автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Быстродействующее устройство контроля магнитных свойств постоянных магнитов для систем управления процессом их изготовления

На правах рукописи

Пжилуский Антон Анатольевич

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность: 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной

техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск - 2004

Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная и медицинская техника» Южно-Российского государственного технического университета (НПИ)

Защита диссертации состоится 17.09.2004 г. в 10 час. в 107 ауд. главного корпуса на заседании диссертационного совета Д.212.304.02 в ЮжноРоссийском государственном техническом университете по адресу: 346400, Новочеркасск, ГСП-1, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Южно-Российского государственного технического университета (НПИ).

Автореферат разослан 20 июля 2004 г.

Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор Горбатенко Николай Иванович

- доктор технических наук, профессор Маслов Юрий Николаевич

- доктор технических наук, профессор Лачин Вячеслав Иванович ОАО НПО «Магнетон»; г. Владимир

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

Иванченко А. Н.

гору /ЛГ7

24X32.63

Актуальность темы. Постоянные магниты широко применяются в электромашиностроении, автоматике, электро-, радио- и электронной технике. Изготовление ПМ - сложный технологический процесс, каждый этап которого существенно влияет на магнитные свойства готовых изделий. Зависимость магнитных свойств ПМ от большого количества трудно контролируемых факторов затрудняет в условиях массового производства обеспечение идентичности и высокого уровня их магнитных свойств. В этой связи существует важная народнохозяйственная проблема—повышение качества ПМ.

Эффективным путем повышения качества ПМ является создание систем управления процессом их изготовления, обеспечивающих выработку управляющих воздействий на технологическое оборудование, по результатам контроля магнитных свойств ПМ. Такой контроль рационально производить, моделируя изменение магнитных параметров заготовок ПМ под действием той или иной технологической операции до ее проведения. Это позволит выбирать оптимальные режимы работы технологического оборудования, обеспечивающие получение заданных магнитных свойств ПМ. Наиболее информативными для моделирования воздействия предстоящей технологической операции на свойства ПМ являются статические характеристики материалов, из которых изготовлены заготовки ПМ. Погрешность измерения этих характеристик в значительной степени влияет на эффективность системы управления технологическим процессом изготовления ПМ, а значит и на выход годных изделий. В настоящее время разработаны методики и устройства, позволяющие измерять статические характеристики материалов ПМ в полуразомкнутых магнитных системах, но не обеспечивающие требуемую для цеховых условий производительность. Низкая производительность существующих устройств обусловлена неоптимальностью процесса пере-магничивания испытуемого ПМ и несовершенством устройств для измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ. В этой связи актуальным является решение задачи создания устройств контроля магнитных свойств ПМ в полуразомкнутых магнитных системах, позволяющих с требуемой точностью и производительностью измерять статические характеристики материалов ПМ и их заготовок.

Работа выполнена в соответствии: с приоритетным направлением развития науки, технологий и техники РФ «Информационно-телекоммуникационные технологии и электроника» (утверждено указом президента РФ от 30.03.02 г.); с научным направлением Южно-Российского государственного технического университета (НПИ) «Теория и принципы построения информационно-измерительных систем и систем управления» (утверждено решением ученого совета университета от 25.01.03 г.); с договором о сотрудничестве в области образования, науки и техники между ЮРГТУ (НПИ) и Техническим университетом Ильменау (ФРГ) от 14.12.2001 г.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение качества ПМ путем создания быстродействующих устройств контроля магнитных свойств ПМ, позволяющих на различных этапах технологического процесса по-

лучать измерительную ин

]юрмацию-о-шсви?ньнс свойствах заготовок, необхо-

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БГ'ОЛНОТЕКА

(. П.-тсроург 20&7РК

димую для эффективного управления технологическим процессом изготовления ПМ.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- анализ технологических процессов изготовления ПМ, систем управления ими и определение основных требований к устройству контроля ПМ как одному из основных элементов системы управления технологическим процессом;

- разработка теоретических основ методики испытаний, позволяющей с высокой производительностью определять статические характеристики материалов ПМ и их заготовок в полуразомкнутых магнитных системах;

- создание алгоритма управления процессом перемагничивания, обеспечивающего минимальное время контроля ПМ;

- разработка методики измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ, позволяющей получать характеристики материалов ПМ в полуразомкнутых магнитных системах;

- построение высокопроизводительных устройств контроля ПМ для систем управления технологическим процессом их изготовления.

Методы исследования и достоверность полученных результатов. Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается: применением методов теории автоматического управления, математической сгашсшщ теории вероятностей, теории измерений, имитационным моделированием наЭВМ; а также согласованием теоретических положений с результатами экспериментальных исследований и критическим обсуждением основных результатов работы с ведущими специалистами в области теории систем управления и магнитоизмерительной техники.

На защиту выносятся:

- методика испытания ПМ в полуразомкнутой магнитной системе, позволяющая с высокой производительностью определять статические характеристики материалов заготовок ПМ;

- алгоритм управления процессом перемагничивания ПМ, позволяющий существенно уменьшить время измерения статической характеристики ПМ;

- математическая модель распределения напряженности магнитного поля у поверхности ПМ в полуразомкнутой магнитной системе;

- методика измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ в полуразомкнутой магнитной системе, позволяющая определить характеристику материала ПМ;

- конструкция, принцип действия и математическая модель первичного измерительный преобразователя напряженности магнитного поля;

- структура, принцип действия и алгоритм функционирования быстродействующего устройства контроля магнитных свойств постоянных магнитов для систем управления процессом их изготовления.

Научная новизна.

1. Предложена методика испытания ПМ в полуразомкнутых магнитных системах, особенностью которой является управление процессом перемагничивания с учетом формы кривой размагничивания изделия, что обеспечивает измере-

ние статических характеристик материалов заготовок ПМ с высокой производительностью.

2. На основании разработанной и исследованной математической модели распределения напряженности магнитного поля у поверхности ПМ, предложена оригинальная конструкция первичного измерительного преобразователя напряженности магнитного поля.

3. Предложена методика измерения напряженности магнитного поля, основанная на вычислении его значения на поверхности ПМ по результатам измерений напряженности в трех точках на определенных расстояниях от ПМ, позволяющая получать характеристики материалов ПМ и их заготовок.

4. Построена и исследована математическая модель оригинального трех-секционного ферромодуляционного преобразователя, позволяющая определить его основные метрологические характеристики.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработан оригинальный трехсекционный ферромодуляционный преобразователь. На его основе создано устройство для измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ с погрешностью не хуже ±4 %. Разработано и изгатовлено устройство контроля ПМ. В устройстве реализован алгоритм адаптивно-ступенчатого управления размагничивающим полем и методика измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ. Устройство обеспечивает измерение кривой размагничивания ПМ за время, не превышающее 10 с при погрешности измерения не хуже +5 %. На указанные выше устройства получены акты внедрения на: ОАО ПО «Магнит», г. Новочеркасск и ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) г. Новочеркасск.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в работе, были доложены, обсуждены и одобрены: на I, II и IV Международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2000-2003 гг.); на IV Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (Новочеркасск, 2003 г.); на IV Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (Новочеркасск, 2004 г.); на IV Международной научно-практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения» (Новочеркасск, 2004 г.); на VI Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2004 г.); на научных совместных семинарах кафедр «Информационно-измерительная и медицинская техника», «Автоматика и телемеханика», «Электрические, электронные и микропроцессорные аппараты» ЮРГТУ (НПИ).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 17 печатных работах, из которых 2 статьи, 2 патенты РФ и одно свидетельство о регистрации программного продукта.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 116 наименований и приложений.

Работа изложена на 216 страницах, в том числе: 184 страницы текста с 92 рисунками, 116 названий списка литературы, 3 прилЬжений.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ПМ - постоянный магнит; КР - кривая размагничивания; МТМ - магнитот-вердый материал; СУ - система управления; МС - магнитная система; ТО - технологическое оборудование; ФМП - ферромодуляционный преобразователь; ППГ - прямоугольная петля гистерезиса; ДХ - датчик Холла.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы; изложены цели и задачи диссертационной работы, научная новизна и практическая ценность.

