автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация и контроль технологического процесса наложения изоляции кабелей связи с парной скруткой

На правах рукописи

Колпащиков Сергей Александрович

АВТОМАТИЗАЦИЯ И КОНТРОЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА НАЛОЖЕНИЯ ИЗОЛЯЦИИ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ С ПАРНОЙ СКРУТКОЙ

Специальность 05.13.06 -Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-2004

Работа выполнена на кафедре автоматики и управления в технических системах Самарского государственного технического университета

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

Кандидат технических наук доцент Б.К. Чостковский

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук профессор А.И. Данилушкин

кандидат технических наук профессор Б.В. Попов

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ -

ООО МФ «Волгаинжениринг» (г. Самара)

Защита диссертации состоится 28 декабря 2004 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 Самарского государственного технического университета в ауд. 28 (корп. 6, ул. Галак-тионовская, 141).

Отзывы на автореферат просим направлять на адрес: 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244, главный корпус, на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: ул. Первомайская, 18.

Автореферат разослан

2004 года

Ученый секретарь диссертационного совета

ЖИРОВ В.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Высокие темпы роста количества передаваемой информации и скорости ее передачи обусловливают все более и более жесткие требования к характеристикам кабелей связи.

Среди многих проблем, связанных с повышением качества радиочастотных симметричных кабелей с парной скруткой (LAN-кабелей), одной из основных является разработка эффективных систем автоматического управления процессом наложения изоляции на токоведущую жилу. Измерение эксплуатационных характеристик LAN-кабеля, его вторичных электрических параметров (волновое сопротивление, собственное затухание и др.) на этапе наложения изоляции не представляется возможным. В то же время, известно, что основные эксплуатационные параметры кабелей связи закладываются именно здесь.

При повышении качества ЬА^кабелей большое внимание уделяется качеству исходных материалов и методов их обработки, однако и на этапах изготовления исходных материалов и в процессе производства кабеля неизбежны флуктуации технологических параметров, что приводит к отклонениям характеристик кабеля от номинальных значений. Задачи стабилизации технологических параметров возлагаются на системы автоматического регулирования, которые в идеальном варианте должны реализовывать законы управления физическими параметрами изолированных проводников, позволяющие получить оптимальные эксплуатационные характеристики конечной продукции. Значительный интерес, в связи с этим представляют вопросы получения математических моделей зависимости вторичных электрических параметров от параметров, контролируемых и управляемых в процессе наложения изоляции.

Наложение изоляции на проводник производится на экструзионных линиях. Технологический процесс наложения изоляции как объект управления характеризуется наличием значительного запаздывания, которое должно учитываться при разработке алгоритмов автоматического управления. Высокие скорости прохождения проволоки по линии в процессе изготовления и микропроцессорная реализация регуляторов требуют применения специального аппарата синтеза цифровых систем управления.

Требования к повышению эффективности экструзионных линий приводят к появлению задач стабилизации качества наложения изоляции в переходных режимах работы технологического оборудования, на этапах разгона и торможения.

В этой связи актуальными задачами являются: исследование зависимости вторичных параметров ЬА^кабелей от параметров, формируемых на этапе наложения изоляции на проводник, разработка методов анализа и синтеза систем автоматического управления технологическими параметрами процесса, оптимальных по обобщённому критерию качества, теоретическое и экспериментальное исследования алгоритмов и систем управления процессом наложения изоляции.

Цель работы. Основная цель диссертационной работы состоит в решении научно-технической задачи по разработке методов и средств синтеза автоматизированных информационно-управляющих сист^7д^ЦИ^Ш)ЖТПП'ЬАК-кабелей.

ПвГ"!

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- оптимизация локальных систем стабилизации первичных параметров проводов в процессе экструзии в условиях значительно меняющегося транспортного запаздывания;

- разработка математической модели LAN-кабеля, позволяющей учесть нерегулярности пористой изоляции отдельных проводов при расчете обобщенных параметров кабеля;

- синтез и анализ систем управления обобщенными параметрами готового кабеля на этапе производства отдельных проводов;

- разработка принципов построения автоматизированных систем контроля процесса наложения пористой изоляции с учетом специализированных задач обработки информации.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, аппарата Z-преобразований, теории связи, теории автоматического управления, теории дискрегных систем управления, экспериментальные методы исследования объектов и систем управления.

Научная новизна. Диссертационная работа расширяет и углубляет теоретические представления в области математического моделирования и методов синтеза алгоритмов контроля и автоматического управления технологических процессов изготовления ЬА^кабелей.

В диссертации получены следующие основные научные результаты:

- определены аналитические зависимости оптимальных настроек ПИ-регулятора от параметров объекта с переменным транспортным запаздыванием для нескольких видов интегральных критериев качества;

- предложена математическая модель описания нерегулярного ЬА^кабеля, позволяющая учесть неоднородность сред изоляции отдельных проводов при расчете обобщенных параметров кабеля;

- предложен формальный метод синтеза корректирующего полинома модифицированного апериодического межконтурного регулятора, обеспечивающий заданные характеристики системы управления обобщенным параметром кабеля во временной области.

Практическая полезность работы. Прикладная значимость проведенных исследований определяется следующими результатами:

- показана возможность применения найденных в диссертации аналитических зависимостей оптимальных настроек регуляторов локальных систем управления от параметров объекта в целях синтеза адаптивных и робастных алгоритмов управления, обеспечивающих оптимальность их работы в номинальных и переходных режимах работы экструзионных линий;

- разработана инженерная методика расчета модифицированного апериодического межконтурного регулятора в составе многосвязной системы управления;

- разработаны принципы построения многоуровневых систем автоматизированного контроля технологического процесса наложения пористой изоляции, обеспечивающие выполнение основных предъявляемых требований к программно-аппаратной конфигурация разрабатываемых систем.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы в виде алгоритмического, математического, программного и аппаратного обеспечения при разработке и внедрении автоматизированных информационно-управляющих систем процессами производства кабельных изделий в рамках НИОКР на ЗАО «Самарская кабельная компания» (г. Самара) и Особом конструкторском бюро кабельной промышленности (г. Мытищи).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Новые информационные технологии. Информационное, программное и аппаратное обеспечение" (Таганрог, 1995), Всероссийской конференции молодых ученых "Математическое моделирование физико-механических процессов" (Пермь, 1996), Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов (Таганрог, 1996), V Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (Ростов-на-Дону, 1997), IV Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" (Таганрог, 1998), Международной молодежной научно-технической конференции "Интеллектуальные системы управления и обработки информации" ( Уфа, 1999), Всероссийской научной конференции "Математическое моделирование и краевые задачи" (Самара, 2004), Международной научно-практической конференции "Проблемы развития централизованного теплоснабжения" (Самара, 2004) II Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы энергетики. Энергоресурсосбережение"(Самара, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 104 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 1 таблицу, список литературы из 73 наименований и 2 приложения.

На защиту выносятся следующие положения:

- аналитические зависимости оптимальных настроек ПИ-регулятора от параметров объекта с переменным транспортным запаздыванием для нескольких видов интегральных критериев качества;

- математическая модель разнородной диэлектрической среды витой пары как объекта управления;

- методика синтеза модифицированного апериодического межконтурного регулятора в системах многосвязного управления;

- результаты численного моделирования системы автоматического управления обобщенным параметром LAN-кабеля с модифицированным апериодическим межконтурным регулятором;

- принципы построения многоуровневой системы автоматического контроля процесса наложения пористой изоляции на базе современных программно-аппаратных средств.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы, сформулирована цель работы, её научная новизна и практическая полезность.

