автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Пневматические преобразователи линейных перемещений с перенастраиваемой структурой для систем управления процессом формирования изделий

РГ6 од

г б тн в к.

На правах рукописи

МАКАРЕНКО Виктор Григорьевич

УДК 531.717.52.082.32:681.51

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ О ПЕРЕНАСТРАИВАЕМО! СТРУКТУРОЙ ДЛИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.13.05. — Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

Авторе ферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОЧЕРКАССК 1995

Работа выполнена на кафедре «Технологическая автоматика» Новочеркасского государственного технического университета.

Научный руководитель: чл.-корр. АТН Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Петраков В. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Водяник Г. М., кандидат технических наук Горчаков В. В.

Ведущая организация: Химический комбинат «Россия»,

г. Камепск-Шахтинский Ростовской области.

Защита состоится « & 1995 г. в час.

на заседании диссертационного совета К 063.30.04 при Новочеркасском государственном техническом университете 346428, г. Новочеркасск, Ростовская обл., ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « У » 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

А. Н. Иванченко

оача хлрлхгтютнм рлгти

Лауалыюаяъ псин. При производстве крупногабаритных и дорогостоящих изделий спецхимии, промышенное производство которых характеризуется продукцией широкой номенклатуры высокие требования предъявляются к размерам, определяющим качество их изготовления.

Необходимость перенастройки таких производств в условиях выпуска изделий заданной номенклатуры выдвигает новые требования к системам управления и, презде всего, к измерительным устройствам для них. Эти средства, как правило, должны быть представлены классом преобразователей, либо иметь перенастраиваемую структуру. В последнем случае необходимо представить формализм перенастройки в зависимости от решаемых задач (типа изделия, производительности технологического процесса и др.).

Как правило, такие изделия являются взрыво- и пожароопасными, с широким диапазоном изменений размеров,содержат вредные для здоровья человека вещества.. Поэтому необходим автоматический дистанционный контроль их геометрических размеров с задачей информации в систему управления, причем средства контроля долготы быть: бесконтактными, взрыво- и псоаробезопасными, а тагасе легко перенастраиваться. Для этого необходима разработка специальной . группы измерителей, полностью учитывающих специфику отрасли. Аналогичные задачи можно выделить еще на ряде производств.

На сегодняпний день отсутствует и ойцаа теоретическая концепция создания устройств, удовлетворяюще по метрологическим характеристикам новьа,! требованиям их эксплуатации в условиях автоматизированных производств. Все это выдвигает задачу создания методологии проектирования измерительных преобразователей линейных перемещений (ШЛП), удовлетворяющих требованиям их эксплуатации в системах управления таких производств в число актуальных.

Диссертационные исследования выполнялись в рамках республиканских целевых комплексных программ "разработка теоретических основ и принципов проектирования автоматизированных лабораторий и систем управления химико-технологическими процессами на базе современного математического обеспечения, новых средств измерений, контроля качества и диагностики","Качество и безопасность", одобренных диррективкш! органами и входящих в число ватлейиих НИР и ОКР ГК Российской Федерации по высшему образованию. .

~ ■•'• - '.•"••. - 2 - ' •..

Цель диссертанта. Повышение качества продукции путем разработки, практической реализации и.внедрения ряда широкодиапазон-яых перенастраиваемых пневматических измерителей линейных перемещений и создание на их базе приборов контроля геометрических параметров цилиндрических изделий дла систем управления формированием потенциально опасных изделий йа основе результатов теоретических я экспериментальных.исследований измерительных преобразователей (Ш) и предложенных метод:«: их проектирования.

Для достижения цели в диссертации решены следущие задачи:

- сфорыулироьаш требования предъявляемые к измерительному -средству, работающему з составе системы управления геометрическими параметрам потенциально опасных изделии;

- обоснован метод измерения линейках размеров на основе анализа сущеотьувдих средств,, .технологического процесса производства изделий и классификации последних по размерным группам;

- разработана обобщенна? структура параметрически перенастраиваемых преобразователей и их математические модели;

- произведены теоретические и экспериментальные исследования указанных моделей, разработаны алгоритмы и программы расчета элементов обобщенной структуры ИШШ;

- исследовано влияние параметров структуры на е-гатичгские и динамические характеристики преобразователя;

- разработаны методика многоуровневого проектирования структур ИП на основе решения многокритериальной задачи•оптимизации (Ь!30) и алгоритм их перенастройки;

- созданы новые перенастраиваемые Ш1 геометрических параметров и приборы контроля на их.базе.

