Автоматизированные плазмотехнологические комплексы обработки материалов

Ионов, Юрий Григорьевич

Электротехнические комплексы и системы

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Автоматизированные плазмотехнологические комплексы обработки материалов

доктора технических наук: Ионов, Юрий Григорьевич
город: Тверь
год: 1999
специальность ВАК РФ: 05.09.03
цена: 450 рублей

Диссертация по электротехнике на тему «Автоматизированные плазмотехнологические комплексы обработки материалов»

Автореферат диссертации по теме "Автоматизированные плазмотехнологические комплексы обработки материалов"

На правах рукописи

Щ) 9рЖр

Ионов Юрий Григорьевич

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ПЛАЗМОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

(основные вопросы теории и проектирования)

Специальность: 05.09.03 —Электротехнические комплексы и системы,

включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1999

Работа выполнена в Тверском государственном Техническом университете

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор А.С.Васильев

Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор В.В. Башенко

доктор технических наук, профессор В.М.Шестаков

Ведущая организация - Институт сварки России

Защита диссертации состоится «19 » января 2000 г. в^ —часов на заседании диссертационного совета Д 063.36.01 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета "ЛЭТИ" по адресу: 197376, Санкт - Петербург, ул. Проф. Попова,5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " 16 " декабря 1999 г.

Ученый секретарь диссертационного совета С.В.Дзлиев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность и постановка проблемы. К числу современных высокоэффективных технологий относятся электротермические технологии. Особого внимания заслуживает рассматриваемая в диссертации новая (включающая в себя элементы технологий нового поколения) область применения электродуговой низкотемпературной плазмы — обработка материалов и изделий. Чтобы реализовать на практике все приемущества плазменной обработки и тем самым повысить качество продукции и эффективность плазмохимического производства, необходимо решить проблемы повышения надежности и экономической эффективности инструмента технологии - плазмотрона, плазменных установок и, в целом, плазмотехнологических комплексов. За последние года обозначилась общая тенденция их совершенствования за счет автоматизации. Для осуществления технологий нового поколения возникла потребность проектирования работоспособных систем, обеспечивающих управление технологическими процессами и их динамическую оптимизацию в реальном масштабе времени. Но на данном этапе удовлетворить зту потребность практически невозможно. Причина в том, что имеющиеся методы и * средства автоматизации не соответствуют названным задачам. Процесс проектирования средств и автоматизация электродуговых плазмотехнологических комплексов не имеют общих научных основ. Их создание актуально и предполагает следующее: определение особенностей конкретного плазмотехнологического процесса как объекта автоматизации и особенностей плазмотрона как объекта системы автоматического управления; новое применение теории автоматического управления для проектирования средств и оптимизации систем автоматизации комплекса. В этой связи требуется решение задачи создания математических моделей, которые можно было бы использовать в процессе проектирования систем и при управлении технологическими процессами. В то же время актуальной является задача разработки и применения средств автоматизации -способов, алгоритмов, программ и аппаратных средств систем управления, в том числе, датчиков параметров плазмы и исполнительных механизмов систем. Проектирование указанных средств невозможно без использования знаний теории и практики управления электродуговыми плазмотронами и технологическими процессами. Все приведенные выше обстоятельства определяют актуальность и большое практическое значение постановки и решения проблемы, охватывающей основные вопросы теории, разработку средств и автоматизацию электродуговых плазмотехнологических комплексов различного назначения.

г.), по Постановлению ГК по вопросам науки и технологий Украины (№ 12 от 04.05.1992 г.), по Федеральной целевой научно-технической программе ГК РФ по высшему образованию (грант 01.98.000.7280 на 1998-2000 гт.по результатам конкурса от 1997 г.).

Цель работы. Совершенствование технологий обработки материалов электродуговой плазмой и повышение эффективности плазмотехнологических комплексов на основе их автоматизации и оптимального управления режимами работы плазмотронов.

Первоосновой работы является идея управления элекгродуговым плазмотроном (ЭДП) как технологическим аппаратом в режиме динамической оптимизации. Она определила новые задачи в плазмотехнике. В соответствии с целью работы формулируется ее общая научная задача: в теоретическом плане выявление особенностей новых электродуговых плазмотехнологических комплексов как объектов автоматизации, исследование закономерностей газо-, термо- и электродинамических процессов дуговой плазмы в канале плазмотрона и их зависимости от внешних условий работы ЭДП, установление эффектов и определение характеристик, позволяющих выявить особенности плазмотрона как элемента системы электропитания и управления, а также как технологического аппарата; разработка математических моделей ЭДП для использования их как в процессе проектирования систем, так и при управлении процессами; разработка концепции, создание основ теории, проектирование средств и автоматизация плазмотехнологических комплексов; в экспериментальном плане - создание и опытно-промышленная реализация средств автоматизации электродуговых плазмотехолошческих комплексов нанесения покрытий, прямого восстановления железа и производства базальтового волокна в двухплазмотронном реакторе.

Методы исследования. В процессе выполнения работы использовались основные положения общей теории сложных систем и, в том числе, теории автоматического управления, теории подобия и размерностей, имитационного моделирования, проектирования, а также аналитические и численные методы математического анализа.

Научная новизна диссертационной работы в целом заключается в разработке теоретических основ автоматизации управления электродуговыми плазмотронами и плазмотехнологическими комплексами. При этом получены следующие конкретные новые научные результаты:

1.Исследованы и описаны как объекты автоматизации различные плазменные технологии обработки материалов нового поколения: нанесение термостойких покрытий изменяющегося состава и толщины на изделия со сложной геометрической формой обрабатываемого изделия; прямое восстановление железа из железорудных окатышей в шестиплазмотронных металлургических печах шахтного типа; производство базальтового волокна в двухплазмотронном реакторе специальной конструкции. Установлены как общие для всех, так и индивидуальные особенности условий применения плазмотронов.

2.0пределена структура и разработаны алгоритмы функционирования систем автоматизации плазмотехнологических комплексов, определены функции и способы взаимодействия их основных компонентов, а также потоки информации в системах.

3.Получены базовые расчетные соотношения и данные исследований электродугового плазмотрона как преобразователя электрической энергии и энергии потока плазмообразующего газа в энергию технологического высокотемпературного, ионизованного газа. В совокупности с данными исследований плазмотрона как элемента электродуговой системы они использованы для выявления особенностей плазмотрона как объекта автоматизации, выработки и обоснования концепции моделирования электродугового разряда в нем, определения задач применения моделей.

4.Показано, что как объект автоматизации плазмотрон относится к классу нелинейных нестационарных объектов с априорно неопределенным или сложным описанием, которое может быть представлено в рамках основных положений теории систем с распределенными или сосредоточенными параметрами и воздействиями и, в том числе, дифференциальными или алгебраическими уравнениями, а также линеаризованными и, в том числе, интегральными уравнениями, передаточными функциями или электрическими схемами замещения.

5.Проведеяо исследование и численная оценка параметров инерционности электро-, термо- и газодинамических процессов в электродуговой плазме, как признака для разделения процессов на медленные и быстрые, что важно при обосновании используемых моделей и при диагностике динамического состояния объекта.

6.Разработана диаграмма динамического состояния электродуговой системы с плазмотроном, позволяющая по параметрам элементов системы определить характер ее поведения при малых возмущениях.

7.Предаожен критерий динамической устойчивости, частным случаем которого является известный критерий статической устойчивости Кауфмана. Установлены факторы, которые определяют пока непреодолимые проблемы в применении известных методов В,М.Попова, А.ВЛкубовича и А.М.Ляпунова к исследованию устойчивости нелинейных систем "в большом". Показано, что учет нелинейных свойств элементов электродуговой системы и отображение их в модели регулируемой импульсной системы позволяет методами численного моделирования установить условия и механизм развития неустойчивости, пути ее устранения. Рассмотрены как одно-, так и многоплазмотронные системы:

8.Сформулирована и обоснована общая концепция автоматизации апгаратурно-технологических комплексов опирающаяся на : использование основной научной идеи работы - управлять плазмотроном как технологическим аппаратом, т.е. управлять параметрами плазмы, определяющими технологические условия обработки материалов; динамическую оптимизацию режимов плазмотрона при полном использовании априорной и текущей информации об объекте автоматизации; применение систем управления с

оптимальной структурой для поиска вектора оптимальных управляющих воздействий на объект (плазмотрон или плазмотехнологический процесс). При этом используется обоснованный показатель качества управления параметрами плазмы.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Средства автоматизации управления параметрами плазмы как средства плазмотехники, способные в процессе управления осуществить динамическую оптимизацию технологических режимов обработки материалов и, тем самым, позволившие создать работоспособные в опытно- промышленных условиях плазмотехнологические комплексы. К разработанным средствам относятся регуляторы, датчики, исполнительные устройства и в целом системы управления.

2. Совокупность данных, определяющих особенности плазмотехнологических комплексов как объектов автоматизации, а также выявленные задачи автоматизации и пути их решения с использованием разработанных средств, а также средств современной микропроцессорной техники и методов теории автоматического управления.

3. Математические модели плазмотрона, ориентированные на решение задач проектирования средств автоматизации и позволяющие определять его не только как элемент системы электропитания и объект управления, но и как технологический аппарат и инструмент технологий, а также как преобразователь энергии и вещества.

4. Установленный принцип дуальности электродинамических и термодинамических процессов плазмы электродугового разряда в его интегральном описании, позволивший обосновать простой способ определения

1 среднемассовой температуры плазмы путем пересчета измеренного напряжения на дуге плазмотрона и построить датчик температуры для созданных систем управления параметрами плазмы.

5. Методическое обеспечение, совокупность базовых расчетных соотношений, новых алгоритмов и программ исследования динамических свойств электродуговой системы с плазмотроном как во временной, так и в частотной области изменения определяемых характеристик.

6. Данные теоретических и экспериментальных исследований электродуговых и, в том числе, многоплазмотронных систем, отображающие особенности их поведения при отклонении от состояния равновесия, в частности, развитие и срыв колебаний, неустойчивость режимов и позволяющие выявить ограничения на режимы управления плазмотронами технологических комплексов.

7. Основные вопросы теории автоматического управления электродуговыми плазмотронами, научные основы проектирования средств автоматизации комплексов и их применение.

Достоверность результатов и. в том числе, данных вычислительных и физических экспериментов подтверждается в результате их взаимного сопоставления с данными других исследователей. Это касается распределения

температуры и скорости плазмы, вольт-амперных и энергетических характеристик, параметров инерционности процессов, переходных и частотных характеристик плазмотрона и электродуговой системы. Работоспособность созданных средств автоматизации, результаты их использования в опытно-промышленных условиях являются критерием достоверности рекомендаций и научных положений, на которых они основываются.

автором диссертации выполняется фундаментальная НИР (Регистрационный номер 01.98.000.7380, 1998 - 2000 гг., ГК РФ по высшему образованию).

Отдельные научные результаты, полученные в работе, используются в лекционных курсах кафедры "Автоматизация технологических процессов" Тверского государственного технического университета, предназначенных для магистров специальности 210200 ("Автоматизация технологических процессов и производств") и студентов специальности 090500 ("Биотехнические и медицинские аппараты и системы"), а также в исследовательской работе и дипломном проектировании. Результаты были использованы также при разработке программы дисциплины "Переходные процессы в электроплазменных установках" для студентов специальности 0303 (каф. "Электроснабжение промышленных предприятий", Запорожский машиностроительный институт, г. Запорожье).

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях, симпозиумах, совещаниях, семинарах: Всесоюзные конференции по генераторам низкотемпературной плазмы ( V - Новосибирск, 1972 г., VI - Фрунзе, 1974 г., IX -Фрунзе, 1983 г., X - Каунас, 1986 г., XI - Новосибирск, 1989 г.); II Всесоюзное совещание по плазмохимической технологии и аппаратостроению ( Москва, 1977 г.); Всесоюзные симпозиумы по плазмохимии ( Ш - Москва, 1979 г., IV -Днепропетровск, 1984 г.); VI Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы ( Ленинград, 1983 г.); VIII Всесоюзная конференция по электротермии и электротермическому оборудованию ( Чебоксары, 1985 г.); VIII Всесоюзная сессия Научного совета по проблемам "Физика низкотемпературной плазмы" ( Улан-Удэ, 1988 г.); X Всесоюзное совещание "Теория и практика газотермического нанесения покрытий" (Москва,

1985 г.); П Всесоюзное совещание "Гетерогенные плазменные струи" ( Новосибирск, 1985 г.); V Всесоюзное совещание "Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов" (Москва, 1986 г.); Ш Научно-техническая конференция "Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении" ( Челябинск, 1988 г.); Международный семинар "Газотермическое напыление в промышленности СССР и за рубежом - ОТБМ - 91" (Ленинград, 1991 г.); Международная научно-техническая конференция "Напыление и покрытия - 95" ( С.-Петербург, 1995 г.); П Международная научно-техническая конференция "Моделирование и исследование сложных физико-технических систем" ( Москва, 1998 г.); Международные научные конференции "Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах" ( П - Тверь, 1996 г., Ш - Тверь, 1998 г.). Сделаны заказные доклады и сообщения по отдельным разделам диссертации на научных семинарах: в отделении низкотемпературной плазмы ИТФ АН СССР ( Новосибирск, 1984 г.); на секции "Техническая кибернетика" НТС Минвуза УССР ( Киев, 1984 г.); в отделе преобразовательных систем ИТЭФ АН ЭССР (Таллин, 1986 г.); на научной сессии секции приложений низкотемпературной

плазмы "Динамика электрической дуги" Научного совета по проблеме "Физика низкотемпературной плазмы" АН СССР (Москва, 1986 г.); на Международном симпозиуме "Современные технологические процессы и оборудование для газотермического нанесения покрытий" ( Москва, 1989 г.) и на отраслевых конференциях, координационных совещаниях.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 59 печатных ■ работах. Из них 30 статей в научных журналах и сборниках, 1 раздел в книге, 4 авторских свидетельства, 23 тезиса докладов на Всесоюзных и Международных конференциях, симпозиумах и совещаниях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, одного приложения и списка использованной литературы, включающего 304 наименования. Основная часть работы изложена на 268 страницах машинописного текста. Работа содержит 87 рисунков и 10 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обосновывается актуальность. диссертационной работы, ставится цель и формулируются задачи исследований, указаны научная новизна и практическая ценность полученных результатов, а также основные положения, выносимые на защиту.

1. Общая характеристика задач автоматизации электродуговых плазмотехнологических комплексов. Простейшими из них являются плазменные технологические установки. Вопросы теории и проектирования систем автоматизации установок и комплексов и, в том числе, автоматизации управления электродуговым плазмотроном (ЭДП) разработаны крайне недостаточно. Не созданы средства для решения задач оптимизации плазмотехнологических процессов в масштабе реального времени (динамической оптимизации). Поэтому плазменные технологии нового поколения на существующем оборудовании неосуществимы.

1.1. Процессы и аппараты плазмотехнологий. Состояние и перспективы их автоматизации. Рассмотрена типовая структура системы автоматизации установок и контуры управления ЭДП. Выполнены обобщение и систематизация данных с целью выявления тенденций автоматизации плазмотехнологических установок и комплексов, определения концепции автоматизации и задач управления плазмотроном, рассмотрены схемные и конструктивные решения систем автоматизации. Показано, что уровень автоматизации определяется особенностями технологического процесса, имеющимися средствами автоматизации, среди которых системы управления источниками тока и плазмообразующего газа являются основными, а также датчиками технологических параметров, выбор которых крайне ограничен.

1.2. Основные факторы, определяющие особенности применения плазмотронов. Обобщение и систематизация средств генерации плазмы позволили выявить факторы управления параметрами плазмы: конструктивные параметры плазмотрона, разрядный ток, мощность разряда, расход и химический состав газа, частота и (или) амплитуда переменной составляющей тока и (или)

расхода, внешнее по отношению к плазмотрону давление, внешние по отношению к дуге плазмотрона поля (электромагнитное, акустическое и другие). Рассмотрены типы конструкций плазмотронов и схемы воздействий на электрическую дугу.

1.3. Предпосылки создания систем автоматизации процессов в технологических установках с электродуговыми плазмотронами. Система автоматической стабилизации тока генератора плазмы, которая чаще всего используется в плазменных установках, создается на основе ре1улируемого источника тока, например, тиристорного преобразователя. Классическим примером такой системы является управляемая система электропитания с регулятором АРТ-МЭИ. Рассмотрены факторы, определяющие показатели качества системы. Их улучшение в значительной степени определяется тем, какая информация об электрической дуге плазмотрона и об источнике используется на стадии проектирования системы, а, следовательно, их математическими моделями. Приводятся данные по моделям электрической дуги, разработанным в связи с проектированием: электрических аппаратов для дугогашения (модели О. Mayra, A. Cassie, Н. Noske, Г.А. Кукекова, О.Я. Новикова ), установок для дуговой сварки, резки (модели Н.М. Трофимова, В.М. Ремезовского, И.В. Пентегова), установок для использования в металлургии и химии (модели И.Г. Хомского, А.М. Кручинина). Отмечены характерные особенности существующих моделей, сделан вывод об их ограниченных возможностях в плане решения задач управления плазмотроном.

Показано, что модели источников питания плазмотронов, описанные A.M. Кручининым, В.И. Пешехоновым, В. Д. Приваловым, П.И. Тамкиви, Т.Н. Томсоном и другими исследователями, в большой степени соответствуют моделям источников для вентильных приводов, описанных, например, в трудах А.Д. Поздеева, B.C. Руденко, H.H. Богданова, и для электротермических установок, описанных в трудах A.C. Васильева, Ю.И. Блинова, С.В. Дзлиева. В результате этими и другими исследованиями созданы необходимые предпосылки для совершенствования регуляторов тока и систем автоматического управления установками с электродуговыми плазмотронами. Но модели источников питания генераторов плазмы всегда требуют уточнения, а особенно в зависимости от типа используемого источника, его элементной базы. В первую очередь это относится к электрическим комплексам и системам большой мощности при совместной работе преобразователей с ограниченной управляемостью и плазмотронов с высокодинамичной электрической дугой. Для технологий, где необходимы потоки плазмы с контролируемыми и регулируемыми параметрами, определяющими условия протекания технологических процессов, требуются знания об особенностях изменения указанных параметров. В связи с этим возникла необходимость более детального рассмотрения условий работы плазмотрона и дополнительного обоснования новых подходов при автоматизации управления указанным объектом и технологическими процессами в режиме динамической оптимизации.

1.4. Особенности задач автоматизации электродуговых технологических комплексов. Они выявлены при рассмотрении трех разноплановых технологических комплексов, в создании которых автор данной работы принимал непосредственное участие. В линии нанесения термостойких покрытий переменного состава и переменной толщины на изделия со сложной геометрией рабочей поверхности, где плазмотрон как инструмент процесса определяет условия формирования покрытия. Разработана циклограмма, в соответствии с которой необходимо осуществлять управление плазмотроном.

