автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматическая система исправления перекоса уточных нитей

Введение:

Актуальность работы.

Цель и задачи работы.

На защиту выносятся следующие основные научные результаты.

Методика проведения исследований.

Научная новизна работы.

Достоверность результатов работы.

Практическая ценность работы.

Апробация работы.

Публикации.

Структура и объем работы.

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ТЕОРИИ И ПРИНЦИПОВ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ППУН

1.1 Виды перекосов уточных нитей и их математическая интерпретация.

1.2 Анализ известных датчиков и устройств распознавания видов перекоса уточных нитей.

1.3 Анализ устройств исправления ПУН.

1.3.1 Правка ПУН изменением скорости ширильной цепи.

1.3.2 Устранение перекосов уточных нитей с помощью секционированных роликов.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1.

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЕФОРМАЦИИ ТКАНИ В ПРОЦЕССЕ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКОСА УТОЧНЫХ НИТЕЙ

2.1 Динамические характеристики ткани как объекта изменения ее натяжения.

2.2 Уточненная модель деформации ткани под воздействием секционированных правящих роликов.

2.3 Имитационное моделирование объекта управления на ЭВМ.

2.4 Распределение управляющих воздействий по зонам деформации.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

Глава 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРАВЯЩЕГО

РОЛИКА С ЭМФМС КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ

3.1 Обоснование и разработка конструкции правящего ролика с ЭМФМС.

3.2 Динамические характеристики и энергетический расчет ЭМФМС.

3.3 Моделирование переходных процессов в

ЭМФМС.

3.4 Надежность комплекта ЭМФМС с усилителями мощности.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

Глава 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОГО КАНАЛА

4.1 Разработка датчика ПУН с распределенным чувствительным элементом и устройства распознавания вида ПУН.

4.2 Оценка эффективности информационного канала.

4.3 Оценка помехозащищенности информационного канала с помощью корректирующих кодов.

4.4 Надежность информационного канала.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.

Глава 5. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АС ППУН

5.1 Разработка структурной и алгоритмической аналоговых схем.

5.2 Анализ качества работы аналоговой АС ППУН.

5.3 Разработка цифровой структуры АС ППУН.

5.4 Анализ качества работы цифровой АС ППУН.

5.5 Применение релейного закона управления для исправления ПУН.

5.6 Техническая реализация АС ППУН.

5.6.1 Разработка алгоритма управления электромагнитными ферропорошковыми муфтами скольжения.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5.

Перекос уточных нитей (перекос утка) — это неперпендикулярное расположение нитей по отношению к основным на всей ширине ткани или на её части.

Образование перекосов на движущей ткани может быть следствием в основном 2-х причин:

1) различные по ширине участки ткани имеют разные скорости движения или транспортировки;

2) различные по ширине участки ткани проходят разные длины путей (движение по дуге и т.п.).

Возможно также совместное действие этих причин.

Диагональные перекосы возникают в основном из-за разной степени натяжения кромок тканей при обработке их расправленным полотном. Чаще всего причиной таких перекосов являются тканенаправляющие ролики с непараллельными осями (перекошенные ролики). Если оси роликов лежат в одной плоскости, то они вызывают перекос ткани в большей степени, чем ролики, оси которых лежат в разных плоскостях. Различные по форме перекосы могут быть вызваны неодинаковой степенью прижима полотна ткани по кромкам в жалах валов тканенаправляющими роликами, имеющими неправильную цилиндрическую форму, косыми или волнистыми швами при сшивке полотен ткани, повышенным натяжением ткани, повышенным трением полотна в местах перегиба, неравномерностью потока воздуха при сушке, неравномерностью сушки нитей основы при шлихтовании и ряд других причин.

Различные скорости участков ткани могут создаваться также из-за неравномерного прижатия валов по ширине ткани, загрязнения участков валов или роликов, неравномерной выработки валов, при жгутовой обработке вследствие трения различными участками ткани о ведущие и ведомые валы, при транспортировке жгута в направляющих кольцах и т.д.

Возникновение перекосов уточных нитей может происходить уже в ткацком производстве [1]. Однако в основном перекосы образуются в процессе отделки тканей.

Наибольшее количество перекосов в отделочных фабриках дают, как правило, отбельные цеха; много перекосов образуется в красильно-заварочных и аппретурно-отделочных цехах. Необходимо отметить, что распределение перекосов по цехам, их количество и величина зависят от системы контроля за перекосами на каждой фабрике, от количества и места установки приспособлений и устройств правки перекосов утка, а также культуры производства на данном участке, цехе и всей фабрике.