Научная псвизпа. В работе предложен новый подход к решению актуальной задачи формализации процедуры поиска перенастраиваемых. структур измерительных преобразователей для мкогорекимкых автоматизированных комплексов,' заключающийся в многоуровневом представлении процесса разработки ИШШ с введением корректирующих связей- по уровням проектирования в результате решения ЫЗО.

На основе предложенного подхода разработана- методика синтеза 2ШЛП, которая доведена до конкретного алгоритма и использована при получении существенно новых структур Ш.

Б диссертационной работе защищаются следующие основные результаты:

- общая методика многоуровневого синтеза устройств измере-

пия линейных перемещений;

- алгоритм перенастройки измерительных преобразователей для широкого диапазона изменения линейных размеров на основе решения мкогокритерйалькой задачи оптимизации;

- новые структуры 1ШП к реализованные на их базе приборы.

Яракпмоская цстюсть. На основе проведенных исследований,

разработан ряд оригинальных 1ШП и приборов, предназначенных для контроля геометрических параметров изделий из пластмасс в системах управления автоматизированных прои&водстз. Новизна устройств подтверждена авторскими свидетельствами на изобретения.

Основные этапы создания подобных устройств отражены в разработанной автором методике проектирования Ш1,алгоритмах и программах их расчетов,которые носят достаточно обто:й характер,что обеспечивает их применение для проектирования- широкого класса автоматических устройств 1! систем с замкнутой цепью воздействий.

Разработанная методика проектирования позволила создать класс измерительны:: преобразователей с перенастраиваемой структурой, которые могут быть использованы для измерения геометрических параметров изделий выпускаемых ке только химической,ко и другими отраслями промышленности (кабельной, лицевой и пр.)

Лдробагрю работы. Основное результаты работы обсуздались ;; одобрены на:

- Всесоюзных совещаниях по пневмоавтоматике (г.Донецк,1978г., г.Новочеркасск, 1982г., г.Львов, 1985г.);

- Всесоюзной конференции по- матэматичесюм методам в химии (г.Новочеркасск,1989г.)

- Республиканском совещании по повышению эффективности к качества систем гздролневмоавтоматики (г.Киев,. 1977г.);

- Республиканском совещании по автоматизации технологических процессов в приборостроении и машиностроение на основе устройств пневмоавтоматики (г.Пенза, 1983г.,1988г.,1900г.);

- XI Республиканском научно-методическом семинаре "Автоматизация проектирования в энергетике" (г.Новочеркасск, 1987г.);

- региональных научно-технических семинарах "Принципы пост- ■ роения пневматических преобразователей и устройств управления" (г.Краснодар, 1975г.), "Вопросы теории и принципы построения' устройств автоматики", "Вопроси моделирования и автоматизации проектирования средств и систем автоматики", "Вопросы теории и ■ принципы построения оптимальных устройств автоматики" (г.Ново-

- 4 -

чсркасск, 1977, 1978, 1979 гг.)

- ежегодных научно-практических конференциях профессорско -• преподавательского состава м молодых ученых 'НПК, (НГТУ).

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 27 работах: из которых 8 статей. 14 тезисов докладов Всесоюзных и Республиканских совещаний, монография и информационный листок. По материалам работы подучены О авторских свидетельства. Одна из разработок награждена бронзовой медалью ВДНХ.

ОЗгсы ргбсш. Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения, списка использованных литературных источников и приложений. Основнач часть содержит 140 страниц машинописного текста, 2 таблицу, иллюстрируется 24 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во ддедакш обосновывается актуальность рассматриваемой проблема, определены цель и задачи исследования, сформулированы научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые автором- на залу ¡ту.

Первая глава посЕпщена изучению .технологических процессов получений изделий из лласыасс, выработке требований, предъявляема к измерительному средству как элементу системы управления.

Анализ размерных рядов,в которые были сгруппированы изделия по пределам измерения, а также технология их производства'показа-ля, что необходило создать перенастраиваемый Ш. Критериями проектирования при этом долига являться: диапазон измерения, точность, быстродействие, полоса пропускания частоты входного сигнала.

Анализ иетодоз и средств измерения линейных перемещений •позволил произвести классификация последних и обосновать необходимость разработки новых их представителей. Наиболее перспективными для исследуемых условий являются преобразователи. использу-юа;;з пневматический метод измерения, , а для увеличения пределов лзыераааз - с использованием принципа обратной связи.Преобразователь,'построенный по данному принципу, представлен типовыми элементам;! структуры автоматической системы: чувствительный элемент (ЧЭ); истднягегьшй механизм (№.1); управляющее устройство (¡У).