В первой главе «Состояние вопроса и постановка задачи исследования» рассмотрены особенности технологических процессов производства ПМ и выделены их основные этапы. Произведен анализ влияния этапов технологического процесса на магнитные параметры ПМ. Обоснована актуальность построения систем управления технологическим процессом по принципу компенсации (управление по возмущению) с целью сокращения количества бракованных ПМ (рис.1).

Рис. 1. Структура СУ этапом технологического процесса изготовления ПМ

Блок задатчика БЗ вектора требуемых магнитных свойств заготовок ПМ, устройство управления УУ, задающее режимы работы ТО и непосредственно ТО образуют существующую в настоящее время разомкнутую СУ с программным управлением. В силу наличия нестационарных внешних воздействий (возмущений) на ТО вектор магнитных свойств М1 обработанных на / -той ТО

ПМ может значительно отличаться от задания М(°. Такими внешними воздействиями являются отклонения вектора магнитных параметров М,-_) заготовок ПМ перед г -той технологической операцией от заданного значения.

Критерием эффективности управления технологическим процессом является относительное количество обработанных ПМ, магнитные свойства М{ которых лежат в заданных пределах. Дня повышения эффективности системы управления необходимо изменять режимы работы 0,1О} ТО по мере изменения магнитных характеристик .

Для этого в цепь управления технологическим процессом вводится обратная связь по возмущению, образованная устройствами контроля УК и моделирования МУ. Управление режимами работы ТО производится следующим образом. Заготовка ПМ с (¿-1) -ой технологической операции поступает на УК, где опреде-

ляются ее магнитные свойства. Измеренное значение вектора магнитных параметров Мм заготовки ПМ поступает на МУ, в котором производится моделирование воздействия предстоящей технологической операции на магнитные свойства заготовки. В УУ по сигналу рассогласования Д определяется управляющее воздействие е (где - область допустимых дискретных значений управляющих воздействий для / - той технологической операции, Ф — количество вариантов режимов работы ТО).

Ввиду необходимости расчета в МУ Ф вариантов преобразования вектора Мы в Мг, быстродействие цепи компенсации возмущающего воздействия СУ должно значительно превышать быстродействие основной цепи СУ.

Особенностью предлагаемой СУ является моделирование изменения магнитных свойств заготовок ПМ в результате предстоящей технологической операции. Причем моделирование воздействия предстоящей технологической операции на свойства заготовок ПМ лучше всего производить, зная статическую характеристику материала, из которого изготовлен ПМ или егозагоговка.

С помощью имитационного моделирования проведено сравнение разомкнутой СУ технологическим процессом и предлагаемой системы управления техпроцессом изготовления ПМ. Показано, что при одинаковом измерительном и технологическом оборудовании, применение СУ, реализующей принцип компенсации, существенно повышает выход годных изделий, при практически неизменном риске потребителя.

Сформулированы основные требования, предъявляемые к разрабатываемому устройству контроля ПМ, являющемуся важным элементом СУ технологическим процессом изготовления ПМ. Устройство контроля ПМ должно с требуемой погрешностью (не более ±5 %) и производительностью (2000-5-3000 изделий/смену) определять на разных этапах техпроцесса статические характеристики материалов ПМ и их заготовок в полуразомкнутой МС.

Проведен анализ известных методов и технических средств испытаний ПМ, с учетом особенностей ПМ и их заготовок, как объектов контроля. В результате сделан вывод о том, что внедрение эффективных СУ технологическим процессом изготовления ПМ сдерживается тем, что существующие методы и средства испытаний не позволяют с требуемой точностью и производительностью определять на разных этапах производства статические характеристики материала ПМ и их заготовок. Учитывая это, были определены задачи, подлежащие решению в данной работе.

Во второй главе «Теоретическое обоснование и разработка методики испытаний постоянных магнитов» предложена методика испытания ПМ. Согласно методике ПМ помещается в полуразомкнутую МС (рис.2). Ток в катушках МС обеспечивает реализацию алгоритма адаптивно-ступенчатого перемагничивания ПМ по статической КР. В процессе перемагничивания с помощью индукционной катушки определяется магнитная индукция В в центральном сечении ПМ. Напряженность Я внутри ПМ определяется путем измерения тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля в нескольких точках пространства

Катушки МС

Г

42-

пм

на определенных расстояниях вдоль оси х (рис.2) и расчета напряженности на его поверхности.

На основе теории кластерного анализа (метод ¿-средних) предложена методика классификации МТМ по форме КР. В качестве признака для классификации использован предложенный автором коэффициент V, характеризующий выпуклость КР и определяемый выражением:

у^М- -

■й

-1,

Рис.2. МС для испытания ПМ

где п - количество отрезков, на которые разбивается КР; Ак/, ДЬ, -- приращения нормированных напряженности й, и магнитной индукции 6/ на этих отрезках (нормирование произведено по Нс и Вг соответственно).

Произведено разделение на группы КР известных МТМ со значением Нс, лежащей в пределах от 30 до 600 кА/м. На основании усреднения КР, входящих в полученные группы, рассчитаны координаты четырех типовых КР (рис.3).

Для типовых КР получены ап-

проксимирующие выражения вида:

7;9-Л±к-' ~1 + а%'

(1)

где а4 - 2.

1

1

Кьл ъъ,

коэффициент

'■¿"л

Рис.3. Типовые нормированные КР

выпуклости, ц - номер типовой КР.

Коэффициенты а4 для типовых КР равны: а1 =0,99, а" =0,94, а"1 =0,786 и а'у =0,429.

Разработан следующий алгоритм адаптивно-ступенчатого перемагничивания.

1. Задается значение п количества измеряемых точек на КР.

2. Образец ПМ помещается в МС и производится магнитная подготовка, в результате которой определяются значения ожидаемой коэрцитивной силы Ны и остаточной индукции В,..

3. Производится перемагничивание образца из точки Вг ступенькой поля: Ы

АН, = —— и измеряется соответствующее ей значение координаты полученной

точки на КР (#ь В\).

4. Измеренное значение магнитной индукции нормируется и сравнивается со значениями, соответствующими типовым нормированным КР, рассчитанным по аппроксимирующим выражениям (1).

5. По минимуму разности выбирается КР, наиболее близкая к КР исследуемого образца.

6. Образец перемагничивается следующей ступенькой поля АН? = А/г?ЯС0: рассчитанной с учетом формы выбранной типовой КР из выражений:

Л^ = -0,5; А/ = -0,405 - 0,983.?/« 1.

и-1

,2<г<л;

,т .190" А, = -хт\

ЬЧ = -0,3;

/г/' =-0,167-0,975 «и

А" =-1. 4 *

56° г и-1

,2 < / < л;

7. Повторяются пп. 4-6 до достижения точки коэрцитивной силы //с. В случае перехода измеряемой характеристики с одной типовой КР на другую, производится проверка на неубывание очередного значения напряженности относительно предыдущего.

Произведена оценка погрешности аппроксимации при получении характеристик МТМ с использованием алгоритма адаптивно-ступенчатого перемагничи-вания для полученных типовых КР с помощью выражения

-.2 (¿"Ъ/

лл:

С —

•И/ л

I /V/

где 3„мд. - искомая погрешность аппроксимации точек измеряемой КР; А1агпш -значение ступени перемагничивающего поля, соответствующее максимуму второй производной функции Ь(И); ^ ~ максимальное значение второй

производной нормированной характеристики типовой КР.

На основании проведенного анализа сделан вывод, что для аппроксимации КР с погрешностью менее 3 % необходимо для МТМ, имеющих: первый тип нормированной КР сделать не менее 30 ступеней перемагничивающего поля; второй тип - не менее 15; третий тип - не менее 10 ступеней; четвертый тип - не менее 5 ступеней.

Показано, что применение алгоритма адаптивно-ступенчатого перемагни-чивания существенно снижает количество ступеней перемагничивающего поля по сравнению с непрерывно-ступенчатым методом, а, следовательно, и время для получения статических характеристик ПМ, форма КР которых соответствует первому, второму и третьему типам.

