автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Математическое моделирование и автоматическое управление объектами с распределенными параметрами в технологических процессах изолирования кабелей связи

На правах рукописи

Митрошин Владимир Николаевич

им

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ОБЪЕКТАМИ С

РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ИЗОЛИРОВАНИЯ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ

Специальность 05.13.06 - "Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами (промышленность)"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара 2006

Работа выполнена на кафедре "Автоматика и управление в технических системах" ГОУ ВПО "Самарский государственный технический университет"

Научный консультант: - Заслуженный деятель науки и

техники РФ, доктор технических наук, профессор Рапопорт Эдгар Яковлевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

профессор Галицков Станислав Яковлевич

— доктор технических наук, профессор Данилушкин Александр Иванович

— доктор технических наук, профессор Коваль Владимир Александрович

Ведущая организация: ЗАО "Самарская кабельная

компания", г. Самара

Защита состоится 27 декабря 2006 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.03 в Самарском государственном техническом университете по адресу: 443010, г.Самара, ул. Гапактионовская, 141, ауд. 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: 443100, г. Самара, ул. Первомайская, 18, корп. №1.

Автореферат разослан -/4 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.Г. Губанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Важнейшими задачами, которые должны быть решены для интенсификации производства, повышения его эффективности и конкурентоспособности выпускаемой продукции являются увеличение производительности труда, экономия материальных ресурсов, сокращение численности работающих, повышение качества продукции и ее эксплуатационных характеристик.

Решение этих задач невозможно без комплексной автоматизации производственных процессов, оптимизации технологических режимов и управления производственными процессами.

Вместе с тем, одной из важных составляющих любой сложной технической системы являются линии передачи информации. В настоящее время в качестве линий передачи информации в различных областях техники (радиотехнике, телемеханических системах, вычислительных сетях, связи и т.д.) широко используются проводные кабели связи. К ним относятся радиочастотные коаксиальные кабели, LAN-кабели, миниатюрные компьютерные кабели, сверхпроводящие коаксиальные кабели, кабели для систем кабельного телевидения, коаксиальные кабели зоновой связи и другие.

Неотъемлемой составляющей производства любого проводного кабеля является операция изолирования — наложения изоляции на то ко проводящую жилу. Именно на операции изолирования формируются основные параметры кабеля как канала связи, определяющие в конечном итоге его применимость в том или ином частотном диапазоне.

Проблеме повышения эффективности управления технологическими процессами кабельного производства, разработке моделей, систем и алгоритмов автоматического управления различными процессами производства кабелей связи посвящены научные исследования ученых Колесникова К.Д., Чостковского Б.К., Попова Э.Б., Абросимова A.A., Михеева А.Г., Тяна В.К., Авдеева О.Н., Кижаева С.А. и других. Однако в известных работах по автоматизации решались, как правило, задачи управления не экструзионными линиями по наложению кабельной изоляции, а другим технологическим оборудованием кабельного производства — отжигом медной проволоки, сварочным станом и т.д.

В работах Труфановой Н.М., Боярченко В.И., Зиннатуллина P.P., Первадчук В.П., Янкова В.И., Щербинина В.И. и других основное внимание уделялось математическому описанию процессов, происходящих при переработке пластических масс на одночервячных экструдерах; процессам тепломассопереноса в канале пластицирующего экструдера, плавлению полимерных материалов в экстру дере и т.д.

В работах Чостковского Б.К., Степанова Л.Е., Колпащикова С.А. и некоторых других авторов рассматривались вопросы управления экструзионными линиями по наложению кабельной изоляции, основной

упор делался на выбор критериев качества изготавливаемой продукции, разработку алгоритмов управления, обеспечивающих заданное качество продукции. Но при этом объекты управления рассматривались и описывались, как объекты с сосредоточенными параметрами, что не отвечало физике процессов наложения кабельной изоляции, по своей природе являющихся распределенными технологическими объектами, управление которыми, по сути, также является распределенным. Соответственно, синтез и анализ систем управления выполнялся в классе сосредоточенных систем. Использование упрощенных моделей технологических процессов кабельного производства, не вполне адекватных реальным объектам, значительно ухудшало качество управления.

Первые результаты по описанию технологических процессов переработки пластмасс как объектов с распределенными параметрами приведены в работах Хаджийски Н., Пацова С., Данилушкина А.И., Чадаева В.В. Но они получены либо для экструдсра с индукционным нагревом для изготовления пенополистирольного пенопласта, используемого в строительной индустрии (Данилушкин А.И.), либо (Хаджийски Н., Пацов С.) для технологической линии по изготовлению полиамидного волокна. В работе Чадаева В.В. описана разработанная система оптимального управления охлаждением жилы кабеля связи в процессе его изготовления, позволяющая стабилизировать натяжение жилы в процессе производства. Система выполнена как система с распределенными параметрами, но в ней решена частная задача, т.к. работа системы стабилизации натяжения оказывает незначительное влияние на формирование параметров качества выпускаемого кабеля.

Актуальность решаемой проблемы можно охарактеризовать следующими моментами:

1. Успешное функционирование кабельного производства принципиально невозможно без автоматизации технологических процессов, составляющих технологический цикл изготовления кабелей связи;

2. При тех жестких требованиях, которые предъявляются к кабельной продукции, нерегулярности параметров кабеля по величине и частотному диапазону не могут быть уменьшены до требуемых значений без адекватного представления управляемых технологических установок как объектов с распределенными параметрами, что отвечает физике процессов кабельного производства;

3. Построение систем автоматического управления технологическими процессами наложения кабельной изоляции на базе уточненных моделей объектов позволяет реализовать системы с улучшенными показателями качества.

В диссертационной работе проведено математическое моделирование процессов наложения кабельной изоляции на одночервячных прессах и

структурное моделирование процесса охлаждения изолированной кабельной жилы на экструзионной линии как объектов управления с распределенными параметрами; синтезирована система управления охлаждением кабельной изоляции как система управления с распределенными параметрами.

Работа поддержана грантом РФФИ (проект 06-08-00041-а).

Цель работы — разработка проблемно-ориентированных математических моделей, алгоритмов и систем автоматизации физически неоднородных объектов с распределенными параметрами в технологических процессах изолирования кабелей связи и повышение эффективности их производства за счет улучшения качества накладываемой изоляции.

Для достижения указанной цели должны быть решены следующие взаимосвязанные научные задачи:

1. Проведена декомпозиция глобального критерия качества изготавливаемого кабеля как канала связи на локальные критерии, формируемые на промежуточных технологических операциях его изготовления.

2. Математическое моделирование совокупности взаимосвязанных технологических процессов формирования изоляции кабелей связи.

3. Структурное моделирование процессов наложения кабельной изоляции на одночервячных прессах как объектов с распределенными параметрами.

4. Синтез алгоритмов и систем управления пространственно-распределенными процессами наложения изоляции при производстве кабелей связи.

5. Разработка и промышленное внедрение систем автоматического управления процессами производства кабелей связи.

Научная новизна Постановка задач и методы их решения существенно отличаются от традиционных использованием системного подхода к проблеме автоматизации всей совокупности непрерывных технологических процессов изолирования кабелей связи; математическим, структурным моделированием и построением систем управления процессами формирования изоляции кабелей связи как объектами с распределенными параметрами. К новым научным результатам в указанном направлении относятся:

— декомпозиция обобщенных эксплуатационных критериев качества кабелей связи на основе системного подхода к автоматизации непрерывных технологических процессов кабельного производства и обоснование локальных критериев качества кабельной продукции, изготавливаемой на промежуточных технологических операциях;

— аналитическое описание и структурное моделирование процессов в зоне дозирования одночервячного экструдера как объекта управления температурным полем расплава полимера;

- аналитические модели и структурное представление управляемого процесса охлаждения изолированной кабельной жилы в виде физически неоднородной, пространственно распределенной системы двух сопряженных осесимметричных движущихся цилиндрических тел;

- алгоритмы и системы оптимального управления охлаждением кабельной изоляции в процессе ее наложения на экструзионных линиях;

- методы анализа и синтеза систем автоматического управления распределенными объектами технологических процессов изолирования кабелей связи.

