автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизированная система управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси в производстве резинотехнических изделий

На правах рукописи

Сочнев Александр Николаевич -

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВУЛКАНИЗАЦИОННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ РЕЗИНОВОЙ СМЕСИ В ПРОИЗВОДСТВЕ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.13 06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2008

003169704

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Балаковский институт техники технологии и управления (филиал) Саратовского государственного технического университета

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Бирюков

Владимир Петрович

Официальные оппоненты -доктор технических наук, профессор

Фокин

Александр Леонидович

кандидат технических наук, ведущий специалист отдела информационных технологий и автоматизации

ООО «Стелла», г Санкт-Петербург

Севергин

Михаил Валентинович

Ведущая организация - Московская государственная академия тонкой химической технологии им МВ Ломоносова

Защита состоится -Г Об _2008г. в 71 0О час, ауд 6 ^ на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.230.03 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке института

Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 190013, Санкт-Петербург, Московский пр., д.26, Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Ученый совет, факс- 712-77-91, ЕтаП-с11330уе1@1й-§^.ги.

Автореферат разослан « IV »_У_2008г.

Ученый секретарь совета доктор технических наук, профессор

В И Халимон

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Резиновые изделия, обладая уникальными свойствами, используются в качестве ответственных деталей в различных отраслях промышленности Они работают при статических и динамических, растягивающих, сжимающих и сложных нагрузках, высоких и низких температурах, в сложных химических условиях Поэтому высокие качественные показатели и стабильность параметров резинотехнических изделий являются основополагающими требованиями к каждому производителю Недостаточный уровень и нестабильность характеристик резинотехнических изделий отечественных производителей снижают их экономическую эффективность, конкурентоспособность на внутреннем и зарубежном рынках и приводят к экспансии на российские рынки зарубежных производителей

Технологический процесс производства резинотехнических изделий является сложным многостадийным процессом с большим уровнем внешних возмущений по характеристикам и массам дозирования исходных ингредиентов и внутренних возмущений, связанных со стохастической природой процессов смешения и вулканизации, отклонениями режимных параметров от заданных значений и др

Дня управления техночогическим процессом разработаны автоматизированные системы управления транспортировкой и дозировками исходных ингредиентов резиновой смеси, многими режимными параметрами, качественными показателями резиновых смесей, процессом вулканизации

Однако имеется ряд нерешенных вопросов, что не позволяет считать задачу управления технологическим процессом производства резинотехнических изделий завершенной Не выявлены причины большой нестабильности механических характеристик готовых изделий, недостаточно обоснованно выбраны управляемые параметры резиновой смеси, не исследованы характеристики возмущающих воздействий, действующих на процесс при изменении свойств исходных ингредиентов Технологический процесс под действием возмущающих воздействий практически постоянно находится в переходных процессах, что говорит о необходимости построения динамических систем управления

Все это свидетельствует об актуальности темы диссертационной работы и позволяет сформулировать ее цель

Целью работы является создание системы управления, обеспечивающей повышение стабильности механических характеристик резинотехнических изделий в условиях изменения характеристик исходных ингредиентов

Данная работа выполнена в рамках основного научного направления Саратовского государственного технического университета ОНН 12В. «Раз-

ТЛЯ^ГУПЛО ИО\а1ШТЛГ ЛЛТТЛП плит пиатит 'чЛАотттттллтт! ттплтпплгглтлп тж т/т»ттвг~тп_

\SXZXI\JX,I I 1ЧМ111ИИ..1 »»I ж! ./к^к^иЛЧЛИШ!^!!! И^уухиич^ду 11>и II V«»

венных показателей продукции химико-технологических и машиностроительных производств на базе совершенствования конструкций, технологии, систем управления».

Поставленная цель достигалась путем решения следующих задач

1 Рассмотреть механизмы нестабильности разрывной прочности резинотехнических изделий и разработать концепцию повышения стабильности механических характеристик путем создания системы управления

2 Согласно разработанной концепции, рассмотреть возможные варианты реализации системы управления и выбрать наиболее эффективный

3 Исследовать объект управления и получить необходимые динамические характеристики и математические модели

4 Разработать алгоритм управления

5 Исследовать эффективность разработанного алгоритма управления и рассмотреть возможность ее повышения

Методы и средства исследования. При выполнении диссертационной работы применялись методы физико-химического анализа, статистического анализа, теории случайных процессов, планирования и обработки результатов экспериментов, структурной и параметрической идентификации, теории автоматического управления, математического моделирования

Достоверность результатов обеспечивается использованием современных технических средства и методов исследования, воспроизводимостью результатов экспериментов, согласованностью построенных математических моделей с экспериментальными данными и результатами других авторов, использованием современных методов анализа и синтеза систем управления, современного лицензионного программного обеспечения Научная новизна работы

1 Показано, что стабильность механических характеристик резинотехнических изделий может быть повышена за счет снижения дефектности структуры резины путем регулирования вулканизационных характеристик резиновой смеси

2 Построены математические модели формальной кинетики вулканизации, позволившие выявить доминирующие факторы, влияющие на процесс вулканизации и качественные показатели готовой продукции

3. В качестве показателей вулканизационных характеристик резиновой смеси приняты максимальный достижимый момент сдвига и константа кинетики вулканизации, для получения их оценок построена математическая модель формальной кинетики первого порядка

4 Показаны возможность и достаточность использования в качестве управляющих воздействий расходов серы и сульфенамида

5 Построены математические модели объекта управления вулканизацион-ными характеристиками резиновой смеси по управляющим воздействиям, формирующие фильтры возмущающих воздействий, расширенная математическая модель объекта управления в пространстве состояния

6 Произведен синтез многомерного стохастического линейного квадратичного регулятора с наблюдающим устройством на основе фильтра Калмана, обеспечивающего повышение стабильности вулканизационных характери-

стик резиновой смеси

7 Показано, что объект управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси является стабилизируемым и наблюдаемым Практическая значимость работы.

1 Разработанная система управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси позволяет корректировать режимные параметры технологического процесса при изменении характеристик исходных ингредиентов, повысить стабильность процесса вулканизации и отрабатывать возмущающие воздействия с периодом более 25 партий

2 Предложенный метод повышения стабильности характеристик выпускаемой продукции за счет снижения дефектности материала путем создания системы управления может быть использован при решении задач повышения стабильности других полимерных материалов

3 Разработанное программное обеспечение может быть использовано для синтеза систем управления другими многомерными объектами управления

4 Результаты работы приняты к реализации на ОАО «Балаковорезинотехни-ка» Использование разработанного алгоритма только для одного изделия муфты джуба позволит уменьшить количество бракованных изделий и повысить выход годной продукции на 522 тыс. рублей в год

На защиту выносятся:

1) концепция повышения стабильности механических характеристик резинотехнических изделий путем создания системы стабилизации вулканизацион-ных характеристик резиновой смеси,

2) выявленное методом спектрального анализа возмущающее воздействие вулканизирующих характеристик резиновой смеси на механические характеристики резинотехнических изделий,

3) количественные показатели вулканизационных характеристик резиновой смеси и модель формальной кинетики вулканизации для их оценки;

4) математические модели объекта управления по управляющим воздействиям, результаты анализа достаточности данных управляющих воздействий для отработки возмущающих воздействий по характеристикам ингредиентов,

5) математическая модель расширенного объекта управления, алгоритм многомерного регулятора с наблюдающим устройством на основе фильтра Кал-мана.

Апробация результатов работы.

Результаты работы докладывались на Международном симпозиуме «Композиты XXI века» (Саратов, СГТУ, 2005), 17 всероссийском симпозиуме с международным участием «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, ООО «НТЦ «НИИШП», 2006), Международной конференции '(Композит 2007ч> Перспективные полимерные композитные материалы Аль-

тернативные технологии Переработка. Применение Экология» (Саратов, СГТУ, 2007), 18 всероссийском симпозиуме с международным участием «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, ООО «НТЦ «НИ-

ИШП», 2007) За доклады по направлению «Задачи управления характеристиками резинотехнических изделий» на 17 симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов» авторам присужден диплом третьей степени

Получено положительное решение на выдачу патента № 2006140209/04(043852) на способ управления процессом вулканизации

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 2 статьи в сборнике научных трудов «Автоматизация и управление в машино- и приборостроении» (г.Саратов, СГТУ), 7 докладов на международных конференциях и симпозиумах, 1 статья в рекомендованном ВАК РФ журнале «Вестник СГТУ».