В третьей главе «Методика измерения напряженности магнитного поля на поверхности постоянных магнитов» с помощью нелинейного регрессионного анализа впервые получена модель топографии магнитного поля в окрестностях ней-

трального сечения ПМ. Модель описывает изменение напряженности магнитного поля Н в зависимости от тока/в МС и расстояния .х от ПМ (рис.2):

Я =-49,7203+ 9,8995*+6,3977/+9,207д/-1,2476;сг + 13,9119/" + 0,1325,гг/ + + 2,8813л/2 -2,097бл2/г + 0,1094л5 + 14/7867/3 -0,1172л'/ + 0,3371л3/2 + + 0^9бЗл-3/3 -3,4379л2/3 + 4,8796л:/3 -0,004л-4 -1,9254/" + 0,0067л4/-

-О.ОШх4/2 ~0,0283х4/3 + 0,0264л4/4 -0,5623л-2/4 +3.6724л2/4 -6,9174хГА.

—д На рис.4 показано распре-

деление напряженности магнитного поля в 1-И квадрантах, рассчитанное с помощью модели. Произведена проверка адекватности модели экспериментальным данным с применением критерия Фишера.

Предложена методика измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ при их испытаниях в полуразомкнутых МС, основанная на методе натурно-модельного эксперимента.

Суть предлагаемой методики состоит в измерении тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля Щ в некоторых точках пространства хь Х2, х3.....на заданных расстояниях от ПМ вдоль оси х (рис.2) и расчете напряженности на его поверхности.

Показано, что значение напряженности магнитного поля Я0 на поверхности ПМ при их испытаниях в полуразомкнутых магнитных системах может быть определено из выражения:

л+1

Я0 =£//,//,, (2)

/=1

где А/ -коэффициенты связи, (л+1) - количество точек, в которых проводятся измерения напряженностей Н\ на расстояниях X/ от ПМ.

Получены аналитические выражения расчета коэффициентов А/ для значений я=2 и и=3.

Для трех точек измерения:

Н0 = А,Ну+АгНг + АгН3,

Л2=А; 4 «А; Ь=М1+М2+М3,

11 -Л*

X, мм

Рис.4. Распределение магнитного поля в 1-11 квадрантах

где

А

А, - ь ,

ь 3 ь

Мг = ххх3(?3-Хх)\ М3 =х1х2(х1-х2). Для четырех точек измерения:

Н0 = + Л;Н2 + А3Н3 + А4Н4,

Л/, =Х2Х3(Х2 ~Х3);

. м, . мг . м, . м, , ,,

где Л, = —Аг=—±\ =—Ц I = М, + М2 + М3 +МА;

X/ х> ь»

и, = х2х,х4(-х\хъ +х\хА + хгхъ -хгх1 -*з*4 + хъх\)',

Л/2 = Х^Х^Х^ Л'з + Л'з-Х4 + ЛТдАГ^ — ЛГ3Х4 — + )>

Полученные коэффициенты А,МнЬ являются константами, зависящими от расстояний XI, в которых производятся измерения значений напряженности Н/.

Коэффициенты А/ из (2) можно определить на основе экспериментальных данных. С помощью множественного регрессионного анализа получены коэффициенты А, для трех точек измерения при испытаниях ПМ в МС типа У5056. Получены коэффициенты (А 1=1,128; А2=0,795; А3=-0,935) для ПМ в форме цилиндров и параллелепипедов, изготовленные из МТМ со значениями Нс от 45 до 70 кА/м, Вг от 0,9 до 1,4 Тл и отношением длины к площади поперечного сечения X от 1,4 до 3.

На рис.5 приведены экспериментальные В = /(я^) и рассчитанные по (2) В - /(Яо) характеристики для четырех ПМ. Показано, что наиболее оптимальное расстояние между точками измдзения для данной МС составляет 2 мм.

Измерение напряженности Я/ для выражения (2) может быть произведено различными первичными преобразователями: ДХ, индукционными (ИП) или ФМП с компенсацией магнитного поля. ДХ и индукционные катушки по ряду причин мало пригодны для работы в цеховых условиях (например, температурная нестабильность ДХ и низкая чувствительность ИП). Автором разработан оригинальный трехсекционный ФМП (рис.6), который не имеет вышеперечисленных недостатков и может использоваться в условиях серийного производства ПМ.

Преобразователь состоит из включенных последовательно - встречно компенсирующей 1¥к и трех возбуждающих И'въ IVB2 и IVB3 обмоток, расположенных на немагнитном (НС) и трех пермаллоевых сердечника с ППГ соответственно, причем сердечники расположены плоскопараллельно, и охвачены общей измерительной обмоткой Wma. Для компенсации измеряемых напряженностей магнитного поля Нкт! используется линейно нарастающее поле #к(/), создаваемое источником тока. Совместно с измеряемыми полями поле H,(t) создает результирующее поле H^Jt), определяющее магнитное состояние сердечников трехсекционного ФМП. Каждый импульс на измерительной обмотке соответствует перемагничиванию одного из сердечников, причем, пик импульса приходится на момент превышения компенсирующим полем Нк измеряемого Н,ам на значение коэрцитивной силы Нс материала сердечника с ППГ. Таким образом, в момент компенсации поля f-ro сердечника выполняется соотношение Нтм,=Нк-Нс,. Произведен расчет основных характеристик трехсекционного ФМП. Показано, что для ФМП с размерами сердечника 10>=0,5х0,01 мм, с числом витков обмоток возбуждения Wat равным 100 при диаметре провода 0,1 мм и числе вшков измерительной обмотки равном 20: порог чувствительности равен 85 А/и; максимальное измеряемое поле 150 кА/м; чувствительность 40 мкВ-(А/м)"'; погрешность измерения напряженности на поверхности ПМ не более ±4 %.

Исследовано влияние близко расположенной ферромагнитной массы на погрешность измерения трехсекционного ФМП и получена математическая модель для определения значения порога чувствительности в зависимости от геометрических размеров и параметров материала сердечников:

= (0,972 + 0,042/ - 0,4ббД, - 0,363Д2 - 0,028/Д2 + 0,098Д,Д2)АГц,

.ио

где / -длина сердечников ФМП; Д1 - расстояние между секциями ФМП; Д2 - расстояние между ФМП и испытуемым ПМ; Nu - баллистический коэффициент размагничивания сердечника с ППГ.

В четвертой главе «Разработка и исследование быстродействующего устройства контроля постоянных магнитов» разработана структурная схема устройства контроля ПМ для систем управления технологическим процессом их изготовления.

Рис.7. Структурная схема быстродействующего устройства контроля ПМ

В состав устройства контроля ПМ входят следующие блоки: управляемый источник тока (УИТ), механизм подачи (МП), МС, устройство управления режимами перемагничивания (УУРП), устройство классификации (УК) ПМ по форме КР, преобразователь индукции (ПИ), устройство измерения напряженности (УИН) в трех точках, вычислитель напряженности магнитного поля на поверхности ПМ (ВН) и механизм разделения на группы (МРГ) ПМ по результатам моделирования предстоящей технологической операции в блоке моделирования (МУ).

Описан ряд разработанных функциональных блоков устройства контроля ПМ: устройство для классификации МТМ по форме КР; устройство для измерения напряженности магнитного поля на основе трехсекционного ФМП; аналоговые и цифровые вычислители напряженности магнитного поля на поверхности ПМ по результатам измерений напряженности в трех точках пространства. Приведены методики расчета основных блоков устройства контроля ПМ.

При участии автора создано устройство контроля ПМ на базе установки типа У5056 в состав которой входят управляемый источник тока, намагничивающая система, преобразователь индукции и преобразователь напряженности; блок усилителей каналов измерения индукции и напряженности УИ и УН; гоша сбора информации ¿-761, в которую входят коммутатор, АЦП и ЦАП; персональный компьютер.