При этом за время Т = - общее время напыления, локальная система

ы ■ ■ ..,

управления переводит плазмотрон из одного динамического состояния в другое, изменяя (или стабилизируя) параметры потока плазмы, его температуру и скорость. Стабилизация режимов осуществляется на некоторых интервалах времени Д^ подсистемами стабилизации тока и расходов газов (число таких интервалов ш < п). Программное изменение режимов, когда изменяется состав газов, расход и состав напыляемого порошка, связано с формированием уставок, которое происходит по жесткому алгоритму (число этих интервалов к, причем к + т = п) с использованием данных о параметрах потока плазмы. Такой режим управления плазмотроном соответствует режиму динамической оптимизации процесса напыления по параметрам плазмотрона, являющегося технологическим аппаратом.

При анализе второго комплекса - шестиплазмотронного металлургического агрегата прямого восстановления установлено: каждый плазмотрон является не только источником теплоносителя и газодинамической энергии, но и источником восстановительного газа за счет конвертирования плазмообразующей газовой смеси, т.е. плазмотрон является конвертором газа; из-за особенностей системы электроснабжения агрегата и параллельной работы плазмотронов (как правило, в различных режимах) невозможно устранить взаимовлияние подсистем друг на друга, что не исключает потерю энергетической устойчивости одного или нескольких плазмотронов; в процессе довосстановления железа требуется интенсифицировать массообмен шихты с расплавом. По известной программе "Астра-4" (Б.Г.Трусов, ЦПС МГТУ, г.Москва) автором диссертации найдено распределение по температуре концентрации компонент восстановительного газа (СО, Н, Н2); установлено наличие явно выраженного максимума суммарной концентрации восстановителя при Т = 4200 К, что соответствует оптимальному режиму работы плазмотрона при определенных условиях технологического регламента. В этом случае также необходимо рассматривать плазмотрон как технологический аппарат и объект управления.

В процессе создания третьего комплекса установлены особенности задач управления генераторами плазмы в двухплазмотронном реакторе производства базальтового волокна. Они обусловлены необходимостью обеспечить синхронный и плавный выход плазмотронов на рабочий режим и стабилизацию

процесса превращения нити в объемное волокно с помощью локальных систем стабилизации и, в том числе, по току и по газу.

1.5. Определение области применения результатов исследований. Задачи диссертационной работы. Показано, что актуальной является задача создания средств обеспечения автоматического контроля и управления плазмотроном как технологическим аппаратом в режиме динамической оптимизации конкретных технологических процессов, что предполагает изменение существующей концепции автоматизации, ориентированной на автоматизацию источников электропитания и газоснабжения плазмотрона. Сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

2. Модели и методы исследования электродугового плазмотрона как системы с распределенными параметрами. Разработано математическое описание генератора плазмы как объекта автоматического управления с распределенными параметрами. Сформулирована, обоснована и решена задача поиска оптимальных управляющих воздействий на электрическую дугу плазмотрона.

2.1. Концепция математического моделирования процессов в плазмотроне. Для объекта управления концепция определена на основе современной теории столба электрической дуги. Выявлен характер подвижной границы га(г) разделения в разрядном канале двух зон - проводящей с электропроводностью а * 0 и непроводящей су=0 ; процессы в плазме как в сплошной среде описаны уравнениями баланса энергии и импульса, а также уравнениями неразрывности и состояния с учетом законов полного тока и полного расхода газа; граничные условия для температуры Т , продольной и2 и поперечной и, составляющих скорости заданы на границах г = 0, г = ге (г), г = г„, г = 0, а для градиентов - на оси канала (г =0) и на стенке (г = гж); начальные условия при I = 10 заданы в форме радиальных распределений. Моделирование ориентировано на решение задач анализа объекта и синтеза управлений им. Определена схема причинно-следственных связей процессов в плазмотроне и модель управляющих воздействий на него.

2.2. Решение краевой задачи теории столба электрической дуги в модели плазмотрона. В процессе численно-аналитического решения балансовых уравнений энергии, импульса и уравнения неразрывности введены: подстановка Кирхгофа; кусочно-линейная аппроксимация с заданной точностью нелинейных термодинамических функций а(Б), Э^), С р (Б), р(Б ), ), ); нормировка

независимых координат гиг; известный закон изменения радиуса катодного пятна ук = описанный в литературе. Решение уравнения энергии задачи выполнено аналитически с использованием методов разделения переменных Фурье, уравнения движения - методом Пикара и уравнения неразрывности -методом Галеркина. В результате редукции исходной системы дифференциальных уравнений получены соответственно для проводящей и

непроводящей зон разряда следующие системы (1) и (3) трансцендентных уравнений:

I -|ф(г)<1г

|<3(г) е 4 да.

Кг.'

~/г"Л /®<г) <11

и^.гД)-

-/-л

1„(г)-е Кг- -е '*• =0 ,

(1)

2 2 - (Зик + ЗК<|>7 +К<руик)^т+(2и]! +2Кф? +Кфуик)^г = 0 К к

где

0*у <у„,а*0,уя(2)=у;^1-е 1 ,

Л 1 *'«0 1 Л*0 - -

(2)

5 (у .яд)- [в (у ,20 д)- 8„]е

Б =0

е 10 =0

I „иг

"ггг

(3)

1 1 где уа <у ст = 0, А,, =2,4048 -первый корень функции Бесселя 10(у). Определены параметры систем и, в том числе, следующие:

*. = ^г.» ти = ~г *, К = >„5Е2-ЪР5 ■ г„, где а(8)= а0, + Ьа, ,Б, 5 Б < ,

Л [1

Р.2

2 /ст.СБ)^ /(^.-в, )2 -(2а01/( - в, )),

(4)

(5)

сДБ) - табличное значение параметра; параметр Ьд8 аппроксимации функции

излучения вычисляется по формуле, аналогичной (5) в тех же границах отрезка [^...в^,]; 8„,ик - тепловой потенциал и скорость на стенке канала; 0(2),Ф^),^*)^ ,фу - собственные функции уравнений.

2.3. Показатель качества и алгоритм поиска управляющих воздействий на электрическую дугу плазмотрона при формировании требуемых распределений температуры и скорости. Задача поиска воздействий (управлений) ставится следующим образом: найти такие компоненты векторов управляющих

воздействий чтобы распределения Т(у,1,0 и иг(у, 1 д), являющиеся

численным решением задачи (1 - 3), удовлетворяли заданному значению показателя качества Пд (1Н), где 1н - момент наблюдения. Показатель обоснован и использован в виде:

('и)-^ол (t)

-Г*

f\ I

dt,

(6)

о ; Р„„., (»„ ) I

где Рпол )«ср(^ )Т(1Н ) - требуемое значение полезной мощности, которая при заданном расходе газа определяется только среднемассовой температурой. Важно, что Пд обладает свойством наблюдаемости и идентифицируемости. При Пд =тт обеспечивается требуемая точность управления среднемассовой температурой плазмы.

Решение задачи анализа начинается с определения распределений параметров Б(у ,2Д)-»Т(у,г,1),иг(у .г^.иДу.гд), через которые можно найти любые характеристики плазмотрона. С определением распределений связано и решение задачи синтеза. Они находятся из численного решения системы (1 - 3) итерационным методом Брауна. Решена задача формирования граничных распределений в сечениях г = т^ и z=l. Примеры полученных распределений скорости и теплового потенциала в непроводящей области даны ниже:

u2(y,z0 ,t0) =

Gi(t„)e -I0(y)

Л "г 1 ~T°~Li

2тчЦ J-у p( S(y ))I0(y ) e kr- ydy

i К

S(y,z0,tg) = (S„

+ s„

(7)

(8)

где I0(yo),Y0(y) - функции Бесселя.

2.4. Распределения теплового потенциала и поперечной скорости в одном частном случае. Обосновано решение задач моделирования объекта, решение задач анализа его динамических характеристик и синтеза управлений в случае, когда3 ду)) д д z. Для плазмотронов линейной схемы (la>8rw), когда протяженность входного участка существенно меньше установившегося, где ус «const, получены распределения S(y,t),uz(y,t),ur(y,t), которые связаны с вектором управляющих воздействий в сечении z = Zq . Например, для поперечной составляющей скорости

u,(y,t0 ) =

к 1 KJY*

/ л 2

1-Х У

J У1

если

У ^ Ус

У >Уо

(9)

г2 Ь

где К = г„ Ь„5 Е, и ^ = е 'л 1п

У а

1 (, )<*•"*.)

(10)

уа - найдено решением задачи обратного интерполирования с использованием соотношения

му.>-(8-;ч8:,),,(Х,)' по

а * ^ 7

знаменатель которого определен с учетом условий теплообмена дуги со стенкой канала.

Для всех рассмотренных выше в п.2.3 - п.2.4 задач, разработанные алгоритмы их решения представлены в виде блок-схем. Даны примеры результатов решения. Работоспособность разработанной модели и алгоритмов проверена сопоставлением данных численного расчета с данными, описанными в литературе по электрическим характеристикам и распределениям температуры (теплового потенциала) и скорости, а также частотных характеристик электродуговой системы.

3. Уравнения, передаточные функции и схемы замещения электродугового плазмотрона как системы с сосредоточенными параметрами. Генератор плазмы рассматривается как объект с сосредоточенными параметрами, а его модель является частным случаем модели, рассмотренной в п.2.2. Установлено, что ЭДП относится к классу нелинейных нестационарных объектов управления с неполностью определенными параметрами. Параметры установившегося состояния находятся из решения нелинейных уравнений, а приращения этих параметров - из решения линеаризованных дифференциальных уравнений. Для расширения области применения модели она представлена в различной форме, в том числе, уравнениями колебаний параметрически возбужденной системы.

3.1. Уравнения и передаточные функции плазмотрона. Получено уравнение, которое описывает изменение среднемассовой температуры Т в канале плазмотрона и, в том числе, его выходного поперечного сечения:

рсгг„(?Т_т^т +и,Л-01 (12)

2а дх " аБк

где С? - мощность потерь за счет излучения, а - коэффициент теплоотдачи от дуги к стенке с температурой Тж, 8К - площадь поверхности канала. Использовано также уравнение электрической цепи с плазмотроном без учета ее малых емкостей:

Ь^1) + Ш(1)+^)1а(1)-иист (О = 0, (13)

где Ь, К - параметры внешней цепи, д - проводимость электрической дуга, 1а -длина дуги. После линеаризации уравнений и совместного их решения получены передаточные функции

\У8(Р) = \УЕ(0) - -рт-°_+-1_ (14), \УЛТ ( р) = (0) • 1 ~ т"~? (15) 8 ргт2 + рт, +1 1 + хт р

где Wg(0),WдГ(0),т0 ,т, ,т2 ,тт ,тц - коэффициенты, зависящие от значений

параметров плазмотрона и внешней цепи. В работе рассматривается также функция дуги как операторного сопротивления. Отличие функции (14) от известных заключается в том, что при определении коэффициентов учтены параметры плазмотрона в соответствии с уравнением (12).

3.2. Электрические схемы замещения и структурные модели плазмотрона. Дня синтеза схем использованы передаточные функции дуги как операторного сопротивления, полученные в данной работе. Даны результаты синтеза. Для случая когда (Эи0/31)>О схема представлена на рис.1, когда (Зиа/51)<0 - на рис.2.

Рис.1 Рис.2

Для тех же условий, определяемых режимом работы плазмотрона, синтезированы схемы замещения плазмотрона как преобразователя энергии. Пример одной из схем дан на рис.3. Синтезированы также структурные схемы на основе операционных усилителей. Одна из таких схем, соответствующая функции (15), представлена на рис.4. Показано, что обобщенные параметры динамических свойств душ, выраженные 11ЬС-параметрами схемы замещения, в определенном установившемся режиме имеют некоторые постоянные значения Ко» Ьо, С0. Они являются функциями г„,1в,10,игю,Т,Т„, 0о,ао,Д1, Да,Д0, хт,Дхт. В другом установившемся режиме они имеют иные значения.Определены области применения электрических схем замещения и структурных схем для решения задач, связанных с управлением плазмотроном.

3.3. Об определении параметров дуальных схем. Доказано, что схемы замещения электрической дуги плазмотрона как элемента цепи и как преобразователя электрической энергии в тепловую дуальны. Об этом свидетельствует: топология схем (например, схемы рис.1 и рис.3); размерность элементов схем (табл.1); тот факт, что схемы являются изоморфными системами; узловая Н-матрица и контурная М-матрица дуальных схем замещения совпадают; пользуясь известным алгоритмом графического построения дуальной схемы, от любой из двух схем можно перейти к другой.

Табл. 1

Размерность эл-тов операт. сопротивл. Я, [В/А = ом] Ь,[(В/А)с = омс] С, [(А/В) • с = с/ом]

Размерность эл-тов дуальной схемы ЯП,[К/А] Ьп,[(К/А)-с] Сп.[(А/К)-с]

4= с»

)Ь

I к

Рис.3

Рис.4

На основе анализа дуальных схем замещения установлена дуальность параметров электродинамических и термодинамических процессов электрической дуги в ее интегральном описании. При этом:

AT=KVAU„ (16)

где - коэффициент пропорциональности.

3.4.Уравнения динамических процессов в плазмотроне как нестационарной параметрической системе. Обоснована необходимость и возможность учета в общем виде факторов, которые приводят к изменениям обобщенных RLC-параметров динамического состояния плазмотрона, что позволяет описывать его как нестационарный, параметрически возбуждаемый объект. Оператор такого объекта имеет следующий вид:Ф[1^ ,L0 ,С0 ,U(t ,m),M(t ,Q)j, где U(») -входное воздействие, управляющее выходной величиной; М(») параметрическое воздействие, которое приводит к изменениям параметров Ro.Lq.C,,. Установлено, что в общем случае, когда R(t) = R^[l + mf(t)], C(t) = C0 (l + mf(t)), математическое описание плазмотрона, соответствующее оператору, принимает следующий вид:

^t) + F(t)V(t) = V(t), (17)

где V(t) - переменная, связанная с регулируемой величиной; F(t) - переменный коэффициент, зависящий от параметров R(t), L(t), C(t) и их производных; vy (t) -функция, определяемая теми же факторами, а также входным воздействием и его производной; ш - глубина модуляции (возбуждения) параметров. Рассмотрены конкретные случаи, когда функция возбуждения f(t) имеет вид: произвольный, экспоненциальный, косинусоидальный. Для первого и второго случая уравнение (17) сведено к известному в теории колебаний уравнению Хилла, а для третьего случая - к известному уравнению Матье. Определены все параметры уравнений. Показано, что описанные выше дифференциальные уравнения с переменными коэффициентами могут быть приведены к эквивалентным уравнениям общепринятой математической формы в теории автоматического управления:

X(t) = A(t)X(t)+B(t)Y(t), (18)

т т

ИЛИ X(t)= jKx(t,T)X(T)dT:+jKy(t,T)Y(T)dT+ Х° , (19)

о о

где X(t) - вектор выходных параметров (регулируемых величин); Y(t) - вектор входных параметров (воздействий); Кх(т), Ку(т) - ядра интегрального

уравнения.

4. Динамические процессы в электродуговой системе с плазмотроном. Исследованы во временной и частотной областях аналитическими, графоаналитическими, численными, а также экспериментальными методами. Многообразие решенных задач связано с тем, что необходимо учесть все факторы, влияющие на динамические свойства системы с плазмотроном: структура электродуговой системы (одноплазмотронная, многоплазмотронная, с

учетом или без учета регулятора); параметры и характеристики элементов системы и, в первую очередь, генератора плазмы; величина и форма воздействий.

4.1.Анализ факторов, влияющих на динамические процессы в генераторе плазмы. Рассмотрено два вида факторов. Первый вид связан с внешними воздействиями, второй- с параметрами инерционности процессов в плазме. Впервые проведено комплексное исследование характеристических времен е хг ,хг ,т„ ,тр. Предложена формула, обобщающая указанные параметры:

т(=с(Лг^, (20)

где с;- безразмерный коэффициент, который играет роль масштаба при вычислении характеристических времен, Л = гж / 2.44, а = А, / рс . К примеру:

Ют

(21) Т1=£г», (22) 2а ц

— характеристические времена, определяющие темп изменения среднемассовой

температуры и скорости соответственно. Показано, что т, нельзя трактовать как

постоянную времени. Приведенные соотношения получены впервые. Оценены

инерционности нулевого и первого порядков для одного случая решения краевой

задачи согласно п.2.4.

4.2. Электродуговая система в линейном приближении описания ее элементов. Д иаграмма динамического состояния системы. Система представлена схемой замещения (рис.5), где индекс 2 параметров относится к плазмотрону с падающей, а 3 - с возрастающей вольт-амперной характеристикой. Индекс 1 относится к параметрам внешней цепи. На рис.6 диаграммы состояния системы: 2 = Я, / р, у = (Ш э /д I )/р, р = -ДГГс , где Ь=Ь]+Ь2 или Ъ=Ь1+Ь3, С=С2 или С=С3. Для определения характера переходного процесса достаточно задать значения параметров у и г диаграммы.

Переходные процессы в системе имеют различный характер в зависимости от соотношения г и у: апериодические с устойчивыми (область 1) и неустойчивыми (3) узлами, колебательные с устойчивыми (2) и неустойчивыми (4) фокусами и седла (5). Приведены данные, характеризующие эти области с указанными процессами и условия изменения границ областей в зависимости от параметров системы. Наибольший интерес представляет поведение электродуговой системы с плазмотроном, у которого падающая вольт-амперная характеристика. При определенных условиях линия 3 сместится вправо и совпадет с осью ординат, а линия 4 - влево и совпадет с линией 5. В этом случае цепь вырождается в активно-индуктивную, а линия 5 является линией Кауфмана,

4.3. Электродуговая система в линейном приближении описания всех ее элементов, кроме сглаживающего реактора. Представление динамических процессов во временной и частотной областях. Рассмотрен случай, когда нелинейным элементом является сглаживающий реактор. Плазмотрон представлен схемой замещения согласно рис.1 и рис.2.

I, I I X г

Т Т

Рис.5

Описание поведения системы получено в виде нелинейного уравнения, аналогичного известному уравнению Дуффинга. Его решение выполнено численным методом Гира, а также методом медленно изменяющихся амплитуд. В первом случае были выявлены параметры вынужденных и установившихся колебаний электродуговой системы. Во втором случае выявлен характер особых точек на плоскости Ван дер Поля. Установлено, что с изменением параметров плазмотрона в системе может проявиться искривление ее амплитудно-частотной характеристики, а при определенных условиях - периодически повторяющееся скачкообразное изменение амплитуды и частоты колебаний и их срыв, что следует учитывать при управлении плазмотроном.