В первой главе проведен обзор работ, посвященных разработке информационно-управляющих систем кабельного производства, выполнен анализ состояния проблем синтеза алгоритмов автоматического управления первичными и обобщенными параметрами изготавливаемого кабеля, а также принципов построения систем автоматизированного контроля технологического процесса экструзии.

Наиболее ответственным этапом, определяющим качество и эксплуатационные характеристики кабеля, является процесс нанесения изоляции на медную жилу - экструзия. Нанесение изоляции осуществляется на сложной установке, называемой экструзионной линией, и является совмещенными процессом. Технологические операции доволочения, отжига, вспенивания, нанесения и охлаждения изоляции выполняются "на проход", при продольном движении изолируемой жилы, последовательно проходящей через датчики и узлы технологического оборудования. Экструзионные линии оснащаются локальными автоматическими системами стабилизации первичных параметров изготавливаемого провода или кабеля.

Основная особенность экструзионной линии с точки зрения теории управления состоит в наличии значительно меняющегося транспортного запаздывания, обусловленного распределенностью датчиков и исполнительных устройств вдоль протягиваемого кабельного изделия, причем скорость протяжки изделия, задаваемая тяговыми механизмами, может изменяться как в процессе пуска линии, так и в стационарном режиме ее работы. Исследованиям синтеза систем автоматического управления объектами с запаздыванием и, в частности, для кабельной промышленности посвящены работы Х.Турецкого, В.А.Бесекерского, Е.П.Попова, Б.К. Чостковского, М.Ф. Попова, Д.Я. Гальиеровича и др. Классическая оптимизация контуров стабилизации, осуществляемая для конкретного времени запаздывания, не позволяет осуществлять качественное управление в условиях меняющегося запаздывания.

В работах М.Ф. Попова, Д.Я. Гальперовича и др. показано, что даже при качественной настройке локальных систем стабилизации, остаточные нерегулярности первичных параметров оказывают значительное влияние на пропускную способность изготавливаемого кабеля. Оценка пропускной способности кабеля определяется параметрами передачи (волновое сопротивление, входной коэффициент отражения) и параметрами влияния в заданном диапазоне частот (взаимное влияние на ближнем и дальнем конце). Далее параметры передачи и параметры влияния будем называть обобщенными параметрами. Задача анализа отражений линии передачи, являющихся одной из важнейших причин снижения пропускной способности кабеля, рассмотрена в работах Г.В.Глебовича, И.П. Ковалева, Б.З. Кацеленбаума, А.Л. Фельдштейна, Л.Р. Явича и др. Снижение отражений, обусловленных нерегулярностями разной природы, достигается заданным законом изменения волнового сопротивления до номинального значения при появлении нерегулярности. Рассмотрены вопросы синтеза плавных и ступенчатых переходов, различных видов (экспоненциального, Чебышевского, вероятностного, конического).

Задача синтеза систем, обеспечивающих заданный закон перехода обобщенного параметра, может быть решена введением связей между локальными конту-

рами стабилизации первичных параметров. Данная задача рассмотрена в работах Б.К. Чостковского применительно к процессу производства коаксиальных кабелей и симметричных кабелей с четверочной скруткой. Для решения аналогичной задачи необходима разработка математической модели LAN-кабеля, учитывающей нерегулярности первичных параметров отдельных проводов. В работах И.Е. Ефимова, ГА Останьковича, Н.И. Белорусова, И.И. Гроднева и др. приведены выражения для расчета обобщенных параметров в зависимости от первичных параметров кабеля. Выражения получены для случая распространения электромагнитного поля в однородной среде, поэтому они не позволяют учесть нерегулярности изоляции отдельных проводов кабеля. В то же время управление пористостью изоляции при изготовлении проводов для LAN-кабеля является одной из важнейших задач.

Для решения задачи синтеза межконтурных связей, обеспечивающих заданный закон изменения обобщенного параметра, наиболее перспективным выглядит модифицированный апериодический регулятор, предложенный Б.К. Чостковским. Данный тип регулятора за счет свободно выбираемого корректирующего полинома позволяет формировать требуемые характеристики системы управления как во временной, так и в частотной областях.

Рост вычислительной мощности программно-аппаратного обеспечения позволяет расширить задачи автоматизированных информационно-управляющих систем за счет реализации в их рамках проблемно-ориентированных ресурсоемких задач. Реализация таких специализированных задач требует формализации распределения задач по уровням систем и формирования требований к программно-аппаратному обеспечению автоматизированных систем. В работах М.Ф. Попова, А.Д. Ионова, Д.Я. Гальперовича, Н.Н. Хренкова, Б.К. Чостковского и др. показано, что наиболее важной специализированный задачей является корреляционно-спектральный анализ сигналов экструзионной линии с целью ее диагностики и оценки качества производимого кабеля в режиме реального времени.

Выполненный анализ показал, что для решения задачи общего повышения качества изготавливаемого LAN-кабеля требуется:

1. проведение исследований с целью синтеза законов управления, обеспечивающих оптимальную работу локальных систем стабилизации первичных параметров проводов в условиях значительно меняющегося транспортного запаздывания;

2. разработка математической модели кабеля, позволяющей учесть нерегулярности изоляции отдельных проводов кабеля при построении систем многосвязного управления;

3. построение систем управления обобщенными параметрами на этапе производства отдельных проводов, с целью повышения пропускной способности изготавливаемого кабеля в заданном диапазоне частот;

4. формализация принципов построения автоматизированных информационно-управляющих систем кабельного производства с целью введения задач корреляционно спектрального анализа.

Во второй главе решается задача синтеза оптимальных систем управления

первичными параметрами изготавливаемого кабеля. Рассматривается классическая система автоматической стабилизация первичного параметра провода, например диаметра по изоляции или погонной емкости. Объекты управления этих систем с достаточной степенью точности можно описать в виде последовательного соединения апериодического звена первого порядка и звена чистого запаздывания. Величина переменного запаздывания определяется расстоянием между формирующей головкой экструдера и местом установки соответствующего датчика, а так же переменной скоростью изолирования. В работах X. Турецкого, В.А. Бесекерского и др. показано, что для управления такими объектами предпочтительным является ПИ-регулятор.

В работе X. Турецкого предложен метод анализа систем с запаздыванием, использующий точное выражение передаточной функции звена запаздывания. Согласно этому методу, структурная схема замкнутой системы регулирования заменяется структурой параллельно соединенных звеньев с передаточными функциями, содержащими звенья запаздывания, кратные заданному:

ще Щр)~^ь(р)'еРТ - передаточная функция разомкнутой системы управления. Тогда изображение выходного сигнала системы имеет вид:

(1)

Y(p)-

•£(-1)'Ир)Г =£(-1)" -'-•К(Р)]'"' -е-""'" ,

(2)

р о й^о р

Использование данного метода позволяет получить аналитические зависимости переходных функций системы управления в зависимости от параметров регулятора и объекта. В работе X. Турецкого приведено аналитическое выражение переходной функции рассматриваемой нами системы управления:

(3)

где К— КобКр - общий коэффициент передачи разомкнутой системы управления, определяемый как произведение коэффициента передачи объекта и регулятора, г -величина транспортного запаздвшання, Т„ - время интегрирования ПИ-регулятора, Toó - постоянная времени объекта управления, а h(t-t(n+l)) - функция Хевисайда.

Анализ ввфажения переходной функции (3) показвшает, что громоздкость и наличие бесконечной суммы не дает возможности его применения в дальнейших аналитических исследованиях. Учитывая тот факт, что для большинства экструзи-онных линий величина времени запаздывания значительно больше постоянной времени объекта, предлагается рассмотреть в качестве объекта управления объект вида звена чистого запаздывания.