В устройстве реализован адаптивно-ступенчатый алгоритм управления размагничивающим полем, позволяющий при заданном количестве точек на КР получить минимальную погрешность аппроксимации и реализована методика натурно-модельного определения напряженности магнитного поля на поверхности ПМпо результатам измерения в трех точках. Разработано программное обеспечение, при помощи которого производится управление работой устройства с персонального компьютера. Устройство обеспечивает измерение коорд инат точек КР с погрешностью не более ±5 %. Время испытания ПМ одного типоразмера составляет менее 10 с. Устройство принято к внедрению ОАО НПО «Магнит», внедрено в учебный процесс на кафедре «Информационно-измерительная и медицинская техника» и проходит опытную эксплуатацию на фирме «Инномас» (ФРГ).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, полученные в настоящей работе, могут быть сформулированы следующим образом.

1. На основании проведенного анализа особенностей технологического процесса изготовления ПМ показано, что перспективным направлением повышения качества ПМ является внедрение СУ технологическим процессом производства ПМ, отличительной особенностью которых является прогнозирование изменения магнитных свойств изделий в результате предстоящей технологической операции по результатам контроля заготовок ПМ. Показано, что одним из важнейших элементов такой СУ является устройство контроля ПМ. Определены основные требования со стороны СУ к устройству контроля ПМ. Установлена необходимость создания устройств, с достаточной точностью и производительностью определяющих на разных этапах производства статические характеристики материалов ПМ и их заготовок в полуразомкнутой магнитной системе.

2. Предложена методика испытаний ПМ в полуразомкнутых магнитных системах, отличающаяся тем, что управление процессом перемагничивания производится с учетом формы кривой размагничивания изделия, и позволяющая измерять статические характеристики материалов заготовок ПМ в полуразомкнутых магнитных системах с высокой производительностью.

3. Предложена методика классификации МТМ, отличительной особенностью которой является введение в качестве классификационного признака коэффициента V. Методика позволяет разделять различные МТМ по форме кривой размагничивания. Разработан алгоритм адаптивно-ступенчатого изменения размагничивающего поля, отличающийся тем, что на каждом шаге перемагничивания производится расчет оптимального значения приращения размагничивающего поля, исходя из учета формы кривой размагничивания заготовок ПМ, что позволяет существенно уменьшить время испытания ПМ.

4. Предложена методика измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ, заключающаяся в измерении напряженности магнитного поля в нескольких точках на определенных расстояниях от ПМ и экстраполяции полученных значений к его поверхности, что позволяет на несколько порядков снизить время для получения характеристик материалов ПМ и их заготовок в полуразомкнутых магнитных системах. Методика обеспечивает измерение координат точек КР с погрешностью не более ±2 %.

5. Построена и исследована математическая модель распределения напряженности магнитного поля у поверхности ПМ, позволяющая разработать конструкцию первичного измерительного преобразователя напряженности. Предложен новый тип первичного преобразователя напряженности магнитного поля - трсх-секционный ферромодуляционный преобразователь, принцип действия которого основан на импульсной компенсации измеряемого значения напряженности магнитного поля. Преобразователь позволяет измерять значение напряженности магнитного поля на поверхности ПМ с погрешностью не более ±4 %. Разработана и исследована математическая модель трехсекционного ферромодуляционного преобразователя, позволяющая определять его основные метрологические характеристики.

6. Разработана структурная схема и алгоритм функционирования устройства контроля ПМ, реализующего предложенную методику производственных испытаний ПМ. Устройство позволяет с требуемой точностью и производительностью измерять статические характеристики материалов ПМ в полуразомкнутой магнитной системе. Описаны и приведены методики расчета основных блоков устройства контроля ПМ: устройства для классификации кривых размагничивания (получен патент РФ); устройства для измерения напряженности магнитного поля на основе трехсекционного ферромодуляционного преобразователя (получен патент РФ); аналоговых и цифровых вычислителей напряженности магнитного поля на поверхности ПМ по результатам измерений напряженности в трех точках пространства.

7. Разработано устройство контроля ПМ, реализующее предложенную методику испытаний ПМ. Устройство обеспечивает измерение статических харак-

теристик материалов ПМ с погрешностью не более ±5 %. Производительной устройства контроля ПМ составляет 360 шт/час.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:

1. Ланкин М.В., Пжилуский A.A. Моделирование технологического процесса изготовления постоянных магнитов с помощью пакета MATLAB// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - Новочеркасск, 2003г. Приложение №5. - С. И-14.

2. Пжилуский A.A. Обоснование внедрения адаптивных систем автоматического управления в технологический процесс изготовления постоянных магни-тов//Компыотерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах: Материалы IV междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск, 14 нояб. 2003г.: В 4 ч./ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ,

2003.-4.1.-С.25-36.

3. Ланкин М.В., Пжилуский A.A. Построение модели топографии магнитного поля в окрестностях постоянных магнитов при их испытаниях в полуразомкнутых магнитных системах // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 23 янв. 2004 г.: В 4 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. - Ч. 3. - С. 4-11.

4. Ланкин М.В., Пжилуский A.A. Классификация МТМ по форме кривых размагничивания с использованием метода /с-средних // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 23 янв. 2004 г.: В 4 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004.-Ч. З.-С. 17-22.

5. Ланкин М.В., Пжилуский A.A. Оценка погрешности аппроксимации кривых размагничивания МТМ при использовании адаптивного алгоритма пере-магничивания // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 23 янв. 2004 г.: В 4 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ,

2004. -Ч. З.-С. 22-26.

6. Пжилуский A.A. Информационно-измерительная система для испытания постоянных магнитов // Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы IV междунар. науч.-практич. конф., Новочеркасск, 26 сентября. 2003 г.: В 3 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003.-Ч. 2.-С. 28-32.

7. Ланкин М.В., Пжилуский A.A., Кучеров В.А. Калькулятор «Адаптивное управление размагничивающим полем». Св. 2003610019 Россия №2002611835. -Заявл. 18.10.2002. зарег. 04.01.2003.

8. Пжилуский A.A. Методика определения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ // Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 20 фев. 2004 г.: В 4 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004.

9. Пат. 2191398. РФ. G01R33/02. Устройство для измерения напряженности магнитного поля. /М.В. Ланкин., Н.И. Горбатенко., A.A. Пжилуский и др., -заяв. 07.07.2000; 2000118024/09; Опубл. 20.10.2002; Бюл. N 29.

PS/Ж ■

10. Горбатенко Н.И., Ланкин М.В., Пжилуск ' ферромодуляционный преобразователь// Теория, мет

контроля и диагностики: Материалы международной науч.-практич. конф.: В 10 часгах/Юж.-Рос. гос. технич. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ,2000. Ч. 1.-С.5-7.

11. Ланкин М.В., Пжилуский A.A. Анализ взаимного влияния трехсекцион-ного ферромодуляционного преобразователя и испьпуемого постоянного магнита // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 23 янв. 2004 г.: В 4 ч. / Юж.-Рос. гос. Техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. - Ч. 3. -С. 12-16.

12. Пат. 2185635. РФ. G01Ä33/14. Устройство для классификации ферромагнитных материалов по форме кривой размагничивания. /М.В. Ланкин., Н.И. Горбатенко., A.C. Гришин, A.A. Пжилуский - заяв. 20.12.200; №20001133136/09; Опубл. 20.07.2002; Бюд. №20.

13. Ланкин М.В., Пжилуский A.A., Кучеров В.А. Калькулятор «Адаптивное управление размагничивающим полем».// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион, техн. науки. 2002г. Спецвыпуск. - С.22-24.

14. Наракидзе Н.Д., Пжилуский A.A., Ланкин М.В. Устройство для измерения напряженности магнитного поля// Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 20 фев. 2004 г.: В 4 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, -2004. - С.47-50

15. Пжилуский A.A. Цифровые вычислители напряженности магнитного поля на поверхности постоянных магнитов// Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 20 фев. 2004 г.: В 4 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. - С.11-14.

16. Пжилуский A.A. Вычислитель напряженности магнитного поля на PIC-контроллере// Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения: Материалы IV Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 20 фев. 2004 г.: В 4 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. - С.14-23.