Ткани с перекосом утка считаются браком и могут привести к следующим нежелательным явлениям: при пошиве одежды, после раскроя ткани с перекошенными уточными нитями, в месте шва может не совпадать рисунок, особенно клетки; может изменяться форма раскроя; может измениться внешний вид сшитой одежды из-за деформации ткани с перекошенными уточными нитями; при поступлении на печать ткани с перекошенными уточными нитями происходит несовпадение геометрического печатного рисунка с направлением уточных нитей, что в дальнейшем приводит к искажению рисунка, и т.д.

По причине перекосов уточных нитей понижается сортность более 20% тканей от общего количества выпускаемых тканей 2-го сорта или около 1% от общего количества выпускаемых хлопчатобумажных и штапельных тканей, а также велик процент переправы из-за перекосов утка.

Для управления устройствами исправления перекоса необходимо их оснащение системами контроля, способными непрерывно определять пространственное положение уточных нитей в ходе процесса отделки ткани. Для устранения практически всех существующих перекосов предлагается в качестве правящих органов перекоса уточных нитей использовать несколько электромагнитных муфт скольжения, распределенных по ширине ткани. Актуальность работы. Основными процессами заключительного этапа отделочного производства являются сушка, каландрирование, ширение на ширильных цепных (ШЦМ) и сушильно-ширильных (СШМ) машинах. Важнейшей задачей автоматизации технологических процессов данного производства текстильной промышленности в современных условиях является задача повышения качества выпускаемых тканей. Одним из факторов, влияющим на качество, является перекос уточных нитей (ПУН), который возникает при различной скорости движения участков ткани по ее ширине и различной длиной пути, проходимого этими участками на технологическом оборудовании. Для устранения ПУН необходимо решение следующих задач: достоверное обнаружение ПУН, распознавание вида перекоса и непосредственно исправление ПУН.

Известные способы и устройства ПУН не позволяют надежно обнаруживать и распознавать сложные ПУН, которые составляют порядка 50% от всех известных, а также качественно исправлять такие перекосы, воздействуя правящими элементами на ограниченные участки ткани по ее ширине. В связи с этим, наиболее существенным с этой точки зрения является разработка и исследование датчика ПУН с распределенными по ширине ткани чувствительными элементами, помехозащищенной системы распознавания вида перекоса с применением корректирующих кодов, а также управляемых по скорости правящих элементов и автоматической системы правки перекосов уточной нити.

Для управления устройствами исправления перекоса необходимо их оснащение системами контроля, способными непрерывно определять пространственное положение уточных нитей в ходе процесса отделки ткани.

Для устранения практически всех существующих перекосов предполагается правящие органы перекоса уточных нитей выполнить на нескольких электромагнитных муфтах скольжения, распределенных по ширине ткани, а также разработать автоматическую систему их управления. Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является разработка и исследование автоматической системы исправления перекоса уточных нитей в тканях с помощью секционированных правящих роликов со встроенными в них электромагнитными муфтами скольжения.

В соответствии с поставленной целью данная работа предполагает решение изложенных ниже задач:

1. Анализ возможностей существующих систем контроля и исправления перекоса уточных нитей.

2. Исследование динамических характеристик смежных участков ткани, подверженных дополнительной деформации в процессе ПУН.

3. Теоретическое обоснование и аналитическое исследование электромагнитных ферропорошковых муфт скольжения (ЭМФМС) как объекта управления.

4. Оценка информативности и надежности измерительного канала с точки зрения его помехозащищенности.

5. Разработка и исследование аналоговой и цифровой автоматической системы правки ПУН.

6. Обоснованный выбор технических средств реализации системы автоматической правки прекоса уточных нитей.

На защиту выносятся следующие основные научные результаты:

1. Математические модели процесса исправления перекоса уточных нитей в тканях.

2. Уточненная модель деформации ткани под воздействием секционированных правящих роликов.

3. Методика расчета закона распределения управляющих воздействий на ЭМФМС по зонам деформации.

4. Методика декодирования с вычислением ошибки под влиянием помех или сбоев в информационном канале.

5. Структурные и алгоритмические схемы автоматической системы правки перекоса уточных нитей.

6. Результаты экспериментально-теоретических исследований и математического моделирования разработанных устройств и систем.

Методика проведения исследований. Диссертационная работа содержит теоретические и экспериментальные исследования. При построении математической модели применялись современные методы компьютерной обработки данных. Теоретические исследования основывались на методах современной теории автоматического управления. В рамках практической реализации системы исправления перекоса уточных нитей рассмотрены исполнительные элементы на базе электромагнитных муфт скольжения. Предложен алгоритм для микропроцессорного управления электромагнитных муфт.