Б настоящей работе- для целей проектирования используется блочно-нерархический подход в сочетании с множественным лредс-тазленаем )ШШ как з структурном, так и глеменгном представлении. Зто позволило не только удовлетворить совокупности требований к качеству его работы, но и выбрать из возможных вариантов

структуры наиболее рациональный. В качестве чувствительного элемента и исполнительного механизма рассматриваются не конкретные "представители", а совокупность всевозможных их пар из заданного многообразия, которое определяет базовую часть (БЧ) ИПШ.

Базовой частью ИПЛП назовем совокупность ЧЭ и ИМ, которые в свою очередь, определим как составные базовые элемент ИПЛП.

В качестве ЧЭ выбран манометрический преобразозатель (МП) малых линейных перемещений, разнообразие конструкций, а, следовательно. и характеристик которого определяет множество чувствительных элементов Н;(1»ГГё). Отклонение параметра Ь (зазора 1) преобразуется МП в изменение давления Рт на его выходе."

Аналогичным образом представлена множественная Т^ реализация пневмомеханических преобразователей перемещения (ПП). элементами которой являются преобразующих давление Р сжатого воздуха от УУ в перемещение X. способное компенсировать изменение размера I. Управляющее устройство может иметь перенастраиваемую структуру в р&чгсах определенного закона управления.

Таким образом, обобщенная структура МШП может быть тавлена (рис-1) определенным набором базовых элементов в туре преобразователя, реализующего принцип обратной свази. га

предс-струк-

зга

т(1-ттё)]

Рп

15521

*ТнТ(Т1.е)1

РРЗ

Ро

УУ

••*Т'"в7о) |

ЕП

Рис.1.

В такой постановке преобразозатель можно рассматривать как • систему управления двух типов: стабилизации давления РГ на выходе измерительного манометрического преобразователя (ЮЯ1), и как следящую систему за профилем поверхности контролируемого объекта. во агорой главе исследованы влияние структуры Ш на его

статические и динамические характеристики и возможность получения информации о размере по различным выходным параметрам МП.

По найденному математическому описанию- (МО) получена связь информативных параметров, а также промежуточных сигналов в структуре ИШЗП'С гхсакьаш 'воздействиями в следующем виде: Р it) - (1 + ВАС)-1 ВА L(t) ~ (1 + ВАС)"1 BG Z3(t). X (t) - (1 + СВА)-1СВА L(t) - (1 + СВАГ1 CBG Za(t). Pe(t) - il + ACB)-1 A L(t) - (1 + ACB)"1 S Z3(t)./ Z <t) ■•= (1 + CBA)"1 ' L(t) - (1 + CBA)-1 CBG Z3(t). Ядесъ: Pe<t) - Ps(t) - Рт(Ь),где PT(t),P3(t) - текущее значения давления и давление задания от задающего манометрического преобразователя (SîfiI);P(t)- давление на выходе УУ; Z3(t.)- зазор у 3!Я1.

а - в = !12"1м2; с - N3"%; g' = N4"%. Ni,WiCi=i.4)~

- некоторые операторы.

3 работе проведены теоретические исследования влияния структуры УУ на статические (информационные) характеристики и точность преобразователя при использовании статического и астатического законов управления. В первом случае N2 = 1; Мг = Куу, а во втором Кг - TyyD; М2 ° Kyy(TyyD+l), где D - оператор дифференцирования; Куу, Туу - варьируемые параметры УУ.

Тогда для статического преобразователя получим:

Куу Кимп Куу К3цп

Ру ---Lo ---¿20 • ,

1 + К 1 + К

К ' Кпп Куу Кзмп

Z30

. 1 + К 1 + К

Y-шя , Кзмп • - •

Реу ---Lo--:- Z30 ;

1 + К 1 + К

„ 1 КппКууКзмп •

¿.у » - Lo ~-Z30 «

1 + К 1 + К

где К » КууКйки'Лпп - общий коэффициент усиления ИЛ,равный", лроизвсденао коэффициентов передачи УУ , измерительного преобразователя ¿¡алых лилейных перемещений, пневмомеханического преобразователя; Кгкп - коэффициент преобразования задающего МП. Ддя астатического преобразователя уравнений имеют-, вид: 1 Кэмл

ру , -Lo " :-¿ао ï

Кпп Кпп Кикп

Ху - 1о - ' - 7 -Кзмп Кимп 2зо :

Рву - 0 Ьо " 0

2у - $ Ьо " " Кзмп Кдал »

где $ - нулевой оператор, применение которого к переменной дает ноль в пространстве вещественных чисел..

Анализ математического описания БЧ, а гага.е статический к динамический режимы работы ИЗШ положены в основу разработки методики проектирования новых ИП. Проектирование предлагается, вести на основе многоуровневого структурного синтеза и оптимизации параметров как самой структуры преобразователя, так и параметров входящих в нее элементов с введением мелуровневых корректирующих связей для получения эффективных, с точки зрения удовлетворения выбранным критериям проектирования, структур.