17. Ланкин М.В., Пжилуский A.A. Методика метрологической аттестации// Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы II международной науч.-практич. конф.: В 4 частях/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. (НПИ). Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2001, Ч. 1. С. 9-20.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работах: [1] - постановка задачи и построение модели; [3] - проведение эксперимента и построение модели; [4] - анализ различных МТМ и разработка методики их классификации по форме KP; [5] - проведение эксперимента по определению погрешности; [7] -составление алгоритма; [9] - разработка конструкции и исследование первичного преобразователя; [11] - разработка структурной схемы; [12] — разработка принципа функционирования; [13] - разработка алгоритма; [14] - постановка задачи и разработка принципиальной схемы; [17] - составление и расчет интегральных уравнений.

17 СЕН Ж

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ1О

1.1. Особенности технологического процесса производства постоянных магнитов

1.2. Выбор системы управления технологическим процессом изготовления постоянных магнитов

1.3. Особенности постоянного магнита как объекта испытаний

1.4. Требования к методу испытания постоянных магнитов

1.5. Обзор и анализ методов испытания постоянных магнитов

1.5.1. Способы создания и изменения внешнего магнитного поля

1.5.2. Измерители магнитной индукции

1.5.3. Измерители напряженности магнитного поля

1.6. Методы измерения характеристик материалов постоянных магнитов при их испытаниях в полуразомкнутых магнитных системах

1.7. Обзор и анализ устройств для испытания постоянных магнитов

1.8. Выводы и постановка задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИСПЫТАНИЙ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

2.1. Методика производственных испытаний ПМ

2.2. Методика классификации магнитотвердых материалов по форме кривой размагничивания

2.3. Теоретические основы и принцип алгоритма адаптивно-ступенчатого управления размагничивающим полем

2.4. Расчет оптимального количества шагов при использовании адаптивно-ступенчатого алгоритма

2.5. Разработка программного обеспечения устройств активного контроля ПМ на основе адаптивно-ступенчатого алгоритма перемагничивания

2.6. Выводы

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

3.1. Модель топографии магнитного поля в окрестностях ПМ при их испытаниях в полуразомкнутых магнитных системах

3.2. Методика измерения напряженности магнитного поля на поверхности постоянных магнитов

3.3 Принцип построения и исследование трехсекционного ферромодуляционного преобразователя

3.4 Расчет параметров трехсекционного ФМП

3.5 Анализ взаимного влияния секций ФМП и испытуемого ПМ

3.6 Выводы

4 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА КОНТРОЛЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ

4.1 Быстродействующее устройство контроля ПМ для систем управления технологическим процессом их изготовления

4.2 Устройство для классификации ПМ по форме кривой размагничивания

4.3 Устройство для измерения напряженности магнитного

4.3.1 Разработка структурной схемы устройства для измерения напряженности магнитного поля

4.3.2 Реализация устройства для измерения напряженности

4.3.3 Реализация цифрового генератора линейно нарастающего напряжения и усилителя тока

4.4 Вычислители напряженности для устройства активного контроля ПМ

4.4.1 Цифровые вычислители напряженности

4.4.2 Аналоговые вычислители напряженности

4.4.3 Вычислители напряженности на Р/С-контроллере

4.5 Устройство контроля магнитных свойств постоянных магнитов

4.6 Методика метрологической аттестации устройств контроля постоянных магнитов

4.7 Результаты внедрения

4.8 Выводы.

Актуальность темы. Постоянные магниты широко применяются в электромашиностроении, автоматике, электро-, радио- и электронной технике. Изготовление ПМ - сложный технологический процесс, каждый этап которого существенно влияет на магнитные свойства готовых изделий. Зависимость магнитных свойств ПМ от большого количества трудно контролируемых факторов затрудняет в условиях массового производства обеспечение идентичности и высокого уровня их магнитных свойств. В этой связи существует важная народнохозяйственная проблема - повышение качества ПМ.

Эффективным путем повышения качества ПМ является создание систем управления процессом их изготовления, обеспечивающих выработку управляющих воздействий на технологическое оборудование, по результатам контроля магнитных свойств ПМ. Такой контроль рационально производить, моделируя изменение магнитных параметров заготовок ПМ под действием той или иной технологической операции до ее проведения. Это позволит выбирать оптимальные режимы работы технологического оборудования, обеспечивающие получение заданных магнитных свойств ПМ. Наиболее информативными для моделирования воздействия предстоящей технологической операции на свойства ПМ являются статические характеристики материалов, из которых изготовлены заготовки ПМ. Погрешность измерения этих характеристик в значительной степени влияет на эффективность системы управления технологическим процессом изготовления ПМ, а значит и на выход годных изделий. В настоящее время разработаны методики и устройства, позволяющие измерять статические характеристики материалов ПМ в полуразомкнутых магнитных системах, но не обеспечивающие требуемую для цеховых условий производительность. Низкая производительность существующих устройств обусловлена неоптимальностью процесса перемагничива-ния испытуемого ПМ и несовершенством устройств для измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ. В этой связи актуальным является решение задачи создания устройств контроля магнитных свойств ПМ в полуразомкнутых магнитных системах, позволяющих с требуемой точностью и производительностью измерять статические характеристики материалов ПМ и их заготовок.

Работа выполнена в соответствии: с приоритетным направлением развития науки, технологий и техники РФ «Информационно-телекоммуникационные технологии и электроника» (утверждено указом президента РФ от 30.03.02 г.); с научным направлением Южно-Российского государственного технического университета (НПИ) «Теория и принципы построения информационно-измерительных систем и систем управления» (утверждено решением ученого совета университета от 25.01.03 г.); с договором о сотрудничестве в области образования, науки и техники между ЮРГТУ (НПИ) и Техническим университетом Ильменау (ФРГ) от 14.12.2001 г.

Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение качества ПМ путем создания быстродействующих устройств контроля магнитных свойств ПМ, позволяющих на различных этапах технологического процесса получать измерительную информацию о магнитных свойствах заготовок, необходимую для эффективного управления технологическим процессом изготовления ПМ.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи: анализ технологических процессов изготовления ПМ, систем управления ими и определение основных требований к устройству контроля ПМ как одному из основных элементов системы управления технологическим процессом; разработка теоретических основ методики испытаний, позволяющей с высокой производительностью определять статические характеристики материалов ПМ и их заготовок в полуразомкнутых магнитных системах; создание алгоритма управления процессом перемагничивания, обеспечивающего минимальное время контроля ПМ;

- разработка методики измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ, позволяющей получать характеристики материалов ПМ в полуразомкнутых магнитных системах;

- построение высокопроизводительных устройств контроля ПМ для систем управления технологическим процессом их изготовления.

Методы исследования и достоверность полученных результатов. Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в диссертации, обеспечивается: применением методов теории автоматического управления, математической статистики, теории вероятностей, теории измерений, имитационным моделированием на ЭВМ; а так же согласованием теоретических положений с результатами экспериментальных исследований и критическим обсуждением основных результатов работы с ведущими специалистами в области теории систем управления и магнитоизмерительной техники.

На защиту выносятся:

- методика испытания ПМ в полуразомкнутой магнитной системе, позволяющая с высокой производительностью определять статические характеристики материалов заготовок ПМ;

- алгоритм управления процессом перемагничивания ПМ, позволяющий существенно уменьшить время измерения статической характеристики ПМ;

- математическая модель распределения напряженности магнитного поля у поверхности ПМ в полуразомкнутой магнитной системе;

- методика измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ в полуразомкнутой магнитной системе, позволяющая определить характеристику материала ПМ;

- конструкция, принцип действия и математическая модель первичного измерительный преобразователя напряженности магнитного поля;

- структура, принцип действия и алгоритм функционирования быстродействующего устройства контроля магнитных свойств постоянных магнитов для систем управления процессом их изготовления.

Научная новизна.

1. Предложена методика испытания ПМ в полуразомкнутых магнитных системах, особенностью которой является управление процессом перемагни-чивания с учетом формы кривой размагничивания изделия, что обеспечивает измерение статических характеристик материалов заготовок ПМ с высокой производительностью.