Научная значимость работы. Совокупность разработанных в диссертации математических и структурных моделей технологических процессов производства кабелей связи, методов и алгоритмов управления представляют собой методологические основы построения систем автоматизации непрерывных технологических процессов изолирования кабелей связи как объектов управления с распределенными параметрами.

Практическая ценность работы состоит в следующем. Полученные в работе результаты позволили решить ряд практических задач, существенно улучшающих технико-экономические показатели автоматизируемого технологического оборудованию по наложению термопластической изоляции кабелей связи, и повысить качество изготавливаемого кабеля.

Выполненное в диссертационной работе структурное моделирование процесса охлаждения изолированной кабельной жилы на экструзионной линии как объекта управления с распределенными параметрами позволило решить задачу по определению минимальной длины ванн охлаждения при наложении кабельной изоляции, при которой обеспечивается заданная абсолютная точность приближения результирующего радиального распределения температуры изоляции к требуемому состоянию. При фиксированной длине ванн охлаждения это позволяет определить максимально возможную скорость наложения изоляции на экструзионной линии, при которой гарантируется требуемая точность поддержания радиального распределения температуры изоляции на выходе последней ванны охлаждения. При этом рост производительности оборудования с гарантированным сохранением требуемого качества кабельной продукции достигает 10%.

Проведенное в работе структурное моделирование теплофизических процессов наложения кабельной изоляции на одночервячных экструдерах как объектов управления с распределенными параметрами позволило впервые сформулировать обоснованные требования к распределенному управлению — пространственному распределению температур зон нагрева червяка экструдера, обеспечивающему с заданной точностью требуемое распределение по глубине канала шнека температуры расплава полимера в зоне дозирования экструдера. Это в конечном итоге позволит существенно повысить стабильность формируемых на операции изолирования

параметров качества кабельной изоляции, особенно в случае наложения химически вспененной изоляции, наиболее чувствительной к колебаниям температуры расплава полимера.

Основные положения, выносимые на защиту:

— методология формирования исходных требований к системам автоматического управления процессами изолирования кабелей связи;

— математические модели и структурное представление одночервячного экструдера как объекта управления с распределенными параметрами при регулировании температуры расплава изоляции в зоне дозирования;

— математические модели и структурное представление процесса охлаждения кабельной изоляции как объекта управления с распределенными параметрами;

— алгоритмы и системы оптимального управления стационарным режимом охлаждения изолированных кабельных жил;

— алгоритмы управления и структуры систем автоматического управления наложением химически вспененной изоляции коаксиальных кабелей с учетом их полосы пропускания;

— алгоритмы управления и структура системы стабилизации температуры расплава изоляции в одночервячном экстру дере;

— результаты анализа и промышленного внедрения систем автоматического управления процессами наложения изоляции кабелей связи.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, методы теории тепло- и массообмена, аппарата конечных интегральных преобразований и преобразований Лапласа, теории автоматического управления, методы структурной теории распределенных систем, теории оптимального управления систем с распределенными параметрами, экспериментальные методы исследования объектов и систем автоматического управления.

Достоверность и обоснованность полученных в диссертационной работе научных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается корректным применением методов математического анализа, методов теории автоматического управления, структурной теории распределенных систем и теории оптимального управления систем с распределенными параметрами. Справедливость выводов относительно эффективности предложенных систем и алгоритмов управления подтверждена математическим моделированием на персональных компьютерах и промышленными экспериментами, результаты которых позволяют сделать вывод об адекватности математических моделей и работоспособности предложенных алгоритмов управления.

Реализация результатов исследований.

Полученные в работе теоретические положения и практические результаты использованы:

— при разработке и создании информационно-измерительной системы для автоматического контроля диэлектрической проницаемости кабельной изоляции (ОКБ КП, г. Мытищи, Московской области);

— при разработке системы контроля и управления наложением пористой изоляции кабеля ВКПАП (АО "Самарская кабельная компания", г. Самара);

— при разработке системы управления экструзионной линией (ЗАО "Самарская кабельная компания", г. Самара);

— в учебном процессе в курсовом и дипломном проектировании. Апробация работы. Основные научные положения и результаты

диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных, российских и международных конференциях:

— VI Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития кабелей связи в XI пятилетке",- Одесса, 1982;

— Всесоюзной научно-технической конференции "Новое технологическое оборудование, современные средства автоматизации и механизации кабельного производства",—Бердянск, 1984;

— VII Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития кабелей связи в XII пятилетке". — Бердянск, 1986;

— Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированные комплексы и системы, современное оборудование кабельного производства". — Паневежис, 1987;

— Всероссийской научно-технической конференции "Надежность механических систем". — Самара, 1995;

— Международной конференции "Информационные, измерительные и управляющие системы" (ИИУС-2005). - Самара, 2005.

— Экспонат "Прибор для автоматического контроля параметров кабельной продукции" представлялся на ВДНХ СССР в 1988 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 40 научных работах, в том числе 11 статей опубликовано в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК России для опубликования результатов докторских диссертаций, в 1 монографии, в 5 статьях и материалах конференций, по теме диссертации получено 8 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложений и списка использованных источников, содержащего 230 наименований. Основная часть работы содержит 250 страниц машинописного текста, включающего 75 рисунков, 5 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулирована цель работы, отражены основные положения, выносимые на защиту, показаны их научная новизна и практическая значимость.

В первой главе рассматривается использование системного подхода в автоматизации непрерывных технологических процессов кабельного производства, формулируются основные принципы системного подхода и системные свойства технологических процессов кабельного производства, рассматриваются критерии качества кабельного производства применительно к изготовлению коаксиальных кабелей с пористой изоляцией, симметричных кабелей со сплошной изоляцией, LAN-кабелей. На этом основании формулируются глобальный критерий качества функционирования системы, который путем анализа его компонентов позволяет перейти к локальным критерия качества. Это в свою очередь позволяет определить дальнейшую структуру математических моделей и топологию соответствующих подсистем управления, обеспечивающих соблюдение локальных критериев качества, а, следовательно, и выполнение глобального критерия.

Как правило, глобальным критерием качества кабеля, как канала связи, рассматривается тот или иной его эксплуатационный параметр, определяющий применимость кабеля в требуемом частотном диапазоне. Зачастую таковым параметром является неоднородность его волнового сопротивления.

На основании базовых закономерностей, основанных на рассмотрении электродинамических процессов, происходящих в направляющей линии — кабеле для локальных цифровых сетей (Local Area Network — LAN), получено выражение для волнового сопротивления ZB LAN-кабеля 7 категории (экранированной симметричной цепи):

здесь - эквивалентная относительная диэлектрическая проницаемость симметричной пары; От] ,Оиз2_ диаметры жил по изоляции; й — диаметр медного проводника; с!э - диаметр экрана; г, и е2 - относительные диэлектрические проницаемости изоляции жил.

Аналогичное выражение для волнового сопротивления коаксиального кабеля с пористой изоляцией получено в виде:

здесь е - относительная диэлектрическая проницаемость пенопластовой изоляции; Г)т — диаметр жилы по изоляции; ¿1 — диаметр медного проводника; О— внутренний диаметр внешнего проводника.

120 , Рт1 + Duil-d 4d*-(DHt]+DmJ .

(1)

(2)

Полученные выражения для волнового сопротивления кабеля позволяют по заданным характеристикам нерегулярностей сформулировать требования к неоднородности первичных параметров качества кабельной изоляции, формируемых на операции изолирования, для обеспечения гарантированного качества готового кабеля.