Пусть требования к качеству функционирования ИШШ, определяемые технологией производства группы изделий (диапазон измерения, погрешность, динамические характеристики и т.д.) задастся з допустимой области проектирования б векторным функционалом

в - (®Ь Фг.....е б1 с Н1.

Выбор БЧ /ШЛП характеризуется магашзльной степенью использования стандартных элементов, что определяет наличие множества модульных образований МП - ¡Ь и ыишгства модульных образований ПП - Т^. Здесь модульные образования Еь Т^ (1 - ГГё; j - ГГч) рассматриваются как совокупность стандартных модулей базовых элементов Ш и ПП декомпозированные по-метрологическим, конструктивным и другим признакам.

Тогда многообразие базовых частей Ш1Ш, определим как множество декартовых произведений

• П- < Н1 х Т)>, 1 - Пе; л -

Еудем считать, что образования Н1«Т^ характеризуются соответствующими векторами варьируемых конструктивных параметров.

а(1) - (а! .... ак") е А4 с г?*1. £1) Ь<" - (Ь11>..... ЬьГ) « В, с К11*. (2) 1 -17®; 3 - О.

Каждому модульному образованию Н^и-Пё) сопоставим его МО

. - 8 -, , (1) (1)ч . •• VIСа1 .....ащ ) - О и систему требований к качеству функционирования

Л^СФьа1' ) е \'р с 1? . Р?Т7г1. (3)

Аналогично,- для каждого элемента Т^ (3 » 17ч) определим МО

, .¿л) Л) , '

1}(в1 вм ) » О

и требования по качеству

О),. .ш. „(Л _ — Je > е V* с е-Па^. (4)

Здесь Ур; Ме (р-1,Г1; - допустимые области качест-

венных показателей МП и ПЛ.

На верхнем уровне проектирования необходимо определить закон поведения измерителя в рамкзх выбранной структуры .^(Ь.Хвых.П^о) - О такой, что выполняются требования к ИПЛП, определяемые вектором показателей качества Фц(к -ТЛ) • Компоненты векторного логлзателя качества (весовые коэффициенты) могут изменяться в условиях многореаздлюй технологии.

После нахождения закона функционирования 32Ш1 производится декомпозиция обоих требований на требования к отдельным элементам ИП у. ставится задача выбора или проектирования этих элементов. При этом требуется определить конструктивные и физические параметры манометрического (1) и пневмомеханического (2) преобразователей в областях Н1 и такие,что выполняются условия (3)и(4).

Возможное отсутствие приемлемого решения в данной постановке задачи означает некорректность выбора элементов БЧ ИШЗП и возврат на пргдыдупшй уровень проектирования.

В щюаъсн главе показаны приемы нахождения эффективных решений в многокритериальных задачах оптимизации применительно к .процедурам структурного и параметрического синтеза ИП.

Пусть движение подвижной части преобразователя описывается векторный дифференциальным уравнением

х •= Р (х.и.гЛ), (5) '

определенным в области К(х,и,г) > 0 пространства зектсра состояния х(х1,х£,..., вектора управления и(Ц1, иг,...«и), и с II;, вектора возмущения г(г1,г2,...,гв), г е Н, I е [10. ТЗ.Компоненты вектора Г(х.и.гД) непрерывны и непрерывно-дифференцируемы по совокупности переменных.XI,Х2,.. .х*; иг.иг»•■» и.-п'» Г1,г2,..,гел.

Заданы область допустимых управлений и для управляющего вектора и(иь иг.....%) и клас_ возмущений й из области допустимых

значекий (видов) г(г-и гг.....гв), пршимаюших свои значения в

области N > О. Возмуцаадее (входное) воздействие г(() в условиях

взаимодействия объекта контроля и измерительного преобразователя для рассматриваемого технологического процесса имеет характер периодического сигнала, который с достаточной степенью точности аппроксимирован выпажением вида: r(t) - A-slnut, где и -параметр определяемый' скоростью вращения (поступательного движения) объекта на измерительной позиции.

Задан векторный функционал Ф - О (х, и, а, г) (б) с компанентами Ф1- Oi(x, u, а, г, t). i - ITs (7)

Здесь а с A(ai, аг.-.-аг) - вектор параметров функционала (б), определяющий конструктивные характеристики преобразователя; " А - допустимая область изменения вектора а.

Компоненты Oí векторного функционала имеют физический смысл: быстродействие, максимальное динамическое отклонение и др.