2. На основании разработанной и исследованной математической модели распределения напряженности магнитного поля у поверхности ПМ, предложена оригинальная конструкция первичного измерительного преобразователя напряженности магнитного поля.

3. Предложена методика измерения напряженности магнитного поля, основанная на вычислении его значения на поверхности ПМ по результатам измерений напряженности в трех точках на определенных расстояниях от ПМ, позволяющая получать характеристики материалов ПМ и их заготовок.

4. Построена и исследована математическая модель оригинального трехсекционного ферромодуляционного преобразователя, позволяющая определить его основные метрологические характеристики.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработан оригинальный трехсекционный ферромодуляционный преобразователь. На его основе создано устройство для измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ с погрешностью не хуже ±4 %. Разработано и изга-товлено устройство контроля ПМ. В устройстве реализован алгоритм адаптивно-ступенчатого управления размагничивающим полем и методика измерения напряженности магнитного поля на поверхности ПМ. Устройство обеспечивает измерение кривой размагничивания ПМ за время, не превышающее 10 с при погрешности измерения не хуже ±5 %. На указанные выше устройства получены акты внедрения на: ОАО ПО «Магнит», г. Новочеркасск и ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) г. Новочеркасск.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в работе, были доложены, обсуждены и одобрены: на I, II и IV Международной научнопрактической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочеркасск, 2000-2003 гг.); на IV Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (Новочеркасск, 2003 г.); на IV Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике» (Новочеркасск, 2004 г.); на IV Международной научно-практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения» (Новочеркасск, 2004 г.); на VI Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2004 г.); на научных совместных семинарах кафедр «Информационно-измерительная и медицинская техника», «Автоматика и телемеханика», «Электрические, электронные и микропроцессорные аппараты» ЮРГТУ (НПИ).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 17 печатных работах, из которых 2 патенты РФ и одно свидетельство о регистрации программного продукта.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 116 наименований и приложений.

Основные результаты.

1. Разработана эффективная методика испытаний постоянных магнитов в -полуразомкнутых магнитных системах, основанная на том, что управление процессом перемагничивания производится с учетом формы кривой размагничивания изделия, и позволяющая измерять статические характеристики материалов заготовок постоянных магнитов в полуразомкнутых магнитных системах с высокой производительностью.

2. Выполнено проектирование и собран экспериментальный образец устройства активного контроля постоянных магнитов. Устройство состоит из установки электромагнита типа У5056 в которую входят управляемый источник тока,

TechniKh* Uni»*rsitJt llm«n«o Fakultit fur MaKhintnbau Teltfon: «49 (3677) 69 24 99 D«utv:h« Bundesbank

W 10 05 65 Teltfax: (3677) 69 18 02 Filial* Erfurt

98684 llmenau Bewchtradress*: «-mail: dckanttmaKhinenbau.tu-ilmenau d« Konto Nr 820 015 00

Man-Plarxk-King 12 (Haus F) www.maKhin«nbau.tu-ilfr>*nau.d« BL2 820 ООО 00 98693 llmenau намагничивающая система, преобразователь индукции и преобразователь напряженности; блок усилителей, который состоит из источника питания и усилителей каналов измерения индукции и напряженности; плата сбора информации /,-761, в которую входят коммутатор, АЦП и ЦАП; персональный компьютер типа IBM PC. Испытуемые изделия - постоянные магниты с различными формой центрального сечения и отношением длины к диаметру.

3. Разработано программное обеспечение, при помощи которого производится управление работой устройства активного контроля с персонального компьютера, и выполняющее следующие функции:

- инициализация системы, запись и коррекция напряжения смещения измерительных каналов;

- управление источником тока;

- управление электронными коммутаторами системы;

- оцифровка сигналов датчиков;

- выдача графиков измеряемых характеристик. >

4. Проведенные в институте микросистемотехники, мехатроники и механики ТУИ и на фирме ИННОМАС испытания устройства подтвердили его работоспособность. Устройство позволяет измерять в автоматическом режиме статическую кривую размагничивания материала постоянного магнита в полуразомкнутой магнитной системе с погрешностью не хуже ±5 %. Время измерения составляет менее 10 с.

Кафедра мехатроники машиностроительного факультета ТУИ

ШьЛсхЛ . профессор Э. Калленбах

Зав. кафедрой ИИМТ ЮРГТУ (НПИ) профессор Н.И. Горбатенко

Утверждаю:

Генеральный директор уфАЙйО «МАГНИТ»

Паршин С. А.

2004 г.

АКТ внедрения результатов кандидатской диссертации Пжилуского А.А.

Результаты научных исследований и разработок, выполненные Пжилу-ским А.А. и изложенные в его кандидатской диссертации, посвященной разработке и исследованию быстродействующего устройства активного контроля постоянных магнитов для систем управления технологическим процессом их изготовления, используются ОАО НПО «Магнит» при создании технологических линий для производства современных постоянных магнитов.

Пжилуским А.А., совместно с сотрудниками кафедры «Информационно-измерительная и медицинская техника» в рамках научного направления Южно-Российского государственного технического университета (НПИ) «Теория и принципы построения информационно-измерительных систем и систем управления» (утверждено решением ученого совета университета от 25.01.03 г.) и в соответствии приоритетным направлением развития науки, технологий и техники РФ «Информационно-телекоммуникационные технологии и электроника» (утверждено указом президентом РФ от 30.03.02 г.), разработано и изготовлено быстродействующее устройство активного контроля постоянных магнитов. Устройство предназначено для работы в цеховых и лабораторных условиях и позволяет измерять и контролировать статические характеристики материалов постоянных магнитов в полуразомкнутых магнитных системах с погрешностью не хуже ±5 % и производительностью не менее 2800 шт/смену. Устройство выполнено на базе персонального компьютера и отличается высокой степенью универсальности и надежности.

В разработанном устройстве активного контроля использованы следующие результаты диссертационной работы Пжилуского А.А.:

- методика испытания постоянных магнитов в полуразомкнутой магнитной системе, позволяющая с высокой производительностью определять статические характеристики материалов заготовок постоянных магнитов;

- алгоритм управления процессом перемагничивания испытуемых изделий, позволяющий существенно уменьшить время измерения статической характеристики постоянных магнитов;

- методика измерения напряженности магнитного поля на поверхности постоянных магнитов в полуразомкнутой магнитной системе, позволяющая определить характеристику материала изделия.

Описанное быстродействующее устройство активного контроля предполагается к внедрению в составе разрабатываемой ОАО НПО «Магнит» систему управления технологическим процессом изготовления постоянных магнитов.

Технический директор ОАО ПО «Магнит»

1. Мишин Д.Д. Магнитные материалы: Учебное пособие. — М.: Высш. школа, 1981.-335 с.

2. Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные материалы и элементы: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 1981. - 352 с.

3. Ланкин М.В. Активный контроль в технологическом процессе производства изделий с постоянными магнитами // Изв. вузов Сев.-Кав. региона Технические науки - 2000. №1. - 24-27.

4. Испытание магнитных материалов и систем / Е.В. Комаров, А.Д. Покровский, В.Г. Сергеев, А.Я. Шихин. - М.: Энергоатомиздат, 1984.- 376 с.

5. Тушканов Н.Б. Разработка и исследование быстродействуюш;его автоматического магнитоизмерительного устройства систем управления качеством полупостоянных магнитов. Автореферат дис. на соиск. уч. степени к.т.н. - Новочеркасск (НПИ), -1981. - 16 с.

6. Ланкин М.В. Устройства контроля и прогнозирования магнитных свойств для систем управления технологическим процессом производства постоянных магнитов. Автореферат дис. на соиск. уч. степени к.т.н. -Новочеркасск (НПИ), 1990. - 16 с.

7. Балашов Е.П. Долженков В.А. Статистический контроль и регулирование качества массовой продукции. - М.: Машиностроение, 1984. - 23 с.

8. Ланкин М.В., Пжилуский А.А. Моделирование технологического процесса изготовления постоянных магнитов с помощью пакета MATLAB// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2003. — Приложение №5. - 3-8.

9. ГОСТ 8.268-77. Методика выполнения измерений при определении статических магнитных характеристик магнитотвердых материалов. - М.: Изд-во стандартов, 1977. - 22 с.