4.4. Нелинейная электродуговая система с плазмотроном. Представление динамических процессов во временной и частотной областях. Наряду с нелинейностью вебер-амперной характеристики реактора учтена нелинейность вольт-амперной характеристики плазмотрона. Обе характеристики аппроксимированы неполным кубическим полиномом с параметрами а., Ь. и е., с1» соответственно. В общем случае, когда учитывается емкость нагрузки источника, получено математическое описание динамического состояния системы;

(й2х)3 (а2хУ «12Х с!х ( П \ ИЛЦ , .

77 ->3 77 +а2ТТ + а,-- + а0=со8 Ьг+ф--+ч/ --^-=-со8(ЗЬг+Зф), (23) ^ И* V й-г ах \ 2 ) 4(йдФ'0

где ао - а3 являются переменными коэффициентами, зависящими от ее

параметров; Ь = и / о0; ф - фаза входного сигнала с амплитудой ит и частотой со

; ц/ = (+Ью0с.с); ш0 - собственная частота системы; Ф0 - нормирующий

коэффициент в х=Ф/Ф0, где Ф - магнитный поток; знак минус относится к

восходящей ветви вольт-амперной характеристики, плюс - к падающей.

Вычислительный эксперимент проведен для случаев, когда и(1) = -с.1 и

и(1) = с,1 соответственно. Результаты этого эксперимента по определению

динамических характеристик и параметров колебаний в системе представлены в

графической форме.

При установлении колебаний происходит "движение" системы к стационарному состоянию. Характер этих колебаний демонстрируется на фазовой плоскости рис.7, 9, 13 и на плоскости Ван дер Поля рис.11, 12.

Изменение амплитуды тока рис.8, 10 на разных частотах происходит в широких пределах с деформацией предельного цикла колебаний тока и напряжения.

•« -а о а «

Рис. 7

•и

0 я «О 49 ХО Я) Я0

Рис.8

-с-хо г « № ю ко ш

Рис.9

Рис. 10

•1Л <15 00 05 1Д X)

Рис. 11

« И I « I

Рис. 12

•в -Ю -в 0 5 Ю -й и^И

Рис. 13

Влияние емкости усиливается при ее увеличении. В определенных условиях предельный цикл колебаний начинает поворачиваться, а эквивалентное сопротивление цепи менять свой характер с емкостного на индуктивный или наоборот. Из временных зависимостей тока в цепи видно, что наряду с основной частотой сигнал содержит другие частоты не только ниже, но и выше основной. Показано, что изменение колебаний в системе может сопровождаться скачкообразным изменением (срывом) амплитуд и частот колебаний (п.4.3).

4.5. Динамические процессы в системе при скачкообразных изменениях режимов. Анализ динамических свойств электродуговой системы с плазмотроном рассмотрен при ступенчатом и импульсных воздействиях. .Показано, что поведение системы соответствует поведеншо апериодической системы второго порядка. При тестовом единичном ступенчатом воздействии для случаев, когда коэффициент демпфирования имеет значение от 0,38 до 9, проявляется или колебательный затухающий (рис.14), или апериодический процесс (рис.15). Результаты получены методом математического моделирования и экспериментально. Эксперименты проводились на макетной автоматизированной установке с источниками электропитания БЭП-40 и АПР-404 и плазмотронами РПД-03 и УПР-1. Описаны также результаты экспериментов для случаев, когда управляющее воздействие изменялось ступенчато с частотой не выше 15 Гц (рис.16) и нагрузка менялась также ступенчато (рис.17). Установлено, что импульсное воздействие является одним из способов управления динамическими процессами в плазмотроне. Воздействие осуществлялось импульсами различной формы: прямоугольными, трапецеидальными, треугольными и колокообразными.

от ад ш» им |,|с]

Рис. 14

Рис. 15

......

Рис. 16

Реакция системы на импульс зависит не только от параметров действующего импульса, но и от параметров системы, ее состояния в предшествующий воздействию момент времени (рис.18,19).

Рис. 17 Рис. 18 Рис. 19

5. Устойчивость системы с электродуговым плазмотроном. Акцент сделан на определении роли объекта управления, а также малых параметров в обеспечении устойчивости работы одно- и многоплазмотронных систем. Рассмотрение условий устойчивости осуществлено, в основном, при малых возмущениях системы ("в малом"). Для нескольких частных случаев определены условия динамической и статической устойчивости системы. Выявлены особенности исследования "в большом", т.е. при больших и, в общем случае, любых возмущениях. Исследования связаны с определением ограничений и обоснованием способов управления плазмотроном.

5.1. Особенности исследования устойчивости системы. Выполнено обобщение и систематизация исследований на устойчивость в двух случаях: по электродуговым цепям и по регулируемым электродуговым системам. Используемые в большинстве работ упрощающие допущения относятся к ЭДП и к цепи. Модели дуги ЭДП основаны на допущениях, которые сформулировали О.Мауг и А.Сазз1е без учета условий горения электрической дуги, а модели цепи - без учета влияния малых параметров. В данной работе показано, что если использовать неучтенные ранее факторы, а характеристики элементов считать нелинейными, то применение классических методов, типа методов В.М.Попова, В.АЛкубовича будет затруднено. Связано это с тем, что в импульсной регулируемой электродуговой системе нужно учитывать три нелинейности, одна из которых (душ ЭДП) находится в местной обратной связи модели системы, ее внутреннего контура структурной схемы. При этом нелинейности электрической

дуги и управляемого выпрямителя не являются полностью определенными. Поэтом}' разделение модели всей системы на линейную и нелинейную части с нелинейностью класса функций, удовлетворяют!« секторным ограничениям, невозможно. Что касается применения прямого метода А.М.Ляпунова, то основной проблемой здесь является поиск (выбор) и обоснование функций Ляпунова. До настоящего времени эта задача не решена.

5.2. Устойчивость системы при малых возмущениях состояния равновесия. Рассмотрены факторы, которые определяют состояние электродуговой динамической системы вблизи состояния равновесия. Разработан критерий ее устойчивости по переменному и постоянному току:

2> г г. > у, (24)

у(т-1)

где т = 1 + / , у, I - параметры, определяемые согласно п.4.2. Линия 5 на рис.6 диаграммы состояния разделяет области устойчивости и неустойчивости, где переходной процесс имеет характер устойчивых или неустойчивых узлов и фокусов. Приведен анализ роли параметров и, в том числе, плазмотрона в изменении положения этой линии.

Для регулируемой электродуговой системы в режиме непрерывного тока с нелинейной моделью управляемого выпрямителя и при использовании модели ЭДП в линейном приближении (14) границы области устойчивости определяются корнями системы нелинейных уравнений. 1 - а,'(4 Кс, И) + аа{Ь, Кс, Ъ) = О

1 + а'(ь,Кс,И)+а1(1,Кс,И)= 0 , (25)

1-д0*(£,Яс,Л) = 0

где Ь, Кс -индуктивность внешней цепи и функция угла управления, являющиеся параметрами, определяющими коэффициенты и корни характеристического уравнения системы. Описаны особенности решения задачи и результат- границы области устойчивости в системе координат Ь, Кс.

Указанная система исследована также в случае, когда модель электродуговой системы как объекта управления описана уравнением (23), которое сведено к уравнению Дуффинга и преобразовано к следующему:

с12х с!х х3

■ . ттг + а,—- + х= «О-а,--X , (26)

СИ £П X

где правая часть представляет собой сигнал, воздействующий на линейное звено объекта (модель звена представлена левой частью уравнения); последний член представляет собой нелинейно преобразованный выходной сигнал этого звена, ф)- входное воздействие на объект. Кроме этого рассмотрен вариант с моделью, полученной из (26) методом гармонической линеаризации:

Ж Р)- V 1--Т , (27) 1Гп(А ,,р) = Ч(А .) == 0.75М; ■ (28)

р +а,р+1

где А в- амплитуда воздействия f(t). В структурной схеме модели линеаризованное звено является элементом отрицательной обратной связи. Устойчивость системы с описанными моделями элементов исследована методом математического моделирования с использованием известного программного комплекса МГТУ (г.Москва) для проектирования динамических систем (PDS). Приведены программы и представлены результаты моделирования для случаев, когда в системе используется П- или ПИ- закон регулирования тока. Характерной особенностью моделируемой нелинейной импульсной системы с моделями объекта в виде (26), а также (27), (28) является проявление в ней периодически повторяющегося срыва колебаний, в результате которого изменяются их амплитуда и частота (обычно это явление имеет место при нелинейном резонансе). При определенных условиях система становится неустойчивой (рис.20).

l.SE*00 , 1.3E«Ot

Рис.20

Методами параметрической или (и) структурной оптимизации регуляторов конкретную систему можно сделать устойчивой и найти для нее область допустимых параметров. Заметим, что процесс построения области устойчивости является трудоемким. Он требует многих вычислительных экспериментов.

5.3. Об устойчивости электродуговой системы при больших возмущениях. Показано, что за время Т'е неполной управляемости тиристорного преобразователя энергетический баланс системы может быть нарушен по многим причинам, что видно из соотношения:

V V _ тч _Л V

¡К,М = ят-Д \рёрс!т - {(/>„ + е)^ - £ рл - я ¡2 • т; , (29)

О 0 0 о

Оно получено с использованием уравнений (12) и (13). Дан анализ факторов, приводящих к нарушению энергетического баланса и влияющих на устойчивость. Для ее изучения необходимо в модели электродуговой системы использовать иную, чем в предыдущем случае модель управляемого выпрямителя, которая была бы адекватной широтно-импульсной модуляции . напряжения выпрямителя и удовлетворяла бы условиям его работы при больших возмущениях в режиме непрерывного и прерывистого тока. В остальном

описанный выше подход может быть сохранен. В целом задача устойчивости в большом в данной работе не ставилась и не решалась.

5.4. Устойчивость многоплазмотронных систем с одним общим трансформатором. Рассмотрены особенности исследования устойчивости многоплазмотронной системы. Показано, что в многоплазмотронных агрегатах поведение одноплазмотронной электродуговой системы, подключенной параллельно с другими к общему трансформатору, определяется электромагнитными процессами в ней самой и процессами в параллельно подключенных системах через электромагнитные цепи трансформатора. Впервые обоснован и предложен алгоритм определения границ области устойчивости такой системы, основанный на решении нелинейных уравнений. Рассмотрен пример двухплазмотронной системы, для которой уравнения имеют вид:

1+(кн, +кН2 )Р(е>)-С0(хн, +тн2 ХК®)-03 тн,тн,

= 0, (30)

н, +

)Р(ю) + (кн +кн ХХю) = 0, где р(ш), С3(ю) - вещественная и мнимая составляющие комплексной амплитудно-частотной характеристики трансформатора;

С^ - являются параметрами схемы замещения плазмотрона с учетом

параметров внешней цепи, к = 1,2. Представлено также решение других задач теории устойчивости многоплазмотронных систем. В графическом виде показаны границы их устойчивости.

6. Практические разработки в области автоматизации плазмо-технологических комплексов. Описаны средства, обеспечивающие возможность автоматизации плазмотехнологических процессов и управления плазмотронами в режиме динамической оптимизации параметров плазмы. В связи с разработкой систем управления были созданы алгоритмы, программы, способы управления, регуляторы и исполнительные устройства. Показатель качества управления плазмотронами для нанесения покрытий и прямого восстановления определен согласно (6). Все системы управления синтезированы по предложенной нами методике.

6.1. Система управления процессом нанесения покрытий переменного состава на изделия со сложной геометрией рабочей поверхности. Трехуровневое управление реализовано следующим образом (рис.21): на первом нижнем уровне применены локальные регуляторы (4), обеспечивающие работу плазмотрона (111) через вентильный преобразователь (САРО и источники газов (САР2), работу дозаторов напыляемого порошка (САР3), работу манипуляторов (САР4 , САРб); на втором уровне применены три контроллера (3), оптимизирующие в реальном масштабе времени работу плазмотрона (ЛК2), дозаторов (ЛКО и привода манипуляторов (ЛК3); на третьем высшем уровне применена микроЭВМ (2), координирующая по циклограмме функции контроллеров. Рассмотрены особенности практической реализации созданных для управления средств.

Рис. 21

6.2. Система управления генератором плазмы для нанесения покрытий. Использует модифицированный ПИ регулятор и контроллер. Рассмотрена разработанная принципиальная электрическая схема регулятора с изменяемой сруктурой и функциями. Уставка регулятора тока формируется контроллером как результат решения задачи оптимизации. При этом для обеспечения решения в реальном масштабе времени измеряются 1(1),и(Ч),0(1:),ДТИг0(0,0|1;0(Ч) -

параметры режима плазмотрона и косвенным методом находится текущее значение среднемассовой температуры. Управляющее преобразователем напряжение формируется по пропорционально-интегральному закону с учетом данных о температуре. Отклонение температуры от заданной измеряется в соответствии с алгоритмом (16). Обосновано положение о том, что в двухконтурном регуляторе при отсутствии датчика среднемассовой температуры целесообразно использовать внешнюю обратную связь по напряжению на электрической дуге плазмотрона, что соответствует (16). Созданный регулятор позволяет также вводить в закон регулирования производную по напряжению. 6.3. Система управления многоплазмотронным агрегатом прямого восстановления железа из руды. Показано, что особенности задач управления, описанные в п. 1.4, определили особенности системы, которая представлена на рис.22. Рассмотрены условия и алгоритм оптимизации ее структуры, объединяющей шесть идентичных подсистем (по числу плазмотронов). Описана структурная и функциональная схемы системы управления металлургическим агрегатом. Она состоит из микроЭВМ, локальных контроллеров и регуляторов.

6.4. Система управления генератором плазмы в многоплазмотронном металлургическом агрегате. Обеспечивает оптимальное управление плазмотроном по температуре. На рис.23 показано, что оно определяется характером зависимости концентрации восстановителя: Т = 4200 К.

С^ = max при

Р.[кВ,]

0 2000 4000 6000 8000 10000 Т,[к]

Рис. 23

Рис. 24

Текущее значение температуры T(t)= f[l(t),U(t),G(t),ATH20(t),GH20(t)]

контроллер определяет по данным измерений указанных параметров (рис.24). Регулятор тока может работать в режиме с модуляцией уставки тока и без модуляции. Управляющее напряжение формируется им по следующему закону:

£МО=*о(Гв(0- Й0)+МЛ(О-/°(<)] + *2 V«(0-/o(0]rf'> (31)

где I°(t) - уставка тока, определяемая контроллером по модифицированному критерию (6), I0(t) - смещение интегральной составляющей для компенсации возмущения по уставке; kj = var - коэффициент, учитывающий модуляцию уставки прямоугольными импульсами (k! = const - без модуляции). Показано, что моменты времени ti и t2 переключения уровней импульса могут быть определены как корни системы нелинейных уравнений:

еа',2(1 + —^)-2е°л+1=0 , е"А(1 + —М-2е"А+1 = 0, (32)

^Отах ^Отах

где а, ,а2 - корни характеристического уравнения системы хк=10. Рассмотрены принципиальные схемы модулятора и системы импульсно-фазового управления.

6.5. Система управления двумя электродуговыми плазмотронами технологической установки производства базальтового волокна. Показаны особенности условий работы плазмотронов и особенности системы электроснабжения установки. За счет расщепления вторичной обмотки силового трансформатора и увеличения индуктивностей фильтровых реакторов удалось упростить систему управления. Она создана с учетом опыта разработки описанных выше систем. Рассмотрены структурно-функциональные схемы систем электропитания плазмотронами и систем управления ими.

6.6. Датчики систем управления электродуговыми плазмотронами. Описаны датчики, используемые в системах: тока, напряжения, расхода газа, давления, расхода и температуры воды. Установлены их особенности. Выполнен обзор датчиков и показано, что промышленность не выпускает датчиков параметров электродуговой плазмы. Описаны методы, которые могут быть использованы для создания таких датчиков, их достоинства и недостатки. Разработаны методы измерения среднемассовой температуры и ее изменения. При этом использованы основные положения теории электродуговой плазмы в той части, которая касается определения среднемассовой температуры согласно (12) с учетом (13) и установленного в работе принципа дуальности электро- и термодинамических процессов и его выражения с помощью (16). Дано описание указанных датчиков.

6.7. Исполнительные устройства систем управления электродуговыми генераторами плазмы. Рассмотрены особенности управляемых устройств в САР тока дуги, расхода плазмообразующего газа, соотношения компонент в смеси газов, напряженности электромагнитного поля, частоты регулирующего воздействия для получения пульсирующей плазмы. Для управления исполнительными механизмами созданы унифицированные модули. Приводятся их принципиальные схемы, дано описание.

Работоспособность созданных и описанных в главе 6 средств подтверждена актами их внедрения.

Приложение. Приводятся документы, подтверждающие внедрение результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

В процессе решения важной научно-технической проблемы совершенствования технологий обработки материалов электродуговой низкотемпературной плазмой созданы новые плазмотехнологические комплексы. Цель работы достигнута. При этом получены следующие научные и практические результаты:

1.Созданы автоматизированные комплексы, позволившие осуществить в опытно-промышленных условиях следующие плазменные технологии нового поколения: нанесение покрытий изменяющегося состава и толщины на изделия со сложной геометрической формой обрабатываемого изделия; прямое восстановление железа из железорудных окатышей в шестиплазмотронных металлургических печах шахтного типа; производство базальтового волокна в двухплазмотронном реакторе специальной конструкции. Предварительно выявлены особенности этих технологических процессов как объектов автоматизации, что позволило разработать концепцию и создать необходимые средства автоматизации.

электродуговой системы они использованы для выявления характера плазмотрона как объекта автоматизации, выработки и обоснования концепции моделирования электродугового разряда в нем, определения задач применения моделей.

3. Установлено, что в общем случае ЭДП может быть отнесен к нелинейным нестационарным объектам с априорно-неопределенным или сложным описанием. Дано его обобщенное математическое описание как системы с распределенными параметрами и воздействиями. Для частных случаев разработаны модели, представленные в различной форме: обыкновенными линеаризованными или нелинейными дифференциальными уравнениями с неполностью определенными коэффициентами и интегральными уравнениями, а также в форме передаточных функций и электрических схем замещения . Разнообразие моделей ЭДП позволило выбрать различные технические принципы моделирования электродуговой системы в плазмотехнологическом комплексе, применить модели как на стадии проектирования систем управления, так и в процессе управления ЭДП. В частности, модели использованы для исследования устойчивости электродуговых систем с ЭДП, при разработке средств автоматизации (например, датчиков температуры).

4. Разработаны программы и в среде "Delphi " создана первая версия программной системы для моделирования и проектирования элементов плазмотехнологического комплекса. Отработанные программы позволяют расширить возможности известных систем проектирования и применить их в плазмотехнике при решении следующих задач: аппроксимация и интерполирование таблично заданных теплофизических свойств плазмы ; нахождение распределений температуры и скорости элекгродуговой плазмы в цилиндрическом канале, а также интегральных параметров и характеристик ЭДП; расчет электродуговых систем с ЭДП и определение их динамических характеристик; исследование энергетической устойчивости динамических процессов в электродуговой системе; моделирование систем управления ЭДП.