Структу ра и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех гнав, выводов, списка использованной литературы из 112 источников и приложений Работа изложена на 173 страницах, содержит 63 рисунка, 11 таблиц и 6 приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи работы, показаны научная новизна и практическая значимость, структура работы

В первой главе приведен объект исследования, произведены статистический анализ разрывной прочности серийно выпускаемой на ОАО «Балаковорези-нотехника» муфты джуба для автомобилей ВАЗ, путем анализа распределения отбракованной продукции на стадии вулканизации по причинам брака, поверхностей разрыва при испытаниях готовых изделий и разрушений муфты в процессе эксплуатации выявлена нестабильность характеристик резиновой смеси и резины в готовых изделиях, проведен анализ технологического процесса производства резинотехнических изделий, обзор систем управления процессами приготовления резиновых смесей и вулканизации готовых изделий, показана актуальность и поставлена задача повышения стабильности механических характеристик изделий путем создания системы управления

Технологический процесс производства резинотехнических изделий, как объект управления, можно представить в виде двух последовательных стадий - периодического процесса приготовления партий резиновой смеси и стадии вулканизации (рис 1) Для процесса характерны многосвязность параметров,

действий по характеристикам исходных ингредиентов

наличие болышло уровни неконтролируемых возмущающих воз-

Исходные ингредиенты ОУ1 Получение резиновой смеси Резиновая смесь ОУ2 Вулканизация Готовое изделие

Разрывное усилие жесткость,

|

Рис 1 Схема технологического процесса, как объекта управления

относительный гистерезис

При проведении классификации показателей качества готовых изделий установлено, что основным показателем качества готового из-

делия является разрывное усилие На рис 2 приведен временной ряд разрывного усилия Наличие образцов с прочностью 6-7 кН показывает потенциальную возможность выпускать продукцию с заданными

О низкочастотная составляющая, ] 2 1 _____ х2 среднечастотиая составляющая [

1 I I '

7 ^ -

? характеристиками

4 (согласно ТУ

! Г * I ъ! иигкпчж.тгутля состая лмю игяа I рЭЗрЫВНОб уСИЛИС

должно быть не менее 4,2 кН) Но,

о 50 юо 150 200 250 наличие возму-

Номер партии, шт щаюЩИХ ВОЗДеЙ-

Рис 2 Времешюй ряд разрывного усилия муфты джуба ствий приюдит к

большой нестабильности изделий по разрывному усилию, появлению брака, увеличению расхода сырья и энергии

Анализ существующих систем управления технологическим процессом показал недостаточность информации о механизмах влияния и характеристиках возмущающих воздействий Для управления используются параметры, недостаточно отображающие влияние возмущающих воздействий по характеристикам исходных ингредиентов, мало связанные с характеристиками готовых изделий В качестве управляющих воздействий используются режимные параметры, эффективность которых недостаточна для отработки возмущений по характеристикам сырья Управление параметрами резиновой смеси ведется на основе статических моделей, что в условиях постоянно действующих возмущающих воздействиях не позволяет получить требуемое качество управления

Наличие низко- и среднечастотных составляющих временного ряда разрывного усилия (х,, х2 на рис 1) также говорит о недостаточной эффективности существующих систем управления, но в то же время показывает возможность повышения качественных показателей готовой продукции путем создания эффективной системы управления

Все это позволило поставить цель работы и сформулировать задачи исследования для достижения поставленной цели

Во втопой главе п\тем анализа да ггп яжекно- гтрЖппм иппмтпгп состояния

& * - 1 — - -- - ' ' Т -I г

муфты джуба, выявлено, что причиной большой дисперсии разрывной прочности является дефектность структуры резины, поставлена задача снижения уровня дефектности путем стабилизации возмущающих воздействий на структуру резины, построена математическая модель кинетики вулканизации, выявлены доминирующие возмущающие воздействия на механические характеристики готовых изделий, показано, что задача повышения стабильности механических характеристик готовых изделий может быть решена путем создания системы стабилизации вулканизационных характеристик резиновой смеси

Исследование напряженно-деформированного состояния муфты джуба при растяжении на основе моделей линейной теории упругости методом конечных элементов показало, что внутренние напряжения достигают предельного для резины значения (<Упр = 20 1МПа) при внешнем усилии растяжения

порядка 6 кН (табл 1), что на 2 кН больше заданного Расчетная область ло-

Таблица 1

Результаты расчета методом конечных элементов_

Напряжения Напряжения при нагрузке, МПа

4 кН 5кН 6кН

Максимальные 14,5 18,1 21,7

Минимальные 0,4 0,5 0,6

кализации максимумов напряжений находится в области крепления резины к металлической арматуре Совпадение расчетных значений с экспериментальными подтверждает адекватность математического моделирования напряженного состояния Моделирование напряженно-деформированного состояния проводилось в системе Solidworks+Cosmosworks (лицензия БИТТУ ГОУ ВПО СГТУ № 9710006425298737)

Наличие экспериментальных значений разрывного усилия муфты ниже расчетного и большой их разброс на основании структурно-статистической кинетической теории разрушения полимеров объясняется наличием дефектов по уровням структуры резины, начиная от глобулярных и других микроблоков до уровня диспергирования наполнителя в резиновой смеси и, в конечном счете, неравномерности поперечной сетки, вследствие гетерогенности вулканизации

Тогда возможным косвенным параметром структуры резины в готовых изделиях может быть густота сетки, а задача повышения стабильности механических характеристик готовых изделий на данном этапе может быть сведена к задаче управления высокоэластическим модулем резины Это положение подтверждается литературными данными о наличии экстремальной зависимости прочности резины от густоты пространственной сетки, наличием рекомендаций по корректировке режима вулканизации, а также наличием систем управления уровнем вулканизации

Выявление доминирующих факторов и основных закономерностей вулканизации произведено путем исследования и построения математической модели кинетики процесса вулканизации в лабораторных условиях в температурном диапазоне 140-170°С на системе MDR2000 фирмы Alpha Technologies. В качестве оценки густоты вулканизационной сетки использовался момент сдвига вулканизата, измеряемый в процессе вулканизации

Проведено сравнение точности описания кинетики широко применяемой моделью первого поряпка

dm\ °> еслиКх

dt к{Т)(М-т) еслиt > г

где т - момент сдвига (дНм), М - максимальное значение момента сдвига, получаемое в процессе вулканизации (дНм), г - период активации (мин), к{Т) - константа кинетики, определяющая зависимость скорости реакции от температуры (мин"1), и автокаталитической моделью

^- = kc(T)m(M-m) + k1(T)(M-m), (2)

где m - момент сдвига (дНм), М - максимальное значение момента сдвига (дНм), получаемое в процессе вулканизации, ка(Т) - константа кинетики автокатализа (дНм1 мин'1), кх(Т) - константа кинетики первого порядка (мин'1)

Зависимость константы кинетики от температуры описывалась уравнением Аррениуса к(Т) = к0е RT , где к0 , Е - предэкспоненциальный множитель, энергия активации

Константы кинетики моделей для каждого эксперимента определялись путем решения задачи нелинейного программирования по квадратичному критерию приближения расчетной кинетической кривой к экспериментальной Идентификация производилась па программе, разработанной в системе Excel (лицензия БИГГУ ГОУ ВПО СГТУ № 89409-707-6462415-65356)

Автокаталитическая модель более точно описывает процесс, не имеет явной нелинейности и линеаризуется в заданном диапазоне изменения температуры и времени вулканизации, что важно для построения системы управления

В табл 2 приведены оценки параметров автокаталитической модели

Таблица 2

Оценки параметров автокаталитической модели

№пп Температура °С СЮ Константа кинетики автокатализа ка (дНм"'мшГ1) Константа кинетики первого порядка к](мин'')