10. Новогренко В.Е. Исследование методов и средств измерения магнитных величин для статистической оценки качества технологического про-цесса изготовления литых постоянных магнитов. - Автореф. дис. канд.техн. — щ Киев, 1982.-18 с.

11. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. — Л.: Энергия, 1969.-375 с.

12. ГОСТ 25639-83. Магниты литые постоянные. Технические условия. т - Введ. 01.01.84. - М.: Изд-во стандартов, 1987. - 27 с.

13. ГОСТ 24936-89. Магниты постоянные для электротехнических изделий. Общие технические требования. Введ. 01.01.91. - М.: Изд-во стандартов, 1989.-21 с.

14. ГОСТ 21559-76. Материалы магнитотвердые спеченные. Марки, технические требования и методы контроля. Введ. 01.01.77 до 01.07.92. - М.: Изд-во стандартов. 1976. - 20 с.

15. ГОСТ 24936-81. Магниты постоянные литые для электротехнических изделий. Общие технические условия. Введ. 01.07.82 до 01.01.91. - М.: ф Изд-во стандартов. 1981. - 25 с.

16. ГОСТ 24897-81. Материалы магнитотвердые деформируемые. Марки, технические требования и методы контроля. Введ. 01.01.83 до 01.01.93. -М.: Изд-во стандартов. 1981. - 9 с.

17. Антонов В.Г. Средства измерений магнитных параметров материалов. - Л.: Энергоатомиздат. Ленинф. отд-ние, 1986. -216 с.

18. Ягола Г.К. Спиридонов Р.В. Измерение магнитных характеристик магнитотвердых материалов. - М.: Изд-во стандартов. 1989. - 196 с.

19. Нестерин В.А. Оборудование для импульсного намагничивания и контроля постоянных магнитов. - М.: Энергоатомиздат. 1986. - 88 с.

20. Кифер И.И. Испытания ферромагнитных материалов. - М.: Энер- щ ГИЯ.-1969.-360С.

21. Сергеев В.Г. Разработка и создание автоматизированных измерительных средств для испытания магнитных материалов: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - М.: МЭИ, 1987. - 34 с.

22. Шихин А.Я. Автоматические магнитоизмерительные системы. — М.: Энергия, - 1977. - 135 с.

23. Февралева Н.Е. Магнитотвердые материалы и постоянные магниты. - Киев: Наукова думка, 1969. - 232 с.

24. Андриевский Е.А. Испытание магнитотвердых материалов в устройствах с разомкнутой и неполностью замкнутой магнитной цепью. - Киев: т Изд. АН УССР, 1970. - 23 с.

25. Андриевский Е.А. Измерение параметров постоянных магнитов. - Киев: Техника, 1977. -152 с.

26. Чечерников В .И. Магнигаые измерения. - М : Изд-во МГУ, 1969. -285 с.

27. В.В. Брайко, И.П. Гринберг, Д.В. Ковальчук. Гальваномагитные * преобразователи в измерительной технике / Под ред. Г. Таранова. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 360 с.

28. Вайсе Г. Физика гальваномагнитных полупроводниковых приборов и их применение. - М.: Энергия, 1974. - 384 с. ф 30. Кобус А., Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы. - М.: Энергия, 1971.-351 с.

29. Ленц Дж.Э. Обзор магнитных датчиков // ТРШЭР. - 1990. - Т.78. - №6.-С.87-102.

30. Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. - Л.: Энергоатомиздат, 1986.-187 с.

31. Хомерики O.K. Гавальномагнитные элементы и устройства автоматики и вычислительной техники. - М.: Энергия, 1975. - 176 с.

32. Яковлев Н.И. Бесконтактные электроизмерительные приборы. - Л.: ^ Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.

33. Яковлев Н.И. Цифровые феррозондовые магнитометры. - Л.: Энергия, 1978.-168 с.

34. А.с. 1051474. СССР. МКИ С0\КЗЗП2. Устройство для контроля постоянных магнитов /В.Г. Тугарин, Е.М. Шабаков, В.В. Яковлев. - Заявл. 25.01.81, №2874149; Опубл. 30.10.83; Бюл. №40.

35. Прокошин В.И., Ярмолович В.А., Васильев И.И. Магнитопленоч- ные датчики Холла // Измерительная техника - 1992. № 11. - 421.

36. Prazisions Hall 1С II Techn. Mess. - 1998. 65. № 11. -p. 43-45.

37. Пат. 5585719 США, МПК (j01/?3/488. Чувствительный элемент на основе магниторезистивного эффекта и электрическая схема для этого элемента / Endo Michiko, Shimizu Nobuyoshi, Kurashima Shigemi; Fujitsu Ltd. -Опубл. 17. 12. 06.

38. Пат. 2059259 РФ, МПК G01^33/302. Магниточувствительный элемент / А. В. Безруков, Ю. К. Левин, В. А. Лопатин - Опубл. в Б.И., 27.4.96, №12.

39. Заявка 4430243 ФРГ, МПК G01/?31/302. Магниточувствительный элемент / Kocher D.; Sislab GmbH. - Опубл. 9. 03. 95.

40. Заявка 2291205 Великобритания, МПК ООХКЪЪЮв. Gibbs Michael, ets.\ The University of Sheffield - Ony^n. 17.01.96.

41. Magnetftelder undStrome IIELRAD. - 1994. № 10. - С 15.

42. Philips Semiconductors. Technical Publication 298, Electronic components and materials. - 1996.

43. Fontana R.E. Process complexity of magnetoresistive sensors: a review IIIEEE Trans. Magn. - 1995. № 6.

44. Поливанов K.M. Ферромагнетики. - M.: Госэнергоиздат, 1957.-256с.

45. Розенблат M.A. Магнитные датчики. Состояние и тенденции развития // Автоматика и телемеханика. - 1995. № 6. - 3-55. т

46. ГОСТ 8.377-80. Материалы магнитомягкие. Методика выполнения 0 измерений при определении статических магнитных характеристик. - Взамен ГОСТа 15058-69; Введ. 28.03.80. - М . : Изд-во стандартов, 1980. - 21 с.

47. Пат. 61-38418 Япон., МКИ G01/?33/02. Устройство для измерения магнитного поля / Ои Денки К.К. - Опубл. 29. 08. 86.

48. Горбатенко Н. И. Разработка и исследование автоматических устройств производственного контроля переменных магнитов. — Дис.. . канд. техн. наук. - Новочеркасск, 1975. - 169 с.

49. Горбатенко Н.И. Натурно-модельные испытания изделий из ферромагнитных материалов. - Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001. — 392 с.

50. А.с. 760006. СССР. МКИ С0\КЗЗП2. Способ контроля коэрцитивной силы ферромагнитных материалов /П.П. Маркин, Б.В. Образцов. - Заявл. 03.05.78, №2610469; Опубл. 30.04.80; Бюл. №32

51. А.с. 1288637. СССР. МКИ О0\КЗЗП2. Устройство для измерения коэрцитивной силы постоянных магнитов /Л.И. Лысенко, В.Л. Гусев, Г. Кобец. - Заявл. 08.04.83, №3574540; Опубл. 07.02.87; Бюл. №5

52. Чуприн В.Д., Сквирский В.Я. Шведов Г.М. Высокопроизводительный коэрцитиметр с роботизированным комплексом // Электронная промышленность. 1989. - №7. - 72-75.

53. Семченко А.Д. Разработка и исследование экспресс-метода измерения основных ферромагнитных параметров постоянных магнитов малых размеров: Автореферат дис. На соискание уч. степени к.т.н. - Новочеркасск, 1975.-27 с.

54. Автоматическая установка для экспресс-испытаний постоянных магнитов малых размеров /В.Т. Болдырев, Н.М. Важинский, А.Д. Семченко, Б.М. Степанов //Изв. Вузов. Электромеханика. 1977. -№12. -С. 385-387.

55. Селезнев Ю.В., Маслов Ю.Н., Рыжков Г.П., Вабиков М.А. Автоматический контроль магнитных параметров: Учеб. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1971. — 288 с.

