого-цифровые преобразователи; автоматизированная система перемешивания концентратов при изготовлении гибридно-модульных интегральных микросхем.
С. В учебном процеосе ТашГТУ при чтении специальных дисциплин. Материалы, изложенные в монографии "Реализация многозначных структур автоматики", включены в программу кандидатских экзаменов по специальности 05.13.05., утвержденной ВАК в 1977 г..
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: ІУ, У, ІУ Всесоюзных межвузовских конференциях по теории и методам расчета нелинейных электрических цепей и систем (г. Ташкент, І&7Х, ІУ75, 1982) республиканском семинаре Научного Совета АЫ Украины "іуіногозначше элементы и структуры" (г. Львов, ІУ71-1966 гг.), ежегодных научно-технических конференций профессорско-преподавательского состава ТашШЇ, ТашГТ/ имени Абу Райхана Беруни (І970-І9У2 гг.), Объединенном семинаре "Шогозначные элементы и структуры" (г. Ужгород, 1980), республиканской научно-технической конференции молодых ученых (г. Ташкент, 1974, 1978, 1963 гг.), Всесоюзном симпозиуме по теории и расчету преобразователей с распределенными электромагнитными параметрами (г. Ташкент, 1970), Всесоюзной конференции по магнитным элементам автоматики и телемеханики (г. Минск, 1970), Всесоюзном постоянно действующем научно-техническом семинаре "Микроэлектроника и первичные преобразователи информации" (г. Москва, 1985), П-респуб-ликанской научно-технической конференции "Электронные измерительные прибора и системы с комыутацио!шо-модуляционными преобразователями" (г.Львов,1Ь71),Ш Всесоюзной конференции "Наденность дискретных устройств" (г.Ташкент, 1977), Объединенном Научном семинаре кафедр "Основы радиоэлектроники","Конструирование и технология РЭС","Радиотехн: га и радиосистеш" и "Автоматика и управление в технических систе-
.-9-мах (г. Ташкент, ЕЛ2), научных семинарах отдела "многозначные элементы и структуры" ШИ АН УССР (г. Льнов, 1984,ГЛО гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 48 научних работ, из них 17 авторских свидетельств на изобретения и 2 монографии.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Содержание диссертации изложено на 182 страницах машинописного текста, проиллюстрировано 118 рисунками, содержит 9 таблиц. Список литературы включает ІУ6 наименовании. В приложении 6 рисунков.