1 170(443) 0,2099 0,0361

2 165 (438) 0,1491 0,0203

3 160(433) 0,1039 0,0122

4 155 (428) 0,0877 0,0042

5 150(423) 0,0915 0,0013

6 140(413) 0,0729 Л ЛП1 1

На рис 3 приведены семейства экспериментальных и расчетных кинетических кривых для данной модели. Показатели адекватности корреляционное отношение т]1 =0,99, ошибка аппроксимации с 95% доверительной вероятностью равна ^ = 1,65 дНм

Построенная математическая модель показывает что основными тюз-мущающими воздействиями на густоту пространственной сетки являются вулканизационные характеристики резиновой смеси, которые количественно характеризуются параметрами кинетики вулканизации Компенсация воз-

к

ОУвулк

т(Е)

УУ1

—

I

ОУрезсм

и(АУ)

**

УУ2

Рис 4 Возможные варианты системы управления

Время, мин

Рис 3 Экспериментальные (1) и расчетные по автокаталитической модели (2) кривые кинетики вулканизации мущений может быть произведена двумя способами

На рис 4а приведена система управления густотой пространственной сетки по обратной связи В качестве управляемой переменной используется модуль сдвига, получаемый на реометре или по математической модели Для повышения точности можно дополнительно использовать модуль вулканизата при растяжении Е, а также построить прямые каналы управления по оценкам вулканизационных характеристик, что показано штриховой линией В литературе описаны различные реализации таких систем управления

Но данная система не решает поставленную задачу снижения дефектности структуры резины, т к обеспечивает только среднее смещение уровня вулканизации При этом все нарушения дефектности структуры, получаемые на первой стадии, проходят в готовые изделия

Более целесообразной является система управления вулканизационны-ми характеристиками резиновой смеси на выходе первой стадии, приведенная на рис 46 Данная система путем компенсации изменения реакционной способности исходных ингредиентов их количеством уменьшает дефектность структуры резиновой смеси, повышает стабильность процесса вулканизации и характеристики готовых изделий Поэтому далее производится разработка и исследование данной системы управления

Исследование характеристик возмущающих воздействий, действующих на данную систему, произведено путем исследования кинетики и получения оценок параметров вулканизационных характеристик для 256 образцов из следующих друг за другом партий резиновой смеси

Типовые кинетические кривые, приведенные на рис 5, показывают достаточную стабильность кривых на начальном участке, нестабильность процесса по максимально достижимому модулю вулканизата (кривые 1,3 5, точки А,В) и нестабильность по скорости вулканизации (кривые 1, 4) Это по-

ж 20

зволило для оценки вулканизацион-ных характеристик вместо шести параметров автокаталитической модели (2) использовать два параметра модели кинетики первого порядка (3), описывающей процесс выхода на плато (рис. 6)

¿и Г 0. прШ<такт А |к(Т)(М - да), ири ? > гжт

к(Т) = к0е~Тт, (3)

где да, М, г, £(Г), к0, Е - соответственно, текущее и максимальное значения

момента сдвига, период активации, константа кинетики, предэкспоненци-альный множитель, энергия активации.

Решение уравнения при г > т^ имеет вид:

Время, мин Рис. 5. Типовые кривые кинетики вулканизации

■ , . „ —

-4- /

! т \

! 1

т=тп+(М-тп)П-е-М1П)

(А)

. ю

12

Время, мин Рис. 6. Описание кинетической кривой моделью первого порядка

Корреляционное отношение при описании экспериментальной кинетической кривой достигает т]2 =0,99.

Параметры модели - константа кинетики к(Т) и максимальный достижимый момент М, полученные при аппроксимации кинетических кривых, полученных при одной температуре, отображают влияние реакционной способности исходных ингредиентов, являются количественными показателями вулканизационных характеристик резиновой смеси.

Временные ряды и спектральные плотности полученных оценок (рис.7,8 а,б) показали наличие частотных составляющих с периодами порядка 30 и 250 партий, которые имеются во временных рядах и спектральной плотности разрывной прочности готовых изделий (рис. 2, 8в). Это говорит о

влиянии вулканизационных характеристик на механические характеристики готовой продукции.

Необходимо отметить, что используемые на производстве

30 60 90 120 150 180 210 240 Номер партии

а)

30 60 90 120 150 180 210 240 помер партии

Рис. 7. Временные ряды максимального момента а), и константы кинетики по партиям б)

у**—

о о о о

. и.ик л . частота

а) б) в)

Рис 8 Спектральные плотности а-максимального момента, б-константы кинетики, в -разрывной прочности

для контроля резиновой смеси вязкость по Муни и твердость по ШорА не выявили возмущения по вулканизационным характеристикам резиновой смеси (рис 9) В третьей главе произведено исследование объекта управления вул-канизационными характеристиками резиновой смеси, выбор, анализ достаточности управляющих воздействий, построение математических моделей объекта управления по управляющим воздействиям, формирующих фильтров возмущающих воздействий, анализ управляемости и наблюдаемости объекта управления, синтез многомерного регулятора с наблю-

400 500 Номер партии Рис 9 Временные ряды вязкости по Муш, твердости по ШорА

дающим устройством на основе фильтра Калмана

Структурная схема объекта управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси представлена на рис 10 Выходными управляемыми параметрами являются константа кинетики вулканизации к(Т) и максимальный момент сдвига М, получаемого из резиновой смеси вулканизата В качестве управляющих воздействий могут использоваться массовые расходы серы, сульфена-мида, оксида цинка

масса серы Объект управления реакционной способностью А

масса сульфенамида - Р

масса оксида цинка

кГГ)

Рис 10 Схема процесса получения резиновой смеси как объекта управления

Построение математической модели по управляющим воздействиям произведено на основе активного эксперимента. При этом варьировались массовые расходы серы, сульфенамида и оксида цинка. В качестве откликов исследовались кинетические кривые (рис. 11). Вследствие малой чувствительности выходных переменных к концентрации цинковых белил (рис 11 ,а) этот канал управления исключен

Получена система уравнений зависимости параметров кинетики от мас-

б) В)

Рис. 11. Кривые кинетики при варьировании массы дозировок: а -белил цинковых; б-сульфенамида; в-серы сы дозировок серы и, и сульфенамида и2

(АУт = Ьи -и, +Ьи -и2

[АГ = Ь21 - и, + Ь22 ■ и2

где ДКи и АТ отклонения максимального момента и постоянной времени уравнения кинетики (1 /(к(Т)) от начальных значений на реальном процессе, а Ьи,ЬХ2,Ъ21,Ъ22 - полученные коэффициенты влияния изменения массы дозировок ингредиентов на параметры кинетики вулканизации, приведенные в табл. 3. Здесь

(5)

Таблица 3

Резулыаты регрессионного анализа

Ингредиент Ут=М Т=1/к(Т) МЪ 190

Сера 0.075 0.002 0,095 -0,007

Сульфенамид 0.037 -0.009 0,027 -0,026

в качестве оценок вулканизационных характеристик резиновой смеси дополнительно анализировались параметры кривой кинетики максимальный момент (МЪ) и время 90% вулканизации (190).

Анализ достаточности выбранных управляющих воздействий для отработки возмущающих воздействий, проведенный путем решения данной системы для более чем 240 точек реальной ситуации на производстве, показал, что система уравнений для каждой ситуации совместна и имеет единственное решение, а полученные диапазоны изменения управляющих параметров составляют для серы

от -30% до +20% от базового значения; для сульфенамида от -35 до +35% (рис. 12), что допустимо технологическим процессом.