Научная новизна работы. Получена математическая модель деформации ткани под воздействием секционированных правящих роликов и на ее основе предложена структура системы автоматического управления процессом исправления перекоса уточных нитей. Разработан аналитический принцип распределения управляющих воздействий по законам деформации. Произведена теоретическая оценка эффективности и помехозащищенности информационного канала. Получены линейные математические модели каналов связи объекта управления.

Достоверность результатов работы. Идентичность полученных математических моделей процесса исправления перекоса уточных нитей, а также адекватность систем автоматического управления подтверждаются хорошим совпадением теоретических и экспериментальных исследований методами физического и математического моделирования. Научные решения диссертации строго обоснованы и аргументированы в рамках принятых автором допущений, теоретические положения и экспериментальные выводы многократно уточнялись.

Практическая ценность работы. Разработанная система автоматического исправления перекоса уточных нитей с помощью электромагнитных муфт скольжения позволит решить проблему автоматизации устранения перекосов в тканях, улучшить качество, повысить сортность выпускаемой продукции.

Полученные научные результаты могут служить для создания систем управления объектами с взаимосвязанными регулируемыми величинами. Предложенные методы управления процессом правки утка позволят своевременно и непрерывно определять пространственное положение уточных нитей и устранять возникающие перекосы.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждены и получили положительную оценку на Всероссийских научно-технических конференциях, научно-технической конференции аспирантов университета на иностранных языках, межвузовской научно-технической конференции, конференциях профессорско-преподавательского состава МГТУ им. А.Н. Косыгина, проходивших в 2003-2006 годах.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 151-ой странице печатного текста и состоит из введения, пяти глав, выводов по главам и общих основных выводов, списка использованной литературы из 45 наименований, 2-х приложений, 8-ми таблиц, 52-х иллюстраций.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ:

1. Обоснован выбор применения в качестве исполнительных элементов секционированных правящих роликов с индивидуальным, регулируемым по скорости, приводом.

2. Получено математическое описание процесса деформации ткани в смежных зонах при исправлении перекосов уточной нити.

3. Разработана алгоритмическая схема деформации ткани, которая является основанием для моделирования и расчета автоматической системы ПУН с распределенными исполнительными механизмами.

4. Проведен синтез и экспериментальное исследование имитационной модели объекта.

5. Получен закон распределения и произведен расчет тока и напряжения в распределенных по ширине ткани ЭМФМС правящих роликов.

6. Разработана математическая модель процесса исправления перекоса уточной нити в тканях.

7. Наиболее эффективным с точки зрения повышения информативности и помехозащищенности информационного канала является использование корректирующих кодов.

8. Разработанный алгоритм управления электромагнитными ферропорошковыми муфтами скольжения позволяет реализовать правку перекоса уточных нитей с использованием средств микропроцессора

9. Разработана структурная и алгоритмическая схемы АС ППУН и определены параметры модели автоматической системы ПУН с обеспечением требуемого качества регулирования.

Ю.Разработанная АС ППУН может быть реализована с аналоговым регулятором, цифровым регулятором, в том числе с МПУ, а также в режиме с 2-х позиционным регулированием с временной задержкой на отключение.

1. Причины и возможности устранения перекоса ткани "Deutshe Tekstiltechnik", 1963, №12.

2. Мопшевский В.Г., Электромагнитные порошковые муфты и тормоза,

3. Издательство "Энергия", Москва, 1964г.

4. Коновалов Г.Ф. и Флид Я.И., Электропривод с порошковыми муфтами и использование его в системах автоматики, "Автоматика и телемеханика", 1959г., т.ХХ, №5.

5. Пашков Н.В. Авторское свидетельство № 99577, 1954г.

6. Авмочкин A.B. Авторские свидетельства № 84647, 1948; № 84649, 1948 и др.

7. Патент № 953160 (Англия). Опубл. 25.03.64.

8. Патенты № 2623262(США). Опубл. 30.12.52; № 3192595 (США). Опубл. 25.03.65.

9. Патенты № 2795029 (США). Опубл. 01.09.54; № 3230597(США). Опубл. 13.04.63.

10. Авторские свидетельства № 161035 (СССР). Опубл. 09.03.64; № 178351 (СССР). Опубл. 28.02.66.

11. Патент № 953160 (Англия). Опубл. 25.03.64.

12. Патент № 1244700 (ФРГ). Опубл. 04.11.62.

13. Коньков А.И. и др. Оборудование отделочного производства текстильной промышленности. "Легкая индустрия", Москва, 1964.