Согласно описанному выше методу переходная функция идеального объекта имеет достаточно простой вид:

(4)

Проведено численное моделирование и сравнительный анализ переходных процессов в системах с реальным объектом и с объектом чистого запаздывания. Вид и форма их переходных процессов становятся близки при условии, что время запаздывания превышает постоянную времени объекта более чем в 20 раз, что соответствует реальным соотношениям параметров объекта.

Проведена оптимизация настроек ПИ-регулятора системы управления по известным интегральным критериям качества:

- интегральному квадратичному критерию качества:

(5)

- улучшенному интегральному квадратичному критерию качества, учитывающему величину управляющего воздействия:

- интегральному критерию качества от модуля ошибки системы:

(6)

(7)

Свойства систем управления, оптимизированных по данным критериям качества, описаны в работах В.А. Бесекерского, Е.П. Попова, У. Рея и др.

Используя необходимое условие существования экстремума, аналитически выведены зависимости оптимальных настроек регулятора, от времени запаздывания идеального объекта для указанных выше критериев.

Для интегрального квадратичного критерия (5), используя предельный переход, получаем:

Л = = Нт][1-Я0]'^ = Шп( ]у№+ ДКОГ^, (8)

где N принадлежит множеству натуральных чисел.

Подставляя в (8) полученное выражение для переходной функции (4), и осуществляя интегрирование, получаем зависимость критерия от параметров объекта управления, настроек регулятора и величины N, определяющей время интегрирования:

л+1 /+1

+ 2X1 (^Г^ П^В,!;1

V'К;

(9)

»-О ,«»1 ЙЫ р.оО~р)1-р\ (р+к + 1) Т/

Оптимальные настройки регулятора находятся из условия достижения экстремума критерия (9), имеющего вид:

(10)

где и -полиномы степени от переменной

Решения данной системы имеют вид:

где Кд и Х0 - константы.

Таким образом, оптимальные настройки регулятора имеют следующий вид

(11)

(12)

Аналитически показано, что оптимальные настройки для интегральных критериев качества (6) и (7) также имеют вид (12).

Наличие бесконечной суммы в выражении для переходной функции объекта (4) делает невозможным аналитическое определение конкретных значений настроек регулятора. Наличие в выражении (4) функции Хевисайда приводит к тому, что в произвольный момент времени / все слагаемые основной суммы, начиная с £-10, обращаются в нуль, где

что позволяет определить коэффициенты зависимости оптимальных настроек численными методами, ограничив число слагаемых суммы (4). Вывод о количестве учитываемых слагаемых суммы при численной оптимизации справедлив и для переходной функции реального объекта (3).

Результаты численной оптимизации настроек регулятора для системы с реальным объектом, выявили общий вид зависимостей оптимальных настроек для всех рассматриваемых интегральных критериев:

(13)

При этом значения коэффициентов Ко и Хо в выражении (14) равны соответствующим коэффициентам в выражении (12) для одинаковых критериев. Коэффициенты оптимальных настроек регуляторов имеют вид:

- для интегрального квадратичный критерий от квадрата ошибки: ^-0.48, Яи:=0.61,аи'=1.24,.Лго=1.67, аг^1.26, ат,= 1.09;

- для интегрального критерий от модуля ошибки: Ко~036, а*/=0.44,

аы-1.66,Х<г2.08, 077=0.96, ап= 1.2;

Рассмотрены вопросы построения адаптивных и робастных по отношению к вариациям запаздывания алгоритмов управления, обеспечивающих оптимальность в условиях значительно меняющего запаздывания на основе полученных результатов. Определен алгоритм робастного рекуррентного цифрового регулятора, тактируемого сигналом от датчика длины:

(15)

и(к) = и(к-1) + К0е(к)+К,\^-1\-е(к-\),

где 1/(к) - выход регулятора, N -1УЬо - расстояние от формирующего инструмента до датчика управляемого параметра, выраженное в тактовых интервалах -

ошибка контура управления.

В третьей главе рассматривается задача построения математической модели ЬАМ-кабеля, позволяющей учесть нерегулярности относительной диэлектрической проницаемости отдельных проводов. Предлагается использование известной формулы, применяемой для расчета конденсаторов со слоистым диэлектриком. При этом неоднородная среда диэлектрика заменяется однородной с эквивалентной относительной диэлектрической проницаемостью. Она определяется как средневзвешенное значение относительных диэлектрических проницаемостей исходных сред по объему.

Эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость для двух сред определяется как

где и - объемы исходных сред изоляции проводов, а и - их относительные диэлектрические проницаемости.

Рисунок 1 - Конструкция среза витой пары: и - диаметры медной жилы соответствующих проводов витой пары, и - диаметры по изоляции.

Проведена оценка адекватности предложенной модели. Оценка осуществля-

лась численным методом в пакете моделирования полей различной природы FemLab, являющимся расширением популярной среды инженерных расчетов MatLab. Моделирование осуществлялось для бесконечно длинного кабеля, что обусловлено высокой частотой сигналов передаваемых по кабелю и соответственно малостью длины волны по сравнению с продольными размерами кабеля. При этом рассматривалась плоская модель электростатического поля одного среза кабелю представленного на рис. 1.

Предложено сравнивать поля распределения электрического потенциала для реального кабеля, где и имеют разные значения, и модели, где и равны друг другу и вычисляются по выражению (16). Локализована область сравнения полей вдоль линии, соединяющей центры жил проводов. Этот участок наиболее выгоден для анализа, так как максимально охватывает изоляцию обоих проводов и включает в себя все типы переходов сред: воздух-изоляция, изоляция-проводник, изоляция-изоляция. Пористая изоляция отдельных проводов также заменяется однородным диэлектриком с относительной диэлектрической проницаемостью изоляции, определяемой выражением (16). Моделирование проводилось при вариациях диаметра и относительной диэлектрической проницаемости изоляции отдельных проводов в диапазоне, перекрывающем технологические допуски соответствующих параметров

\ с,=120,= 161 х.» ¿, = 1502 = 191

Рисунок 2 - Результаты численного моделирования: а - распределение потенциала, б-г - относительное отклонение распределение потенциала модели. В качестве критерия близости выбрана максимальная относительная ошибка, определяемая как отношение разности функций потенциала электростатического поля модели и реального кабеля к разности максимального и минимального зна-

и

чений функции потенциала реального кабеля. Такая оценка позволила избежать проблем оценки отклонений вблизи нулевого значения потенциала.

Результаты численного моделирования, приведенные на рис. 2, подтвердили адекватность предложенной модели (16), для описания электростатического поля кабеля при вариациях параметров в диапазоне технологических отклонений. При этом наличие локальных систем стабилизации обеспечивает указанные диапазоны вариаций первичных параметров. Данная модель позволяет получить выражения для обобщенных параметров кабеля, путем использования выражения (16) в известных формулах, приведенных в работах ГА Останьковича, Н.И. Белорусова, И.И. Гроднева и др.

Четвертая глава посвящена синтезу системы управления обобщенным параметром ЬАЫ-кабеля при производстве отдельных проводов кабеля, отрабатывающей остаточные нерегулярности первичных параметров и обеспечивающей тем самым максимальную пропускную способность изготавливаемого кабеля в заданном диапазоне частот. Как показано в работах Г.В. Глебовича, И.П. Ковалева и др. повышение пропускной способности линии передачи достигается заданным законом изменения обобщенного параметра при появлении нерегулярности первичного параметра до номинального значения. Таким образом, задача управления может быть сформулирована следующим образом - отработка известного возмущающего воздействия по заданному закону с требуемой точностью. Решить поставленную задачу можно введением предложенных Б.К. Чостковским перекрестных динамических связей между локальными системами стабилизации первичных параметров. Основным недостатком такого подхода является незамкнутость системы, что может привести к появлению статической ошибки из-за нестационарности параметров объекта. Учитывая, что динамические характеристики систем стабилизации этих параметров, имеют существенно отличающиеся постоянные времени объектов управления и времена их запаздывания, анализируется построение замкнутой системы управления обобщенным параметром построенной на быстродействующем контуре (рис. 3).