5. Предложена диаграмма динамического состояния системы с ЭДП. Она построена на фазовой плоскости параметров электрической дуги плазмотрона и его внешней цепи. Диаграмма позволяет по параметрам элементов системы определить характер ее поведения при малых возмущениях.

6. Сформулированы условия, которые определяют энергетическое состояние и работоспособность элекгродугового плазмотрона в системе с источниками тока и газа при малых и больших возмущениях. Предложен критерий динамической устойчивости, частным случаем которого является критерий статической устойчивости Кауфмана. Установлены факторы, которые определяют ограничения в применении известных методов В.МЛопова, А.В .Якубовича и А.М.Ляпунова к исследованию устойчивости нелинейных систем "в большом". Показано, что учет нелинейных свойств элементов электродуговой системы и отображение их в модели системы позволяет методами численного моделирования установить условия и механизм развития

неустойчивости, пути ее устранения с использованием средств автоматизации. В этом плане рассмотрены как одно-, так и многоплазмотронные системы.

7. Обоснован и впервые введен интегральный показатель качества, позволяющий задать всем регуляторам системы управления параметрами плазмы оптимальные значения уставок. Показатель введен как функционал, связанный для выходного поперечного сечения канала плазмотрона с распределениями температуры и скорости и определен как мера отклонения текущего значения полезной мощности потока плазмы от заданного (требуемого) для технологического процесса значения. Он обладает свойствами наблюдаемости и идентифицируемости. Предложенный показатель применим для систем с сосредоточенными и распределенными управляющими воздействиями на электрическую дугу ЭДП.

8. Сформирована и осуществлена на практике новая концепция автоматизации плазмотехнологических комплексов, опирающаяся на : использование основной научной идеи работы - управлять ЭДП как технологическим аппаратом, т.е. управлять параметрами плазмы, определяющими технологические условия обработки материалов; динамическую оптимизацию режимов плазмотрона при полном использовании априорной и текущей информации об объекте автоматизации; применение систем управления с оптимальной структурой для поиска вектора оптимальных управляющих воздействий на объект (плазмотрон или плазмотехнологический процесс) и их представление как систем оптимального быстродействия.

9. Созданы средства автоматизации: модели, алгоритмы, программы, а также регуляторы, датчики, исполнительные устройства и в целом системы управления. За счет гибкости их структуры и функций, а также блочно-модульного исполнения они инвариантны к аппаратной части систем автоматизации плазмотехнологических комплексов. Это позволило осуществить в опытно-промышленных условиях эксплуатацию созданных аппаратурно-технологических комплексов.

Развитие концепции автоматизации, ее научных основ, а также новое применение существующих методов теории автоматического управления для исследования и проектирования систем автоматизации и созданные средства автоматизации- все это в совокупности является решением крупной научно-технической проблемы повышения качества плазмотехнологических комплексов и систем для осуществления новых и совершенствования традиционных технологий обработки материалов в машиностроении, металлургии, энергетике и других отраслях народного хозяйства.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Донской A.B., Ионов Ю.Г., Клубникин B.C. Приложение статистических методов к обработке экспериментальных данных при исследовании энергетических характеристик плазмотронов // Тез. докл. / 5-я Всесоюз. конф. по генераторам низкотемпературной плазмы. - Новосибирск , 1972.-С. 233-236.

2.Ионов Ю.Г., Клубникин B.C. Влияние граничных условий на расчетные характеристики дуги в плазмотроне // Генераторы низкотемпературной плазмы: Тез. докл./ б-я Всесоюз. конф., г. Фрунзе, 17-19 сент. 1974 r.-Фрунзе, 1974.-С.73.

3.Донской A.B., Ионов Ю.Г., Клубникин B.C. Анализ устойчивости работы двух плазмотронов от одного источника питания // Генераторы низкотемпературной плазмы: Тез. докл. / 6-я Всесоюз. конф., г. Фрунзе, 17-19 сент. 1974 г. - Фрунзе, 1974. - С. 242 - 245.

4.Ионов Ю.Г. Влияние параметров источника питания на устойчивость горения дуги в плазмотроне // Там же. - С. 273.

5.Ионов Ю.Г. Исследование электродугового плазмотрона как объекта автоматизации: Дис.... канд. техн. наук по спец.05.09.03—Л.: ЛИИ, 1975.-191с.

6.Ионов Ю.Г., Клубникин B.C., Ри Кенхи и др. Оптимизация процесса плазменного напыления // Теория и практика плазменного напыления / Тр. МВТУ. - М., 1977. - Вып. 237. - С. 68 - 79.

7.Ионов Ю.Г. Особенности передаточной функции плазмотрона как объекта управления. Т.2 // Тез. докл. / 2-е Всесоюз. совещ. по плазмо-химической технологии и аппаратостроению. -М., 1977. - С. 135 - 137.

8.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. Методика оптимизации технологического процесса, включающая оптимизацию режимов работы плазмотрона. Т.2 // Тез. докл. / 2-е Всесоюз. совещ. по плазмохимической технологии и аппаратостроению. - М., 1977. - С. 138 -140.

9.Ионов Ю.Г. Математическое описание плазмотрона как объекта управления // Изв. Вузов СССР / Электромеханика - 1979. - № 2. - С. 103 - 106.

Ю.Ионов Ю.Г. Об инерционных эффектах, влияющих на управление плазменными технологическими процессами // Плазмохимия — 79. Т.2 / 3-й Всесоюз. симпоз. по плазмохимии. - М.: Наука, 1979. - С. 102 - 105.

11.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. Особенности решения проблемы автоматизации плазменных технологических установок // Плазмохимия - 79. Т. 2. / 3-й Всес. симп. по плазмохимии. - М.: Наука, 1979. - С. 106 - 109.

12.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Тен Ун Ге и др. Частотный способ управления параметрами плазмы, используемой для плазмохимической технологии // Плазмохимия - 79. 4.2: Тез. докл. / Всесоюз. симпоз. по плазмохимии. - М.: Наука, 1979.-С. 109-112.

13.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. О согласовании характеристик плазмотрона и источника питания // Специальные вопросы электротермии: Тр. / Чуваш.гос. ун-т. - Чебоксары, 1981. — С. 106 - 114.

14.Ионов Ю.Г., Моссур Е.П. К вопросу об устойчивости горения дуги плазмотрона // Генераторы низкотемпературной плазмы: Тез. докл. / 9-я Всесоюз. конф., 20 - 22 окт. 1983 г. - Фрунзе, 1983. - С. 428 - 429.

15.Ионов Ю.Г., Моссур ЕЛ., Пархоменко В.Д. К вопросу о методике синтеза автоматизированной системы управления плазмохимическим процессом// Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук -1983.- Вып.З, № 13.-С.69 - 76.

16.Ионов Ю.Г., Демиденко Л.Г. Численная оценка инерционности тепловых процессов в плазмотроне. Т. 2 // Тез. докл. / 6-я Всесоюз. конф. по

физике низкотемпературной плазмы, г. Ленинград, 6-9 сент. 1983 г. - Л.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе АН СССР, 1983. - С. 444 - 446.

17.Ионов Ю.Г. Свободные, вынужденные и параметрические колебания электрической дуги плазмотронов // Тез. докл. / 4-й Всесоюз. симпоз. по плазмохимии. - Днепропетровск, 1984. - С. 136 - 138.

18.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Юнкевич В.Г. О некоторых частных критериях оптимизации плазменной установки. Т. 1 // Тез. докл. / 4-й Всесоюз. симпозиум по плазмохимии, г. Днепропетровск, сент. 1984 г. - Днепропетровск, 1984.-С.134-135.

19.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Юнкевич В.Г. и др. Результаты исследований системы питания многоплазмотронной установки // Тез. докл. / 8-е Всесоюз. научно-техн.совещ.по электротермии и электротермическому оборудованию. — Чебоксары, 1985. — С. 97.

20.Ионов Ю.Г., Моссур Е.П., Пузряков А.Ф. и др. Гибкая автоматизированная линия для нанесения плазменных покрытий // Применение газотермических покрытий в машиностроении. Современное состояние и перспективы: Тр. / 1-я отраслевая конф. - М., 1985.

21.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. Основные причины нестабильности плазменных покрытий // Применение газотермических покрытий в машиностроении. Современное состояние и перспективы: Тр. / 1-я отраслевая конф. - М., 1985.

22.Ионов Ю.Г. К теории нестационарных процессов электрической душ постоянного тока//Изв.СОАН СССР.Сер. техн. наук.-1986.-Вып.1,№ 4-С.84-87.

23 .Ионов Ю.Г. Схемы замещения электрической дуги постоянного тока // Электричество. —1986. - № 12. - С. 16 - 20.

24.Ионов Ю.Г. Оптимизация управления электродуговыми плазмотронами с учетом колебательных процессов дуги // Перспективы применения плазменных технологий в металлургических процессах и машиностроении: Докл. / 8-е Всесоюз. совещ. по плазменным процессам в металлургии и машиностроении. - Миасс, 1986.

25.Ионов Ю.Г., Пархоменко В.Д. Характерные времена некоторых процессов в дуговой плазме //Генераторы низкотемпературной плазмы. 4.1: Тез. докл./10-я Всесоюз. конф., г. Каунас, 16-18 сент. 1986 г.-Минск, 1986.-С. 60-62.

26.Ионов Ю.Г. Дуальные схемы замещения электрической дуги для приближенной оценки ее нестационарных электромагнитных и тепловых процессов // Генераторы низкотемпературной плазмы. 4.1: Тез. докл./ 10-я Всесоюз. конф., г.Каунас, 16-18 сент. 1986 г. - Минск, 1986. - С. 63 - 64.

27.Ионов Ю.Г., Десятник А.Н., Моссур Е.П. и др. Автоматизированная установка плазменного нанесения покрытий // Состояние, перспективы развития и применения упрочняющих покрытий в машиностроении: Тез. докл. / 2-я отраслевая конф. -М., 1987. -С. 97-98.

28.Ионов Ю.Г., Волоконский АЛ., Десятник АЛ. и др. Термомеханические особенности взаимодействия напыляемых частиц с газовыми и газоплазменными потоками // Состояние, перспективы развития и

применения упрочняющих покрытий в машиностроении: Тез. докл. / 2-я отраслевая конф. -М., 1987. - С. 19 - 21.

29.Пузряков А.Ф., Ионов Ю.Г., Моссур Е.П. Пути совершенствования автоматизированных плазменных установок для нанесения покрытий // Автомат, сварка. -1987. - № 4 - С. 56 - 58.

30.Ионов Ю.Г., Десятник А.Н., Моссур Е.П. и др. Термомеханические процессы, происходящие в частицах напыляемого материала при их разогреве // Новые процессы упрочняющих газотермических покрытий в машиностроении: Тез. докл./Научно-техн. конф., г.Житомир, сент.1987 г.-Житомир, 1987.-С.32-33.

31.Ионов Ю.Г. Система управления многоплазмотронным металлургическим агрегатом // Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении: Тез. докл. / 2-я научно-техн. конф., г. Челябинск, 1 - 3 июня 1988 г.—Челябинск, 1988.—С. 88 - 89.

32.Ионов Ю.Г., Моссур Е.П., Якимяк В.М. Расчет вольт-амперных характеристик плазмотронов с самоустанавливающейся длиной дуги // Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении: Тез. докл. / 2-я научно-техн. конф., г. Челябинск, 1—3 июня 1988 г. -Челябинск, 1988.-С. 91.

33.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. Идентификация динамических характеристик электрической дуги // Специальные вопросы электротермии: Тр. / Чуваш, гос. ун-т. — Чебоксары, 1986. — С. 74 - 82.

34.Ионов Ю.Г., Кандзюба С.П., Моссур Е.П. и др. Реакция электрической дуги в канале на импульсное воздействие // Динамика электрической дуги в коммутационных аппаратах: Тез. докл. / VII Всесоюз. сессия Научн. совета по проблемам физики низкотемпературной плазмы -Улан-Удэ, 1988. - С. 88 - 89.

35.Ионов Ю.Г., Моссур Е.П., Пархоменко A.C. Особенности обеспечения режимов согласованной работы элементов плазменных установок для напыления // Интенсификация автогенной обработки, термической резки и напыления: Тр. / ВНИИавтогенмаш. — М., 1988. — С. 50 - 63.

36.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Семко О.В., Юнкевич В.Г. Технические требования к системе электропитания многоплазмотронного металлургического агрегата // Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов. 4.1: Тез. докл. / 5-е Всесоюз. совещ., г. Москва, 4-6 окт. 1988 г. -М., 1988.-С. 89.

37.Ионов Ю.Г. Поведение электродуговой динамической системы при малых отклонениях от состояния равновесия// Электричество.-1989,№7-С. 12-17.

38.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Пивненко А.Д., Худолеев Г.В. Оперативный контроль изменения проводимости электрической дуги плазмотрона // Генераторы низкотемпературной плазмы. Ч. 1: Тез. докл. / 11-я Всесоюз.конф., ^Новосибирск, 20-23 июня 1989 г.-Новосибирск,1989.-С.280-281.

39.Ионов Ю.Г., Логачев В.Г. Стратегия автоматизации технологий напыления // Газотермическое напыление в промышленности СССР и за рубежом— GTSM - 91: Материалы / Международ, семинар, г. Ленинград, 27 -29 мая 1991 г. - Л., 1991. - С. 47-48.

40.Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Семко О.В., Юнкевич В.Г. Особенности электроснабжения многоплазмотронной металлургической установки // Электротермические процессы и установки: Тр. / Тульск. политех, ин-т. — Тула, 1991. —С. 13-21.

41.Ионов Ю.Г., Десятник А.Н., Моссур Е.П. и др. Автоматизированная установка плазменного напыления // Электротермические процессы и установки: Тр. / ТЛИ.— Тула, 1991. —С. 55 - 65.

42.Ионов Ю.Г. О динамических свойствах технологического процесса плазменного напыления // Электротермические процессы и установки: Тр. / Тульск. политех, ин-т. — Тула, 1991. - С. 43 - 49.

43.Ионов Ю.Г., Десятник А.Н. Базовый плазмотехнологический комплекс//Плазмотехнология-93: Сб. науч.тр.-Запорожье, 1993.-С. 198-201.

44.Ионов Ю.Г., Моссур Е.П Способы создания пульсирующих плазменных потоков и устройства для их осуществления // Плазмотехнология-93: Сб. науч. тр. - Запорожье, 1993. - С. 68 - 72.

45.Ионов Ю.Г., Семко О.В. Имитационные модели систем электропитания дуговых плазмотронов // Плазмотехнология - 93: Сб. науч. тр. — Запорожье, 1993. —С. 201 -207.

46.Ионов Ю.Г., Юнкевич В. Г., Моссур Е.П., Семко О.В. Схемотехнические особенности многоплазмотронных систем электропитания // Плазмотехнология-93: Сб. науч. тр. — Запорожье, 1993. — С. 193 - 197.

47.Ионов Ю.Г., Юнкевич В.Г., Моссур Е.П. и др. Система электропитания двух плазмотронов//Напыление и покрытия-95: Тез.докл./Межд. научно-техн. конф., Санкт-Петербург, 31 мая - 2 июня 1995 г.-С.-Петербург, 1995.-С. 61-62.

48.Ионов Ю.Г. Модели процессов управления низкотемпературной плазмой технологических генераторов // Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах: Тез. докл./Междунар. научн. конф., г. Тверь, 2-5 июля 1996 г. — Тверь, 1996. —С. 159.

49.Ионов Ю.Г. Математические модели генераторов плазмы для синтеза управляемых технологических систем // Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах: Тез. докл. / Междунар. научн. конф., г. Тверь, 2-5 июля 1996 г. -Тверь, 1996.-С. 160.

50.Ионов Ю.Г. Измерительный преобразователь для систем автоматизации плазменных установок // Тр. / 11 ТУ. - Тверь, 1998. - С. 75.

51.Ионов Ю.Г. Особенности численной реализации краевой задачи в математической модели генератора плазмы как объекта управления // Математические модели нелинейных возбуждений, переноса, динамики, управления в конденсированных системах и других средах: Тез. докл. / 3-я Междунар. научн. конф., г.Тверь, 29 июня -3 июля 1998 г.-Тверь, 1998. - С. 56.

52.Ионов Ю.Г., Гладыш Ю.И., Ионов А.Ю. Средства моделирования и исследования управляемых электродуговых систем с генераторами плазмы // Моделирование и исследование сложных систем. 4.3. Исследование сложных

физико-технических систем: Докл. / II Междунар. научно-техн. конф., г. Кашира, 10 - 11 июня 1998 г. - М.: МГАПИ, 1998. - С. 429 - 434.

53.Ионов Ю.Г., Гладыш Ю.И., Ионов А.Ю. Программный комплекс "Scalpel" - инструментальная среда для моделирования медицинской плазмотехники // Программные и технические средства медико-биологических и технических систем: Сб. науч. трудов. - Тверь: ТГТУ, 1998. - С. 78 - 85.

54.1onov Yu.G., Ionov A.Yu. Statement and Solution of a Boundary Value Problem in a Model of Plasma Generator as Controlled System // Title of Book: Mathematical Models of Non-Linear Excitation, Transfer, Dynamics, and Control in Condensed Systems and Other Media. - New York, Plenum Publishing Corporation, 1999.-p. 257-266.

55.Ионов Ю.Г. Моделирование динамических характеристик управляемой системы с электродуговым генератором плазмы // Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-12: Тр. / Междунар. научн. конф., г. Великий Новгород, 31 мая-3 июня 1999 г.-Великий Новгород, 1999.-С.215-217.

56.А. с. № 224898 СССР, МКИ 42 т31/04, МПК G 06f. Устройство для синхронизации случайных импульсов / Ионов ЮТ., Яушев В.Д.(СССР).-№1165054;заявл. 12.06.1967, опубл.03.12.1968. Бюл.-№26.-2с.

57.А. с. № 469224 СССР, МКИ Н 05Ь 7/18, МПК G 05f 1/02. Способ регулирования длины дуги плазмотрона для резки с соплом в виде проводящего тонкостенного цилиндра / Ионов Ю.Г.(СССР).-№1867898; заявл.03.01.1973, опубл.30.04.1975. Бюл.№ 16.-2с.

58.A.C. № Ю72769 СССР, МКИ Н 05Ь 7/22. Устройство для запуска плазмотрона / Ионов Ю.Г., Скляр С.Ф., Тонкошкур А.С.(СССР).- №1867898; заявл.08.01.1981.

59.А.С. № 665347 СССР. МКИ Н 01 Н 51/28. Датчик уровня постоянного тока / Юнкевич ВГ., Ионов Ю.Г., Семко О.В.(СССР).- 4849316; заявл.10.07.1990, опубл.07.10.1992. Бюл. № 37.-3с.

Оглавление автор диссертации — доктора технических наук Ионов, Юрий Григорьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 .ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАДАЧ АВТОМАТИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ПЛАЗМОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ.