Вторая глава посвящена обобщенному представлению технологических процессов наложения кабельной изоляции как объектов управления для целей синтеза систем автоматизации технологических процессов изолирования при производстве различных кабелей связи.

Применительно к основным типам кабельной продукции (коаксиальным кабелям с пористой изоляцией, симметричным и ЬАК-кабелям со сплошной изоляцией) синтезированы обобщенные функциональные и структурные схемы систем автоматического управления процессом изолирования с выбором в качестве управляемых величин и управляющих воздействий различных параметров технологического процесса в зависимости от типа кабельной продукции.

Исходя из известных моделей формирования газонаполненных полимеров в виде матричной смеси со сферическими включениями для случая изготовления коаксиальных кабелей с химически вспененной изоляцией в работе найдена аналитическая зависимость между основным эксплуатационным параметром качества коаксиального кабеля -волновым сопротивлением гви технологическими параметрами качества, контроль и управление которыми могут быть непосредственно реализованы на стадии технологической операции наложения пористой изоляции. В роли таких параметров фигурируют относительная диэлектрическая проницаемость пенопластовой изоляции епп и масса изоляции на единицу длины проводника g:

Здесь еа — относительная диэлектрическая проницаемость сплошной пластмассы; рп — плотность сплошной пластмассы; е = 60 [Ом]; ^ ~ диаметр медного проводника.

Данная зависимость позволяет найти линейные приближения вариации волнового сопротивления при достаточно малых воздействиях по приращениям частных параметров качества относительно номинального режима.

На основании полученной зависимости (3) выражение (4) используется в диссертации в качестве основного соотношения между допустимыми вариациями управляемых параметров Де и д^ в

(3)

** в

(4)

зависимости от допусков на величину А2В, которая является основой для формирования критериев качества, используемых при синтезе систем управления процессами производства коаксиальных кабелей.

В результате анализа физических закономерностей процесса наложения пористой изоляции предложена обобщенная структурная схема объекта управления для стационарного режима непрерывного процесса изолирования кабеля (рис. 1) с векторным представлением управляемой функции состояния, характеризуемой в общем случае в качестве ее составляющих вариациями погонной емкости АС, диаметра изоляции

Рис.1. Структурная схема объекта управления для стационарного режима наложения химически вспененной изоляции.

д£>из, относительной диэлектрической проницаемости изоляции Аеап и массы изоляции на единицу длины проводника Д^ , и управляющих воздействий, компонентами которых в общем случае являются: ДЛГ — обороты шнека экструдера; ди — напряжение на нагревательных элементах; А I — расстояние от кабельной головки до первой ванны охлаждения.

Здесь Р — давление в головке; ^ — температура расплава полимера; Ти~~ температура последней зоны цилиндра экструдера; К,,1 = Ц5- условные

значения коэффициентов передачи для линеаризованной модели объекта управления в окрестности его номинального состояния.

Полную информацию с допустимой погрешностью о состоянии объекта можно получить при непосредственном измерении ЛС и ДОнзи

вычислении по их значениям остальных параметров Ае1щ и дg.

Для других видов кабельной продукции в диссертации приведены соответствующие упрощенные модификации данной структурной схемы объекта управления.

Требования к системам управления указанными технологическими параметрами, выступающими в роли локальных критериев качества, формируются на основании базовых соотношений (3) и (4).

Определяющее влияние на основные технологические характеристики кабельной продукции оказывают температурные поля изоляции на всех стадиях ее формирования в экстру дере и охлаждающих ваннах (условные коэффициенты на структурной схеме рис.1).

Последующая глава диссертации посвящена математическому описанию этих процессов.

В третьей главе построены математические модели управляемых процессов тепло- и массопереноса на всех участках технологической линии изолирования кабелей.

На основе взаимосвязанной системы уравнений математической физики в частных производных, описывающей совокупность процессов плавления, тепломассопереноса и теплообмена в твердой и жидкой фазах, с учетом гидродинамических явлений и реологических свойств полимеров в диссертации предложена научно-обоснованная методика построения на всех стадиях формирования полимерного покрытия кабеля математических моделей температурных полей полимера, учитывающих неравномерность их пространственного распределения.

Взаимосвязи между отдельными этапами формирования температурных полей определяются при этом равенствами начальных температурных состояний каждого последующего этапа конечным распределениям температур на предыдущем этапе. Учет этого обстоятельства при последовательном описании всего технологического процесса в целом приводит к следующим основным результатам.

В первом приближении температурное поле изолированной жилы при ее охлаждении в водяной ванне может быть описано в относительных единицах системой двумерных уравнений нестационарной теплопроводности (5), (6) физически неоднородной системы двух сопряженных осесимметричных движущихся тел цилиндрической формы, в роли которых выступают металлический проводник [ (х,/,г) ] и изоляция [в2{х,1,т)~\ с граничными (7) и начальными условиями (8).

60, (.х, /, г) = д2вх (х, I, г) | 1 00, (х,I, т) | 2 82в,(х,1,т) дт дх2 х дх 512

/<=[0,1]; хе[0,х,3;

8вг{хЛ,т) ^дгв2{х,1,т) | 1 а^(х,Лг)| 2 8202(х,1, т)

8т дх2 х дх 7 81х (6)

(7)

-г

81 81

Граничные условия:

50,(0,/, г) дх

г) = вХх, г) = -рГ = С,; 02(хл г) = в2(х, г) = -р- = 0\, ;

Э6>г(х,,/,г) (х,,/, г)

« л л > л « '

ОХ (УХ Я;,

&г(х1>1> г)(*,,/,г);

В безразмерной форме начальные условия записываются следующим образом:

01(х,1,О) = 01О(х,1); в2(х,1,0)= 020{х,1). (8)

Условия сопряжения (7), (8) учитывают граничные условия 4 рода в точке х - л:,.

Последнее слагаемое в уравнении (6) учитывает внутренние тепловыделения за счет процесса неизотермической кристаллизации полимера, описываемого кинетическим уравнением (9)

8п(х,1,т) А' ■ /_

——-i = —1---ехр

81 V

•[I + С0-(Зр-т1{х,1,г%

и ч*

ВГвг(х,1,т) Г{\-вг{х,1,т)}

[1-77(*,/,г)3- (9)

Здесь 0 4 б,=4; , = £; * = г = _ ,

2 т т с и; К,

Й. Г.С2. »7

/ — время; гиг - радиальная и осевая координаты; Т — температура

(индекс 1 - проводник, 2 - изоляция); Т' = 7"р - температура приведения

(температура плавления полимера); /, — общая длина участка охлаждения; а — коэффициент температуропроводности; — радиус жилы по

изоляции; г0 — радиус внутреннего проводника; X — коэффициент

теплопроводности; ап - коэффициент теплоотдачи на поверхности

изоляции; 0т{1,г)- относительная температура охлаждающей среды — воды; Q'm — безразмерное максимальное тепловыделение при кристаллизации полимера; Qm - экспериментально определяемое максимальное тепловыделение при кристаллизации полимера (для полиэтилена <2т = 377 [кДж/кг]); с2 - теплоемкость расплава полимера (материала изоляции); ^ - относительная величина, принимающая значения от 0 до 1 и характеризующая степень завершенности процесса кристаллизации; р - степень кристалличности полимера; рр —

равновесная степень кристалличности полимера (при комнатной температуре для ПЭ равна 0,7); К0 , и, Со , Ч' - известные кинетические константы, получаемые экспериментально. К0 = 0,04 [с"']; и = - 1000 [Дж/моль]; С0 = 1,8; Ч' = 43 [К]; Я = 8,31441 [Дж/моль-К] -универсальная газовая постоянная.