Рисунок 3 - Принципиальная схема межконтурной системы управления, медленный контур - погонная емкость, быстрый - диаметр по изоляции. Связь первичных параметров и обобщенного параметра может быть получена

с использованием рассмотренной в предыдущей главе модели. Учитывая малую величину вариаций первичных параметров за счет соответствующих контуров стабилизации можно записать функциональную зависимость обобщенного параметра в приращениях:

(17)=— -АС ,

80 дС

и перейти к рассмотрению линейной системы управления.

В качестве межконтурного регулятора предлагается применить цифровой модифицированный апериодический регулятор с корректирующим полиномом. Данный тип регулятора, рассмотренный в работе Б.К. Чостковского, позволяет формировать требуемые характеристики системы управления как во временной, так и в частотной областях. Данный регулятор формируется на основе известного апериодического регулятора, рассмотренного в работе Р. Изермана, путем добавления в передаточную функцию п произвольных нулей и полюсов:

(18)

где В(1) и Л(х) - исходные полиномы z-преобразования объекта управления, а г, -вводимые нули и полюса.

Передаточная функция апериодического регулятора для такого объекта имеет

вид:

(19)

где

1

Передаточная функция замкнутой системы с таким регулятором имеет вид:

о, = <?Лг)П(1 - *.*")■= яЛ^т, (20)

где К(1) - вводимый корректирующий полином.

Задача выбора числа вводимым нулей и полюсов, г так же их значений является не простой, она усложняется тем, что нули и полюса могут носить комплексно-сопряженный характер. Применение численных методов требует предварительного выбора количества вводимых нулей и полюсов и их вида, и в целом затруднено из-за большого числа варьируемым переменным.

Предлагается использовать следующий формальный подход для определения корректирующего полинома.

При работе в изображениях справедливо соотношение:

К(г) = С,(гЩг), (21)

где У(1) — изображение выходного сигнала системы, С3(г) - передаточная функция замкнутой системы, Х(1) - изображение входного сигнала. Тогда с учетом выражения (20) корректирующий полином определяется выражением:

т

К{2) = --

(22)

G,(z)X{z) '

Изображение желаемой переходной характеристики представляется выраже-

(23)

где Tq - период квантования, у(кТо) - значение желаемой переходной характеристики в моменты времени кратные периоду квантования.

Структурную схему, представленную на рисунке рис. 3 можно преобразовать к виду, представленному на рис. 4, где где qtß(z) - неизменяемая часть замкнутой системы, определяемая известным апериодическим регулятором, - переда-

точная функция, формирующая входное воздействие по заданному единичному скачку X, что соответствует передаточной функции по возмущению медленной системы.

Рисунок 4 - Принципиальная схема системы управления для численного моделирования Изображение входного воздействия имеет вид:

1

Выражение (22) преобразуется к виду:

Д Г(г)

(24)

(25)

где - первая разность желаемого переходного процесса. Поскольку желаемая характеристика процесса в реальных системах управления сходится к конечному установившемуся значению, то полином изображения первой разности желаемого переходного процесса будет иметь конечную степень.

Показано, что в общем случае определение корректирующего полинома классическим делением полиномов, согласно выражению (25), приводит к следующему результату:

K(z)-

АУ(г)

■+a.z

- = -2.+ -

R(z)

b„ baz" + b.z" '+••• + /

;;т>(26)

Ь,+Ь^+- + Ьтг-.....

при п>т и где Я(%) - остаток от деления.

При таком подходе нет возможности определить вид корректирующего полинома. Предлагается осуществлять деление полиномов в отрицательных степенях

нием:

считая младшую степень равной «-бесконечности». Признаком окончания деления служит либо достижение требуемой точности приближения полиномов, либо равенству нулю остатка от деления. Частное от деления является корректирующим полиномом, остаток от деления отбрасывается. Физическая интерпретация такого подхода заключается в учете при определении корректирующего полинома требуемого количества «хвостовых» нулевых точек изображения первой разности желаемого переходного процесса.

Разработан алгоритм деления в отрицательных степенях в среде под-

держивающей только классическое деление:

полином знаменателя делится на ¿т, где -т - его младшая степень; полином числителя, определяющий первую разность желаемого переходного процесса, делится на где -п - его младшая степень, а х - количество дополнительно учитываемых членов ряда, коэффициенты которых равны нулю;

полученные полиномы делятся, остаток отбрасывается, а частное делится г1, ще / - старшая степень частного, определяемая как 1=п+Х-т. Полученный полином в отрицательных степенях г является искомым корректирующим полиномом.

Проведено численное моделирование системы для различных видов желаемого вида переходного процесса и вида формирующего звена йф(2) в среде МаНаЪ. Анализ результатов численного моделирования, представленных на рис. 5 показал эффективность использования модифицированного апериодического регулятора для решения поставленной задачи и позволил сделать следующие выводы:

1. Вид желаемой характеристики сохраняется для первых (п-т) точек, где п - количество учитываемых точек первой разности желаемой переходной характеристики, т - минимальная степень полинома замкнутой системы, определяемой известным апериодическим регулятором. Это позволяет определить минимальное количество учитываемых точек для случая сходящегося процесса, первая разность которого в бесконечности определяется нулевыми коэффициентами полинома. Число учитываемых точек для таких систем должно быть не меньше суммы числа точек, описывающих ненулевое поведение первой разности, и нулевых точек в количестве равном степени полинома замкнутой системы, определяемой известным апериодическим регулятором.

2. С увеличением числа учитываемых точек первой разности желаемой переходной характеристики точность отработки системой желаемой характеристики возрастает и может быть оценена по уменьшающейся статической ошибке (рис. 6). Величина этой ошибки может быть определена без численного моделирования системы управления. Величина статической ошибки равна отношению сумм коэффициентов полиномов остатка и делителя.

3. Если желаемый закон изменения переходной характеристики системы имеет ненулевое установившееся значение, то необходимо выполнить нормировку корректирующего полинома, для установки коэффициента передачи в статике равным 1, что достигается делением полинома на сумму его коэффициентов;

12-1 12, Сф(:)=1 »Сф(-) - апериодическое звено 1-го порядка

О 2 4 в в 10 12 14 16 18 20 о 100 200 ЭОО 400 500

время, сек время, сек

О 2 4 6 В 10 12 14 16 1« 20 0 200 400 600 800 1000

вр*ьн, сек время, сек

время, сек время, сек

Рисунок 5 -Примеры отработки желаемого закона изменения переходной функции системой с модифицированным апериодическим регулятором.

0 35

03

3

<0 025

1

о 02

1 015

X 6 01

5 005 -

0-

10 15 20 25 30 35

кол-во учитываемых точек

Рисунок 6 - Пример зависимости статической ошибки от числа учитываемых

точек первой разности желаемой переходной характеристики Сформулирована инженерная методика определения формирования корректирующего полинома, включающая итерационное приближение к требуемой точности отработки желаемого переходного процесса.

Пятая глава посвящена вопросам разработки и промышленному внедрению многоуровневых автоматизированным систем контроля (АСК) процесса наложения пористой изоляции на базе современным программно-аппаратным средств. Проведен анализ задач решаемым современными АСК и предложено их разделение на общие, присущие АСК любого технологического процесса, и специализированные, связанные со спецификой контролируемого технологического процесса.

Выщелены1 две наиболее важным специализированные задачи АСК: корреля-пнонно-спектральныш анализ сигналов экструзионной линии и косвенные измерения.