Для вектора x(t) заданы концевые значения:x(to) - х0, х(Т)-хт, где число Т не является фиксированным.

На компоненты функционала (?) наложены ограничения.

I&1 (U) - Ф!°(и)! С Mi , i - ITs, (8)

где Mi> О - заданные числа, определяемые требованиями к преобразователю, a ®i°- оптимальные значения скалярных функционалов.

Требуется найти управление U - и(х,а) (параметры реализации ИП), при втором система (5) удозлетзоряет ограничениям (8), а функционал (6) принимает экстремальное значение.

Пусть известным образом определена допустимая область К эффективных решений многокритериальной задачи оптимизации.

Определение1, Будем считать, что преобразователь, поведение которого описывается уравнением (5) реализуем в области проектирования, если существует хотя бы один вектор а* е А ¿и следовательно управление и* - и fx, а*), что

. Ф(и") ¿ [Ф1 (и-), Фг (и").....<Ыи*)] с X,_ (3)

где X - ,...,Фз) : - Ф4°! <- Mi>, i- l.s'i

Определение 2. Множество А* векторов а * е А * с А -функционала (6) назовем параметрически оптимизируемым множеством, а множество и* с О" с U, для элементов которого справедливо выражение (9) - областью реализуемости преобразователя,.

Утверждение 1. Для того, чтобы преобразователь (Шд реализуем э допустимой области эффективных решений Y пространства критериев., необходимо и достаточно, чтобы: Y - К n X. * 0.

Определение 3. Ынодество Uq* е 3 назовем оптимальной облас-тав ¡реализуемости преобрагователя, если каждый ^элемент uq" е Ч0"

-10-

опткииаирует векторный функционал (б) в смысле

Ф'.1)о"> « »1 (Но*)-• • •. «ЬО*»*» ,е У •

Таким образом, множество Од* » О* х А* задает область параметров реализуемости ШИП, являвшихся решением поставленной задачи.

При использовании устройств контроля в системах : управления для чногореязооных технологических процессов, типичных для автоматизированных производств,требование к показателям качества (7) могут поменяться в определенных пределах.Последнее .приводит к необходимости коррекции области параметров А* и, следовательно структуры преобразователя (управления и(х,а*)). Поэтому для перенастройки структуры и параметров преобразователя целесообразно иметь МО взаимосвязи показателей 0(1*1713) с вектором параметров а, т.е. - Р! (ад,а2,...,ав), . 1 = 175. (10)

Тогда всякий раз, когда требуется перестройка параметров преобразователя, необходимо резать систему неравенств

^(аь а2.....4 Мь 1 - 175" (11)

с целью определения хотя бы одного вектора а* е Л", либо конкретного а", доставляющего минимум функционалу (10).

Процесс нахождения ' структуры преобразователя заключается в получении информации о требуемом изменении качественных показателей М! (1-0), реоешш приведенной выое системы неравенств относительно вектора, а* е А и соответствующей коррекции параметров -(закона) и* » и(х,а*)' в области реализуемости преобразователя.

В работе рассмотрена процедура синтеза структуры и параметров ШЛП с замкнутой цеп>ю воздействия, Ю ВЧ которого,по началу "давление на входе ЬЧО (управляющее воздействие)-давление на выходе (ошибка отработки вадавдего воздействия)" имеет вид: ? + 1цу ■■+ ЬоУ(Ь) - ки(Ь) Здесь .Ио - параметры БЧ системы,|и| < ЦВах-0.4'105Па, Ь « 100Г , X - реальное время (секунды).

В нормальное форме Ксш последнее уравнение вапишется как / XI - аагхг; | Х2 - &21Х1 + аггхг + сги; V у. - кх! .

где аз,г, аг1, агг. сг - коэффициенты уравнения,определяющие конструктивные параметры Ьь Ьо. к. Необходимо синтезировать управление, доставляющее минимум функционалу

а> + *2Х22 + ти)сй. . . (12)

при выполнении следующих ограничений на качество работы системы: у Уи - шах |У(и| < Умэ; ^ Ъп < Ьпз.

где Ук-максималькое диначическое отклонение; 1п-время переходного процесса; УмзЛпз-заданные числа; ,Яг-весовые коэффициенты.

В качестве возмущэощего воздействия выбрано ступенчатое изменение размера, соответствующее предельно допустимому скачгооО-разному изменении давления на входе системы уСО) - 0,4.

Решение ¡задачи аналитического конструирования регуляторов для данного класса систем имеет вид:

и » |

-(С2/2Г)ГП12Я1 * Í522X2Í лри |u| < Umax; Itax'Slgn U{t) ПРИ ¡U|> Цпах.

(13)

где mi 2 . И22 •' коэф&щкеяты уравнений. .