Эффект предшествующих технологических стадий изготовления кабеля создается соответствующим начальным распределением температур, т.е. пространственными распределениями О10(х,1) и 020 (х, /) в (8).

В свою очередь это температурное распределение создается в дозирующей зоне экструдера и может быть описано с достаточной точностью, как показано в диссертации, двумерным стационарным уравнением теплопроводности (10) для выходного значения продольной координаты 2 = /°=1 с учетом внутреннего тепловыделения, определяемого (11), за счет диссипации энергии вследствие вязкого трения полимера при граничных условиях (12)

(Ю)

дг Ре ду2

1-п

) рИ

^ = 0; = #^ = 0. (12)

ду ду дг

Здесь в = Т/Тт - относительная температура; Т- температура полимера; Гпл — температура плавления полимера; V. = V, /Р0 - безразмерная средняя скорость движения полимера вдоль канала шнека; У1 — средняя скорость движения полимера вдоль канала шнека, определяемая заданной производительностью экструдера; У0- окружная скорость гребней винта;

( дйр 2 ГаГ)

+

(И)

Ре- VJiCpjX - число Пекле; h - глубина канала шнека; С - удельная теплоемкость полимера; р — плотность полимера; Я - коэффициент теплопроводности полимера; х = xjh; у = yjh; z = zjh - безразмерные координаты; ож,о и и,— составляющие скорости движения пластмассы по

осямwz^Ek = Vo/ТплС- число Эккерта; их = иг jVa ; иу/V0 ; -

безразмерные компоненты вектора скорости расплава полимера по осям х и у соответственно, определяемые скоростью вращения шнека и вязкостью полимера; Ф - функция диссипации, являющаяся внутренним источником тепла; fi„ — ньютоновская вязкость; п - индекс течения; Ь — температурный коэффициент вязкости; Т„ — температура приведения (^о = 7Ш, );/„°- безразмерная выходная координата зоны питания.

Температурное распределение в°(у) в (12) во входном сечении зоны

дозирования совпадает с температурным полем, создающимся в конце зоны плавления Ga{y) .

Температурное поле в зоне плавления описывается уравнением вида (10) при Ф = 0 с аналогичными (12) граничными условиями, где в отличие от (11), начальные состояния 0 (v, ) создаются распределением температур 9{у,1,), создаваемым в выходном сечении зоны загрузки.

В свою очередь это распределение в первом приближении в пренебрежении ее неравномерностью в пределах поперечного сечения описывается известной зависимостью (13) для z = I,

J2

X,7t

1/2

sin(p + в) 11/2 п ND sin О

(13)

Здесь и Хь — коэффициенты теплопроводности материала пробки и корпуса соответственно; а — коэффициент температуропроводности полимера; <р- угол захода червяка; в - угол, определяемый соотношением коэффициентов трения между материалом и поверхностью корпуса /ь и материалом и стенками винтового канала червяка / ; О — внутренний диаметр цилиндра экструдера; N — обороты шнека; Ть\Тк — температура

внешней и внутренней поверхности корпуса цилиндра экструдера соответственно; ¿—толщина цилиндра; у- целое число (1<у<г„/Дг); г„ —

координата сечения, в котором температура поверхности пробки превышает температуру плавления на (1+2) °К.

Одним из основных, определяющих температуру факторов, является развиваемое в зоне питания давление рассчитываемое по известным

итерационным алгоритмам по заданной производительности зоны загрузки экструдера и геометрическим размерам шнека.

Разработанные модели взаимосвязанных температурных полей полимера в зоне загрузки, плавления и дозирования экструдера получены в диссертации для предложенной в работе геометрической модели канала шнека пластицируюшего экструдера в форме плоской развертки винтового канала с прямоугольным сечением (рис.2) с последующим использованием принципа обращенного движения.

X.

«- со —>

Рис.2. Плоская модель канала шнека пластифицирующего экструдера. (1 — зона загрузки, 2 — зона плавления, 3 — зона дозирования, Лг — длина элементарного участка по оси канала, глубину которого можно считать неизменной, - глубина канала

в зоне загрузки, у, - глубина канала в зоне плавления, - глубина канала в зоне

дозирования).

В работе решение системы уравнений предложенной модели температурного поля охлаждаемой кабельной жилы (5), (6) производилось с использованием пакета прикладных программ для моделирования температурных полей Гет1аЬ 2.3. На рис.3 приведено рассчитанное температурное поле охлаждаемой кабельной жилы со сплошной изоляцией, имеющей следующие параметры г0 = 0,7 мм; Я1и = 2 мм , с учетом наличия внутренних источников тепла при кристаллизации полимера.

На рис. 4 показано распределение температуры в изоляции с учетом наличия внутренних источников тепла, выделяемого при кристаллизации полимера (1 - на границе контакта с металлическим проводником, 2 - в центре, 3 — на внешней поверхности изоляции).

На рис. 5 показано распределение температуры на внешней поверхности изоляции для двух вариантов, т.е. без учета и с учетом

наличия внутренних источников тепла, выделяемого при кристаллизации полимера.

Time=1 Contour: Thêta (Thêta)

Мах 433

« 428.3

ш 41Э.7

m 413

sa 4П8.3

■J ЗЭЭ.7

шя 393

те 386.3

ии 37Э.7

мм 373

ш 3FB.3

ш 359.7

лт 353

ж 34В.3

m 339.7

m 333

■ш 326.3

ЁШ 319.7

ж 313

¡ш 306.3

Ю! 299.7

Мп: 293

Рис. 3. Температурное поле изолированной кабельной жилы на участке охлаждения с учетом наличия внутренних источников тепла.

Рис.4. Распределение температуры по толщине изоляции с учетом наличия внутренних источников тепла, выделяемого при кристаллизации полимера (1 — на границе проводника, 2 -в центре изоляции, 3 - на ее поверхности).

/

Рис.5. Сравнительное распределение температуры на поверхности изоляции по длине участка охлаждения с учетом внутренних источников (кривая 1) и без их учета (кривая 2).

Из полученных результатов видно, что учет наличия внутренних источников тепла, выделяемого при кристаллизации полимера, позволяет повысить точность расчета температуры изоляции (точность модели), которая, однако не превышает 3,5%, но существенно усложняет модель процесса охлаждения кабельной изоляции при ее изготовлении. Поэтому можно достаточно обоснованно исключить из рассмотрения физическое

явление выделения тепла при кристаллизации полимера, что незначительно ухудшит точность модели, но позволит существенно ее упростить. Кроме того, в процессе охлаждения создается существенная радиальная неравномерность температуры в кабельной изоляции, порядка 20°С в сечении, пренебрежение которой при жестких требованиях к температурным кондициям кабельных изделий может привести к существенным при построении систем управления.

Процесс формирования изоляции на предшествующих стадиях иллюстрируется рисунками 6, 7, 8, где показанные рассчитанные зависимости изменения давления и температуры поверхности пробки по длине зоне загрузки и распределение скоростей поступательного и циркуляционного течений в зоне дозирования.

Пример расчета поверхностной температуры и давления в пробке представлен при экструзии полиэтилена низкой плотности для зоны загрузки экструдера со следующими 2 | _ 1——\уЛ———— 300 ^ параметрами: внутренний

н диаметр цилиндра экструдера О = 80 мм; глубина канала шнека /г = 13 мм; длина шага червяка г = 80 мм; температура корпуса 363° К; толщина стенки корпуса Ь = 20 мм; начальное давление под бункером 0,004 МПа;

/ —

2 / /

450

400 Т„

12 4 6 8 10 Расстояние от загрузочной воронки (в шагах винтового канала)

Рис.6. Зависимость давления в зоне питания (1) и температуры поверхности пробки (2) в экструдерс.

частота вращения шнека N - 24 об/мин; расчетная производительность зоны загрузки 18 см3/с.