56. Пеккер И.И., Журавлева Т.С. Контроль постоянных магнитов с помощью датчиков Холла // Изв. вузов. Электромеханика. 1962. - №12.-С.12-15.

57. Бозорт P.M. Ферромагнетизм. - М.: ИИЛ. 1956 - 112 с.

58. А.с. 1013878. СССР. МКИ О01КЗЗП2. Способ разбраковки магнитов /В.К. Кудрявцев, Ю.Н. Маслов, А.И. Гриднев, М.А. Чокели. - Заявл. 23.12.81, №3369322; Опубл. 23.04.83; Бюл. №15.

59. А.с. 756326. СССР. МКИ G01^33/12. Устройство для контроля и сортировки постоянных магнитов /Б.И. Белянчиков. - Заявл. 04.04.78, №2600030; Опубл. 15.08.80; Бюл. №30.

60. Ипьинская Л.В., Белянчиков Б.И. О построении автоматических устройств для контроля рабочей индукции постоянных магнитов из сплава ЮНДК25БА в имитаторе //Автоматический контроль и измерение магнитных параметров. - Иваново, 1975. - 88-91. т

61. Малышев B.C., Шахнин В.А., Ильинская Л.В. Устройство для разбраковки внутрирамочных магнитов в эквивалентной системе //Магнитные измерения и приборы. - 1976. - 34-36.

62. Пучнин В.И. Установка автоматического контроля магнитов типа УАКМ-4 //Приборы и системы управления. -1988. - №12. - 32-35.

63. Тушканов Н.Б., Горбатенко Н.И., Малашенко А.Г. Разработка аппаратуры для измерения параметров полупостоянных магнитов. //Тезисы докладов VI Всесоюзной конференции по постоянным магнитам. Владимир. -М.: Информэлектро, 1979.-С. 103-104.

64. А.с. 1280553. СССР. МКИ G01R33/12. Способ контроля магнитных свойств постоянных магнитов /ГУ. Абайдуллин, Е.И. Люлько. - Заявл. 08.04.85, №3879316; Опубл. 30.12.86; Бюл. №48.

65. А.с. 1269063. СССР. МКИ G01R33/12. Устройство для измерения магнитного потока постоянных магнитов /Г.Р. Круль, И.М. Данилевич, Ю.В. Щербинин, Г.С. Гойхман. - Заявл. 07.06.84, №3749687; Опубл. 07.11.86; Бюл. №41.

66. А.с. 1248866. СССР. МКИ C?01i?33/12. Устройство для автоматической сортировки постоянных магнитов /С.А. Воробьев, В.Г. Коротиков, О.Е. Ивановский. - Заявл. 25.10.84, №3814585; Опубл. 07.07.86; Бюл. №25.

67. ГОСТ 17809-72. Материалы магнитотвердые литые. Марки и технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1972.- 8 с.

68. ГОСТ 21559-76. Материалы магнитотвердые спеченные. Марки, технические требования и методы контроля. М.: Изд-во стандартов, 1976. -8с.

69. ГОСТ 24897-81. Материалы магнитотвердые деформируемые. Марки и технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1981. - 8 с.

70. Постоянные магниты: Справочник/ Под ред. Ю.М. Пятина.-М.: Энергия, 1971.-376 с.

71. Горелик А.Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания. - М.: Высшая школа, 1984.-205 с.

72. Букринский В.А. Геология недр. - М: Недра, 1985.-251 с.

73. Сошникова Л.А., Тамашевич В.Н., Уебе Г., Шеффер М. Многомерный статистический анализ в экономике: Учеб. пособие для вузов/Под ред. проф. В.Н. Тамашевича. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1999. - 598 с.

74. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. Пособие для втузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высшая школа, 1988.-239 с.

75. Темников Ф.Е. Теоретические основы информационной техники, - М.: Энергия, - 1971,-423 с.

76. ГОСТ 8.268-77. Методика выполнения измерений при определении статических магнитных характеристик магнитотвердых материалов. М., Изд-во стандартов, 1977. - 24 с.

77. Сергеев В.Г. Разработка и создание автоматизированных измерительных средств для испытания магнитных материалов: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. — М., 1987. — 34 с.

78. Ланкин М.В., Пжилуский А.А., Кучеров В.А. Калькулятор «Адаптивное управление размагничивающим полем». Св. 2003610019 Россия №2002611835. -Заявл. 18.10.2002. зарег. 04.01.2003.

79. Бородич А. Эконометрика: Учеб. пособие/ А. Бородич. - Мн.: Новое знание, 2001. - 408 с.

80. Исследование устройств и систем автоматики методом планирования эксперимента: Учебник для вузов/Под редакцией В.Г. Воронова. - Харьков: Вища школа, 1986. - 240 с.

81. Горбатенко Н.И. Натурно-модельные испытания изделий из ферромагнитных материалов. - Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2001. - 392 с.

82. А.С.815690. СССР. МКИ G01R 33/02. Устройство для измерения напряженности магнитного поля./Н.И. Горбатенко, Н.Б. Тушканов. - Заявл. 03.05.79; №2761018/18-21; Опубл. 23.03.81; Бюл. №11.

83. Пат. 2191398. РФ. G01R33/02. Устройство для измерения напряженности магнитного поля. /М.В. Панкин., Н.И. Горбатенко., А.А. Пжилу-ский и др., - заяв. 07.07.2000; 2000118024/09; Опубл. 20.10.2002; Бюл. N 29.

84. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно- измерительной техники - Киев: Вища школа, 1983. - 455 с.

85. Розенблат М.А. Магнитные элементы автоматики и вычислительной техники. — М.: Высшая школа, 1966. - 85 с.

86. Пирогов А.И., Шамаев Ю.М. Магнитные сердечники для устройств автоматики и вычислительной техники. Изд. 3-е, перераб. и доп. — М.: Энергия, - 1973. - 264 с.

87. Гусейнов Ф.Г., Мамедяров О.С. Планирование эксперимента в задачах электроэнергетики. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 14.

88. Пат. 2185635. РФ. G01/?33/14. Устройство для классификации ферромагнитных материалов по форме кривой размагничивания. /М.В. Ланкин., Н.И. Горбатенко., А.С. Гришин, А.А. Пжилуский - заяв. 20.12.200; №20001133136/09; Опубл. 20.07.2002; Бюл. №20.

89. Пат. 2191398. РФ. G0\R33/02. Устройство для измерения напряженности магнитного поля. /М.В. Ланкин., Н.И. Горбатенко., А.А. Пжилу-ский и др., - заяв. 07.07.2000; №2000118024/09; Опубл. 20.10.2002; Бюл. №29.

90. Гольденберг Л.М. Цифровая обработка сигналов: Справочник/ Л.М. Гольденберг, Б.Д. Матюшкин, М.Н. Поляк. - М.: Радио и связь, 1985. -312с.

91. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.-304 с. 108. 180 аналоговых микросхем. Справочник. - М.: Патриот, 1993. — 152 с.

92. Пат.19944779А1 ФРГ МКИ GO 1 N27/72. Способ определения магнитных свойств образцов и устройство для его реализации / Горбатенко Н.И, Бахвалов Ю.А, Ланкин М.В., Калленбах Э., Баер Ф., - Опубл. 22.03.2001.

93. Котлер А.Б., Рубинчев Н.А., Фрумкин В. Д. О достоверности контроля при одностороннем ограничении допустимых значений контролируемого параметра // Метрология. - 1975. - №2. - 11-17.

94. Новогренко В.Е. Математическая модель технологического рассеяния магнитных параметров // Тезисы докладов VIII Всесоюзной конференции по постоянным магнитам. - М., 1985. - 75-76.

95. Орнатский П.П. Теоретические основы информационно- измерительной техники. - Киев: Вища школа, 1983. — 455 с.

96. Рабинович Г. Погрешности измерений. - Л.: Энергия, 1978. — 262 с.

97. Вострокнутов Н.Г., Евтихеев Н.Н. Информационно- измерительная техника. — М.: Высшая школа, 1977. — 232 с.