( mi iaj2 + m2i>a2i - (02^22^21)/2т « 0; I 2гг.21в21 + Xi - (С221Л212)/4г = 0;

2(ni2ai2 + П22222) + " (C22lTi222)/4r =0. Здесь mi2 = 1Л21.

Реаение последней системы относительно mu позволит получить Бакон упразднения (13) в виде

( -ki(pi)xi- кг(р1,р2)х2 npi!|u| )KXi,X2,PI,P2)-{ „ • . , „ (14;

IJmax'Slen U при |u) > IW.

. где ki-(2321 + А)/сг;___t

k2-(2ag2 * + 8аг1 + 4A + c'¿2P2)/'c2.

А - /4^22 ^ C22P1. Pl * P2 * Хг/t.

. Таким образом*' при неизменной математической структуре закона, управления (14) зхо параметры определяются отношениями pi и р2 значений весовых коэффициентов функционала (12).

На рис.2 приведены области качественных показателей ym,tn работы оптимального преобразователя с параметрам hi » 0,015; ho - 5; К - 146,7 при различных соотношениях весовых коэффициентов (pi/Рй л 0.1 * 10, г » 1). Построение областей проводилось путем имитации ка ъащю 38Ü поведения замкнутой системы. В случае необходимости тльзиьатель имеет возможность непосредственно на гранке определить «вожество допустимых параметров pi,p2 закона управления Í14)*

Ланныв «авизного эксперимента использованы для алпроксима-щяподученных плаерзанжтей выражениями

Ум - Ьо+Ь1Р1+ЬгР2+ Ь12Р1Р2+ ЬцР!^ + Ь22Р22: . Ьп ~ С10+С11Р1+Й2Р22+^12Р1Р2+ <5ЦР12 + ¿22Р22. положенными в основу алгоритма перенастройки параметров закона (14) при изменении заданий по качеству работы преобразователя.

Ум-Ю

^ Ум"1С

40 4 8 8

30 3 Д/ 'Ра-0 1 -х—х- Ум 6 6

20 2 4 4

10 1 Р1-1' 2 2

Р2

Т Р1-1

-о—0- 1п -X—х- Ум

1 33

Ра- ■10

О

0,2 0,4 0.6 0.8 1.0

б

8

10

Рис.2.

В случае отсутствия области реализуемости ИП следует вернуться на этап выбора элементов БЧ из определенного ранее множества.

Рассматриваемая методика распространена и на параметрический синтез измерительного преобразователя.

С этой целью в работе получена аналитическая связь критериев Фг - оГь с2М<И , . Фг - '->п йах "

и параметров ИП с заданной структурой в виде:

«Ч - ЯА|«а)|-2; Фг - ар2 + +с*/р*х + 4.

Здесь А' - амплитуда входного сигнала, шп - частота равномерного пропускания; М(;)<>0 - комплексный коэффициент передачи; а, Ь, с, (¡-коэффициенты характеристического уравнения передаточной функции преобразователя; рк - варьируемые параметры (для астатического преобразователя к-1,2).

В работе решена двухкритериальная задача оптимизации в плоскости критериев Сч (1-1,2) .Найдены значения параметров Рк е й, доставляющие оптимальное значение критериям Ф10, Фг°- Множество точек (С>1,С<2), соответствуютш области Б допустимых значений па-раметроз Рк, есть множество допустимых значений векторного критерия О. Вектор Ф* - (Фа^-Фг*) е К считаем эффективным в области К, если в этой области не существует вектора оптимального относительно Ф*.Область эффективных решений соответствует нижней границе К и определяется неравенствами;

Фг° > ®2 > Фга): Ф10 > Ф1 > Ф1(2) .

Здесь Фа'2' - значение критерия 2>1 при параметрах Рк. оптимизирующих Фг: Фг(1) - значение критерия Фг при параметрах рц. оптимизирующих

' В работе рассмотрена процедура построения линии эффективных решений Ф1(Фг) к выделения допустимой области реализуемости в плоскости }фйтериев и параметров преобразователя.

В четвертой аладо приводится расчет и техчичеасая реализация КПЛП на элементной базе пневмоавтоматики как результат параметрического синтеза на основе решения МЗО,выбора БЧ преобразователя и способа реализации корректирующей связи. Проводятся исследования статических и динамических релимов работы преобразователя.

Па базе разработанных ИП созданы:одкокоординатный и двухко-ординатаый измерители диаметра (ИД) непрерывно движущихся цилиндрических изделий (используются в системе управления для измерения диаметра изделия на выходе из зоны экструзии).

Ш реализованы на основе Ш1ЛП с пределами измерения з 4 мм.