Динамическая модель объекта по управляющим воздействиям представлена на рис. 13 графом, построенным на ос-

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20 240^ нов£шш щклограММЫ ПрОИЗВОД-

Рис. 12. Временные ряды корректировок стаа шРгай Резиноюй смеси. На

дозировок серы и сульфенамида схеме обозначено: «,(«), и2ук)

д(* + 1) Г' хл(к) 1

УгЮ

Ь2г хг(* + 1) Х2(к) Рис 13 Граф модели объекта управления

управляющие воздействия по каналу дозировки серы и сульфе-намида, х1 (к), х2 (к) - максимальный момент, константа кинетики, у, (к), у2 (к) - наблюдаемые параметры системы по каналу максимального момента и константы кинетики Согласно графу, динамическая модель объекта управления в дискретной форме имеет вид

х1(к + \)-Ь]]и](к) + Ь1ги1{к) хг {к +1) = ¿г, и, (к) + Ь22и2 (к) Уравнения выходов

У, (к) = х, (к) у2(к) = х2(к)

(6)

(7)

Щг)

W2(z)

W4(z)

ли-

W/^(z)

М)

т

Рис 14 Структурная схема объекта управления вулканизационньми характеристиками резиновой смеси

На рис 14 представлена структурная схема технологического процесса управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси

Здесь М), /2(0 - возмущающие воздействия, приведенные к выходу объекта управления, , - формирующие фильтры для генерации возмущающих воздействий с заданными характеристиками, описываемые моделью

(8)

\х[к+}] = А/х[к\ + В^к]

Для возмущений по каналу максимального момента (М) матрицы равны ,СЛ=[0 56 -0 27],ВГ[°о5

для возмущений по каналу константы кинетики (к(Т)) матрицы равны ^=[087], Сл=[031], 5Л=[025],£»Л=[0] Пискпетная

рзсгиирснняя модель о—ъвктз упрэнлския с учетом форм"-рующих фильтров и алгоритма моделирования системы построена в системе Маг1аЬ. Она содержит матрицы

19 -0 45 2 0

А=

О О О О О О О

0

1

О о о

0

1 9 2 О

0 56 О

О О О О

-О 45 О О

-0 27 О

О 0 О О О 0 0 86 0

031

"0 095 0 0 0

0 0 027 0 0

-0 007 0 0 0

0 -0 025 0 0

0 0 0 50 0

0 0 0 0

0 0 0 0 25

D =

Для дискретного объекта управления, описываемого разностным матричным уравнением

\х[к + \] = Ах[к] + Ви[к] у[к] = Сх[к\ + йи[к] при использовании критерия оптимальности

(9)

J(u) = Е^(Сх[к]т R,Cx[k] + u[k]T R2u[k])

(10)

(И) (12)

оптимальный закон управления имеет вид и = -К х

Матрица линейного регулятора К определяется выражением

К ~(R2+ Bt{CtR{C + P)B)-1BT(CTR¡C + Р)А Уравнение состояния наблюдающего устройства на основе фильтра Калмана имеет вид

х(к +1) = Ах(к) + Ви(к) + F{y(k) - Сх(к) - Ш(к)) (13) Матрица внутренней обратной связи фильтра Калмана определяется выражением'

F - ASCT(Qp +CSCTyl (14)

Здесь Р, S- симметричные положительно определенные (л и) матрицы, определяемые уравнениями Риккати

P = R,+ АтРА - AtPB(R2 + ВТРВУ1ВТВА

S = ASA- ASCt(V2 + CSCTy1CSAT + F, где Vt,V2- ковариационные матрицы белых шумов возмущающих воздействий и ошибок наблюдений

Анализ управляемости, наблюдаемости, синтез наблюдающего устройства и многомерного регулятора производился в системе Matlab Матрица управляемости

(15)

/М Г Г» i ТЛ (2 П ni í\

{¿i а,ло,л a, ,л flj \ÍV)

имеет вид

0095 0 0 0 0 0 0 0 0 0 027 0 0 0 0 0 0

-0 007 0 0 0 0 0 0 0 0 -0 025 0 0 0 0 0 0

Ее ранг равен 2, что говорит о неполной управляемости объекта управления Но это не является препятствием для синтеза системы, т к в данном случае разрабатывается система стабилизации, поэтому критерий управляемости заменен на достаточный для разрабатываемой системы критерий стабилизируемое™ Система стабилизируема, если замкнутая система является устойчивой Кроме того, возможность управления в статике подтверждена выше путем расчета управляющих воздействий на выборке объемом 256 точек реальных данных

Матрица наблюдаемости также имеет ранг 2, что может быть следствием особенностей анализа наблюдаемости при нулевой матрице А исходного объекта Т к для построения стохастического регулятора все равно необходимо построение наблюдателя на основе фильтра Калмана, то далее использован экспериментальный метод анализа наблюдаемости, суть которого заключается в построении наблюдателя Калмана и последующей оценке его работоспособности Фильтр Калмана для ненаблюдаемых систем не работает, поэтому работоспособность построенного наблюдателя означает, что система наблюдаема

Синтез регулятора и наблюдающего устройства, расчет матриц многомерного регулятора и замкнутой системы произведены в системе Control System MatLab (Лицензия ГОУ ВПО БИТТУ СГТУ 354101) В процессе синтеза получена следующая матрица регулятора состояния Г0 0 0 0 5 82 -2 86 3 28" " о 0 0 О -1 53 0 75 -11 6

Остальные модели, ввиду их большой размерности, в автореферате не приведены Полная структурная схема разработанной системы управления приведена на рис 15

В четвертой главе путем численного моделирования произведен анализ эффективности разработанной системы управления, получена оценка его достижимого уровня, показаны ста-билизируемостъ и наблюдаемость объекта управления

Результаты математического моделирования при воздействии реальных возмущающих воздействий представлены графиками на рис 16 Регуля-

. Многомерный регулятор | Система управления

Рис 15 Многомерная система управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси

Рис. 16. Результаты моделирования для разомкнутой (1) и для замкнутой (2) систем по каналу максимального момента а), константы кинетики б)

тор уменьшил сумму квадратов отклонений максимального момента от заданного значения в 1,88 раза, а константы кинетики в 1,72 раза, что является высоким показателем для технологической системы управления.

Исследование достижимого уровня эффективности системы проведено в системе БтшНпк (рис. 17) путем анализа взаимного расположения ампли-

Рис.17. Схема системы управления в ЗишПпк тудных частотных характеристик замкнутых систем по возмущающим воздействиям, полученных с помощью специально разработанной программы, и спектральных плотностей возмущающих воздействий (рис. 18). Анализ пока-

Часппа.код'партию

. АвдПЛИ 1 уДКО-ЧаСТОТКЫС Хири!» ,срясIИК£1 СКСТСМЫ (линии!), С!1 11л 1 1

возмущений (2), выходных сигналов системы (3) для каналов: момента (а) константы кинетики (б)

зал, что основные низкочастотные пики возмущающих воздействий обоих каналов управления находятся в зоне эффективной работы системы управления и отрабатываются системой В то же время имеет место увеличение влияния среднечастотных компонент возмущающих воздействий, которые находятся в зоне неэффективной работы системы управления Наличие этих возмущений снижает эффективность системы управления.

Для выявления источника среднечастотных возмущений получена оценка спектральной плотности возмущающего воздействия при изменении характеристик исходных ингредиентов путем анализа моментов перехода на новые партии Изменение характеристик исходных ингредиентов условно приведено к одному временному ряду возмущающих воздействий путем подстановки в момент перехода на новую партию сырья случайного процесса с нормальным распределением Данное возмущение не характеризует амплитуду колебания временного ряда, но характеризует его динамику изменения во времени, что позволяет построить условную спектральную плотность обобщенного возмущающего воздействия

В полученной оценке спектральной плотности отсутствуют среднечас-тотные составляющие Следовательно, среднечастотные возмущения не приходят с сырьем, а генерируются на технологических переходах первой стадии и их влияние не может быть увеличено вследствие работы системы управления. Поэтому, действительная эффективность системы управления может быть выше полученной оценки Математическое моделирование работы системы при подаче в качестве возмущающего воздействия условного временного ряда показало, что разработанная система управления эффективно отрабатывает данные возмущения (рис 19) При этом сумма квадратов отклонений

Частота,кол/партию Частота,кол/партик>

а) б)

Рис 19 Амшппудно-частотные характеристики системы (линии 1) и спектральные плотности выходных переменных разомкнутой (линии 2) и замкнутой (линииЗ) для каналов а-момента, б-константы кинетики для момента уменьшилась в 4 раза, а для константы кинетики - в 10 раз Следовательно, реальная эффективность системы находится между данной оценкой и полученной выше.

Нахождение корней разработанной замкнутой системы внутри единичного круга и работоспособность системы показали, что система удовлетворяет требованиям стабилизируемости и наблюдаемости

выводы

1. Выявленное влияние дефектности структуры резины на разрывную прочность изделий позволило свести задачу повышения стабильности разрывной прочности резинотехнических изделий к снижению дефектности структуры резины путем создания системы управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси.