1.1. Процессы и аппараты плазмотехнологий. Состояние и перспективы их автоматизации

1.2. Основные факторы, определяющие особенности применения плазмотронов

1.3.Предпосылки создания систем автоматизации процессов в технологических установках с электродуговыми плазмотронами.

1.4. Особенности задач автоматизации электродуговых технологических комплексов

1.4.1. Линия нанесения термостойких покрытий переменного состава на изделия со сложной геометрией рабочей поверхности

1.4.2. Металлургический агрегат прямого восстановления железа в печах (реакторах) шахтного типа.

1.4.3. Двухплазмотронный агрегат производства базальтового волокна.

1.5. Определение области применения результатов исследований.

Задачи диссертационной работы.

2. МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ПЛАЗМОТРОНА КАК СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ.

2.1. Концепция математического моделирования процессов в плазмотроне

2.2. Решение краевой задачи теории столба электрической дуги в модели плазмотрона

2.3. Показатель качества и алгоритм поиска управляющих воздействий на электрическую дугу плазмотрона при формировании требуемых распределений температуры и скорости.

2.3.1. Формирование распределений температуры и скорости в выходном сечении канала плазмотрона.94.

2.3.2. Формирование распределений в прикатодном входном сечении канала плазмотрона

2.4. Распределения теплового потенциала и поперечной скорости в одном частном случае.

3. УРАВНЕНИЯ, ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ И СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО ПЛАЗМОТРОНА КАК

СИСТЕМЫ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

3.1 Уравнения и передаточные функции плазмотрона

3.2. Электрические схемы замещения и структурные модели плазмотрона.

3.3. Об определении параметров дуальных схем.

3.4. Уравнения динамических процессов в плазмотроне как нестационарной параметрической системе.

4. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ СИСТЕМЕ С ПЛАЗМОТРОНОМ.

4.1. Анализ факторов, влияющих на динамические процессы в генераторе плазмы.

4.1.1. Факторы, связанные с условиями работы генератора в системе.

4.1.2. Оценка характеристических времен установления параметров динамических процессов.

4.2. Электродуговая система в линейном приближении описания ее элементов. Диаграмма динамического состояния системы.

4.3. Электродуговая система в линейном приближении описания всех ее элементов, кроме сглаживающего дросселя. Представление динамических процессов во временной и частотной областях.

4.4. Нелинейная электродуговая система с плазмотроном. Представление динамических процессов во временной и частотной областях.

4.5. Динамические процессы в системе при скачкообразных изменениях режимов.

5. УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМЫ С ЭЛЕКТРОДУГОВЫМ ПЛАЗМОТРОНОМ.

5.1 .Особенности исследования устойчивости системы.

5.2. Устойчивость системы при малых возмущениях состояния равновесия

5.3. Об устойчивости электродуговой системы при больших возмущениях.

5.4. Устойчивость многоплазмотронных систем с одним общим трансформатором.

5.4.1. Система с одним источником тока и несколькими параллельно подключенными к нему плазмотронами.

5.4.2. Система с несколькими источниками тока и подключенными к ним плазмотронами

6. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПЛАЗМОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ.

6.1. Система управления процессом нанесения покрытий переменного состава на изделия со сложной геометрией рабочей поверхности.

6.2. Система управления генератором плазмы для нанесения покрытий.

6.3. Система управления многоплазмотронным агрегатом прямого восстановления железа из руды.

6.4. Система управления генератором плазмы в многоплазмотронном металлургическом агрегате.

6.5. Система управления двумя электродуговыми плазмотронами технологической установки производства базальтового волокна.

6.6. Датчики систем управления электродуговыми плазмотронами.

6.7. Исполнительные устройства систем управления электродуговыми плазмотронами.

Введение 1999 год, диссертация по электротехнике, Ионов, Юрий Григорьевич

Задача повышения эффективности общественного производства может быть решена за счет качественного преобразования производительных сил, что невозможно без использования достижений науки и техники. Необходимо создавать и внедрять в производство принципиально новые технику и материалы, прогрессивную технологию. К числу новых прогрессивных технологий относятся электротермические процессы с использованием низкотемпературной плазмы [1-19].

Выпуск продукции на основе плазменной технологии как в нашей стране, так и за рубежом непрерывно возрастает, а снижение себестоимости и повышение качества продукции плазменной технологии делает ее более конкурентноспособной по сравнению с другими технологиями. Плазмотехнологии разрабатываются и внедряются прежде всего в машиностроении, в металлургии и в химической промышленности. Особого внимания заслуживает рассматриваемая в диссертации новая (включающая в себя элементы технологий нового поколения) область применения электродуговой низкотемпературной плазмы - обработка материалов и изделий. Чтобы реализовать на практике все приемущества плазменной обработки и, тем самым, повысить качество продукции и эффективность плазмохимического производства, необходимо решить проблемы повышения надежности и экономической эффективности инструмента технологии - плазмотрона, плазменных установок и в целом электродуговых плазмотехнологических комплексов.

Состояние вопроса. Актуальность темы исследования. За последние годы обозначилась общая тенденция совершенствования комплексов за счет автоматизации. Возникла потребность проектирования работоспособных систем, обеспечивающих управление технологическими процессами и их динамическую оптимизацию в реальном масштабе времени. Но на данном этапе удовлетворить зту потребность практически невозможно. Причина в том, что имеющиеся методы постановки и решения задач управления электродуговыми плазмотронами не соответствуют поставленным задачам, а процесс проектирования средств и автоматизация электродуговых плазмотехнологических комплексов не имеют общих научных основ.

На всех этапах разработки и внедрения технологий специалистам приходится решать различные вопросы управления параметрами плазмы, повышать роль средств автоматизации [23, 34 - 36,43, 58].

В этой связи следует обратить внимание на два направления использования плазмотронов, где подходы к автоматизации не могут быть идентичными. В первом из них (резка, сварка, плазменно-механическая обработка и некоторые металлургические процессы ) условия применения плазмотрона таковы, что оказывается достаточным контролировать рабочий ток и расход плазмообразующего газа, регулируя режимы соответствующих источников по току и по газу. Основными элементами плазменной установки в этом случае являются три элемента: регулируемый источник тока, регулируемый источник газа и плазмотрон. Режим работы плазмотрона устанавливается по значениям тока и расхода газа, а информация о технологических параметрах плазмы ( температура, скорость ) даже не контролируется. Основная концепция автоматизации установок в рассматриваемом случае сводится к применению указанных источников - управляемых систем электропитания и средств отработки жестких ( по функциям ) технологических циклограмм. Классическим примером такой системы является управляемая система с регулятором APT - МЭИ.

Практическая осуществимость плазменных технологий нового поколения (плазмохимический синтез веществ, их переработка, в частности, утилизация, а также изменение свойств изделий специального назначения за счет всевозможных покрытий) невозможна при вышеописанном подходе. Технологам необходимы средства, с помощью которых плазмотроны позволяли бы создавать потоки плазмы с контролируемыми и регулируемыми параметрами, ответственными за качество технологического процесса: температурой струи плазмы и ее скоростью, их распределениями по потоку. Разработка таких средств неосуществима без использования знаний об особенностях управления указанными параметрами - параметрами, которые оценивают плазмотрон как технологический аппарат. Нужна новая концепция автоматизации плазмотехнологических процессов - применение средств, методов и систем управления, осуществляющих динамическую оптимизацию режимов плазмотрона (-ов ) как технологического аппарата (-ов ). Проводимые в этом направлении разработки привели к созданию регуляторов средней мощности по двухконтурной схеме регулирования. Более перспективными являются регуляторы, основанные на периодической коммутации силовой цепи ( импульсные и релейные регуляторы). Но их применение ограничено маломощными плазменными установками.

Целесообразность разработки необходимых для автоматизации средств, методов и систем управления определяется также тем, что требуется строгая согласованность параметров материальных и энергетических потоков, взаимосвязанность отдельных рабочих процессов технологических комплексов, их осуществимость в условиях ограничений. Такими признаками обладают рассмотренные в работе новые электродуговые плазмотехнологические комплексы, осуществляющие : нанесение покрытий переменного химического состава и толщины на изделия со сложной формой рабочей поверхности; прямое восстановление железа в многоплазмотронных металлургических печах; производство базальтового волокна. Они представляют собой аппаратурно-технологические электротехнические комплексы - сложные системы технически сопряженных аппаратов и отдельных узлов, интеграция которых по технологической циклограмме достигается за счет автоматического управления аппаратами.

Характерное для плазмотехники повышение роли средств автоматизации происходило в ряде отраслей. В машиностроении, например, создано несколько поколений плазменных установок для напыления покрытий с разной степенью их автоматизации. Уже в установках второго поколения (УПУ - 3, УМП - отечественные; ЗМВ, Г4-МВ-РТ - зарубежные) осуществлена частичная автоматизация процесса. Система автоматизации по структуре была централизованной. Задача автоматизации управления генератором плазмы сведена к задаче автоматизации управления источником тока с электродуговой нагрузкой, а процесс оптимизации управления ограничен согласованием по электрическим параметрам (току и напряжению) источника с его нагрузкой. При этом принималась во внимание согласованность статической внешней характеристики источника и статической вольт-амперной характеристики дуги плазмотрона. При описании процессов в плазмотроне использовались математические модели типа моделей Майра и Касси [138 - 140], характеризующих изменение проводимости электрической дуги. Для обоснования закона регулирования тока использовались результаты математического моделирования системы "источник тока - электрическая дуга". Созданные средства регулирования тока позволили повысить уровень автоматизации источников и, в результате, улучшить условия применения плазмотронов для напыления в установках второго и последующих поколений. Но данные моделирования, выполняемого с целью обоснования закона регулирования тока, оказались недостаточными для обоснования режимов работы плазмотрона, согласованных с условиями нагрева, плавления и транспортировки частиц порошка в плазменном потоке. Практический опыт освоения технологии плазменного напыления сделал очевидным тот факт, что учет требований со стороны технологического процесса к режимам работы плазмотрона, определяет изменение представлений об электродуговом генераторе, об управлении им и, следовательно, целей моделирования.

Отечественные установки третьего поколения конца 80-х годов (УПУ 7/8), как и зарубежные (Бв - 100) уже имели блочно-модульную структуру, что способствовало децентрализации управления. Система управления стала более гибкой как по структуре, так и по функциям. Было повышено быстродействие системы за счет использования в качестве источника тока регулируемого тиристорного преобразователя (типа АПР - 403). Элементная база установок в целом и отдельных модулей (смесители газов, блоки автономного охлаждения, устройства поджига дуги, дозаторы газов и порошков) с локальными системами управления совершенствовались. Более поздние установки (Ев - 88) уже использовали средства микропроцессорной вычислительной техники для управления процессом отработки технологической циклограммы напыления. За счет программирования (и перепрограммирования) алгоритмов отработки циклограммы обеспечивается гибкость системы и ее быстрая адаптация к изменяющимся условиям напыления (такой признак системы управления характерен для систем автоматизации установок четвертого поколения, которые в нашей стране не производятся). Таким образом, развитие средств автоматизации установок для напыления в машиностроении было связано с совершенствованием научных основ управления источниками тока. Плазмотрон не воспринимался как технологический аппарат - объект управления. Поэтому задача управления его параметрами, которые непосредственно определяют качество технологического процесса (температура и скорость потока плазмы), не решалась.

В последнее время осуществлялись попытки создать основы автоматизации управления плазмотронами, сочетая теоретические и экспериментальные исследования. В этом плане заслуживают внимания два различных подхода [88, 130]. В первом случае [88] на основе экспериментальных данных определяются коэффициенты нелинейного дифференциального уравнения первого порядка, описывающего изменение проводимости дуги, во втором [130] - коэффициенты (постоянные времени), являющиеся параметрами передаточной функции источника тока с электродуговой нагрузкой. Модель изменения проводимости получена на основе пассивных экспериментов и модифицированных уравнений Майра и Касси. Модель источника тока связана с подстройкой параметров методом экспериментальной оптимизации в реальном времени. Для этого используется последовательный симплексный метод. Адаптация реализуется с помощью микроЭВМ, которая встроена в систему. Практического применения второй подход не нашел.

Описанная концепция автоматизации, ориентированная на автоматизацию источников, характерна в плазмотехнике для всех отраслей промышленности. Внедренные плазмотехнологии не всегда высокоэффективны и конкурентоспособны. Освоение новых и перспективных технологий часто приостанавливается на опытно-промышленной стадии. Причина сложившейся ситуации в области плазмотехнологий связана со следующим: на стадии проектирования не предусматривается осуществление режима динамической оптимизации, т.е. оптимизации в реальном режиме времени по технологическим параметрам. Проектировщик не располагает информацией, достаточной для оптимальных решений во всех ситуациях, которые могут иметь место в процессе эксплуатации оборудования при осуществлении технологического регламента. Такая информация должна содержаться в модели управляемого процесса и в модели его регулятора - плазмотрона.

Режим динамической оптимизации может быть осуществлен системой управления при полном использовании не только текущей оперативной информации о выходных параметрах плазмотрона, определяющих условия ведения процесса, но и априорной информации в виде его модели и модели плазмотрона. Следовательно, для получения всей необходимой для управления информации, кроме работоспособных моделей, система должна использовать датчики указанных параметров, в том числе, температуры потока плазмы. Проектирование, создание и внедрение таких систем сегодня затруднено.

Таким образом, все рассмотренные выше обстоятельства, а именно: общая тенденция к повышению качества продукции и эффективности производства, к ужесточению регламента плазмохимических процессов за счет их автоматизации создает потребность проектирования средств автоматизации. Поэтому актуальной является задача разработки, создания и применения способов, алгоритмов, программ и элементов систем управления, в том числе, датчиков и исполнительных механизмов. В связи с изложенным выше в диссертации большое внимание уделено теоретическим исследованиям объектов автоматизации. Специфика этих исследований связана с наиболее сложным и менее изученным элементом комплекса, с плазмотроном - многофункциональным элементом и, в том числе, инструментом технологий.

Данная диссертационная работа выполнялась как составная часть работ, проводимых по планам развития народного хозяйства страны и важнейших НИР по Постановлению Совмина СССР (№212 от 11.02.1986 г.), по Постановлениям ГКНТ и АН СССР (№ 573/137 от 10.11.1985 г.), по Плану важнейших НИР МЧМ УССР в соответствии с Постановлением ГКНТ СССР (№ 555 от 30.10.1985 г.), по Постановлению ГК по вопросам науки и технологий Украины (№ 12 от 04.05.1992 г.), по Федеральной целевой научно-технической программе ГК РФ по высшему образованию (грант 01.98.000.7380 от 1998 г.).

Цель работы. Совершенствование технологий обработки материалов электродуговой плазмой за счет повышения эффективности плазмотехнологических комплексов на основе их автоматизации с оптимизацией управления режимами работы ЭДП.

Первоосновой работы является идея управления ЭДП как технологическим аппаратом в режиме динамической оптимизации. Она определила новые задачи в плазмотехнике. В соответствии с целью работы формулируется ее общая научная задача: в теоретическом плане -выявление особенностей новых электродуговых плазмотехнологических комплексов как объектов автоматизации; исследование закономерностей газо-, термо- и электродинамических процессов дуговой плазмы в канале плазмотрона и их зависимости от внешних условий работы ЭДП; установление эффектов и определение характеристик, позволяющих выявить особенности плазмотрона как элемента системы электропитания и управления, а также как технологического аппарата; разработка математических моделей ЭДП для использования их как в процессе проектирования систем, так и при управлении процессами; разработка концепции, создание основ теории, разработка средств и автоматизация плазмотехнологических комплексов; в экспериментальном плане -создание и опытно-промышленная реализация средств автоматизации электродуговых плазмотехологических комплексов нанесения покрытий, прямого восстановления железа и производства базальтового волокна в двухплазмотронном реакторе.

Научные положения, разработанные лично диссертантом, их новизна. Разработаны положения, совокупность которых является крупным достижением в производстве новой плазмотехники и, в том числе, электродуговых плазмотехнологических комплексов, относящихся к сложным электротехническим комплексам и системам. Их совершенствование достигнуто, в основном, за счет решения вопросов теории и практики управления электродуговыми плазмотронами и автоматизации технологических процессов. При разработке положений получены следующие научные результаты:

1. Реализованы в опытно-промышленных условиях следующие плазменные технологии нового поколения: нанесение покрытий изменяющегося состава и толщины на изделия со сложной геометрической формой обрабатываемого изделия; прямое восстановление железа из железорудных окатышей в шестиплазмотронных металлургических печах шахтного типа; производство базальтового волокна в двухплазмотронном реакторе специальной конструкции. Впервые выявлены особенности этих технологических процессов как объектов автоматизации. Созданы плазмотехнологические комплексы с плазмотронами в качестве инструментов - регуляторов технологий. Осуществлено новое применение методов теории автоматического управления для решения задач автоматизации управления плазмотронами.

2. Получены данные исследований электродугового плазмотрона как преобразователя электрической энергии и энергии потока плазмообразующего газа в энергию технологического высокотемпературного, ионизованного газа. В совокупности с данными исследований плазмотрона как элемента электродуговой системы они использованы для выявления характера плазмотрона как объекта автоматизации, выработки и обоснования концепции моделирования электродугового разряда в нем, определения задач применения моделей.

3. Дано математическое описание плазмотрона для случаев названных в п.2. Установлено, что как объект управления он относится к классу нелинейных нестационарных объектов с априорно неопределенным или сложным описанием. При рассмотрении плазмотрона как объекта с распределенными или сосредоточенными параметрами и воздействиями разработанные модели представлены в различной форме: нелинейными дифференциальными уравнениями, линеаризованными дифференциальными или интегральными уравнениями, передаточными функциями с неполностью определенными коэффициентами, а также электрическими схемами замещения.

4. Разработаны программы и в среде "Delphi " создана первая версия программной системы для моделирования и проектирования элементов плазмотехнологического комплекса. При этом использованы все созданные модели.

5. Предложена диаграмма динамического состояния системы с ЭДП, позволяющая по параметрам элементов системы определить характер ее поведения при малых возмущениях.

6.Сформулированы условия, которые определяют энергетическое состояние и работоспособность электродугового плазмотрона в системе с источниками тока и газа при малых и больших возмущениях. При этом впервые учтено совместное влияние рабочего тока, расхода и рода газа, конструктивных параметров ЭДП, а также показана связь условий с пределами изменения среднемассовой температуры плазмы.

7. Обоснован и впервые введен показатель качества управления параметрами плазмы, позволяющий задать всем регуляторам системы управления оптимальные значения уставок.

8. Сформулирована новая концепция автоматизации плазмотехнологических комплексов опирающаяся на : использование основной научной идеи работы - управлять плазмотроном как технологическим аппаратом, т.е. управлять параметрами плазмы, определяющими технологические условия обработки материалов; динамическую оптимизацию режимов плазмотрона при полном использовании априорной и текущей информации об объекте автоматизации; применение систем управления с оптимальной структурой для поиска вектора оптимальных управляющих воздействий на объект (плазмотрон или плазмотехнологический процесс) и их представление как систем оптимального быстродействия.