Особые условия з которых попользуется прибор выдвигают требования по дополнительным функциям (дистанционное включение, безопасность эксплуатации), которые решаются измерителем диаметра, что повлекло дополнительнее конструктивное наращивание приборов.

На основании приводимой оценки возможных погреаностей, а также лабораторных и промышленных испытаний проведена оценка технических характеристик измерителей диаметра изделий.

Ка базе разработанных ИППП была создана автоматизированная система контроля и выявления брака по зеем геометрические пара-' метрам, характеризующим цилиндрическое изделие конечной длины и используемая в конструкции автомата контроля, предназначенного для разбраковки изделий в составе АСУ 1Ш. Система предназначена для измерения вести параметров: длины,наружного и внутреннего диаметров, изогнутости образующей, кеперпендикулярнссти торца изделия, разнотолщинности стенок.

В прцдихеицц приведены МО ШЛП, блок схемы алгоритмов и результаты расчетов, а тгкге заключения по внедрении разработанных приборов контроля геометрических параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании приведенных в диссертационной работе теоретических и экспериментальных исследований получены следующие основные выводы и результата.

1. Сравнительная оценка схем построения Ш1ЛП с точки зрения точности отработки различных видов входных воздействий, информативности и унификации выходного сигнала, диапазона измерения поиззала, что наиболее приемлемыми являются, преобразователи, реализующие алгоритм функционирования следящей системы.

2. Обоснована целесообразность поуровневого проектирования структуры измерительного преобразователя линейных перемещений с использованием корректирующих обратных связей на каждом уровне.

3. Разработана методика многокритериальной оптимизации и выбора из области оптимальных значений параметров параметрически -перенастраиваемых измерителей линейных перемещений.

4 На основе разработанных математических моделей измерительных преобразователей и предложенной методики проектирования синтезирован ряд КШШ и проведены их экспериментальные исследования, педтзердивше достоверность теоретических предпосылок.

5. На базе теоретических и экспериментальных исследований и предложенного модудьно-унифицировзмиого' принципа реализован ряд ЙП, защищенных тремя авторскими свидетельствами, с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками, используемых для создания приборов контроля лилейных размеров.

6. Создачы одкокоординатная и ыногокоордикатная системы измерения геометрических параметров формируемых изделий из полимерных материалов для работы в составе автоматической к автоматизированной систем управления:

Измеритель диаметра с созданным МПЛП демонстрировался на ВДНХ и награжден бронзовой медалью.

Осионпоо содержание диссеркации txnp&icao в следующих роОокцх.

1. Макаренко В.Г., Петраков В.Л., Поляков В.П. Широкопре-делъкый прибор автоматического контроля линейных размеров.//Приборы и устройства автоматики: Межвуз.сб.науч.тр.- Новочеркасск, 1974.-Т.2S4.-С.39*43.

2. Петраков В.А., Макаренко В.Г. Принципы построения пневматических измерителей диаметра движущихся тел//Изв. вузов, ачек-троыеханика. -1975.-N9.-С.1019.

3. Макаренко В.Г. Бесконтактный пневматический измеритель диаметра: Икформ.листок./Сев.-Кавк.ЦНТИ.-Ростов-на-Дону, 1976.-N595-76. -2с.

4. Петраков В.А., Макаренко В.Г. Синтез пневматических первичных преобразователей//Изв.вузов. Электромеханика.-1977.-N9. -С. 1055,

5. Петраков В.Д., Макаренко В.Г. Об одном методе расчета пневматических преобразователей //Повышение эффективности и качества систем гидропневмоавтоматики: Тез.докл.-Киев,1ÖV7.-C.13.

6. Петраков В.А., Макаренко В.Г., Вязенов В.Н., Носсв 8.М. Пневматические измерители параметров движущихся объектов.Новочеркасск, 1973-- 147с..-Дэп. 3 ПНШГГЗИприборсотрозния. 1973.N 829.

7. Петраков S.A., Макаренко В.Г. Вопросы проектирования пчевмат1!ческих приборов для измерения характеристик движущихся объектов//йзгл"".ез- -Казк. науч. центра Еыса. ш. Техн. науки. -1978. -N2.-C.26-31.

8. Петраков Б.А., Макаренко В.Г., Вязеков В.Н., Носоз В.М. Вопросы проектирования ггаеЕ(гатичесгах устройств.//Пневмоавтоматика: Тез.докл.ХШ Есессаз.совещ. июнь,1973.-М.. 1973.-С. 325-326.

9. Макаренко В.Г., Вязеноз В.Н. Математическое описание пневматически;: устройстз контроля//йзв. вузов. Эдектромеханп.:а.-1979.-М5.-С.467.