В работах Дж. Бендата, А. Пирсола, Б.К. Чостковского и др. показано, что применение корреляционно-спектрального анализа позволяет осуществлять диагностику экструзионной линии и оценку качества производимого кабеля в режиме реального времени. Оценка обобщенным параметров изготавливаемого кабеля и выявление неисправных узлов оборудования требуют расчета оценок спектральных плотностей большого числа параметров, а также их взаимным спектров. Задача косвенным измерений связана с расчетом значений обобщенным параметров по текущим значениям параметров, измеряемым прямым методом.

Вышвлены1 следующие особенности реализации указанным задач, воздвигающие специальные требования к программно-аппаратному обеспечению АСК:

1. Жесткие требования к периоду опроса датчиков технологических параметров для обеспечения диапазона анализируемым частот, перекрышающего верхнюю частоту передаваемого по изготавливаемому кабелю сигнала. Верхняя граница частоты передаваемого сигнала определяется категорией изготавливаемого кабеля и связана с периодом опроса датчиков следующей зависимостью:

^ ./о ^ ^сингиалаверх ^имтрмаии!

где - период и частота опроса датчиков, - скорость распространения электромагнитной волны в кабеле.

2. Хранение большого числа измерений параметров.

3. Повышенные требования к выиислительной мощности аппаратуры для вытолнения ресурсоемкой задачи оценки спектральным плотностей.

4. Приведение измерений параметров к одному сечению изготавливаемого кабеля. Данная задача возникает как при расчете косвенным параметров, так и при корреляционно-спектральном анализе, из-за распределенности первичным преобразователей датчиков параметров вдоль линии вытяжки. В результате измерения, характеризующие один временной срез, не являются характеристиками одного сечения готового кабельного изделия.

5. Применение цифровой фильтрации сигналов линии для приведения к единой базе сигналов, получаемым с датчиков, обладающих различной разрешающей способностью.

Предлагаются следующие принципы реализации задач корреляционно спектрального анализа сигналов линии и косвенным измерений и схема алгоритма обработки информации на промышленном контроллере (рис. 7), реализованные при

внедрении автоматизированных информационно-управляющих систем на базе современных программно-аппаратных средств.

Рисунок 7 - Схема алгоритма обработки информации на промышленном контроллере

Алгоритмы расчета:

1. Для оценки спектральных плотностей используется периодограммоана-лиз, включающий две операции: преобразование Фурье от входного массива данных и сглаживание по частоте.

2. Преобразование Фурье вычисляется по алгоритму быстрого преобразования Фурье (БПФ).

3. Оптимальная длина реализаций параметров для построения оценок спектров составляет 512 точек.

4. Цифровая фильтрация реализуется с помощью алгоритмов скользящего усреднения с различными шириной и видом окна, обусловленных шириной полосы частот передаваемых по кабелю сигналов.

Реализация:

1. Корреляционно-спектральный анализ реализуется на нижнем уровне -контроллере, что позволяет резко увеличить полосу анализируемых частот и снизить нагрузку на промышленную сеть, связывающую нижний и верхний уровень АСК.

2. Операция по расчету оценок спектров разбивается на четыре последовательные операции: подготовка исходных данных, вычисление БНФ, цифровая фильтрация, обработка результатов. Каждая операция реализуется в отдельном цикле контроллера, что уменьшает цикл контроллера и как следствие уменьшается период опроса датчиков.

3. Приведение измерений параметров к одному сечению изготавливаемого кабеля решается за счет буферизации измерений параметров, смещение в буфере данных рассчитывается в зависимости от текущей скорости изолирования, что накладывает дополнительные требования на точность измерения скорости изолирования.

Предложено устройство измерения скорости движущегося кабельного изделия, основанное на анализе изменения случайной функции диаметра изоляции во временной области и по длине кабеля. Оценка скорости осуществляется по значе-нням сигналов двух датчиков диаметра, находящихся на расстоянии Ь друг от друга, а также задержанного сигнала с первого датчика диаметра на время где - номинальная скорость вытяжки:

;(0=М2ММ.,

(28)

/)-!>,(*,О

где и - сигналы с первого и второго датчиков диаметра, - номи-

нальная скорость.

Рисунок 8 - Структурная схема устройства измерения скорости движущегося кабельного изделия

Структурная схема устройства измерения скорости движущегося кабельного изделия (рис. 8) содержит ДЦ1 иДЦ2 - датчики диаметра, НФ1 и НФ2 - низкочастотные фильтры, БЗ - блок задержки сигнала (на время То), БД - блок деления, ЗУ -запоминающее устройство, БФЭ - блок фиксации экстремума. Сигнал от БФЭ при появлении экстремума на ДД1 отключает входной сигнал на ЗУ от выходного, запоминает значение скорости и выставляет его на выходе ЗУ. При появлении экстремума на ДД2 ЗУ переводится в режим пропускания входного сигнала на выход.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие основные результаты

1. Получены аналитические зависимости оптимальных настроек ПИ-регулятора от параметров объекта с переменным транспортным запаздыванием

для нескольких видов интегральных критериев качества.

2. Рассмотрены вопросы применения полученных зависимостей оптимальных настроек регулятора для построения адаптивных и робастных систем управления, обеспечивающих оптимальность локальных систем стабилизации первичных параметров изготавливаемых проводов в условиях широкого диапазона изменения величины транспортного запаздывания.

3. Предложена математическая модель неоднородной среды распространения электромагнитного поля однородной, с относительной диэлектрической проницаемостью, определяемой как средневзвешенное значение относительных диэлектрических проницаемостей по объемам сред, для расчета обобщенных параметров нерегулярных ЬАЫ-кабелей, а так же проведена оценка адекватности данной модели путем численного моделирования электромагнитного поля нерегулярного ЬАЫ-кабеля.

4. Предложен метод синтеза модифицированного апериодического межконтурного регулятора с корректирующим полиномом для систем, связанных через объект управления, обеспечивающего требуемые характеристики системы управления обобщенным параметром ЬЛЫ-кабеля во временной области.

5. Проведено численное моделирование системы автоматического управления обобщенным параметром ЬЛЫ-кабеля с модифицированным апериодическим межконтурным регулятором, подтверждающее эффективность введения межконтурного регулятора. Сформулированы рекомендации по использованию данною метода в инженерных расчетах.

6. Проведен анализ специализированных задач систем автоматизированного контроля технологического процесса наложения пористой изоляции. Разработана типовая многоуровневая структура системы автоматизированного контроля технологического процесса наложения пористой изоляции, учитывающая требования, накладываемые специализированными задачами, в том числе и в зависимости от типов изготавливаемых кабелей. Проведено распределение специализированных и общих задач по уровням системы.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Колпащиков С.А. "Алгоритм адаптации регулятора системы автоматического регулирования с переменным транспортным запаздыванием" в книге "Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов "Новые информацион-ныетехнологии. Информационное, программное и аппаратное обеспечение", 2627 октября, тезисы докладов, Таганрог 1995 ".Таганрог 1995, с. 29 -30.

2. Колпащиков С.А. "Самонастраивающаяся система с переменным транспортным запаздыванием" в книге "Всероссийская конференция молодых ученых "Математическое моделирование физико-механических процессов", тезисы докладов, Пермь 1996", с. 48.

3. Колпащиков С.А. "Построение оптимального согласующего регулятора" в книге "Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов, тезисы докладов, Таганрог 1996".

4. Колпащиков С.А. "Разработка алгоритма управления системами с переменным транспортным запаздыванием" //Труды студенческого научного общества,

Самара 1996, с. 3-12.