0,4 0^ 0,6 0,7 0,

(я =1/3)

Рис.7. Распределение скоростей поступательного течения в зоне дозирования экструдера.

Рис.8. Рассчитанное распределение скоростей циркуляционного течения в зоне дозирования экструдера.

Четвертая глава посвящена структурному моделированию температурных полей полимерной изоляции в процессе ее наложения, рассматриваемых в качестве объектов управления с распределенными параметрами.

Построение структуры объекта управления выполнено на основе полученных математических моделей исследуемых процессов.

Предварительный анализ, выполненный в диссертации, устанавливает возможность перехода от двумерных неоднородных уравнений теплопроводности (5), (6), описывающих процесс охлаждения изоляции, к эквивалентной упрощенной одномерной системе линейных однородных уравнений (14) теплопроводности для сопряженной, физически неоднородной системы осесимметричных неподвижных цилиндрических тел с начальными (15) и граничными условиями (16).

2зе2М = б*е2(хт)+1МгМ. 1; г>0;

дт дх х дх

= 0< . (14)

дг 8х х дх

Начальные условия

в, (х,0) = 9г (*,0) = 0Ы (д) = в20 (*) = р-; (15)

В безразмерной форме граничные условия записываются следующим образом:

дх дх

в(х г) = в(х т)- д02(х„т)_ Щ(х,,г)_ 1 .Г_г0.

дх дх Л2 Л

Для структурного моделирования объекта с распределенными параметрами (ОРП) — температурного поля охлаждаемой кабельной жилы в линейном одномерном приближении (рис. 9) использовалась структурная теория распределенных систем, разработанная А.Г. Бутковским.

Температурные поля <9, {х, г) и в2 (г, г) рассматриваются в качестве выходных величин распределенных блоков со стандартизирующими входными воздействиями и йи передаточными

функциями и 1¥2(х,<^,р), представляющими собой изображения

по Лапласу функций Грина краевых задач (14) и (15) с соответствующими граничными условиями и зависящими кроме комплексной переменной " р" от пространственных аргументов выходов (л:) и входов {£) этих блоков.

В диссертации получена ст} (14)-(16) в виде, представленном на рис. 10, где граничные условия сопряжения двух цилиндрических тел на . границе х = х, (краевая задача с ГУ 4 рода) учитываются перекрестными связями с передаточными функциями IV2П (х, р) и (х, £,, р) распределенных звеньев, формируемых с помощью пространственных 3 — функций и их производных, осуществляющих в частности для блока Т¥д{х,£,р) в составе 1Г2П(х,^,р) операцию пространственного дифференцирования.

схема объекта управления

Рис. 9. К описанию температурного поля физически неоднородной системы

Рис. 10. Структурное представление объекта управления — температурного поля системы двух охлаждаемых сопряженных физически неоднородных осесимметричных тел цилиндрической формы

Здесь передаточные функции Щп(х,£,р) и ТУгп(х,р) определены соответственно для краевых задач первого и второго рода для охлаждаемых сплошного (медный проводник) и полого (изоляция)

цилиндров в форме разложений в ряд по ортогональной системе собственных функций объекта управления (17) и (18).

В безразмерном виде передаточные функции имеют вид:

о**«,;

Р+Тг

(17)

(18)

Р +

где Jc(¿гt), Jt(^ut) — функция Бесселя 1 рода нулевого порядка и ее первая производная соответственно; цк - положительные корни уравнения Уо(/^) = 0 ;

сСи,*)=у;и)-у0 цк — -/,(//* )Л

Рк

квадрат нормы собственных функций , равен г

(19)

2 Л-;

—

га)

К

л2

\ г0

» к = ■ 0

к> о

(20)

здесь Г0(^), - функция Вебера и ее первая производная

(21)

соответственно; а цк — положительные корни уравнения

Л

( и — с

V го) \

Применительно к типичным частным случаям использования в роли внешних воздействий только сосредоточенных граничных управлений в составе стандартизирующих входных функций и рассмотрения в качестве управляемых величин температур в фиксированных точках х = х' (например, на поверхности жилы х" = 1 ) структурная схема существенно упрощается и принимает характерный для сосредоточенных систем вид соединения отдельных динамических звеньев с

сосредоточенными входами и выходами (рис. 11) с тем принципиальным отличием, что передаточные функции этих звеньев характеризуются трансцендентными зависимостями от комплексной переменной р вместо дробно-рациональных передаточных функций для сосредоточенных систем.

ад

В]

9ЧЫ

С-)

В1

в-Лх'.р)

ТО) чЛР) ФКХ'.Р)

^ >

И5»Ы

,р)

Рис. 11. Структурная схема для определения передаточной функции объекта от входа 0в{р) к выходу 02{х*,р)

Передаточные функции в данной структурной схеме определяются следующим образом:

Ях\р)

Ч\ КР) в, (р) дх

(22)

(23)

(24)

Передаточная функция объекта при использовании в качестве управления температуры охлаждающей воды принимает следующий вид:

^о (р)

, где В1:

а -Я

- критерий Био;

<>ы

___

ЛР)~ дГ1(р) 1+виШ\р)

Структурное представление передаточной функции ГК, (х, р) объекта с распределенными параметрами — температурного поля изоляции, приведено на рис. 12.

Аналогичным образом на базе исходных уравнений (10), (11) в диссертации получена упрощенная одномерная модель температурного поля расплава полимера в зоне дозирования экструдера, описываемая

нелинейным уравнением (25) с температурно зависимой функцией диссипации (26) при краевых условиях (12).

Рис. 12. Структурное представление объекта с передаточной функцией 0<г<£;

(25)

Ф' = Лехр[-б(Г-Г0)]-

\2

(26)

[ду) \ду)

или Ф* = Кехр[-£(Г-Г0)]. (27)

где Т - температура полимера; к, - средняя скорость движения расплава полимера вдоль канала шнека; С — удельная теплоемкость полимера;/? — плотность полимера; а — коэффициент теплоотдачи между полимером и цилиндром экструдера; И - глубина канала шнека экструдера; Ь — общая длина экструдера вдоль канала шнека; Ти — температура цилиндра

экструдера; время; г - продольная координата шнека экструдера; Ф*-функция диссипации, являющаяся внутренним источником тепла.

В работе показано, что подобный объект управления с распределенными параметрами вида (25), (26) может быть описан распределенным блоком Гаммерштейна, представляющим собой последовательное соединение линейного распределенного блока, характеризуемого некоторым аналогом s{z,^,t,т) функции Грина и нелинейного блока, определяемого зависимостью г, (рис. 13).

чг.г) T{z,l)

Здесь £ Г, г) и т/ (£, г, н>)

определяются описанием

температурного поля в

г>„„ 1-! и ч -с виде нелинейного интег-

1'ис. 13. Нелинейным распределенный блок

Гаммерштейна рального оператора (28) с

ядром, являющимся заданной нелинейной функцией стандартизирующего входного воздействия, где ядро описывается произведением (29).

г 1.

о о

Р(г, & (, т, = Б(г,£ г, г) • I/ г, *>). (29)

В итоге структура объекта управления с распределенными параметрами представляется в форме линейного стационарного блока с функцией Грина — г) , охваченного обратной связью в виде

нелинейного блока Гаммерштейна, учитывающего нелинейную зависимость входного сигнала по температурному распределению (рис.14).

wl

(Í.0

g(M)

T(z,t)

S{z, r) nte.r.T)

Рис. 14. ОРП с нелинейной распределенной обратной связью В качестве выходного сигнала g(s,f) нелинейной обратной связи по температуре T(z,t) рассматривалась функция диссипации Ф'(7") , а функция Грина G(z,£,í-r) характеризует свойства линейного блока, описываемого линейным уравнением теплопроводности, при ф* (г) = о с заданными краевыми условиями и имеет следующий вид:

G(z,<f,í)=-F-l(<?-z)-exp

а

■S

(30)

рСИУс

Нелинейный блок в обратной связи на рис. 14 является блоком Гаммерштейна, для которого в нашем случае

г) = л:\у(2-<?)£('-0; (31)

г, Т) = ехр[-г)] ; где к* - К ехр(М„) ■

При этом структура рис. 14 объекта управления, описываемого нелинейным уравнением теплопроводности, может быть представлена в следующем виде (рис. 15):

Рис. 15. Структура объекта управления, описываемого нелинейным уравнением

теплопроводности

Стандартизирующая функция на входе ОРП определяется следующим выражением

= = (32)

Линеаризованное уравнение для температурного поля в зоне дозирования в малых отклонениях от заданного стационарного состояния на основании (25) моделируется уравнением (33), а соответствующий объект управления описывается передаточной функцией (34).