10. Макаренко В.Г. Сравнительная сценка пневматических методов измерения линейных перемещении.//Изв.вузов.Электромеханика.-1979.-N5.-C.467.

11. Власешо В.Г. .Вязеноз В.Н. .Макаренко В.Г. .Беднягин В.М. Dporpaw.ía я методика испытании пневматических преобразователей линейных размеров.//Изв.вузов.Электромеханика.-1979.-N5.-С.458.

12. Макаренко 3.Г.Пневматическое устройство измерения линейных размеров//Прйбсры и систе.ВД управления.-1980.-N12.-С,26-31.

13. Макаренко В.Г. Опыт проектирования пневматически;'? устройств измерения лякепшх размеров. -Новочеркасск, 1981 .-27с. -Деп. в ЦНШТЗЙприборостроегга. 1931.il 1131.

14. Макаренко В.Г.. Власенко В.Г. Принципы построения к .способы реализации шгеигзжаческих измерительных преобразователей линейных перемещетий-У/Пнегшавтоматика: Тез.дога.XIV Все-со:о з.- сов ещ.яшь. 1332. 4L 1932. - С. 93 - 101.

15. Масгренко В.Г. Растет и оценка статических Характерно-, тик пневматического тзреоСразовазчггя ' манометрического типа. //Пневмоавтоматика: Тез-дакл.Х34'Воесиоз. еовещ.иокь, 1982. .-М,, 1982. -С.109-110. ,.

16. Макаренко З.Т. Лерспвкзгавн создания широкопредельных пневматических усжрпйсзз жя .вшаЯных иамерений/УАвтомагизация. технологических процессов ва йгээ уедайста пневмоавтоматики;. Тез.докл.к областному семинару 17 мая 1S33.-ЛензаЛШ.-С. 62-64',

17. Макаренко В.Г. Использование преобразователей линейных перемещений для широкодиапазонного измерения.-Ы.,1934.-11 с.-Деп. в ВИНИТИ 11.09.84,N 5137 - 84 Деп.

18. Макаренко Е.Г. Устройство безопаской работы преобразователей перемещений.//Пневмоавтоматика: Тез.докл.XV Всесоаз.совей, сентябрь,1985.-М.,1885.-С.39-40.

19. Нетраков В.А..Бессарабов М.Б..Макаренко В.Г.Формализация управления в структуре гибкого автоматизированного комплекса// Изв.Сев. -Кавк.науч.центра высш.вк.Техн.науки. -1986.-N4.-С.10-14.

20 Макаренко В.Г. Методологические аспекты проектирования измерительных преобразователей линейных перемещений //Изв.Сев.-Кавк.науч.центра высш. шк.Гехв.науки.-1988.-N3.-С.88-91.

21. Петраков В.А., Макаренко В.Г. Пневматический измеритель размеров для систем управления процессами переработки пластмасс// Пнеьмоавтсыатика в системах автоматизации производственных процессов:Тез.докл.к зональной конф. 20 сентября 1988.-Пен-за,1988.-С.58-50.

22. Петраков В.А., Бессарабов Ы.В.; Макаренко В.Г. Синтез оптимального управления химико-технологическим комплексом //Математические методы в химии: Тез.докл.VI Всесоюз.конф. 23-26 мая 1989.-Новочеркасск,1S89.-С.48-50.

23. Петраков В.А..Макаренко В.Г.,Бессарабов Ы.В. Анализ информативных параметров в структуре измерительного преобразователя линейных перемещений//Изв.Сев.-Кавк.науч.центра высш.шк. Техн.науки-1989.-N1.-С»59-62.'

24. Петраков В.А., Макаренко В.Г. Устройство ввода информации в автоматизированные системы контроля размерных параметров// Пневматические средства контроля и управления технологическими процессами: Тез.докл. к эональн.конф.8-9 октября 1990.-Пенза,1990.-0.82-84.

25. A.C. 603844 СССР, ШШ G01B 13/00. Бесконтактное пневматическое устройство для измерения перемещений/Вяэенов В.Н., Макаренко В.Г., Петраков В.А.-Опубл.25.04.78, Вюл. N15.

26. A.C.- 918786 СССР МКИ G01B 13/02. Пневматическое устройство для бесконтактного измерения линейных размеров /Макаренко Ь.Г., Вязеноз В.Н.-Опубл.07.04.82, Бюл. N13.

27. A.c. 945653 СССР, ШИ 601В 13/00. Бесконтактное пневматическое устройство для измерения линейных размеров /Макаренко В.Г., Вязенов В.Н., Петраков В.А.-Опубл.23.07.82, Вюл. N27.