5. Чостковский Б.К., Колпащиков С.А. "Робастное регулирование параметров длинномерным изделий'7/Математическое моделирование систем и процессов управления. Сборник научным трудов. - Самара 1997, стр. 34-39.

6. Колпащиков СА "Робастное регулирование параметров длинномерным изделий'7/У Международная научно-техническая конференция по динамике технологических систем. Тезисы докладов. Том II. - Ростов-на-Дону 1997, с. 108-109.

7. Колпащиков С.А. "Компьютерная система корреляционно-спектрального анализа процесса экструзии"// IV Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления. Тезисы докладов. - Таганрог 1998, с. 98-99.

8. Чостковский Б.К. Колпащиков С.А. "Аналитический метод оценивания скорости движущегося кабельного изделия'7/Вестник Самарского государственного технического университета. Вытуск 7. Серия "Физико-математические науки" 1999 г., с. 199-201.

9. Колпащиков СА "Информационная система тестирования технологического оборудования экструзионной линии на основе корреляционно-спектрального анализа технологического процесса"//Интеллектуальные системы управления и обработки информации. Тезисы докладов международной молодежной научно-технической конференции. - Уфа 1999 г., с. 113.

10. Чостковский Б.К., Колпащиков С А, Чостковский Д.Б. Устройство измерения скорости движущегося кабельного изделия/Патент РФ №218338. Приоритет от20.10.1999.

11. Колпащиков С А Разработка модели неэкранированной витой пары, учи-тышающей нерегулярности диэлектрической проницаемости отдельным проводов// Математическое моделирование и краевые задачи: Труды всероссийской научной конференции 26-28 мая 2004 г. Часть 2. - Самара: СамГТУ, 2004. - с. 119-122.

12. Ремезенцев А.Б., Серенков В.Е., Колпащиков СА, Данилушкин И.А., Салов А.Г. Автоматизированная система управления процессом химической очистки воды в БПТС ТЭЦ ВАЗ// Проблемы развития централизованного теплоснабжения: Материалы международной научно-практической конференции - 21-22 апреля 2004 г. - Самара, 2004, с. 342-347.

13. Ремезенцев А.Б., Серенков В.Е., Колпащиков СА, Данилушкин ИА, Гаврилов Ф.А., Салов А.Г. Автоматизированная систем химико-технологического мониторинга водно-химического режима ТЭЦ// Проблемы развития централизованного теплоснабжения: Материалы международной научно-практической конференции- 21-22 апреля 2004 г. - Самара, 2004, с. 348-351.

14. Серенков В.Е., Колпащиков С.А., Данилушкин ИА, Салов А.Г. Автоматизированная система управления процессом подпитки тепловой сети// Актуальные проблемы энергетики. Энергоресурсосбережение: Труды II Всероссийской

. научно-практической конференции - 18-20 мая 2004 г. - Самара, 2004, с. 84-88.

Соискатель

С.А Колпащиков

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.03 (протокол № 5 от 20 октября 2004 года)

Заказ № 770. Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе.

Самарский государственный технический университет Отдел типографии и оперативной печати 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

124517

Введение.

1 Проблема создания эффективных систем управления изготовлением кабелей связи.

1.1 Технология производства ЬА1М-кабелей.

1.2 Задача контроля и управления технологическими процессами производства ЬАМ-кабеля.

Выводы.

2 Алгоритмизация автоматизированного управления процессом изолирования.

2.1 Постановка задачи.

2.2 Выбор метода исследования.

2.3 Анализ переходных процессов в системе управления.

2.4 Определение оптимальных настроек регулятора.

2.4.1 Интегральный квадратичный критерий

2.4.2 Улучшенный интегральный критерий

2.4.3 Интегральный критерий от модуля ошибки

2.5 Оптимальные настройки регулятора в системе с объектом первого порядка и транспортным запаздыванием.

2.6 Алгоритмы оптимального управления.

2.6.1 Адаптивный алгоритм

2.6.2 Робастный алгоритм 46 Выводы.

3 Математическая модель кабеля, учитывающая диэлектрические проницаемости изоляции отдельных проводов.

3.1 Моделирование в среде Рет1аЬ.

3.2 Анализ результатов численного моделирования.

Выводы.

4 Межконтурная система управления параметрами передачи.

4.1 Моделирование в среде Ма^аЬ.

4.2 Отработка системой единичного'воздействия по заданной форме передаточной функции.

4.3 Отработка системой произвольного входного воздействия.

4.4 Двухконтурная система управления обобщенным параметром с межконтурным регулятором.

4.5 Инженерная методика расчета корректирующего полинома модифицированного апериодического регулятора.

Выводы.

5 Алгоритмизация автоматизированного контроля процесса наложения изоляции.

5.1 Структура и задачи современных АСК.

5.2 АСК процесса наложения пористой изоляции.

5.2.1 Специализированные задачи

5.2.2 Общие задачи

5.2.3 Принципы реализации АСК

5.2.4 Бесконтактный датчик скорости кабельного изделия. 99 Выводы.

Актуальность работы. Высокие темпы роста количества передаваемой информации и скорости ее передачи обусловливают все более и более жесткие требования к характеристикам кабелей связи.

Среди многих проблем, связанных с повышением качества радиочастотных симметричных кабелей с парной скруткой (ЬАК-кабелей), одной из основных является разработка эффективных систем автоматического управления процессом наложения изоляции на токоведущую жилу. Измерение эксплуатационных характеристик ЬАЫ-кабеля, его вторичных электрических параметров (волновое сопротивление, собственное затухание и др.) на этапе наложения изоляции не представляется возможным. В то же время, известно, что основные эксплуатационные параметры кабелей связи закладываются именно здесь.

При повышении качества ЬАЫ-кабелей большое внимание уделяется качеству исходных материалов и методов их обработки, однако и на этапах изготовления исходных материалов и в процессе производства кабеля неизбежны флуктуации технологических параметров, что приводит к отклонениям характеристик кабеля от номинальных значений. Задачи стабилизации технологических параметров возлагаются на системы автоматического регулирования, которые в идеальном варианте должны реализовывать законы управления физическими параметрами изолированных проводников, позволяющие получить оптимальные эксплуатационные характеристики конечной продукции. Значительный интерес, в связи с этим представляют вопросы получения математических моделей зависимости вторичных электрических параметров от параметров, контролируемых и управляемых в процессе наложения изоляции.

Наложение изоляции на проводник производится на экструзионных линиях. Технологический процесс наложения изоляции как объект управления характеризуется наличием значительного запаздывания, которое должно учитываться при разработке алгоритмов автоматического управления. Высокие скорости прохождения проволоки по пинии в процессе ичготокпрния и микропроцессорная реализация регуляторов требуют применения специального аппарата синтеза цифровых систем управления.

Требования к повышению эффективности экструзионных линий приводят к появлению задач стабилизации качества наложения изоляции в переходных режимах работы технологического оборудования, на этапах разгона и торможения.

В этой связи актуальными задачами являются: исследование зависимости вторичных параметров ЬАЫ-кабелей от параметров, формируемых на этапе наложения изоляции на проводник, разработка методов анализа и синтеза систем автоматического управления технологическими параметрами процесса, оптимальных по обобщённому критерию качества, теоретическое и экспериментальное исследования алгоритмов и систем управления процессом наложения изоляции.