2 Построены модели формальной кинетики вулканизации, позволившие выявить доминирующие факторы, влияющие на характеристики вулканизата, и получить количественные показатели вулканизационных характеристик резиновой смеси для разрабатываемой системы управления

3 Выявлено совпадение спектральных составляющих вулканизационных характеристик резиновой смеси со спектральными составляющими разрывной прочности, показывающее влияние нестабильности вулканизационных характеристик резиновой смеси на механические характеристики готовых резинотехнических изделий

4 Построены математические модели объекта управления показателями вулканизационных характеристик резиновой смеси по управляющим воздействиям - дозировкам серы и сульфенамида, показана достаточность выбранных управляющих воздействий для отработки возмущающих воздействий при изменении характеристик ингредиентов.

5 Построена математическая модель расширенного объекта управления показателями вулканизационных характеристик резиновой смеси в пространстве состояния, включающая математические модели объекта управления и формирующие фильтры возмущающих воздействий, произведен синтез стохастического линейного квадратичного регулятора с наблюдающим устройством на основе фильтра Калмана, методом численного моделирования показана эффективность разработанной системы

6 Нахождение корней разработанной замкнутой системы внутри единичного круга и работоспособность системы показали, что разработанная система удовлетворяет требованиям стабилизируемое™ и наблюдаемости

7. Показано, что разработанная система управления позволяет отрабатывать возмущающие воздействия с периодами колебаний более 25 партий

Основные результаты диссертационной работы опубликованы

1 Сочнев АН Математическая модель кинетики вулканизации I Доклады международного симпозиума «Композиты XXI века»/ Е В Свиридова, Г М Садчикова, С .Я Пичхидзе, В П. Бирюков// - Саратов СГТУ, 2005, С 418-422

2 Сочнев АН Математическая модель кинетики вулканизации II Доклады международного симпозиума «Композиты XXI века»/ Е В Свиридова, Г М Садчикова, СЛ Пичхидзе, В П Бирюков.// - Саратов- СГТУ, 2005, С 422-426

3 Бирюков В.П Постановка задачи управления характеристиками резинотехнических изделий / В П. Бирюков, Г М Садчикова, А Н. Сочнев, А П Климов, Е С Ефремов // Доклады 17 симпозиума «Проблемы шин и резино-кордных композитов». Том 1 - Москва- ООО «НТЦ «НИИШП», 2006, С. 61-69

4 Сочнев А.Н. Система управления процессом вулканизации/ А.Н Сочнев, А.П. Климов, Г М Садчикова, В.П Бирюков // Доклады 17 симпозиума «Проблемы шин и резинокордных композитов» Том 2 / ООО «НТЦ «НИИШП» - Москва, 2006. - С 185-191

5. Сочнев А.Н. Система управления характеристиками резиновой смеси/АН Сочнев, А П Климов, Г.М. Садчикова, Е С Ефремов, В П. Бирюков // Доклады 17 симпозиума «Проблемы шин и резинокордных композитов» Том 2 / ООО «НТЦ «НИИШП». - Москва, 2006 - С. 192-199

6 Сочнев А Н Актуальность задачи управления характеристиками резинотехнических изделий /АН Сочнев, Г М. Садчикова, В.П Бирюков // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении- сб науч. тр / СГТУ. - Саратов, 2007. - С 199-205

7 Сочнев А.Н. Анализ параметров состояния резиновой смеси для управления технологическим процессом его получения /АН Сочнев, Г М Садчикова, В.П. Бирюков «Автоматизация и управление в машино- и приборостроении» - Саратов- СГТУ, 2007, С. 206-209

8 Сочнев А Н. Анализ влияния характеристик ингредиентов на твердость резины /АН Сочнев, Г М. Садчикова, В П Бирюков // Доклады Международной конференции «Композит-2007» «Перспективные полимерные композитные материалы Альтернативные технологии. Переработка Применение. Экология »/СГТУ.-Саратов, 2007.-С. 181-185.

9. Сочнев А Н. Анализ возможности использования дозировок сульфе-намида и серы в качестве управляющих воздействий на параметры вулканизации резиновой смеси / А.Н Сочнев, Г М. Садчикова, В П. Бирюков // Доклады 18 симпозиума «Проблемы шин и резинокордных композитов». Том 2 / ООО «НТЦ«НИИШП» -Москва, 2007.-С 169-175.

10 Сочнев АН. Разработка и исследование системы управления реакционной способностью резиновой смеси/ Г М. Садчикова, В П Бирюков // Вестник Саратовского государственно технического университета - 2008 -№1(30) Выпуск 1. - С.54-62.

28 04.08 г Зак. 81-80 РТП ИК «Синтез» Московский пр , 26

Введение.

Глава I Аналитический обзор объекта исследования.

1.1 Анализ проблемы.

1.2 Технологический процесс производства резинотехнических изделий.

1.3 Испытания готовых изделий.

1.4 Обзор существующих систем управления технологическим процессом.

1.5 Постановка задачи работы.

Глава II. Разработка концепции снижения дисперсии механических характеристик путем создания системы управления.

2.1 Выявление факторов большой дисперсии разрывной прочности муфты джуба.

2.2. Постановка задачи снижения дефектности структуры резины путем создания системы управления.

2.3 Построение математической модели стадии вулканизации.

2.3.1 Выбор метода оценки густоты поперечной сетки вулканизата.

2.3.2 Постановка задачи идентификации математических моделей.

2.3.3 Обзор моделей кинетики.

2.3.4 Построение математической модели кинетики процесса вулканизации.

2.3.4.1 Построение модели кинетики первого порядка.

2.3.4.2 Построение автокаталитической модели.

2.4 Анализ возможных вариантов построения систем управления.

2.4.1 Структурная схема объекта управления.

2.4.2 Система управления на стадии вулканизации.

2.4.3 Система управления на стадии получения резиновой смеси.

2.5 Построение математической модели оценки вулканизационных характеристик резиновой смеси.

2.6 Исследование возмущающих воздействий на вулканизационные характеристики резиновой смеси.

Глава III Разработка системы управления вулканизационными характеристиками.

3.1 Структурная схема объекта управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси.

3.2 Построение модели объекта управления по управляющим воздействиям.

3.3 Анализ эффективности и достаточности управляющих воздействий в статике.

3.4 Построение динамической модели объекта управления по управляющим воздействиям.

3.5 Построение математических моделей формирующих фильтров для генерации возмущающих воздействий.

3.6 Построение математических моделей объекта управления в пространстве состояния.

3.7 Синтез линейного квадратичного регулятора вулканизационными характеристиками резиновой смеси.

3.8 Анализ управляемости и наблюдаемости объекта управления.

3.8.1 Анализ управляемости системы.

3.8.2 Анализ наблюдаемости системы.

3.8.3 Синтез многомерного регулятора вулканизационными характеристиками резиновой смеси.

Глава IV. Анализ эффективности системы управления методом численного моделирования.

4.1. Анализ эффективности синтезированной системы управления.

4.2 Анализ системы управления в системе Simulink MATLAB.

4.3 Анализ повышения эффективности системы управления путем доработки объекта управления.

4.4 Анализ стабилизируемости и наблюдаемости системы управления.

4.5 Реализация системы управления.

Выводы.

Резиновые изделия, обладая уникальными свойствами, используются в качестве ответственных деталей в различных отраслях промышленности. Они работают при статических и динамических, растягивающих, сжимающих и сложных нагрузках, высоких и низких температурах, в сложных химических условиях. Поэтому высокие качественные показатели и стабильность параметров резинотехнических изделий являются основополагающими требованиями к каждому производителю. Недостаточные уровень и стабильность характеристик резинотехнических изделий отечественных производителей снижают экономическую эффективность отечественных предприятий, их конкурентоспособность на внутреннем и зарубежном рынках, и, приводят к экспансии на российские рынки зарубежных производителей.

Повышения качественных показателей готовой продукции и экономической эффективности производства можно достичь путем применение методов управления. Для управления технологическим процессом производства резинотехнических изделий разработаны автоматизированные системы управления транспортировкой и дозировками исходных ингредиентов, многими режимными параметрами, качественными показателями резиновых смесей, процессом вулканизации.