14. Патент № 1131634 (ФРГ). Опубл. 03.01.63; Патент № 21496 (ГДР). Опубл. 10.05.59; Патент № 34749 (ГДР). Опубл. 15.12.64; авторское свидетельство № 208671 (СССР). Опубл. 21.06.67.

15. Шахнин В.Н. Управление электротехническими системами текстильного оборудования с разветвленными материальными потоками. Деп. ЦНИИТЭИЛегпром, ЛП № 3300, 1991, с. 10.

16. Нелетов В.В. Определение скорости распространения упругой деформации в текстильных нитях. «Известия ВУЗов Технической текстильной промышленности» 1976 №4.

17. Патент №455331 (Швейцария). Опубл. 16.12.66.

18. Козлов А.Б., Шахнин В.Н., К вопросу о моделирования деформациитранспортировки ткани, Известия ВУЗов, ТП, №1 2004г. С.-105. 107.

19. ЦНИИТЭИЛеспром деп. №977-84, Имитационное моделирование секционированного бункерного питателя, Черкасский А.Е. .

20. Быстров А.М., Глазунов В.Ф., Многодвигательные автоматизированные электроприводы поточных линий текстильной промышленности. М.: Легкая индустрия, 1977г.

21. Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности 1995 №1. Глазунов В.Ф., О регулировании натяжения и деформации ткани в отделочном производстве.

22. Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности 1997 №1. Глазунов В.Ф., О настройке контура регулирования натяжения ткани в электроприводах текстильных машин.

23. Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности 1996 №1. Глазунов В.Ф., О влиянии скорости движения ткани на процесс регулирования ее натяжения в отделочном оборудовании.

24. Садыкоав Ф.Х., О деформации текстильных волокон при растяжении. Текстильная промышленность, 1954 №2.

25. Глазунов В.Ф., Пруднов A.B., Петров А.Н., О математическом моделировании ткани в задаче управления притяжкой. Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности 1978 №1.

26. Попруга А.Г., ХрапливыйА.П., Исследование и разработка структуры системы автоматической правки утка. Текстильная промышленность, 1988 г. С. 75-78.

27. Роточ В .Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем регулирования. — М.: Энергия, 1973.-440с.

28. Ch. Fillips, R. Harbor., Системы управления с обратной связью. Изд.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001г.-616с.

29. Смирнова H.A., Прогнозирование деффорационных характеристик льнохлопковых тканей. Известия ВУЗов. Технология текстильной промышленности 1997 №4.

30. Петелин Д.П., Козлов А.Б., Джилялов А.Р., Шахнин В.Н., Учебное пособие. Автоматизация технологических процессов в текстильной промышленности. — М.: Легкая индустрия, 1980г.

31. Клюев A.C., Глазов Б.В., Дубровский А.Х., Проектирование систем автоматизации технологических процессов. — М, Энергия, 1980г.

32. Дьяконов В.П. Компьютерная математика. Теория и практика. — М.: Нолидж, 2001.

33. Щербаков Н.С. Самокорректирующие дискретные устройства. — М.: Машиностроение, 1975г.

34. Коржакова А.Н. Технологические измерения и приборы в текстильной и легкой промышленности. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984г.

35. Емельянов В.А. Практические расчеты в автоматике. — М.: Машиностроение, 1967г.

36. Валюс H.A. Растровые оптические приборы. — М.: Машиностроение, 1986г.,-208с.

37. Вендай Дж., Пирсол А. Применение спектрального и корреляционного анализа. — М.: Мир, 1983г., 312с.

38. Иваницкий Г.Р., Куницкий A.C. Исследование структур объектов методами когерентной оптики. — М.: Энергия, 1981г., 166с.

39. Хвощ С.Т., Варлинский Н.Н., Попов Е.А. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник. -М.: Машиностроение, 1987г., 640с.

40. Цыпкин ЯЗ. Релейные автоматические системы. М.: Наука, 1974г.

41. Козлов А.Б. Повышение эффективности процессов текстильной технологии за счет контроля параметров качества продукции на базе оптоэлектронной техники. Докторская диссертация. М.: МГТА, 1994г.

42. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник.

43. Воронов А.А., Титов В.К., Новогранов Б.Н. Основы теории автоматического регулирования и управления. Учебное пособие. — М.: Высшая школа, 1977., 209-2Юс.

44. Однокристальные 8-разрядные FLASH CMOS микроконтроллеры компании Microchip Technology Incorporated. Техническая документация DS30929. USA.: 2002г.

45. Петелин Д.П., Епифанов А.Д., Румянцев Ю.Д., Тимохин А.Н. Сборник задач и упражнений по теории управления. Учебное пособие. М: МГТУ, 2002г.