агМ | - агМ

дг 2 д: 0<г< Ь.

р)=-~ 1(£-г).ехр

К•

V,

а+ЬК*И

(33)

(34)

рСИУ, ,

Полученные структурные модели объектов с распределенными параметрами — одночервячного экструдера и охлаждаемой изолированной кабельной жилы использованы при синтезе систем управления процессами наложения изоляции кабелей связи на экструзионных линиях.

Пятая глава посвящена разработке алгоритмов и систем оптимального управления заключительной стадией процесса изолирования кабеля - охлаждению кабельной жилы в водяной ванне в стационарном режиме работы экструзионной линии.

Для стационарного режима работы линии с постоянной скоростью изолирования V выполняется равенство для продольного температурного

дв.

дв-

= У—-;/ = 1,2

5т д1

(35)

градиента в системе уравнений (14), моделирующей процесс охлаждения.

Использование последнего равенства приводит к описанию объекта управления системой линейных стационарных уравнений теплопроводности вида (36), (37) с граничными условиями (38)

дЩх,1) 1 двх{х,1) 2 ЩМ_п.

а*2 V а* 7 д1 ' (36)

/ б [о, /°]; хе[0,*,]; х,<1; д%(х,1) 1 дв2(х,1) 2 двг{х,1)

дх2 х дх 7 2' Ы ' (37)

/е[о,/0]; «М;

(38)

ох дх

дх дх л2 Т

Здесь

в в / = х =—- г = Ре =—•

2 „. » ~ « ' ' - , ' ~ „ > / ~ г > ГС1 - > 1 1 ь лт Л а,

Ре 2 ~ ч = ■

а, Л„

Т1 — температура проводника; Т2 - температура изоляции; Т — температура приведения (плавления полимера); вх и в2 — безразмерная температура проводника и изоляции соответственно; г — текущий радиус; х — продольная координата; х,1— безразмерные радиус и осевая координата

соответственно; = — безразмерная длина ванн охлаждения; £

- длина ванн охлаждения; Ь — общая длина участка охлаждения (от экструдера до тянущего устройства); г0 — радиус внутреннего проводника;

— радиус жилы по изоляции; х, - граница сопряжения двух неоднородных сред (изоляции и металлического проводника); V— скорость изолирования (вытяжки); Ре - число Пекле; я,,а2 - коэффициенты

температуропроводности меди и ПЭНП; в; - » пз - критерий Био;

Я2

а„ — коэффициента теплоотдачи на поверхности изоляции; ?л,Хг — коэффициенты теплопроводности меди и ПЭНП соответственно; Тъ -

т

температура теплоносителя (воды); q — Ljl — относительная температура

' Г*

теплоносителя; в10{х\в2П{х) — заданные радиальные распределения

температур изоляции и проводника на входе ванны охлаждения.

Задача оптимального управления рассматривается в следующей постановке. Требуется для объекта управления, описываемого краевой задачей (36)^(38), для сопряженной системы охлаждаемых тел цилиндрической формы найти пространственно-распределенное по длине ванны управление вь[С) , обеспечивающее достижение заданной абсолютной точности s0 приближения результирующего радиального распределения температур в1 (х,/°), в2 (х, /0) на выходе из ванны к их требуемой величине в' — const согласно соотношению (39) при

минимально возможной длине ванны в условиях заданного ограничения (40) на предельно допустимую величину управляющего воздействия Оа (/) и фазового ограничения (41) на максимум радиального

«[o.i]1 1 jcelx,,lJ.

¿0В< <?„гаах ;0,min >0;£„max >0; (40)

температурного градиента, достигаемого на поверхности изоляции (х — l)

; (41)

— max >

ОХ

где сгтах — его предельно допустимое значение.

Ограничение (40) диктуется техническими характеристиками линии, а (41) - условиями предотвращения недопустимых величин термических напряжений в изоляции.

В диссертации поставленная задача решается с помощью принципа максимума Понтрягина применительно к полученному в работе модальному представлению объекта управления (36), (37) бесконечной системой обыкновенных дифференциальных уравнений (42) для коэффициентов разложения температурного поля <?, (x,l) и вг (x,l) в ряд по собственным функциям краевой задачи (36)^(38)

dl (42)

= ; п — и 2,...;

здесь и{1)= #„(/) - управление, цп - собственные числа, являющиеся

положительными корнями уравнения (43), однородной задачи для полого цилиндра с граничными условиями второго рода, и уравнения (44) однородной задачи для сплошного цилиндра с граничными условиями первого рода

И

А(м) = 0. (44)

Соответствующие коэффициенты определяются как

.2

а'2)=—й—; ^ = [к,Ь^М-лЫ-г&Л'.

7 Ре2 У Ре2

В!

у1 Ре2

• [У, (/О'Л {м„ Л, Ь /, (//„ )• (д, /*,)];

"2

/ Ре, с1л: Г Ре,

(45)

Согласно принципа максимума Понтрягина справедливость применения которого к рассматриваемой задаче управления бесконечномерным объектом (42) установлена в работе, оптимальный алгоритм управления без учета фазового ограничения принимает следующий вид

в 4-0 О +й »

в. = Р.«, ^ Р'-п.п + ^ .шп ф (2)с(2) . (46)

где сопряженные функции ф^ и ф^ описываются системой линейных дифференциальных уравнений:

=1(Г = = -ф- ;

Ф-^-тъ-^-Ф!^' (47)

а/ о

Отсюда следует, что искомое оптимальное управление представляет собой релейную функцию осевой координаты, попеременно принимающую только свои предельно допустимые, согласно (40), значения. Следовательно, оптимальный по быстродействию процесс достижения заданной области конечных температурных состояний кабельной жилой состоит из ряда чередующихся интервалов охлаждения

тела с максимальной интенсивностью при в* = 0 . и последующего выравнивания температур при в' — ввтах-

Тем самым алгоритм оптимального управления заведомо определяется в указанном классе функций с точностью до числа / и величин т = 1,/ , характеризующих его параметров, в роли которых фигурируют длительность Д0 этих интервалов постоянства #*(/). Если учесть, что порядок их следования фиксируется очевидным условием выбора и = на протяжении первого интервала в задачах охлаждения.

Дальнейшая задача вычисления этих параметров из условий выполнения требования (39) решается в работе альтернансным методом, разработанным Э.Я. Рапопортом.

Вначале задача решается для заданной неравномерности е0 конечного распределения температур в кабельной жиле, совпадающей с ее минимально достижимым значением в классе одноинтервальных управлений вида

(48)

где в роли единственного искомого параметра Д, выступает длина ванны

В этом случае предельно допустимое отклонение конечной температуры от заданной, равное , достигается согласно

альтернансному методу в двух точках по радиусу жилы, которыми при физически очевидной форме кривой радиального распределения температур на выходе из ванны оказываются центр жилы (х = 0) и ее поверхность (х = 1) , где создаются соответственно максимальная и минимальная температуры (рис.16).