Однако имеется ряд нерешенных вопросов, что не позволяет считать задачу управления технологическим процессом завершенной. Не выявлены причины большой нестабильности механических характеристик готовых изделий, недостаточно обоснованно выбраны управляемые параметры резиновой смеси, не исследованы характеристики возмущающих воздействий, действующих на процесс при изменении свойств исходных ингредиентов. Технологический процесс под действием возмущающих воздействий практически постоянно находится в переходных процессах, что говорит о необходимости построения динамических систем управления.

Все это свидетельствует об актуальности темы диссертационной работы и позволяет сформулировать ее цель.

Целью работы является создание системы управления, обеспечивающей повышение стабильности механических характеристик резинотехниче ских изделий в условиях изменения характеристик исходных ингредиентов.

Данная работа выполнена в рамках основного научного направления Саратовского государственного технического университета ОНН 12В: «Разработка научных основ повышения эффективности производства и качественных показателей продукции химико-техиологических и машиностроительных производств на базе совершенствования конструкций, технологии, систем управления».

Поставленная цель достигалась путем решения следующих задач:

1. Рассмотреть механизмы нестабильности разрывной прочности резинотехнических изделий и разработать концепцию повышения стабильности механических характеристик путем создания системы управления.

2. Согласно разработанной концепции рассмотреть возможные варианты реализации системы управления и выбрать наиболее эффективный.

3. Исследовать объект управления и получить необходимые динамические характеристики и математические модели.

4. Разработать алгоритм управления.

5. Исследовать эффективность разработанного алгоритма управления и рассмотреть возможность ее повышения.

Диссертационная работа состоит из четырех глав. В первой главе приведен объект исследования, произведен статистический анализ разрывной прочности серийно выпускаемой на ОАО «Балако-ворезинотехника» муфты джуба для автомобилей ВАЗ, путем анализа распределения отбракованной продукции на стадии вулканизации по причинам брака, поверхностей разрыва при испытаниях готовых изделий и разрушений муфты в процессе эксплуатации выявлена нестабильность характеристик резиновой смеси и резины в готовых изделиях, проведены анализ технологического процесса производства резинотехнических изделий, обзор систем управления процессами приготовления резиновых смесей и вулканизации готовых изделий, показана актуальность и поставлена задача повышения стабильности механических характеристик производимых изделий путем разработки системы управления.

Во второй главе на основе анализа механизмов разрушения изделий при испытаниях и длительной эксплуатации, исследования напряженно-деформированного состояния изделия при испытаниях на разрывную прочность сделан вывод о влиянии дефектности структуры резины на механические характеристики готовых изделий и задача повышения стабильности характеристик готовых резинотехнических изделий сведена к задаче снижения дефектности резины на всех уровнях прочности путем стабилизации возмущающих воздействий на элементы структуры резины. На основе исследования кинетики выявлены доминирующие возмущающие воздействия в виде нестабильности вулканизационных характеристик резиновой смеси, предложены показатели вулканизационных характеристик и метод их оценки, исследованы их статистические характеристики. Произведен сравнительный анализ отработки влияния изменения характеристик исходных ингредиентов путем создания системы управления густотой вулканизационной сетки на стадии вулканизации и системы управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси на выходе первой стадии путем корректировки массовых дозировок исходных ингредиентов. Второй вариант является более эффективным, т.к. позволяет уменьшить дефектность структуры резины путем компенсации изменения характеристик исходных ингредиентов изменением их количества.

В третьей главе произведено исследование объекта управления вулканизационными характеристиками резиновой смеси: выбор управляющих воздействий, построение математических моделей объекта управления по управляющим воздействиям, показана достаточность выбранных управляющих воздействий для компенсации имеющихся на технологическом процессе возмущающих воздействий, построены математические модели формирующих фильтров для генерации возмущающих воздействий, произведены анализ управляемости и наблюдаемости объекта управления, синтез стохастического многомерного регулятора с наблюдающим устройством на основе фильтра Калмана.

В четвертой главе методом математического моделирования показана эффективность разработанной системы управления, путем анализа собственных чисел замкнутой системы исследована устойчивость разработанной системы и ее стабилизуемость, на основе работоспособности наблюдающего устройства на основе фильтра Калмана показана наблюдаемость объекта управления, путем исследования частотного диапазона возмущающего воздействия смены характеристик исходных ингредиентов показано, что сред-нечастотные возмущающие воздействия генерируются в процессе перемешивания ингредиентов.

На защиту выносятся:

1. концепция повышения стабильности механических характеристик резинотехнических изделий путем создания системы стабилизации вулканиза-ционных характеристик резиновой смеси;

2. выявленное методом спектрального анализа возмущающее воздействие вулканизирующих характеристик резиновой смеси на механические характеристики резинотехнических изделий;

3. количественные показатели вулканизационных характеристик резиновой смеси и модель формальной кинетики вулканизации для их оценки;

4. математические модели объекта управления по управляющим воздействиям, результаты анализа достаточности данных управляющих воздействий для отработки возмущающих воздействий по характеристикам ингредиентов;

5. математическая модель расширенного объекта управления, алгоритм многомерного регулятора с наблюдающим устройством на основе фильтра Калмана.

Результаты работы докладывались на: Международном симпозиуме «Композиты XXI века» (Саратов, СГТУ, 2005); 17 всероссийском симпозиуме с международным участием «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, ООО «НТЦ «НИИШП», 2006); Международной конференции «Композит 2007» Перспективные полимерные композитные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология» (Саратов, СГТУ, 2007).; 18 всероссийском симпозиуме с международным участием «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, ООО «НТЦ «НИИШП», 2007). За доклады по направлению «Задачи управления характеристиками резинотехнических изделий» на 17 симпозиуме «Проблемы шин и резинокордных композитов» авторам присужден диплом третьей степени.

Получено положительное решение на выдачу патента № 2006140209/04(043852) на способ управления процессом вулканизации.

По материалам диссертации опубликованы: 2 статьи в сборнике научных трудов «Автоматизация и управление в машино- и приборо- строении» (г.Саратов, СГТУ), 7 докладов на международных конференциях и симпозиумах, 1 статья в рекомендованном ВАК РФ журнале «Вестник СГТУ».

Результаты диссертационного исследования приняты к использованию на ОАО «Балаковорезинотехника», и внедрены в учебный процесс Ба-лаковского института техники и технологии и управления при чтении лекций, проведении практических и лабораторных работ, подготовке дипломных проектов. Использование разработанного алгоритма, только для муфты джуба позволит уменьшить количество бракованных изделий и повысить выход годной продукции на 522 тыс. рублей в год.

Выводы

1. Выявленное влияние дефектности структуры резины на разрывную прочность изделий позволило свести задачу повышения стабильности разрывной прочности резинотехнических изделий к снижению дефектности структуры резины путем создания системы управления вулкани-зационными характеристиками резиновой смеси.

2. Построены модели формальной кинетики вулканизации, позволившие выявить доминирующие факторы, влияющие на характеристики вулка-низата, и получить количественные показатели вулканизационных характеристик резиновой смеси для разрабатываемой системы управления.

3. Выявлено совпадение спектральных составляющих вулканизационных характеристик резиновой смеси со спектральными составляющими разрывной прочности, показывающее влияние нестабильности вулканизационных характеристик резиновой смеси на механические характеристики готовых резинотехнических изделий.

4. Построены математические модели объекта управления показателями вулканизационных характеристик резиновой смеси по управляющим воздействиям - дозировкам серы и сульфенамида, показана достаточность выбранных управляющих воздействий для отработки возмущающих воздействий при изменении характеристик ингредиентов.

5. Построена математическая модель расширенного объекта управления показателями вулканизационных характеристик резиновой смеси в пространстве состояния, включающая математические модели объекта управления и формирующие фильтры возмущающих воздействий, произведен синтез стохастического линейного квадратичного регулятора с наблюдающим устройством на основе фильтра Калмана, методом численного моделирования показана эффективность разработанной системы.

6. Нахождение корней разработанной замкнутой системы внутри единичного круга и работоспособность системы показали, что разработанная система удовлетворяет требованиям стабилизируемости и наблюдаемости.

7. Показано, что разработанная система управления позволяет отрабатывать возмущающие воздействия с периодами колебаний более 25 партий.