9. Создание технических средств автоматизации - элементов инвариантных (за счет гибкости их структуры и функций, а также блочно-модульного исполнения) к аппаратной части систем автоматизации плазмотехнологических комплексов. К созданным средствам косвенного измерения параметров плазмы относится датчик среднемассовой температуры.

Достоверность данных вычислительных и физических экспериментов подтверждается в результате их взаимного сопоставления с данными других исследователей. Это касается распределения температуры и скорости плазмы, вольт-амперных и энергетических характеристик, параметров инерционности процессов, переходных и частотных характеристик плазмотрона. Оценка расхождения сопоставляемых данных по электрическим характеристикам не превысила 10%, а по тепловым и газодинамическим - 25%. Работоспособность созданных средств автоматизации, результаты их использования в опытно-промышленных условиях являются критерием достоверности рекомендаций и научных положений, на которых они основываются.

Разработанные в диссертации положения связаны с основными вопросами теории, с техническими средствами и с автоматизацией электродуговых плазмотехнологических комплексов. Они имеют научное и прикладное значение. Положения позволили осуществить в опытно-промышленных условиях технологические процессы нового поколения . На этапе проектирования систем автоматизации в каждом конкретном случае было разработано и обосновано техническое задание. В нем были использованы характеристики и разнообразные модели плазмотрона, обоснованы технические требования к средствам автоматизации комплекса и определены показатели качества. Было осуществлено эскизное и техническое проектирование средств с итерационным переходом от решения задач научных исследований и анализа результатов в область практической реализации. При этом к новому объекту автоматизации применены известные методы теории автоматического управления в сочетании с оригинальными созданными алгоритмами и программами. Такое сочетание определило применение в созданных системах средств современной вычислительной техники, что позволило повысить эффективность созданного оборудования. Практическую ценность представляют различные схемы средств автоматизации, в том числе: структурно - функциональная и принципиальная схемы системы управления, функциональная схема алгоритма взаимодействия задач в программной системе управления реального времени, а также структурная схема организации базы данных в ней, структурно - функциональная схема алгоритма работы локальных контроллеров, управляющих программ и схемы подключения контроллеров к объекту ( система автоматизации напыления); функциональная и принципиальная схемы базового варианта ( для отладки ) регулятора тока систем электропитания плазмотронов; принципиальная электрическая схема коллекторного блока, структурно -функциональная и принципиальная схемы системы управления генераторами плазмы, модулятора уставки тока для регуляторов, структурно - функциональная и принципиальная схемы измерительного преобразователя среднемассовой температуры, принципиальные схемы унифицированных модулей - блоков исполнительных устройств ( система автоматизации восстановления металла в металлургическом агрегате ). Практическую ценность имеет также структурно - функциональная схема экспериментального стенда для исследования динамических процессов в электродуговой системе и принципиальные схемы его элементов. Ценность полученных результатов подтверждена актами внедрения оборудования на промышленных предприятиях и в научно-исследовательских организациях. Результаты работы использованы при разработке и освоении новых плазмотехнологических процессов: нанесение термостойких композиционных покрытий переменного состава на изделия со сложной геометрией рабочей поверхности (НПО "ТехноМаш", г. Москва), прямого восстановления железа в металлургических печах (Металлургический завод им. Г.И. Петровского, г. Днепропетровск), производства базальтового волокна (завод стеновых материалов, г. Павлоград). Техническое предложение с рекомендациями по созданию средств автоматизации было использовано на этапе проектирования серийной плазменной многорежимной установки (ВнииАвтогенМаш, г. Москва). Техническое предложение с рекомендациями было использовано на этапе проектирования специальной установки "МАРС" (НПО "ТехноМаш", г. Москва). Составлено и передано для использования в проектировании Техническое задание (ТЗ) на разработку автоматизированной системы электропитания плазмотронов металлургической опытно-промышленной установки (Техническое управление МЧМ УССР).

Значение работы состоит также в том, что на основе выполненных исследований определены перспективные направления по совершенствованию плазмотехнологий и электротехнических комплексов для их осуществления. По одному из этих направлений в соответствии с Федеральной НТ программой автором диссертации выполняется фундаментальная НИР (Регистрационный номер 01.98.000.7380,1998 - 1999 гг., ГК РФ по высшему образованию).

Заключение диссертация на тему "Автоматизированные плазмотехнологические комплексы обработки материалов"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В процессе решения важной научно-технической проблемы создания новых технологий обработки материалов электродуговой низкотемпературной плазмой созданы научные основы и средства автоматизации плазмотехноло-гических комплексов. При этом получены следующие научные и практические результаты:

1.Созданы комплексы, позволившие осуществить в опытно-промышленных условиях следующие плазменные технологии нового поколения: нанесение покрытий изменяющегося состава и толщины на изделия со сложной геометрической формой обрабатываемого изделия; прямое восстановление железа из железорудных окатышей в шестиплазмотронных металлургических печах шахтного типа; производство базальтового волокна в двухплазмотронном реакторе специальной конструкции. Впервые выявлены особенности этих технологических процессов как объектов автоматизации.

3. Установлено, что в общем случае ЭДП может быть отнесен к нелинейным нестационарным объектам с априорно-неопределенным или сложным описанием. Дано его обобщенное математическое описание как системы с распределенными параметрами и воздействиями. Для частных случаев, названных в п.2, разработаны модели, представленные в различной форме: обыкновенными линеаризованными или нелинейными дифференциальными уравнениями с неполностью определенными коэффициентами и интегральными уравнениями, а также в форме передаточных функций и электри-ческих схем замещения . Разнообразие моделей ЭДП позволило выбрать различные технические принципы моделирования электродуговой системы в плазмотехнологическом комплексе, применить модели как на стадии проектирования систем управления, так и в процессе управления ЭДП. Модели использованы при разработке датчиков температуры.

6. Сформулированы условия, которые определяют энергетическое состояние и работоспособность электродугового плазмотрона в системе с источниками тока и газа при малых и больших возмущениях. Предложен критерий динамической устойчивости, частным случаем которого является критерий статической устойчивости Кауфмана. Установлены факторы, которые определяют ограничения в применении известных методов В.М.Попова, А.В .Якубовича и А.М.Ляпунова к исследованию устойчивости нелинейных систем "в большом". Показано, что учет нелинейных свойств элементов электродуговой системы и отображение их в модели системы позволяет методами численного моделирования установить условия и механизм развития неустойчивости, пути ее устранения с использованием средств автоматизации. В этом плане рассмотрены как одно-, так и многоплазмотронные системы.

7. Обоснован и впервые введен показатель качества управления параметрами плазмы, позволяющий задать всем регуляторам системы управления оптимальные значения уставок. Показатель введен как функционал, связанный для выходного поперечного сечения канала плазмотрона с распределениями температуры и скорости и определен как мера отклонения текущего значения полезной мощности потока плазмы от заданного (требуемого) для технологического процесса значения. Он обладает свойствами наблюдаемости и идентифицируемости. Предложенный показатель применим для систем с сосредоточенными и распределенными управляющими воздействиями на электрическую дугу ЭДП.

9. Созданы средства автоматизации: модели, алгоритмы, программы, а также регуляторы, датчики, исполнительные устройства и в целом системы управления. За счет гибкости их структуры и функций, а также блочно-модульного исполнения они инвариантны к аппаратной части систем автоматизации плазмотехнологических комплексов.Это позволило осуществить в опытно-промышленных условиях эксплуатацию созданных аппаратурно-технологических комплексов.

Все это в совокупности является решением крупной научно-технической проблемы повышения качества плазмотехнологических комплексов и систем для осуществления новых и совершенствования традиционных технологий обработки материалов в машиностроении, металлургии, энергетике и других отраслях народного хозяйства.

Библиография Ионов, Юрий Григорьевич, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы

1. Использование плазмы в химических процессах. Пер. с англ. / Под ред. Л.С. Полака М.: Мир, 1970. - 255 с.

2. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. Л.: Химия, 1981.-248 с.

3. Плазма в химической технологии / В.Д. Пархоменко, П.И. Сорока, Ю.И. Краснокутский, М.Н. Пивоваров К.: Тэхника, 1986. - 144 с.

4. Краснокутский Ю.И., Верещак В.Г. Получение тугоплавких покрытий в плазме. К.: Выща школа, 1987. - 200 с.

5. Пархоменко В.Д., Цыбулев П.Н., Краснокутский Ю.И. Технология плазмохимических производств. К.: Выща школа, 1991. - 255 с.

6. Туманов Ю.Н. Электротермические реакции в современной химической технологии и металлургии. М.: Энергоиздат, 1981. - 232 с.

7. Химия плазмы / Л.С. Поллак, Г.Б. Синярев, Д.И. Словецкий и др. -Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. 328 с. - (Низкотемпературная плазма. Т. 3).

8. Плазмохимическая технология / В.Д. Пархоменко и др. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1992. - (Низкотемпературная плазма. Т. 4).

9. Новые материалы и технологии. Экстремальные технологические процессы. / Под. ред. М.Ф. Жукова, В.Е. Панина Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1996. - 183 с.

10. Цветков Ю.В., Панфилов С.А. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления. М.: Наука, 1980. 359 с.

11. Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов. / Под. ред. Б.Е. Патона М.: Наука, 1973. - 243 с.

12. Дембовский В. Плазменная металлургия. Перевод с чешского. М.: Металлургия, 1981. - 280 с.

13. Бортничук Н.И., Крутянский М.М. Плазменно-дуговые плавильные печи. -М.: Энергоиздат, 1981. 120 с.

14. Plasmametallurgia / Kaskiala Markku, Kemppinen Seppo, Niemela Jaana u an. Vuoriteollisuns. - 1988. - 46, №2, p. 89 - 95.

15. Оптимизация режимов работы плазменной опытно-промышленной установки / Ю.Г. Ионов, В.Г. Юнкевич, Е.П. Моссур и др. -Днепропетровск: ДХТИ, 1982. Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. 81008777.

16. Оптимизация режимов работы плазменной опытно-промышленной установки / A.C. Пархоменко, Ю.Г. Ионов, В.В. Кравченко и др. -Днепропетровск: ДМеТИ, 1981. Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. 81022250.

17. Plasma melting technology. "J / Mettals", 1986, 38, №1, p. 43 45.

18. Иващенко В.П. Разработка теоретических основ и создание технологии получения металла из окускованного окисленного сырья с применением низкотемпературной плазмы: Дис. . д-ра техн. наук Днепропетровск: ДМеТИ, 1989.

19. Фарнасов Г.А., Фридман А.Г., Каринский В.Н. Плазменная плавка. М.: Металлургия, 1968. - 171 с.

20. Донской A.B., Клубникин B.C. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. JL: Машиностроение, 1979. - 221 с.

21. Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. -М.: Машиностроение, 1981. 192 с.

22. Плазменное поверхностное упрочнение / JI.K. Лещинский, С.С. Самотугин, И.И. Пирч, В.И. Комар — К.: Тэхника, 1990. — 190 с.

23. Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. Основные причины нестабильности плазменных покрытий // Применение газотермических покрытий в машиностроении. Современное состояние и перспективы: Тр. / 1-я отраслевая конф. М., 1985.

24. Клубникин B.C. Электротермические плазменные устройства и процессы напыления порошковых материалов: Дис. . д-ра техн. наук. - Л.: ЛПИ, 1986.

25. Хасуй А., Морчгаки О. Наплавка и напыление. — М.: Машиностроение,1985. —240 с.

26. Ионов Ю.Г., Моссур Е.П. и др. Гибкая автоматизированная линия для нанесения плазменных покрытий// Применение газотермических покрытий в машиностроении. Современное состояние и перспективы: Тр./ 1-я отраслевая конф. М., 1985.

27. Ионов Ю.Г., Десятник А.Н., Моссур Е.П. и др. Автоматизированная установка плазменного нанесения покрытий // Состояние, перспективы развития и применения упрочняющих покрытий в машиностроении: Тез. докл. / 2-я отраслевая конф. М., 1987. - С. 97 - 98.

28. Плазма в медицине и биологии. Новые технологии в хирургии. // Тез. / Всерос. научно-практ. конф. Смоленск: СГМА, 1997.

29. Быховский Д.Г. Плазменная резка. Л.: Машиностроение, 1972. - 167 с.

30. Тиходеев Г.М. Энергетические свойства электрической сварочной дуги. —М.:Изд-во АН СССР, 1961. —254 с.

31. Башенко В.В., Соснин H.A. Электросварочное оборудование. Л.: ЛПИ,1986.-78 с.

32. Повърхностни термични технологии. // Докл. / Първа научно-техническа конференция. Варна, 1989. - 368 с.

33. Аппаратура плазменного напыления: Обзор / Ю.В. Курочкин, Г.А. Строганов, A.M. Гонопольский и др. М.: НИИ Маш, 1984. - 56 с.

34. Линник В.А., Пекшев П.Ю. Современная техника газотермического нанесения покрытий. М.: Машиностроение, 1985. - 128 с.

35. Оборудование для плазменного нанесения покрытий. Каталог. М.: ВНИИТЭМР, 1988. - 17 с.

36. Электродуговые плазмотроны: Рекламный проспект / Под ред. М.Ф. Жукова — Новосибирск, 1980. — 84 с.

37. Создание единичной системы электропитания многоплазмотронного металлургического агрегата прямого получения стали / Ю.Г. Ионов, В.Г. Юнкевич, О.В. Семко и др. Днепропетровск: ДХТИ, 1989. - Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. 01890017998.

38. Усовершенствование системы обеспечения электроэнергией плазмотронов опытно-промышленной установки / Ю.Г. Ионов, A.C. Пархоменко, Д.П. Московцев и др. — Днепропетровск: ДМеТИ, 1982. — Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. 02829009087.

39. Smit W.H. Vlamspuiten— de opmars van cen oppervlaktetechnick.— "Metaalbewerking", 1977, Bd. 43, № 20, p. 449 455.

40. Zaat J.H. Thermisch opspuiten. — Lastechnick, 1980, 46, № 10, p. 237 246.

41. Дзюба В.Л., Даутов Г.Ю., Абдулин И.Ш. Электродуговые и высокочастотные плазмотроны в химико-металлургических процессах.— Киев: Тэхника, 1991. — 170 с.

42. Кудинов В.В., Пекшев П.Ю. Тенденции развития и совершенствования аппаратуры для газотермического напыления // Изв. СО АН СССР. Сер. техн наук.— 1985.— Вып. 1, № 4. — С. 113 121.

43. Кручинин A.M. Системы питания и управления плазменно-дуговыми печами и установками: Итоги науки и техники // Электротехнология. — М.: ВИНИТИ, 1983. — С. 64 80.

44. Dessonville J.-F., Labrot Maxim. Plasmas d'arc. Applications industrielles. "J. fr. electroterm", 1985, № 6, p. 44 49.

45. Plasmaverfahren erschliben neue Metallmärkte. "Elektrowärme Int.", 1984, В 42, № 5, 244.

46. Jarrett Noel, Szekely Julian, Roman Ward. NMAB report on plasmas. — "J. Metalls", 1986, 38, № 1, p. 41 45.

47. Howie F.H., Sayce I.G. Plasma heating of refractory melats. — Rev. Int. Hautes. Temp, of Refract. — 1974. — 11, p. 169 176.

48. Pat. 959472 GB, CI C23C 7/00. Improvements in/or relativ to plasma jet torches. — Publ. 03.06.64.

49. Pat. 3989512 VS, CI2 C21C 5/52. Plasma heat treatment means and method / J.C. Sayce. — Publ. 02.11.76.

50. Harry J.E. and Hobson L. Production of a large Volume Discharge Using a Multiple Arc System. — IEEE Trans, on Plasma Science, 7, № 3, 1979, p. 157-162.

51. Промышленные установки электродугового нагрева и их параметры / Под ред. JI.E. Никольского — М.: Энергия, 1971. — 272 с.

52. Трехдуговая плазменная установка для напыления: Проспект — Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1980. — 4 с.

53. Harry J.E., Knight R. Simultaneous operation of electeir arcs from the same supply. — IEEE Transactions on Plasma Science, 1981, 9, № 4, p. 248 254.

54. Клубникин B.C., Смирнов В.Г. Особенности многодуговых плазменных систем // Изв. Вузов / Электромеханика.— 1984.— № 9.— С. 27 33.

55. Клубникин B.C. Плазменные устройства для нанесения покрытий // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук.—1983. — Вып.З №13. —С. 82 92.

56. Jean Van den Broek. Les torches a plasmas d'arc. — Revue de L'energie, n° 373, avril 1985. — p. 229-236.

57. Heinrich P. Ubersicht und einfuhrung in das "Thermische Spritzen". "Schweiz. Ind. — und Ver-Kehrsrev.", 1986, 58, № 3, p. 17 19.

58. Жеенбаев К.Ж. Исследование и применение одноканального идвухструйного плазмотронов // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук.— 1984. Вып. 3, № 16 — С. 76 - 82.

59. Ионов Ю.Г. К теории нестационарных процессов электрической дуги постоянного тока // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. 1986. - Вып. 1, № 4 - С. 84 - 87.

60. Шашков А.Г., Крейчи JL, Крылович В.И. и др. Теплообмен в электродуговом нагревателе газа. — М.: Энергия, 1974. — 152 с.

61. Основы расчета плазмотронов линейной схемы / Под ред. М.Ф. Жукова — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1979. — 147 с.

62. Жуков М.Ф., Аныыаков A.C., Засыпкин И.М. и др. Электродуговые генераторы с межэлектродными вставками. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1981. —221 с.

63. Даутов Г.Ю., Дзюба B.JL, Карп И.Н. Плазмотроны со стабилизированными электрическими дугами. — Киев: Наук, думка, 1984. —168 с.

64. Кинни, Спэрроу, Уинтер. Краткий обзор экспериментов с системой теплоотвода при пористом охлаждении электрической дуги // Теплопередача.— 1964.—Т 86, № 1.— С. 167-168.

65. Шир, Куни, Ротакер. Подвод газа через поверхность пористого анода электрической дуги // Ракетная техника и космонавтика. 1964.- № 3.— С. 91-99.

66. Андерсон И., Эккерт Г. Пористое охлаждение стабилизированного электродугового нагревателя // Ракетная техника и космонавтика. —1967.-Т. 5, № 4.— С. 113 122.

67. Хеберлайн, Пфендер. Пористое охлаждение стенок камеры со стабилизированной электрической дугой большой мощности // Теплопередача,— 1972.— Т.94, № 2.— С. 17 25.

68. Plasma jet generating apparatus with plasma confining vortex generator/A. Yoshiaki, K. Akira; Nippon Steel Corp. Пат. 4620080, США. Заявл. 25.06.85, №748421, опубл. 28.10.86. Япония МКИ В23 К9/00, НКИ 219/121 PP.