в

Рис.16 Радиальное распределение температуры кабельной жилы на выходе ванны охлаждения при оптимальном (одноингервалыюм) пространственном управлении

Указанные свойства температурного поля жилы на выходе из ванны приводят к системе двух соотношений, которые можно рассматривать в

дП){\/')~о' = -42,; (49)

качестве системы двух уравнений с двумя неизвестными: искомой минимально возможной длиной ванны охлаждения и минимакса е^) .

тт

Решение этой системы при численном моделировании зависимостей и 6>(2'(1,/°) исчерпывают решение рассматриваемой задачи оптимального управления при £0 = в (39).

И, если найденная величина отвечает технологическим

требованиям по точности приближения температуры жилы к заданной величине 0" , то тем самым найденное решение является решением исходной задачи.

В противном случае согласно альтернансному методу можно обеспечить большую точность путем перехода к релейным уравнениям с большим числом интервалов постоянства.

Конкретный анализ применительно к типовым параметрам технологических процессов изолирования кабелей показывает, что подобное усложнение управляющих воздействий становится излишним в условиях типовых технологических требований, обычно соответствующих неравенству с0 > для задаваемой в (39) степени температурной неравномерности.

Как показано в работе, оптимальные алгоритмы управления приводят к нарушению (41) на участке ванны охлаждения, составляющей около 0,3 ее длины, что приводит к необходимости учета фазового ограничения. Соответствующий алгоритм оптимального управления состоит из участков стабилизации температурного градиента на поверхности жилы на предельно допустимом уровне , с управлением 0" (/) и

последующего участка поддержания управляющего воздействия на минимальном уровне:

Величина /'определяется равенством 0?(Г}=0вгЫ„,а управление <?"(/) — непосредственно по своему определению кусочно-постоянной

аппроксимацией его зависимости от пространственной координаты по условиям технической реализации.

В диссертации приводятся результаты расчета оптимальных алгоритмов управления охлаждением жилы для конкретных видов кабелей, изготавливаемых на экструзионной линии.

Показано, что для телефонных (с тонкостенной изоляцией) кабелей алгоритм без учета фазовых ограничений автоматически обеспечивает выполнение требуемых условий, а для кабелей с толстостенной изоляцией необходим учет фазовых ограничений.

Найдены удовлетворительные по точности двухступенчатые кусочно-постоянные аппроксимации для алгоритмов управления на участке стабилизации температурного градиента, что решает задачу оптимального проектирования охлаждающих ванн в трехзонном исполнении с фиксированными, уменьшающимися от входа к выходу температурами 0в1,Ое2,0е1 охлаждающейся воды. Соответствующий реализуемый

алгоритм оптимального управления, обеспечивающий достижение минимума длины ванны, имеет вид:

0,л = const,/е [О,/,];

£(/) = |<?.2= const,/е [/,,/,]; (51)

Р«г - >1 е [/гЛпш,];

где /. ,/,—/.,/ -L — длины отдельных зон охлаждения с

I -ь I о П11П ¿

минимальной общей длиной ванны /„

О mm

Как показано в работе, расчетное оптимальное проектирование ванны охлаждения приводит к уменьшению ее длины на 30% по сравнению с типовыми техническими решениями.

В шестой главе рассмотрены вопросы создания на базе предложенных моделей систем автоматизации технологических процессов наложения кабельной изоляции для различных типов кабелей связи с учетом формируемых эксплуатационных характеристик кабелей. Описаны разработанные и внедренные автором, либо с его участием средства контроля технологических параметров качества кабельной изоляции формируемых на операции изолирования; а также системы управления процессами наложения кабельной изоляции для различных видов кабельной продукции.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В работе получены следующие основные результаты.

I. Выполнена процедура декомпозиции глобального критерия качества изготавливаемого кабеля как канала связи па локальные критерии, формируемые на промежуточных технологических операциях его изготовления.

2. Предложено обобщенное представление технологических процессов наложения кабельной изоляции, рассматриваемых в качестве объектов управления с целью последующего синтеза систем автоматизации комплекса взаимосвязанных технологических процессов изолирования кабелей.

3. Предложена научно-обоснованная методика построения математических моделей температурных полей полимерного покрытия кабеля, учитывающих неравномерность их пространственного распределения на всех стадиях технологического цикла.

4. Выполнено структурное моделирование и предложены структурные представления температурных полей полимерной изоляции, рассматриваемых в качестве объектов управления с распределенными параметрами.

5. Разработаны алгоритмы оптимального проектирования ванн водяного охлаждения экструзионных линий.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

МОНОГРАФИЯ

1. Митрошин В.Н. Автоматизация технологических процессов производства кабелей связи / В.Н. Митрошин. — М.: Машиностроение-1, 2006. - 140 с. - ISBN 5-94275-256-7.

СТАТЬИ В ЖУРНАЛАХ, РЕКОМЕНДОВАННЫХ ВАК РОССИИ

V 2. Митрошин В.Н. К синтезу систем управления процессом наложения пористой кабельной изоляции на одночервячном экструдере II Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 1998. Вып. 5. С. 157-158.

I/ 3. Митрошин В.Н. Математическая модель переработки полимерных материалов в одночервячных экструдерах. Модель зоны питания. // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2004. Вып. 20. С. 100 -104.

\! 4. Митрошин В.Н. Математическая модель переработки полимерных материалов в одночервячных экструдерах. Модель зоны плавления. // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2004. Вып. 24. С. 112-117.

v 5. Митрошин В.Н. Математическая модель для расчета температурных полей экстру дированных изоляционных покрытий кабельных жил. // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физико-математические науки. 2004. Вып. 27. С. 88 - 90.

6. Митрошин В.H. Математическое моделирование процессов теплопереноса при охлаждении экструдированной кабельной жилы с учетом фазовых превращений полимерной изоляции. // Вести. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2005. Вып. 32. С. 184 - 188.

7. Митрошин В.Н. Методы автоматического управления процессом наложения кабельной изоляции на экструзионных линиях // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2005. Вып. 33. С. 51 - 55.

8. Митрошин В.Н. Математическое описание формирования параметров качества LAN-кабелей при их изготовлении // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2005. Вып. 37. С. 54 - 58.

9. Митрошин В.Н. Математическое моделирование процесса охлаждения изолированной кабельной жилы при ее изготовлении на экструзионной линии как объекта управления с распределенными параметрами // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Физико-математические науки. 2005. Вып. 38. С. 122 - 128.

10. Митрошин В.Н., Кретов Д.А. Расчет температурных полей изоляционных покрытий кабельных жил при их охлаждении на экструзионной линии Н Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2005. Вып. 39. С. 162 - 166.

11. Митрошин В.Н. Обоснование выбора места установки датчиков на экструзионной линии по производству кабельной жилы с пенопластовой изоляцией // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Сер. Технические науки, 2005 г., № 5, с. 69 - 75.

V 12. Митрошин В.Н. Структурное моделирование процесса охлаждения изолированной кабельной жилы при ее изготовлении на экструзионной линии // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2006. Вып. 40. С. 22-33.

АВТОРСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

13. A.c. № 690410, МКИ G01R 27/18. Автоматическое устройство для измерения диэлектрической проницаемости изоляции при ее наложении на кабельную жилу / Абросимов A.A., Чостковский Б.К., Митрошин В.Н. -БИ №37, 1979.

14. A.c. № 855541, МКИ G01R 31/00. Устройство для измерения неоднородности волнового сопротивления кабеля / Семенов В.В., Абросимов A.A., Митрошин В.Н., Чостковский Б.К. - БИ № 30, 1981.

15. A.c. № 974302, МКИ G01R 31/08. Устройство для контроля параметров изолированной кабельной жилы / Чостковский Б.К., Митрошин В.Н., Брюханов О.Ф. - БИ № 42, 1982.