1. Бирюков В.П. Некоторые принципы построения систем управления технологическими процессами с высоким уровнем неконтролируемых возмущений: Дис. . канд. техн. наук. Л., 1991.-20 с.

2. Бирюков В.П. Расширенная задача управления технологическим процессом.: Вестник Саратовского государственного технического университета №3; СГТУ. Саратов, 2005. - С. 116-126.

3. Бекин Н.Г. Оборудование заводов резиновой промышленности./ Н.Г. Бекин, Н.Г. Шанин,- Л.: Химия, 1969. 376с.

4. Рябинин Д.Д. Смесительные машины для пластмасс и резиновых смесей./ Д.Д.Рябинин, Ю.Е. Лукач-М.: Машиностроение, 1972. -272с.

5. Клочков В.И. Прессовщик-вулканизаторщик широкого профиля./ В.И.Клочков, В.Н.Красовский. Л.: Химия, 1990. -240с.

6. Богданов В.В.Смешение полимеров./ В.В. Богданов, Р.В. Торнер, В.Н. Красовский, Э.О. Регер. М.: Химия, 1979. - 193с.

7. Шутилин Ю.Ф. Справочное пособие по свойствам и применению эластомеров./ Ю.Ф.Шутилин. Воронеж: ВГУ, 2003. - 872с.

8. ТУ 38.105252-88 Муфты резиноармированные, ОАО Балаковорези-нотехника, 2002г.

9. Андрашников Б.И. Справочник по автоматизации и механизации производства шин и РТИ / Б.И. Андрашников М.: Химия, 1981. - 296 с.

10. Андрашников Б.И. Интенсификация процессов приготовления и переработки резиновых смесей. -М.: Химия, 1986. -224 с.

11. Камакин А.Н. Адаптивное управление процессом приготовления резиновых смесей на примере шинного производства. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. Ярославль, ЯрГТУ 2001.

12. Попов Н.С. Статистическое исследование, идентификация и управление процессом изготовления резиновых смесей. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., МИХМ- 1974.

13. Лукомская А.И. Расчеты и прогнозирование режимов вулканизации резиновых изделий / А.И. Лукомская, П.Ф. Баденков, Л.М. Кеперша -М:, Химия, 1978.-280 с.

14. Лукомская А.И., Пороцкий В.Г. Автоматическое управление технологическими процессами в резиновой промышленности / А.И. Лукомская, В.Г. Пороцкий М: Химия, 1984. - 160с.

15. Кереселидзе Д. Некоторые вопросы автоматизации процесса вулканизации шин с применением средств вычислительной техники. Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук. Тбилиси, 1965.

16. Хог Э. Прикладное оптимальное проектирование. М.: Мир, 1983.-480с.

17. Бартенев Г.М. Прочность и разрушение высокоэластических материалов / Г.М. Бартенев, Ю.С. Зуев М.: Химия, 1964. - 388 с.

18. Маслов Л.Б. Численные методы механики. Курс лекций. Ивановский государственный энергетический университет, http://www.ispu.ru

19. Александров А. Я. Пространственные задача теории упругости (применение методов теории функций комплексного переменного) / А. Я. Александров, Ю. И. Соловьев М.: Наука. Главная редакции физико-математической литературы, 1978. - 464 с.

20. Горшков А. Г. Теория упругости и пластичности: Учеб.: Для вузов. / А. Г. Горшков, Э.И. Старовойтов, Д.В. Тарлаковский М.: ФИЗ-МАТЛИТ, 2002.-416 с.

21. Александров А.В. Основы теории упругости и пластичности: Учеб. Для строит. Спец. Вузов. / А.В. Александров, В.Д. Потапов М.: Высш. Шк., 1990.-400 с.

22. Сьярле Ф. Математическая теория упругости / Ф.Сьярле: Пер. с англ. -М.: Мир, 1992.—472 с.

23. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. / Р.Галлагер М.: Мир, 1984.—428 с, ил.

24. Ландау Л. Д. Теоретическая физика. В 10-ти т. Т. VII. Теория упругости: Учеб. пособие. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц 4-е изд., испр. и доп. - М.; Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 248 с.

25. Колтунов М. А. Прикладная механика деформируемого твердоготела: Учеб. пособие для студентов вузов. / М. А. Колтунов, А.С. Кравчук, В.П. Майборода- М.: Высш. школа, 1983. 349 с.

26. Колтунов М. А. и др. Прочностные расчеты изделий из полимерных материалов / М. А. Колтунов, В. П. Майборода, В. Г. Зубчанинов. М.: Машиностроение, 1983. — 239 с.

27. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. / О. Зенкевич М.: Мир, 1975. - 543 с.

28. Норри Д. Введение в метод конечных элементов: Пер. с англ. / Д.Норри, Ж. де Фриз. -М.: Мир, 1981.-304 с.

29. Карташов Э.М. Структурно-статистическая кинетика разрушения полимеров / Э.М. Карташов, Б. Цой, В.В. Шевелев М.: Химия, 2002 - 736 с.

30. Цой Б. Разрушение тонких полимерных пленок и волокон / Б. Цой, Э.М. Карташов, В.В. Шевелев, А.А. Валишин М.: Химия, 1977 - 344 с.

31. Бартенев Г.М. Прочность и механизм разрушения полимеров / Г.М. Бартенев М.: Химия, 1984. - 280 с.

32. Догадкин Б.А. Химия эластомеров / Б.А. Догадкин, А.А. Донцов, В.А. Шершнев // 2-ое изд., перераб. И доп. М.: Химия, 1981, 376 с.

33. Бартенев Г.М. Структура и релаксационные свойства эластомеров. М.: Химия, 1979. - 288 с.

34. Каргин В.А., Слонимский Г.Л. Краткие очерки по физикохимии полимеров. — М.: Химия, 1967. -232 с.

35. Гуль В.Е. Структура и свойства полимеров. / В.Е. Гуль М.: Химия, 1978.-328 с.

36. Тобольский А.А. Свойства и структура полимеров. / А.А. Тобольский М.: Химия, 1964. - 324 с.

37. Марихин В.А., Мясникова Л.П. Надмолекулярная структура полимеров. / В.А. Марихин, Л.П. Мясникова Л.: Химия, 1977. - 240 с.

38. Аллигер Г., Сьетуна И. Вулканизация эластомеров, перевод Донцов А.А. М.: Химия, 1967, 428 с.

39. ГОСТ Р ИСО 6502 Резина. Руководство по применению вулкамет-ров. Введ. 1999. - М.: Изд-во стандартов, 1999, 24 с.

40. Восторкнутов Е.Г. Переработка каучуков и резиновых смесей (реологические основы, технология, оборудование) / Е.Г. Восторкнутов, М.И. Новиков, В.И.Новиков, II.В. Прозоровская М.: Максипресс, 2005,-370с.

41. Бирюков В.П. Математическое моделирование и оптимизация термостабилизации полиакрилонитрильного волокна. Саратов: Сарат. гос. техн. университет, 2002. 126 с.

42. Растригин JI.A. Введение в идентификацию объектов управления / JI.A. Растригин, Н.Е. Маджаров М.: Энергия, 1977. - 216 с.

43. Дудников Е.Г. Построение математических моделей химико-технологических объектов / Е.Г. Дудников, B.C. Балакирев, A.M. Цирлин -Л.: Химия, 1970.-312 с.

44. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления / П. Эйк-хофф М.: Мир, 1975. - 685 с.

45. Фрэнке Р. Математическое моделирование в химической технологии. М.: Химия, 1971.-272 с.

46. Химельблау Д. Прикладное нелинейное программирование: Пер. с англ. М.: Мир, 1975. - 536 с.

47. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул. М.: ВШ, 1988. 239 с.

48. Еремин Е.Н. Основы химической кинетики / Е.Н. Еремин М.: Высшая школа, 1976. -375 с.

49. Эммануэль Н.М., Кнорре Д.Г. Курс химической кинетики / Н.М. Эммануэль, Д.Г. Кнорре М.: ВШ, 1984. - 463 с.

50. Барре П. Кинетика гетерогенных процессов. М.: Мир, 1976.-400с.