Цель работы. Основная цель диссертационной работы состоит в решении научно-технической задачи по разработке методов и средств синтеза автоматизированных информационно-управляющих систем производства ЬАЫ-кабелей.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- оптимизация локальных систем стабилизации первичных параметров проводов в процессе экструзии в условиях значительно меняющегося транспортного запаздывания;

- разработка математической модели ЬАИ-кабеля, позволяющей учесть нерегулярности пористой изоляции отдельных проводов при расчете обобщенных параметров кабеля;

- синтез и анализ систем управления обобщенными параметрами готового кабеля на этапе производства отдельных проводов;

- разработка принципов построения автоматизированных систем кон троля процесса наложения пористой изоляции с учетом специализированных задач обработки информации.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, аппарата ¿-преобразований, теории связи, теории автоматического управления, теории дискретных систем управления, экспериментальные методы исследования объектов и систем управления.

Научная новизна. Диссертационная работа расширяет и углубляет теоретические представления в области математического моделирования и методов синтеза алгоритмов контроля и автоматического управления технологических процессов изготовления ЬАМ-кабелей.

В диссертации получены следующие основные научные результаты:

- определены аналитические зависимости оптимальных настроек ПИ-регулятора от параметров объекта с переменным транспортным запаздыванием для нескольких видов интегральных критериев качества;

- предложена математическая модель описания нерегулярного ЬАЫ-кабеля, позволяющая учесть неоднородность сред изоляции отдельных проводов при расчете обобщенных параметров кабеля;

- предложен формальный метод синтеза корректирующего полинома модифицированного апериодического межконтурного регулятора, обеспечивающий заданные характеристики системы управления обобщенным параметром кабеля во временной области.

Практическая полезность работы. Прикладная значимость проведенных исследований определяется следующими результатами:

- показана возможность применения найденных в диссертации аналитических зависимостей оптимальных настроек регуляторов локальных систем управления от параметров объекта в целях синтеза адаптивных и робаст-ных алгоритмов управления, обеспечивающих оптимальность их работы в номинальных и переходных режимах работы экструзионных линий;

- разработана инженерная методика расчета модифицированного апериодического межконтурного регулятора в составе многосвязной системы управления;

- разработаны принципы построения многоуровневых систем автоматизированного контроля технологического процесса наложения пористой изоляции, обеспечивающие выполнение основных предъявляемых требований к программно-аппаратной конфигурации разрабатываемых систем.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы в виде алгоритмического, математического, программного и аппаратного обеспечения при разработке и внедрении автоматизированных информационно-управляющих систем процессами производства кабельных изделий в рамках НИОКР на ЗАО «Самарская кабельная компания» (г. Самара) и Особом конструкторском бюро кабельной промышленности (г. Мытищи).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Новые информационные технологии. Информационное, программное и аппаратное обеспечение" (Таганрог, 1995), Всероссийской конференции молодых ученых "Математическое моделирование физико-механических процессов" (Пермь, 1996), Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов (Таганрог, 1996), V Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (Ростов-на-Дону, 1997), IV Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" (Таганрог, 1998), Международной молодежной научно-технической конференции" Интеллектуальные системы управления и обработки информации" ( Уфа, 1999), Всероссийской научной конференции "Математическое моделирование и краевые задачи" (Самара, 2004), Международной научно-практической конференции "Проблемы развития централизованного теплоснабжения" (Самара, 2004) II Всероссийской научно-практической конфе 8 ренции "Актуальные проблемы энергетики. Энергоресурсосбережение"(Самара, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 104 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 1 таблицу, список литературы из 73 наименования и 2 приложения.

Выводы

1) Проведен анализ специализированных задач систем автоматизированного контроля технологического процесса наложения пористой изоляции. Выявлены основные требования, предъявляемые к аппаратно-программному обеспечению при реализации корреляционно-спектрального анализа и косвенных измерений, в том числе и в зависимости от типов изготавливаемых кабелей.

2) Разработана типовая многоуровневая структура системы автоматизированного контроля технологического процесса наложения пористой изоляции с разбиением задач на уровни, учитывающая требования, накладываемые специализированными задачами.

Заключение i / /

В работе получены следующие основные результаты

1) Получены аналитические зависимости оптимальных настроек ПИ-регулятора от параметров объекта с переменным транспортным запаздыванием для нескольких видов интегральных критериев качества.

2) Рассмотрены вопросы применения полученных зависимостей оптимальных настроек регулятора для построения адаптивных и робастных систем управления, обеспечивающих оптимальность локальных систем стабилизации первичных параметров изготавливаемых проводов в условиях широкого диапазона изменения величины транспортного запаздывания.

3) Предложена математическая модель неоднородной среды распространения электромагнитного поля однородной, с относительной диэлектрической проницаемостью, определяемой как средневзвешенное значение относительных диэлектрических проницаемостей по объемам сред, для расчета обобщенных параметров нерегулярных ЬАК-кабелей, а так же проведена оценка адекватности данной модели путем численного моделирования электромагнитного поля нерегулярного ЬАЫ-кабеля.

4) Предложен метод синтеза модифицированного апериодического межконтурного регулятора с корректирующим полиномом для систем, связанных через объект управления, обеспечивающего требуемые характеристики системы управления обобщенным параметром ЬА1Ч-кабеля во временной области.

5) Проведено численное моделирование системы автоматического управления обобщенным параметром ЬАИ-кабеля с модифицированным апериодическим межконтурным регулятором, подтверждающее эффективность введения межконтурного регулятора. Сформулированы рекомендации по использованию данного метода в инженерных расчетах.

6) Проведен анализ специализированных задач систем автоматизированного контроля технологического процесса наложения пористой изоляции. Разработана типовая многоуровневая структура системы автоматизированного контроля технологического процесса наложения пористой изоляции, учитывающая требования, накладываемые специализированными задачами, в том числе и в зависимости от типов изготавливаемых кабелей. Проведено распределение специализированных и общих задач по уровням системы.

1. Привезенцев В.А., Гроднев И.И., Холодный С.Д. Рязанов И.Б. Основы кабельной техники. М.-Л.: Энергия, 1967. - 464 с.

2. Глебович Г.В., Ковалев И.П. Широкополосные линии передачи импульсных сигналов. М.: Сов. радио, 1973. - 224 с.

3. Ионов А.Д., Попов Б.В. Линии связи: Учеб. пособие для вузов. -М.: Радио и связь, 1990. 168 с.

4. Ионов А.Д. Статистически нерегулярные оптические и электрические кабели связи. Томск: Радио и связь, Томский отдел, 1990. - 232 с.

5. Олссон Г., Пиани Дж. Цифровые системы автоматизации и управления. СПб: Невский диалект, 2001. - 557 с.

6. Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы. М;: Наука, 1976.-576 с.

7. Андреев В.А. Временные характеристики кабельных линий связи. — М.: Радио и связь, 1986. 104 с.

8. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.-541 с.

9. Белоруссов Н.И., Гроднев И.И. Радиочастотные кабели. Учебное 7 пособие для техникумов. М.: Энергия, 1973. - 328 с.

10. Ефимов И.Е., Останькович Г.А. Радиочастотные линии передачи. Радиочастотные кабели. М.: Связь, 1977. - 408 с.

11. Радиочастотные кабели / Гальперович Д.Я., Павлов А.А., Хренков Н.Н. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.

12. ТУ № 3574-006-001.450.628-01-99

13. Гальперович Д.Я. Открытым системам — открытые проводки// Открытые системы. 1995. №3, С. 70-79.

14. Гальперович Д.Я. Тенденции развития проводки для ЛВС// Сети. 1994. №5, С. 44-51.

15. Иванов В.А., Ющенко А.С. Теория дискретных систем автоматического управления. М.: Наука, 1983. - 336 с.

16. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер с англ. М.: Мир, 1990. - 584 с.

17. Расчёт и проектирование кабелей связи и радиочастотных кабелей/ Под ред. Лариной Э.Т. М.: МЭИ, 1982. - 104 с.

18. Рей У. Методы управления технологическими процессами: Пер. с англ. М.: Мир, 1983.-368 с.