69. Мустафин Г.М. Характеристики стабилизированной дуги в канале с распределенной подачей газа // ПМТФ. —1968.— № 4.— С. 124-129.

70. Пустогаров A.B., Курочкин Ю.В., Мельников Г.Н., Супроненко М.Н. Линейный плазмотрон с пористым охлаждением МЭВ // Там же. -С. 90-93.

71. Галимарданов М.Ш., Исмагилов Р.Х., Киямов Х.Г., Сальянов Ф.А. Тепловые характеристики плазмотрона с распределенным расходом газа (ПРРГ) // Там же. — С. 98 101.

72. Бербасов В.В., Урюков Б.А. Ламинарная электрическая дуга в канале с пористым охлаждением стенок // Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд.-ние, 1977. —С. 49-61.

73. Мельников Г.Н., Пустогаров A.B., Супроненко М.Н. Исследование характеристик плазмотрона с пористым каналом МЭВ при работе на воздухе, азоте и водороде // Генераторы низкотемпературной плазмы.Т1.

74. Материалы / 7-я Всесоюз. конф., г. Алма-Ата, сентябрь 1977г.— Алма-Ата, 1977.— С. 94 97.

75. Лукашов В.П., Поздняков Б.А. Напряженность электрического поля дуги в канале плазмотрона с распределенным вдувом // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук.—1976—Вып. 3,№13. — С. 104- 107.

76. Жуков М.Ф. Электрические и тепловые характеристики высокоэнтальпийных плазмотронов // Экспериментальные исследования плазмотронов. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1977. — С. 6 36.

77. Миронов Б.П. Пористое охлаждение электродуговых нагревателей // Там же. — С. 62-82.

78. Курочкин Ю.В., Пустогаров A.B. Исследование плазмотронов с подачей рабочего тела через пористую межэлектродную вставку // Там же .— С. 82-119.

79. Путько В.Ф. Исследование электродуговой плазмы во вращающемся магнитном поле: Автореф. дис. канд. техн. наук.— Новосибирск: ИТФ, 1979.

80. Исаков А.И., Новиков О.Я., Путько В.Ф. Реализация и исследование трубчатого электродугового разряда // Генераторы низкотемпературной плазмы.Т.1:Тез. докл./ 10-я Всесоюз.конф., г.Каунас, 16-18 сент. 1986г.— Минск, 1986.— С. 42 43.

81. Амбразявичюс А.Б., Мечус В.И., Вилейшис А.И. Влияние места и интенсивности радиального вдува газа на параметры плазмотрона // Там же. — С. 75 76.

82. Дзюба В.Л., Сергиенко С.Н., Мазурайтис И.С. Высокоресурсныйплазмотрон высокого давления // Там же.— С. 77 78.

83. Борискин С.П., Горожанкин Э.В., Токарев Ю.М. Плазмотрон с распределенной подачей газа // Там же.— С. 82-83.

84. Кручинин A.M. Исследование и разработка управляемых систем электропитания плазменных установок промышленных предприятий: Дис. д-ра техн. наук.— М., 1981.

85. Автоматическое управление электротермическими установками / Под ред. А.Д. Свенчанского — М.: Энергоатомиздат, 1990. — С. 394 408.

86. Тамкиви П.И., Томсон Т.И. Источники питания генераторов низкотемпературной плазмы на базе управляемых выпрямителей // Тепло- и массообмен в плазмохимических процессах. Материалы /1-я Междунар. школа-семинар.—Минск: ИТМО АН БССР,1982. С. 91-97.

87. Цишевский В.П., Эдемский В.М., Кручинин A.M. Системы питания и автоматического управления промышленными дуговыми и плазменными установками // Электротехнология (итоги науки и техники). — М.: ВИНИТИ, 1983.— Вып 4.— С. 106.

88. Ясько О.И. Электрическая дуга в плазмотроне.— Минск: Наука и техника, 1977. — С. 107 117.

89. Привалов В.Д. Вопросы построения управлляемых источников тока // Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена.— Новосибирск: Наука. Сиб. отд.-ние,1977— С. 205 210.

90. Пешехонов В.И., Светогорова Е.А. Модель управляемой системы электропитания промышленных плазмотронов // Труды по итогам НИР.— М.: МЭИ, 1986. — Вып.93.—С. 22 28.

91. Jean Van der Broek. Les torches á plasmas d'arc.— Revue de L'energie, n°373, avril 1985, p. 229 236.

92. Айзенштейн А.Г., Артеменко С.И. Источники питания плазмотрона постоянного тока мощностью до 400 квт для плазмохимическихустановок // Топливно-плазменные горелки. Киев, 1977. - С. 97 - 102.

93. Ионов Ю.Г. Влияние параметров источника питания на устойчивость горения дуги в плазмотроне // Генераторы низкотемпературной плазмы: Тез. докл. / 6-я Всесоюз. конф., г. Фрунзе, 17-19 сент. 1974 г. Фрунзе, 1974.-С. 273.

94. Томсон Т. Управляемые выпрямители для групповой нагрузки.— М.: Энергоиздат, 1989. — 96 с.

95. Многодуговые системы / О.Я. Новиков, П.И. Тамкиви, А.И. Тимошевский и др.— Новосибирск: Наука.Сиб. отд.-ние, 1988. — 133 с.

96. Васильев А.С., Гуревич С.Г., Иоффе B.C. Источники питания электротермических установок.— М.: Энергоиздат, 1985. — 248 с.

97. Полупроводниковые выпрямители. / Под. ред. Ф.И. Ковалева и Г.П. Мостковой.—М.: Энергия, 1978.-448 с.

98. Разработка системы управления плазмотронами с помощью тиристорных преобразователей в опытной многоплазмотронной установке ППС / Ю.Г. Ионов, В.Г. Юнкевич, Е.П. Моссур и др.— Днепропетровск: ДХТИ,1986.— 70с.—Отчет НИР. ВНТИЦентр, № г.р. 81008777.

99. Fiegelist Ralph J., DC power supplies for metal finishing. Jr. "Metal Finish", 1984, 82, №8, p. 63-68.

100. Increasing productivity through electrotechnology. "Wire J. Int.", 1986, 19, №4, p. 76-77.

101. Pfender E. Method of utilizing a plasma columm. Pat. 4725447, USA. MKU B05 D 3/06, HKU 427/37.

102. The use of arcplasma technology for waste treatment applications/ Geiwer

103. Ray, Batford James, Gillins Robert, Leortherman Gary// AIAA Pap. — 1995, № 0249, p. 1 8.

104. Wachstumsmarkt ummelt freundliche plasmatechnologie/AuL R., Reichel K. // Galvanotechnik — 1995, 86, № 6. — p. 1890.

105. Industrial plasma for iron and steelmaking / Fey M.G., Meyer T.N., Reed W.H. //"40th Elec. Furnace Conf. Proc. Kansas City, Mo., 7-10 Dec., 1982, Vol 40".

106. Разработка средств автоматизированного контроля и управления процессом плазменного напыления / Ю.Г. Ионов, А.Н. Десятник, Е.П. Моссур и др.— Днепропетровск: ДХТИ, 1985.— Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. 01850054309

107. Подготовка к вводу в действие программного обеспечения и аппаратных средств контроля и управления АУПН / Ю.Г. Ионов, А.Н. Десятник и др. Днепропетровск: ДХТИ, 1989. — Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. 01890009255.

108. Установка для напыления покрытий пульсирующей плазмы. Патент США, № 4142089, В 23 К 9106,1979.

109. Utilization of Computers in the Coatings industry. Coleman E., Cuttenplan M.,

110. Herreras A., Iskowitz M., Kaye J., Max R., и др. "J. Coat Technol.", 1984, 56, №719, p. 77-88.

111. Компьютерные системы для термической обработки / Thomas Т., Gruber R. Metal Progress, 1981, № 11, p. 32 38.

112. Выбор, автоматизация и конструирование оборудования для систем нанесения покрытий / Roiler S.H. ВЦП.— №Е— 69693.— 11 е., илл. Metal Finishing, 1983, v. 81, № 1А, p. 655, 656, 658, 662, 664, 666.

113. Применение систем напыления, полностью управляемых ЭВМ, для повышения качества покрытий, получаемых в процессе напыления плазмой низкого давления / ВЦП. — № КМ-91542. — 15 с.

114. Ионов Ю.Г., Логачев В.Г. Стратегия автоматизации технологий напыления // Газотермическое напыление в промышленности СССР и за рубежом — GTSM 91: Материалы / Международ, семинар, г. Ленинград, 27 - 29 мая 1991 г. - Л., 1991. - С. 47 - 48.

115. Ионов Ю.Г., Десятник А.Н., Моссур Е.П. и др. Автоматизированная установка плазменного напыления // Электротермические процессы и установки: Тр. / Тульск. политех, ин-т.— Тула, 1991. — С. 55 65.

116. Пузряков А.Ф., Ионов Ю.Г., Моссур Е.П. Пути совершенствования автоматизированных плазменных установок для нанесения покрытий // Автомат, сварка.— 1987.— № 4— С. 56 58.

117. Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Тен Ун Ге и др. Частотный способ управления параметрами плазмы, используемой для плазмохимической технологии // Плазмохимия-79.4.2: Тез. докл./Всесоюз. симпоз.по плазмохимии.— М.: Наука, 1979. — С. 109 112.

118. Оптимизировать структуру и функции алгоритмического и программного обеспечения системы контроля и управления многорежимной плазменной установки / Ю.Г.Ионов, В.Г.Шаповал и др. Днепропетровск: ДХТИ, 1989. Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р.01870055702.

119. Гонопольский А.М., Домнич М.Э. и др. Анализ возможных путей интенсификации теплообмена частиц порошка с потоком плазмы при напылении // Тр. / ВНИИавтогенмаш. — М., 1985. — С. 20 26.

120. Гутман Б.Е., Шоршоров М.Х. Влияние модуляции плазменной дуги на адгезию и газопроницаемость порошковых покрытий // Физика и химия обработки материалов.— 1986.— № 6 — С. 61 64.

121. Ионов Ю.Г. Свободные, вынужденные и параметрические колебания электрической дуги плазмотронов // Тез. докл. / 4-й Всесоюз. симпоз. по плазмохимии, г. Днепропетровск, сент. 1984 г. Днепропетровск, 1984. -С. 136-138.

122. Ионов Ю.Г., Моссур Е.П Способы создания пульсирующих плазменных потоков и устройства для их осуществления // Плазмотехнология-93: Сб.науч. тр. Запорожье, 1993. - С. 68 - 72.

123. Математические методы исследования динамики и проблемы управления низкотемпературной плазмой / О.Я. Новиков, В.Ф. Путько, В.В. Танаев и др. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. — 257с. (Низкотемпературная плазма. Т2).

124. Жуков М.Ф., Коротеев A.C., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы.— Новосибирск: Наука. Сиб. отд.- ние, 1975.— 296 с.

125. Расчет стабилизированных каналовых дуг с учетом переноса излучения и неравновесности плазмы / Н.П. Назаренко, Н.Г. Паневин // Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1977. — С. 61 87.

126. Scott В., Cannell J. Jnt. J. Mach. Tool Des. Res., 7,1967, p. 243 256.

127. Ионов Ю.Г. Исследование электродугового плазмотрона как объекта автоматизации: Дис. . канд. техн.наук — Л.: ЛИИ, 1975.

128. Кукеков Г.А., Каплан Г.С. Основы теории гашения электрической дуги // Теория электрических аппаратов. М.: Высш. школа, 1985. - С. 166 -172.

129. Edels H., Fenlos F. Teory of a Filledtube Arc Columm. — British Journal of Applied Physics, 16,1965. — p. 219 230.

130. Mayr О. Beitrage zur theorie des Statischen und dinamischen lichtbogens//Archiv fur Elektrotechnick, vol 37, 1943. — p. 588 608.

131. Cassie A.M. A new theory of arc rupture and circuit severity// CIGRE, — 1939, № 102.—p. 1-14.

132. Noske H. Zum stabilitätsproblem biem Abschalten kleiner induktiver ströme mit Hochspannungs — Schaltern //Archiv für Elektrotechnik, 1957, Bd 43, H. 2.-s. 114-133.

133. Заруди M.E. Электрический дуговой разряд в канале: Дис. . д-ра техн. наук. — М.: МИРЭА, 1971.

134. Ионов Ю.Г. Особенности передаточной функции плазмотрона как объекта управления. Т.2 // Тез. докл. / 2-е Всесоюз. совещ. по плазмохимической технологии и аппаратостроению. М., 1977. - С. 135- 137.

135. РемезовскийВ.М. Дис. . канд.техн.наук.— Л.: ЛЭТИ, 1972.

136. Хомский И.Г. Электрическая дуга как объект регулирования // Электротехника.— 1968.— № 12.- С. 33 36.

137. Трофимов Н.М. Устойчивость горения дуги постоянного тока при сварке неплавящимся электродом. // Свароч. пр.-во.— 1973.— № 8.

138. Суетин Т.А., Хомский И.Г. Игнитронные преобразователи для питания мощных плазмотронов и дуговых реакторов // Генераторы низкотемпературной плазмы: Тр./ 3-я Всесоюз. конф. — М.: Энергия, 1969. —С. 378-393.

139. Физика и техника низкотемпературной плазмы / Под ред. C.B. Дресвина. — М.: Атомиздат, 1972. — 352 с.

140. Теория столба электрической дуги / B.C. Энгелыпт, В.И. Гурович, Г.А. Десятков и др.— Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990.— 376 с. -(Низкотемпературная плазма. Т. 1)

141. Пешехонов В.И., Лазуткин Ю.В., Данилов В.А. Динамические характеристики дуговых сталеплавильных печей постоянного тока // Тр./ МЭИ. — М.: МЭИ, 1982. Вып. 576. — С. 29 33.

142. Кадацкий А.Ф., Яковлев В.Ф. Разработка систем управления источников питания мощных плазмотронов // Электротермические процессы и установки. — Тула: ТПИ, 1991. — С. 5-13.

143. Управляемый выпрямитель в системах автоматического управления / Под ред. А.Д. Поздеева. — М.: Энергоатомиздат, 1984. — 352 с.

144. Ионов Ю.Г., Моссур Е.П. К вопросу об устойчивости горения дуги плазмотрона // Генераторы низкотемпературной плазмы: Тез. докл. / 9-я Всесоюз. конф., г. Фрунзе, 20 22 окт. 1983 г. - Фрунзе, 1983. - С. 428 -429.

145. Ионов Ю.Г., Семко О.В. Имитационные модели систем электропитания дуговых плазмотронов // Плазмотехнология 93: Сб. науч. тр.— Запорожье, 1993. — С. 201 - 207.

146. Ионов Ю.Г., Моссур Е.П., Пархоменко В.Д. К вопросу о методике синтеза автоматизированной системы управления плазмохимическим процессом // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. 1983. — Вып.З, №13. -С. 69-76.

147. Ионов Ю.Г., Клубникин B.C., Ри Кенхи и др. Оптимизация процесса плазменного напыления // Теория и практика плазменного напыления / Тр. МВТУ. — М., 1977. —№ 237. С. 68 - 79.

148. Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. Методика оптимизации технологического процесса, включающая оптимизацию режимов работы плазмотрона. Т.2 // Тез. докл./ 2-е Всесоюз. совещ. по плазмохимической технологии и аппаратостроению. М., 1977. - С. 138 - 140.

149. Разработка и исследование технологических процессов нанесения покрытий катодов эмиссионными составами низкотемпературной плазмой / A.B. Донской, B.C. Клубникин, Ю.Г. Ионов и др. — JL: ЛПИ, 1972, —Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. Б219516.

150. Разработка и исследование технологического оборудования и процессов нанесения эмиссионных и изоляционных материалов на детали катодных узлов ЭДП / A.B. Донской, B.C. Клубникин, Ю.Г. Ионов и др. — Л.: ЛПИ, 1974. Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г. р. 68073552 .

151. Исследование и разработка технологии плазменного нанесения покрытия на литейную оснастку / Ю.Г. Ионов, A.C. Пархоменко, B.C. Тищенко и др.— Хабаровск: ХПИД978. Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г. р. 77052622, Б 681386.

152. Управление параметрами плазмы и режимами работы плазменных установок / Ю.Г. Ионов, A.C. Пархоменко, Тен Ун Ге и др. — Хабаровск: ХПИД978. Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г. р. 79017461, Б 765434.

153. Ионов Ю.Г. О динамических свойствах технологического процесса плазменного напыления // Электротермические процессы и установки Тр. / Тульск. политех, ин-т. — Тула, 1991. — С. 43 49.

154. Ионов Ю.Г., Пархоменко В.Д. Характерные времена некоторых процессов в дуговой плазме // Генераторы низкотемпературной плазмы. 4.1: Тез. докл. / 10-я Всесоюз. конф., г. Каунас, 16-18 сент. 1986г.— Минск, 1986. — С. 60 62.

155. Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Юнкевич В.Г. и др. Результаты исследований системы питания многоплазмотронной установки // Тез.докл./ 8-е Всесоюз. научно-техн.совещ.по электротермии и электротермическому оборудованию. — Чебоксары, 1985. — С. 97.

156. Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Семко О.В., Юнкевич В.Г. Особенности электроснабжения многоплазмотронной металлургической установки // Электротермические процессы и установки. Тр./ Тульск. политех, ин-т.— Тула, 1991. —С. 13-21.

157. Применение ЭВМ для термодинамических расчетов металлургических процессов / Г.Б. Синярев, H.A. Ватолин, Б.Г. Трусов, Г.К. Моисеев. — М.: Наука, 1982. —260 с.

158. Ионов Ю.Г., Юнкевич В.Г., Моссур Е.П., Семко О.В. Схемотехнические особенности многоплазмотронных систем электропитания // Плазмотехнология-93: Сб. науч. тр. — Запорожье, 1993. — С. 193-197.

159. Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. Особенности решения проблемы автоматизации плазменных технологических установок // «Плазмохимия-79». Т. 2. / 3-й Всесоюз. симпоз. по плазмохимии. — М.: Наука, 1979. — С. 106 109.

160. Финкельбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазма. — М.: Изд.-во иностр. лит., 1961. — 369 с.

161. Теория термической электродуговой плазмы. 4.1. Методы математического исследования плазмы / М.Ф. Жуков, Б.А. Урюков, B.C. Энгелыыт и др.— Новосибирск: Наука. Сиб. отд.-ние, 1987. — 285 с.

162. Кузин JI.T. Расчет и проектирование дискретных систем управления. -М.: Машгиз,1962. 683 с.

163. Бутковский А.Г. Методы управления системами с распределенными параметрами. —М.: Наука,1975. 568 с.

164. Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. Идентификация динамических характеристик электрической дуги // Специальные вопросы электротермии: Тр./ Чуваш, гос. ун-т.— Чебоксары, 1986. — С. 74 82.

165. Ионов Ю.Г., Десятник А.Н. Базовый плазмотехнологический комплекс // Плазмотехнология-93. Запорожье, 1993. - С. 198-201.

166. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров.— М.: Наука, 1964. —772 с.

167. Калиткин H.H. Численные методы. — М.: Наука, 1978. — 512 с.

168. Мотовилов В.В. Инженерная модель динамики электродугового плазмотрона // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук.—1985.— Вып. 2. № 10.

169. Филипс. Индуктированная радиальная конвекция в нестационарных электрических дугах // Плазма газового разряда и ее применение. Тр. / ИИЭР.— 1971.—Т 59, № 4. С. 33 -41.

170. Бобнев A.A. Динамические характеристики электрической дуги, горящей в цилиндрическом канале. Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. - 1978. -Вып.2. № 8.

171. Райзер Ю.П. Основы современной физики газоразрядных процессов. -М.: Наука, 1980.

172. Математическое моделирование электрической дуги / Под ред. B.C. Энгелынта. — Фрунзе: Илим, 1983.

173. Андерсон Дж. Э. Явление переноса в термической плазме / Под ред. A.B. Лыкова. —М.: Энергия, 1972.

174. Новиков О.Я. Общие методы анализа устойчивости горения электрической дуги // Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена / Под ред. М.Ф. Жукова. — Новосибирск: Наука. Сиб. отд.-ние,1977.

175. Меккер Г. Причины движения и смещения дуги // Плазма газового разряда и ее применение . Тр. / ИИЭР— 1971.— Т.59. № 4.

176. Ионов Ю.Г., Клубникин B.C. Влияние граничных условий на расчетные характеристики дуги в плазмотроне // Генераторы низкотемпературной плазмы: Тез. докл. / 6-я Всесоюз. конф., г. Фрунзе, 17-19 сент. 1974 г. -Фрунзе, 1974.-С. 73.

177. Егоров В.М., Новиков О.Я. Динамика электрической дуги // Тория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена / Под ред. М.Ф. Жукова. Новосибирск: Наука. Сиб. отд.-ние, 1977.

178. Исследование теплообмена при взаимодействии электрической дуги с продольным потоком газа / А.И. Ивлютин, Ю.В. Курочкин, Э.И. Молодых и др. // ИФЖ.— 1975.— Т 28, № 3.

179. Сергиенко A.C., Шашков А.Г. Динамические ВАХ плазмотронов при больших и малых амплитудах и скоростях изменения тока // ИФЖ. — 1970.—Т19,№4.

180. Экспериментальное исследование нестационарной электрической дуги / Г.Ю. Даутов, Р.Р. Зиганшин, Р.Х. Исмагилов и др. // Физика и химия обработки материалов.— 1977.— № 4.

181. Гладков Э.А., Сас A.B. Динамические характеристики свободной дуги постоянного тока с неплавящимся электродом // Свароч. пр.-во.—1979.—№3.

182. Пахомов Е.П. Электрическая дуга, стабилизированная стенкой, формы, области существования, характеристики: Дис. д-ра. техн. наук. —М.,1980.

183. Стронгин М.П., Яцкарь И.Я. Численное исследование нестационарной электрической дуги // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук.—1978.—Вып. 3, № 3.

184. Maecker Н. Plasmaströmungen in Lichtbögen infolge eigemagnetischer Kompression. — Zeitschrift für Pfysik, 1955, H. 141.

185. Заруди M.E. О влиянии нелинейных свойств плазмы на характер нестационарных процессов в стволе каналовой дуги (вопросы теории и расчета) // ЖТФ. 1971. - Т 16, вып. 4.

186. Крижанский С.М. К теории вольтамперной характеристики столба нестационарного дугового разряда высокого давления // ЖТФ.— 1965.— Т 35, вып. 10.

187. Deutsch Н., Rutscher A. Die Impedanz der positiven Niederdrücksäule bei kleinen Entladungsstromstärken//Beitrage aus der Plasma Physik, 1968, v. 8, № 3, p. 205-216.

188. Ионов Ю.Г. Математическое описание плазмотрона как объекта управления // Изв. Вузов СССР / Электромеханика. —1979.— № 2. —1. С.103 -106.

189. Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C. О согласовании характеристик плазмотрона и источника питания // Специальные вопросы электротермии: Тр. / Чуваш, гос. ун-т. Чебоксары, 1981. — С. 106 - 114.

190. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. — М. — Л.: Энергия, 1965. — 892 с.

191. Grawford F.W.: J. Appl. Phys., 33 (1962) 20.

192. Hatta Y., Shibata S.: Proc. Vi IGPIG. Paris, 2 (1963) 82.

193. Deutsch H., Pfan S., Rutscher A. Zur Dynamik des Saülen-plasmas. — Wiss. Z. Univ. Greifswald, Math. nat. Reihe 23 (1974), 9 17.

194. Киселев A.B. Переходные характеристики искрового разряда в газе // ЖТФ. —1969.—Т 39, вып. 8.- С. 1443 1445.

195. Чернетский A.B., Рычков Б.А., Темеев A.A. Исследование низкочастотных колебаний в сильноточных плазмотронах // Вопросы физики низкотемпературной плазмы. —М.: Наука и техника, 1970.— С. 566-570.

196. Васильев С.С. Кинетика нестационарных процессов в электрических разрядах // Журнал физ. химии. —1971.—Т 45, № 9 С. 2260 - 2269.

197. Трофимов Н.М., Лукашов В.Н., Коряжкин В.В. и др. Электрическая схема замещения сварочной дуги постоянного тока с неплавящимся электродом // Электричество.— 1977 — № 8 С. 40 - 44.

198. Егоров В.М., Новиков О.Я. Некоторые задачи устойчивости горения электрической дуги // Теория электрической дуги в условиях вынужденного теплообмена / Под. ред. М.Ф. Жукова —Новосибирск: Наука. Сиб. отд.-ние,1977. — С. 143 173.

199. Пентегов И.В., Сидорец В.Н., Генис И.А. Моделирование сварочной дуги как элемента электрической цепи и построение схем замещения // Автомат.сварка. —1984.— № 12 (381). С. 26 - 30.

200. Теория МГД генераторов // Тр. Спец. Выпуск. / ИИЭР. - 1968. - Т.56, № 9. - С. 6 - 59.

201. Апуховский А.И. О схеме замещения МГД-генератора // Магнитная гидродинамика.—1976.— № 2. С. 135 - 137.

202. Блиштейн A.A. Электрическая схема замещения канала МГД-генератора // ТВТ. —1979. —Т. 17, вып. 3.

203. Нейман JI.P., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Т. 1. Л.: Энергия, 1967. — 552 е.; Т. 2. — М. — Л.: Энергия, 1966. — 407 с.

204. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Т. 1.— М.: Гостеориздат, 1952. —432 с.

205. Булгаков Б.В. Колебания. —М.: ГИТТЛ, 1954. — 638 с.

206. Шаталов A.C. Структурные методы в теории управления и электроавтоматике. — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1962. — 406 с.

207. Основы инженерной электрофизики. Ч. il /Под ред. П.А. Ионкина. — М.: Высш. школа, 1972. — С. 216 260.

208. Гарновский H.H. Теоретические основы электропроводной связи. Ч. I:. Общая теория линейных цепей с сосредоточенными постоянными. — М., 1956. — 692 с.

209. Татур Т.А. Основы теории электрических цепей. — М.: Высш.школа, 1980. —271 с.

210. Перегудов B.C. Динамические характеристики электрической дуги. Автореф. дис.канд. техн. наук. Новосибирск: ИТФ, 1983. - 17с.

211. Антосяк В.Г., Мельник A.A. Передаточная функция дуги постоянного тока при малых отклонениях тока и напряжения // Автомат, сварка.— 1983.— №12. -С. 21 -24.

212. Егоров В.М., Мотовилов В.В. Динамика среднемассовой энтальпии газа в плазмотроне // Физика и химия обработки материалов .—1979.— № 6.- С. 105-108.

213. Ионов Ю.Г. Схемы замещения электрической дуги постоянного тока // Электричество. —1986. — №12. С. 16 - 20.

214. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.Е. Теория колебаний. — М.: Физматиз, 1959. 912с.

215. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. —М.: Высш. школа, 1978. —528 с.

216. Шимони К. Теоретическая электротехника. — М.: Мир, 1964. — 773 с.

217. Солодов А.В. Линейные САУ с переменными параметрами. — М., 1962. — 322 с.

218. Тафт В.А. Электрические цепи с переменными параметрами. —М.: Энергия, 1968. — 328 с.

219. Алексаков Г.Н., Гаврилин В.В., Федоров В.А. Персональный аналоговый компьютер. —М.: Энергоатомиздат, 1992. — 256 с.

220. Солодовников В.В., Дмитриев А.Н., Егупов Н.Д. Спектральные методы расчета и проектирования систем управления. — М.: Машиностроение, 1986. —440 с.

221. Верлань А.Ф., Сизиков B.C. Интегральные уравнения: методы, алгоритмы, программы.Справочн. пособие. — Киев: Наук, думка, 1986. —543 с.

222. Publishing Corporation, 1999. p. 257 - 266.

223. Розенвассер E.H., Водоводов C.K. Операторные методы и колебательные процессы. — М.: Наука, 1985. — 312 с.

224. Разработка алгоритма программы и расчет на ЭВМ параметров преобразователя электроэнергии / Ю.Г. Ионов, Хе Кан Чер Хабаровск: ХПИ, 1979. - Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р.

225. Якубович В.А., Старжинский В.М. Линейные дифференциальные уравнения с периодическими коэффициентами и их приложение. — М.: Наука, 1972.

226. Ортега Дж., Рейнболдт В. Итерационные методы решения нелинейных систем уравнений со многими неизвестными. — М.: Мир, 1975. — 558 с.

227. Вычислительная математика в примерах и задачах / Н.В. Копченова, И.А. Марон. — М.: Наука, 1972. —С.90 99.

228. Егоров А.И. Оптимальное управление тепловыми и диффузионными процессами.—М.: Наука,1978.-463 с.

229. Форсайт Дж., Малькольм М., Моулер К. Машинные методы математических вычислений. — М.,1980. — 279 с.

230. Benenson D.M., Duhan D.P., Naeher H.N. // РТиК. — 1968, T.6, №5. — С. 203-206.

231. Frind G. // Z. Angewandte Physik, vol.12, 1960. — p. 231 237.

232. Christmann H., Frie W., Hertz W. // Z. Phys. — 1967, 203, №4. — p. 372 -388.

233. Swanson B.W., Roidt R.M. // Тр./ ИИЭР, 1971, Т. 59, №4. —С. 62 70.

234. Hertz W. // Proc. 9th Int. Conf. on Phenomena in Ionized Gases. Bucharest. -1969.-p. 296.

235. A. c. № 469224 СССР. Способ регулирования длины дуги плазмотрона для резки с соплом в виде проводящего тонкостенного цилиндра / Ионов Ю.Г.

236. Кручинин A.M. Дуга в потоке газа как объект регулирования замкнутой автоматической системы // Доклады научно-исследовательских работ. — М.: МЭИ. — 1965. — С. 75 95.

237. Устойчивость горения электрической дуги // Под ред. М.Ф. Жукова. — Новосибирск: ИТФ, 1973. — 191 с.

238. Девятое Б.Н., Жуков М.Ф., Хайтман С.М. Постоянная времени дуги, инерционность процесса и линейная модель динамики плазмы. // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. — 1980. — Вып.1, № 3.

239. Девятов Б.Н., Демиденко П.Д. Теория и методы анализа управляемых распределенных процессов. — Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1983. —272 с.

240. Бутковский А.Г., Пустыльников JI.M. Теория подвижного управления системами с распределенными параметрами. -М.: Наука, 1980. —384 с.

241. Бутковский А.Г. Характеристики систем с распределенными параметрами. М.: Наука, 1979. — 224 с.

242. Ионов Ю.Г. Об инерционных эффектах, влияющих на управление плазменными технологическими процессами // Плазмохимия — 79. Т.2 / 3-й Всесоюз. симпоз. по плазмохимии. — М.: Наука, 1979. — С. 102 -105.

243. Ионов Ю.Г. Поведение электродуговой динамической системы при малых отклонениях от состояния равновесия // Электричество. 1989. -№7.-С. 12-17.

244. Баутин H.H. Поведение динамических систем вблизи границ области устойчивости. — М.: Наука, 1984. — 176 с.

245. Филиппов Е. Нелинейная электротехника. Пер. с нем / Под. ред. А.Б. Тимофеева. — М.: Энергия, 1976. — 496 с.

246. Найфэ А. Введение в методы возмущений. Пер. с англ. М.: Мир, 1984. —535 с.

247. Urabe М. Numerical investigation of subharmonic solutions of Duffing's equation.-Publ. Research Inst. Math. Sei., Ser A (Kyoto Univ.), 1969,vol.5, N1, p. 79-112.

248. Ракитский Ю.В., Устинов C.M., Черноруцкий М.Г. Численные методы решения жестких систем. М.: Наука, 1979.

249. Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. Пер. с англ. / Под ред. Дж. Холл и Дж. Уатт. М.: Мир, 1979. - 312 с.

250. Ионов Ю.Г., Пархоменко A.C., Юнкевич В.Г. О некоторых частных критериях оптимизации плазменной установки. Т. 1 // Тез. докл. / 4-й Всесоюз. симпозиум по плазмохимии, г. Днепропетровск, сент. 1984 г. -Днепропетровск, 1984.-С. 134- 135.

251. Пархоменко A.C. Выбор оптимального режима работы электродуговой плазменной установки. // Физика, техника и применение низкотемпературной плазмы: Тр / 4-й Всесоюз. конф. по физике и генераторам низкотемпературной плазмы. Алма-Ата, 1970. - С.389 -394.

252. Меркин Д.Р. Введение в теорию устойчивости движения. М.,1976-320 с.

253. Kaufman W. Elektrodynamische Eigentümlichkeit der leitenden Gase // Ann. Phys., 1900, № 2, s. 158- 168.

254. Усточивость горения электрической дуги / П.А. Кулаков, О.Я. Новиков, А.Н. Тимошевский. Новосибирск: Наука. Сиб. отд.-ние, 1992.-199с. (Низкотемпера-турная плазма, Т. 5)

255. Веретенников В.Г. Устойчивость и колебания нелинейных систем. М.: Наука,1984. - 320 с.

256. Донской A.B., Ионов Ю.Г., Клубникин B.C. Анализ устойчивости работы двух плазмотронов от одного источника питания // Генераторы низкотемпературной плазмы: Тез. докл. / 6-я Всесоюз. конф., г. Фрунзе, 17-19 сент. 1974 г. Фрунзе, 1974. - С. 242 - 245.

257. Матханов П.Н. Основы анализа электрических цепей. Нелинейные цепи.- M.: Высш. школа, 1977. 272 с.

258. Абгарян К.А. Введение в теорию устойчивости движения на конечном интервале времени. М.: Наука, 1992. 160 с.

259. Новиков О .Я. Устойчивость электрической дуги. Л.: Энергия, 1978. -155 с.

260. Иващенко H.H. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М: Машиностроение, 1973. - 606 с.

261. Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы. М.: Наука, 1976.

262. Джури Э. Импульсные системы автоматического управления. М.: Физматгиз, 1963. - 455 с.

263. Справочник по теории автоматического управления. / Под ред. A.A. Красовского. —М.: Наука, 1987. 712 с.

264. Пузырев В.А. Самонастраивающиеся микропроцессорные регуляторы. -М.: Энергоатомиздат, 1992.-216 с.

265. Ионов Ю.Г., Юнкевич В.Г., Моссур Е.П. и др. Система электропитания двух плазмотронов // Напыление и покрытия-95. Тез. докл. / Междунар. научно-техн. конф., Санкт-Петербург, 31 мая 2 июня 1995 г. - С.Петербург, 1995. - С. 61 - 62.

266. Сухарев А.Г., Тимохов A.B., Федоров В.В. Курс методов оптимизации. -М.: Наука, 1986.

267. Торхов Г.В., Латаш Ю.В., Кедрин В.К. и др. Давление плазменной дуги на металл // Физика и химия обработки материалов-1984. № 1. • С.64-70.

268. A.c. № 665347 СССР. Датчик уровня постоянного тока / В.Г. Юнкевич, Ю.Г. Ионов, О.В. Семко.

269. A.c. № 1072769 СССР. Устройство для запуска плазмотрона / Ю.Г. Ионов, С.Ф. Скляр, A.C. Тонкошкур.

270. Разработка и исследование датчика для автоматизированного контроля параметров плазмы / А.Д. Пивненко, A.C. Пархоменко, H.A. Стогова. -Днепропетровск: ДметИ, 1988.?Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. 01880022872.

271. А. с. № 224898 СССР. Устройство для синхронизации случайных импульсов / Ионов Ю.Г., Яушев В.Д.

272. Араркцян Р.Г. Электрический контроль температурного режима плазмотрона постоянного тока// Изв. Вузов/ Электромеханика- 1973 -№5.

273. Ионов Ю.Г. Измерительный преобразователь для систем автоматизации плазменных установок // Тр. / Твер. гос. техн. ун-т. — Тверь, 1998. -С. 75.

274. Строганов А.И., Шестопалов В.Ю. Механизация и автоматизация процессов плазменного нанесения защитных покрытий // Теплотехнические вопросы применения низкотемпературной плазмы в металлургии. — Свердловск, 1987.

275. Танеев Ф.А., Солдаткин В.М., Чумаров А.Р. Исследование динамических характеристик ионно-меточного датчика воздушной скорости // Моделирование и исследование сложных систем. Ч. 3: Докл. / 2-я

276. Междунар. научно-техн. конф. — М.: МГАПИ, 1998. С. 344 - 354.

277. Разработка научных основ и создание средств для проектирования систем автоматического управления плазмотронами / Ю.Г. Ионов, А.Ю. Ионов -Тверь: ТГТУ, 1998. Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. 980007380

278. Технические средства автоматизации химических производств. Справочное изд. / B.C. Балакирев и др. М.: Химия, 1991. - 272 с.

279. Лившиц А.Л. Импульсная электротехника. М.: 1983.

280. Сухой М.П., Мысов О.П., Криволапов С.А. Исследование температурных полей в плазмохимическом реакторе при модуляции тока // Тез. докл. / 4-й Всесоюз. симпоз. по плазмохимии, г. Днепропетровск, сент. 1984 г. — Днепропетровск, 1984.

281. Кузьмич В.В., Сергеев В.Л. Применение нестационарного потока низкотемператур-ной плазмы для управления скоростью обработки материалов // Процессы получения и применения низкотемпературной плазмы.— Минск, 1987. С. 59 - 62.

282. Техническое предложение по проекту макета автоматизированной системы управления установки "МАРС" / Ю.Г. Ионов, В.А. Гладилов, А.Н. Десятник Днепропетровск: ДХТИ, 1989. - Отчет НИР, ВНТИЦентр, № г.р. 01890017997.

Похожие работы

Электротехника
05.09.00