51. Балакирев B.C. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления / B.C. Балакирев М.: Энергия, 1967.-460с.

52. Денисов Е.Т. Кинетика гомогенных химических реакций. Л.: Химия, 1990. -288с.

53. Кэмпбелл Д. Динамика процессов химической технологии. М.: Гостехиздат, 1962.-352с.

54. Левеншпиль О. Инженерное оформление химических процессов. М.: Химия, 1969.-624 с.

55. Коренев Ю.М. Общая и неорганическая химия. Часть III. Основы химической термодинамики и кинетики / Ю.М. Коренев, В.П. Овчаренко -М.: Издательство Московского университета, 2002. 48 с.

56. Луценко В.А. Финякин Л.Н. Математическое моделирование химико-технологических процессов на АВМ. Лабораторно практические работы / В.А. Луценко, Л.Н. Финякин М.: Химия, 1984. -272 с.

57. Лукомская А.И. Тепловые основы вулканизации резиновых изделий / А.И. Лукомская, П.Ф. Баденков, Л.М. Каперша М.: Химия, 1972.-359с.

58. Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций / Б. Дельмон М.: Мир, 1972.-556с.

59. Бондаренко С. Excel 2003. Популярный самоучитель. / С. Бонда-ренко, М. Бондаренко СПб.: Питер, 2005. - 320 с.

60. Серогодский В.В. Excel 2003. Эффективный самоучитель / В.В. Серогодский СПб.: Наука и Техника, 2005. - 400 с.

61. Макарова Н. В. Статистика в Excel: Учеб. пособие. / Н. В. Макарова, В. Я. Трофимец М.: Финансы и статистика, 2002. - 368 с.

62. Блаттнер П. Использование Microsoft Office Excel 2003. Специальное издание. : Пер. с англ. / П. Блаттнер М. : Издательский дом "Вильяме", 2005. - 864 с.

63. Ларсен Р.У. Инженерные расчеты в Excel. / Р.У. Ларсен М.: Вильяме, 2002. - 554 с.

64. Сочнев А.Н. Система управления процессом вулканизации/ А.Н.Сочнев, А.П. Климов, Г.М. Садчикова, В.П. Бирюков // Доклады 17 симпозиума «Проблемы шин и резинокордных композитов» том 2 / ООО «НТЦ «НИИШП». Москва, 2006. - С. 185-191.

65. Сочнев А.Н. Математическая модель кинетики вулканизации 1,11. Доклады международного симпозиума «Композиты XXI века»/ Свиридова Е.В., Садчикова Г.М., Пичхидзе С .Я., Бирюков В.П.// Саратов: СГТУ, 2005. С. 418-426.

66. Солодовников В.В. Статистическая динамика систем автоматического управления / В.В. Солодовников М.: Физматгиз, 1960. - 266с.

67. Бокс Д., Ватте Д. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. Выпуск 1.-М.: Мир, 1974. 406с.

68. Бокс Д., Ватте Д. Анализ временных рядов. Прогноз и управление. Выпуск 2. М.: Мир, 1974. - 198с.

69. Дженкинс Г. Спектральный анализ и его приложения. Выпуск 1 / Г.Дженкинс, Д. Ватте М.: Мир, 1971. - 318с.

70. Дженкинс Г. Спектральный анализ и его приложения. Выпуск 2. / Г.Дженкинс, Д. Ватте-М.: Мир, 1972. 288с.

71. Бендат Д., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа. М.: Мир, 1983. - 312с.I

72. Боровиков В.П. Прогнозирование в системе STATISTICA в среде Windows: Основы теории и интенсивная практика на компьютере: Учеб. пособие / В.П. Боровиков, Г.И. Ивченко. М.: Финансы и статистика, 2006.-368с.

73. Кошелев Ф.Ф. Общая технология резины. Изд. 4-е, перераб. и доп. / Ф.Ф. Кошелев, А.Е. Корнев, A.M. Буканов - М.: Химия, 1978. - 528 с.

74. Химические добавки к полимерам (справочник). Маслова И.П.,

75. Золотарева К.А., Глазкнова Н.А., Баранова А.С. М., Химия, 1973. - 272 с.

76. Сочнев А.Н. Актуальность задачи управления характеристиками резинотехнических изделий / А.Н.Сочнев, Г.М. Садчикова, В.П. Бирюков // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. / СГТУ. Саратов, 2007. - С. 199-205.

77. Сочнев А.Н. Анализ параметров состояния резиновой смеси для управления технологическим процессом его получения / А.Н. Сочнев, Г.М. Садчикова, В.П. Бирюков «Автоматизация и управление в Машино- и при-' боростроении» Саратов: СГТУ, 2007, С. 206-209.

78. Дрейпер Н. Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Книга 1. М.: Финансы и статистика, 1986. 366с.

79. Дрейпер Н. Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. Книга 2. М.: Финансы и статистика, 1987. 352с.

80. Стрейц В. Метод пространства состояний в теории дискретных линейных систем управления. / В. Стрейц; Перевод с англ. М.: Наука, 1985.-294 с.

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

82. Санковский Е.К. Вопросы теории автоматического управления. Статистический анализ и синтез САУ. М.: Высшая школа, 1971. - 232с.

83. Шалыгин А.С., Палагин Ю.И. Прикладные методы статистического моделирования. -М.: Машиностроение, 1986. 312с.

84. Бакалов В.П. Цифровое моделирование случайных процессов / В.П. Бакалов -М.: САЙНС-ПРЕСС, 2002. 88с.

85. Лившиц Н.А., Пугачев В.Н. Вероятностный анализ систем автоматического управления. М.: Советское радио, 1963. - 896с

86. Куропаткин П.В. Теория автоматического управления. М.: Высшая школа, 1973. - 528с.

87. Бесекерский В.А. Теория систем автоматического регулирования. -М.: Наука, 1972.-768с.

88. Филипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. М.: Лаборатория базовых знаний, 2001. 616с.

89. Медведев В. С, Потемкин В. r.Control System Toolbox. MATLAB 5 для студентов / Под общ. ред. к.т.н. В. Г. Потемкина. М: ДИАЛОГ-МИФИ, 1999. -287с.

90. Рей У. Методы управления технологическими процессами. / У. Рей; Пер. с англ. М. Мир, 1983. - 368с.

91. Солодов А. В. Методы теории систем в задаче непрерывной линейной фильтрации. М.: Наука, 1976. - 263с.

92. Деруссо П., Рой Р., Клоуз Ч. Пространство состояния в теории управления. М.: Наука, 1970. 620с.

93. Острем К. Введение в стохастическую теорию управления. / К.Острем; Пер. с англ.-М.: Мир, 1973. 324с.

94. Певзнер Л.Д. Теория систем управления. / Л.Д. Певзнер— М.; Издательство Московского государственного горного университета, 2002.-472 с.

95. Певзнер, Л.Д. Практикум по теории автоматического управления: Учеб. пособие/Л.Д. Певзнер. — М.: Высш. шк., 2006. — 590 с.

96. Квакернак X., Р. Сиван. Линейные оптимальные системы управления.- М.: Мир, 1977. 654 с.

97. Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высшая школа, 1989. -263 с.

98. Куропаткин П.В. Оптимальные и адаптивные системы. М.: Высшая школа, 1980. - 287 с.

99. Методы классической и современной теории автоматического управления: т.4. Теория оптимизации систем автоматического управления / Под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова М. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. -744 с.

100. Потемкин В.Г. Matlab 5 для студентов. / В.Г. Потемкин М.: ДиалогМифи, 1998.-314с.

101. Потемкин В.Г. Matlab справочное пособие. М.: ДиалогМифи, 1998.-314с.

102. Дьяконов В., Круглов В. Matlab Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. -М.: Питер, 2002. -448с.

103. Дэбни Д., Харман Т. Simulink 4. Секреты мастерства. М.: Бином, 2003.-403с.

104. Дьяконов В. Simulink 4. Специальный справочник. М.: Питер, 2002. - 528с.

105. Черных И.В. Simulink. Среда создания инженерных приложений. М.: ДиалогМифи, 2004. - 496с.

106. Дьяконов В. Matlab 6/6.1/6.5 Simulink 4/5 в математике и моделировании. М.: Салон-пресс, 2003. - 576с.