19. Дёч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и 2-преобразования. М., 1971.

20. Чостковский Б.К. Алгоритмизация и частотная оптимизация управления процессами производств кабелей связи// Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки». Самара, 1998. Вып. 5. С. 28-35.

21. Шварцман В.О. Взаимные влияния в кабелях связи. М.: Связь, 1966.

22. А. с! № 1112314 СССР, G 01 R 27/18/ Устройство для контроля диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил. / Б.К. Чостковский, В.Н. Митрошин, Д.А. Уклейн, A.A. Павлов (СССР). № 3529090; Заявлено 18.06.94; Опубл. 07.09.84, Бюл. № 33, 6 е.: ил.

23. А. с. № 855541, G 01 R 31/00. Устройство для измерения неоднородности волнового сопротивления кабеля. / В.В. Семенов, A.A. Абросимов, В.Н. Митрошин, Б.К. Чостковский (СССР). № 2761244; Заявлено 3.05.79; Опубл. 14.04.81, Бюл. № 30. 4 е.: ил.

24. А. с. № 1446454, G 01 В 7/04. Устройство для измерения длины движущегося изделия. / Б.К. Чостковский, В.К. Тян, Д.А. Уклейн (СССР). № 4274028; Заявлено 1.07.87; Опубл. 22.08.88, Бюл. № 47. 3 е.: ил.

25. Чостковский Б.К., Колпащиков С.А, Чостковский Д.Б. Устройство измерения скорости движущегося кабельного изделия/Патент РФ №218338. Приоритет от 20.10.1999.

26. Чостковский Б.К., Колпащиков С.А. Робастное регулирование непрерывного процесса изготовления длинномерных изделий. // Сб. науч тр. «Математическое моделирование систем и процессов управления». Самара; 1997. С. 39-47.

27. Чостковский Б.К., Попов М.Ф., Бульхин А.К. Методы и средства автоматизированного контроля и управления в технологических процессах производств кабелей связи// Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки». Самара, 2000. Вып. 8. С. 50-62.

28. Чостковский Б.К. Алгоритмизация терминального управлений со/вмещенным технологическим процессом изготовления радиочастотных кабелей// Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки». Самара, 2002. Вып. 12. С. 33-37.

29. Бульхин А.К. Новые конструкции и технологии производства кабелей на ЗАО «Самарская кабельная компания»// Волга-бизнес. 2002. №1, С. 40-41.

30. Митрошин В.Н. Алгоритмизация и автоматизация процесса наложения пористой изоляции при непрерывном производстве кабелей связи: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Самара, 1996. - 20 с.

31. Кацеленбаум Б.З. Теория нерегулярных волноводов с медленно меняющимися параметрами. М.: Акад. наук СССР, 1961. - 216 с.

32. Фельдштейн АЛ., Явич JI.P. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников на СВЧ. М.: Связь, 1971. - 388 с.

33. Литвиненко О.Н. Сосиников В.И. Теория неоднородных линий и их применение в радиотехнике. М.: Сов. радио, 1964. - 535 с.

34. Бесекерский В.А. Попов Е.П. Теория система автоматического регулирования. М.: Наука, 1975. — 768 с.

35. Турецкий X. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием. — М.: Машиностроение, 1974. 676 с.

36. Отнес Р. Эноксон Л. Прикладной анализ временных рядов. — М: Мир, 1982.-288 с.

37. Бендат Дж. Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа: пер. с англ. М.: Мир, 1988. - 312 с.

38. Рибинер Л. Гоулд Б. Теория и применения цифровой обработки сигналов: пер. с англ. — М.: Мир, 1978. — 848 с.

39. Клейн В. Теория взаимного влияния в линиях связи: Пер. с нем. -М.: Изд. Иностр. Лит., 1959 204 с.

40. Колпащиков С.А. "Самонастраивающаяся система с переменным транспортным запаздыванием" в книге "Всероссийская конференция молодых ученых "Математическое моделирование физико-механических процессов", тезисы докладов, Пермь 1996", стр. 48.

41. Колпащиков С.А. "Построение оптимального согласующего регулятора" в книге "Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов, тезисы докладов, Таганрог 1996".

42. Колпащиков С.А. "Разработка алгоритма управления системами с переменным транспортным запаздыванием" //"Труды студенческого научного общества", Самара 1996, стр. 3-12.

43. Чостковский Б.К., Колпащиков С.А. "Робастное регулирование параметров длинномерных изделий'7/Математическое моделирование систем и процессов управления. Сборник научных трудов. Самара 1997, стр. 34-39.

44. Колпащиков С.А. "Робастное регулирование параметров длинномерных изделий'7/У Международная научно-техническая конференция по динамике технологических систем. Тезисы докладов. Том II. — Ростов-на-Дону 1997, стр. 108-109.

45. Чостковский Б.К. Колпащиков С.А. "Аналитический метод оценивания скорости движущегося кабельного изделия'7/Вестник Самарского государственного технического университета. Выпуск 7. Серия "Физико-математические науки" 1999 г., стр. 199 -201.

46. Миролюбов H.H., М.В. Костенко, M.JL, Левинштейн М.Л., Тиходе-ев H.H. Методы расчета электростатических полей. — М.: «Высшая школа», 1963.-415с.

47. Арутюнян А. «Идеальная» система управления ТЭЦ// Современные технологии автоматизации. 2003, №3, С. 40-43.

48. Усынин С. Опыт создания автоматизированной системы управления взрывоопасным технологическим процессом// Современные технологии автоматизации. 2003, №3, С. 34-39.

49. Бабицкий Л. Автоматизированные системы для блока реагентного хозяйства водопроводной станции// Современные технологии автоматизации. 2001, №1, С. 58-62.

50. Егоров Д. Автоматизированные системы мониторинга и управления водозаборным узлом// Современные технологии автоматизации. 2000, №4, С. 26-31.

51. Починук Н., Сивко И., Пахоменко А. и др. Комплексный подход к решению проблем автоматического увлажнения зерна // Современные технологии автоматизации. 2000, №4, С. 32-39.

52. Гальперович Д.Я., Гречков В.И., Коржаков Т.В., Чостковский Б.К. Сверх проводящие коаксиальные кабелиЮлектросвязь. 1990 №1, с.38-41.

53. Дорезюк Н.И., Попов М.Ф. Радиочастотные кабели высокой регулярности М.¡Связь, 1979. - 104 с.

54. Лазарев С., Рогожкин Е., Захарук Ф. Быстрое преобразование Фурье для обработки сигналов в устройствах автоматизации // Современные технологии автоматизации. 1999. №1, С. 64-66.

55. УТВЕРЖДАЮ Председатель комитета/ по развитию ЗАО «Самарская Кабельная Компания» —^ В.Ф. Кидяев1. АКТо внедрении результатов научно-исследовательских работ

56. Договор №4-235/Д «Разработка, изготовление и внедрение систмы контроля и регистрации параметров МЕЬ-2400», 1999 г.

57. Договор №4-423/Д (16/00) «Автоматизированная система стабилизации диаметра и сертификации экструзионных линий», 2000г.

58. Договор №4-231/Д (42/01) «Разработка и внедрение комплекса регулирования диаметра изолирования изолирования жилы для достижения максимальной скорости путем путём ее оптимизации на линиях МЕЬ-2400»* 2001г.

59. Договор №3-500/Д (376/02) «Разработка и внедрение системы контроля технологических параметров процесса наложения пластмассовых оболочек на линии ЛГТК-1200/ГФЗ», 2002г.

60. Эффект от внедрения систем состоит в экономии материалов при серийном производстве кабелей, увеличении производительности технологического оборудования, улучшения частотных характеристик выпускаемых кабелей.I