16. A.c. № 1112314, МКИ G01R 27/18. Устройство для контроля диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил / Чостковский Б.К., Митрошин В.Н., Уклейн Д.А., Павлов A.A.- БИ № 33, 1984.

17. A.c. № 1132257, МКИ G01R 27/26. Устройство для измерения диэлектрической проницаемости кабельной изоляции / Чостковский Б.К., Уклейн Д. А., Митрошин В.Н., Столбовой Л.Н. - БИ № 48, 1984.

18. A.c. № 1239636, МКИ G01R 27/26. Устройство для измерения диэлектрической проницаемости кабельной изоляции / Чостковский Б.К., Уклейн Д.А., Митрошин В.Н., Столбовой Л.Н. - БИ № 23, 1986.

19. A.c. № 1420347, МКИ G01B 11/06. Способ контроля плотности накладываемой пенопластовой изоляции кабельных жил в процессе изготовления/Чостковский Б.К., Митрошин В.Н.-БИ№32, 1988.

20. A.c. № 1442812, МКИ G01B 5/10. Устройство для измерения профиля сечения движущегося кабеля / Думко Ю.Н., Иванов К.В., Митрошин В.Н., Тян В.К., Уклейн Д.А., Чостковский Б.К. - БИ № 45, 1988.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ В НАУЧНЫХ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СБОРНИКАХ

21. Митрошин В.Н. Алгоритмизация процесса наложения пористой изоляции на кабельную жилу на экструдерных прессах // Идентификация и оптимизация управляемых технологических процессов. Межвуз. сб. научн. трудов. - Куйбышев, 1989. - С. 18-21.

22. Чостковский Б.К., Гальперович Д.Я., Рывкин Г.А., Ганин С.Н., Митрошин В.Н. Автоматизированный контроль качества наложения изоляции кабельных изделий // Исследование и производство кабелей и проводов: Сб. научн. тр. ВНИИКП. М.: Информэлектро. 1990. С. 77 - 82.

23. Митрошин В.Н. Автоматизация процесса наложения пористой изоляции при производстве коаксиальных кабелей связи // Труды шестой межвуз. конф. "Математическое моделирование и краевые задачи". Ч. 2. — Самара: СамГТУ, 1996. - С. 166- 168.

24. Митрошин В.Н. Математическая модель наложения изоляции на одночервячном экструдере // Сб. научн. тр. "Математическое моделирование систем и процессов управления". Самара: СамГТУ, 1997. — С. 4- 15.

25. Митрошин В.Н. Расчет объемной производительности экструдера при наложении кабельной изоляции. // Труды седьмой межвуз. конф. "Математическое моделирование и краевые задачи", Самара, 1997. - С. 64 - 67.

Личный вклад. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит:

в опубликованной и написанной в соавторстве с Чостковским Б. К. и др. работе [22], лично автором получены следующие основные научные результаты:

- разработаны модели, позволяющих косвенно контролировать величину управляемого параметра - относительной диэлектрической

проницаемости изомшдии, иыШриантные к расположению первичных датчиков на технолЯРюской Жии и скорости изолирования;

в опубликованной и написанной в соавторстве с Кретовым Д.А. работе [14], лично автором получены следующие основные научные результаты:

- разработаны математические модели, описывающие температурное поле в изолированной кабельной жиле на участке охлаждения экструзионной линии;

В [13-20] идеи реализации устройств и способа, их обоснование.

Разрешено к печати диссертационным советом Д 212.217.03 протокол №10 от 18.09.2006

Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 2. Тираж 100. Заказ № 1528. ГОУ ВПО "Самарский государственный технический университет"

Типография СамГТУ 440100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244.

Введение.

1 Системный подход к проблеме автоматизации непрерывных технологических процессов кабельного производства.

1.1 Основные принципы системного подхода и системные свойства технологических процессов кабельного производства.

1.2 Критерии качества технологических процессов кабельного производства 16 1.2.1 Формирование параметров качества коаксиального кабеля с пористой изоляцией.

1.2.1 Формирование параметров качества симметричного кабеля со сплошной изоляцией.

1.2.3 Формирование параметров качества LAN-кабелей.

2 Обобщенная структурная схема объекта управления в установившемся режиме непрерывного наложения кабельной изоляции.

2.1 Технология процесса наложения химически вспененной изоляции при изготовлении коаксиальных кабелей.

2.1.1 Статические модели коаксиального кабеля с химически наложенной пенопластовой изоляцией как объекта управления.

2.1.2 Содержательный анализ свойств процесса наложения химически вспененной изоляции как объекта управления.

2.1.3 Анализ существующих решений по управлению процессом наложения химически вспененной изоляции коаксиальных кабелей.

2.1.4 Постановка задачи контроля и управления параметрами качества коаксиальных кабелей при наложении химически вспененной изоляции.

2.2 Наложение физически вспененной кабельной изоляции.

2.2.1 Постановка задачи контроля и управления параметрами качества

LAN-кабелей при наложении физически вспененной изоляции.

2.3 Наложение сплошной кабельной изоляции на токопроводящую жилу.

2.4 Наложение защитной оболочки.

2.5 Постановка задачи контроля и управления процессом наложения защитной оболочки кабелей связи.

3 Моделирование управляемого процесса экструзии кабельной изоляции.

3.1 Моделирование зоны загрузки экструдера.

3.2 Моделирование плавления полимерных материалов в экструдерах.

3.3 Моделирование температурного поля и движения расплава полимера в зоне дозирования червяка экструдера.

3.4 Моделирование движения расплава в кабельной головке.

3.5 Моделирование температурного поля изолированной кабельной жилы на участке охлаждения.

4 Структурное моделирование процессов наложения кабельной изоляции на одночервячных прессах.

4.1 Структурное моделирование температурных полей при охлаждении изолированной кабельной жилы.

4.2 Структурное моделирование температурных полей расплава полимера

5 Синтез алгоритмов и систем управления процессами наложения изоляции при производстве кабелей связи.

5.1 Синтез алгоритмов и систем управления процессом наложения сплошной изоляции.

5.1.1 Задача на минимум длины ванн охлаждения при наложении кабельной изоляции.

5.1.2 Синтез САР температурным распределением зоны дозирования экструдера.

6 Разработка и реализация промышленных систем управления технологическими процессами изолирования кабелей связи.

6.1 Система автоматизированного управления процессом наложения химически вспененной изоляции.

6.1.1 Выбор месса установки датчиков на экструзионной линии.

6.1.2 Контроль параметров процесса в ходе нормальной эксплуатации

6.1.3 Автоматизированная система управления экструзионной линией

6.2 Система распределенного управления процессом охлаждения изоляции.

В диссертации рассматривается методология системного подхода к проблеме автоматизации непрерывных технологических процессов кабельного производства, осуществляется математическое и структурное моделирование операций изолирования кабелей связи как объектов управления с распределенными параметрами, делается обоснованный выбор критериев качества кабельного производства и формулируются требования к синтезу систем автоматического управления с целью разработки научно-обоснованного подхода к проектированию высокопроизводительных технологических установок и систем управления, обеспечивающих их эффективное функционирование.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.

Важнейшими задачами, которые должны быть решены для интенсификации производства, повышения его эффективности и конкурентоспособности выпускаемой продукции являются: увеличение производительности труда, экономия материальных ресурсов, сокращение численности работающих, повышение качества продукции и ее эксплуатационных характеристик.

Решение этих задач невозможно без комплексной автоматизации производственных процессов, оптимизации технологических режимов и управления процессами производства [99,100].

Сказанное в полной мере относится к производству проводных кабелей, используемых качестве линий передачи информации, и являющихся одной из важнейших составляющих любой сложной системы в различных областях техники. К ним относятся радиочастотные коаксиальные кабели, коаксиальные кабели зоновой связи, миниатюрные компьютерные кабели, сверхпроводящие коаксиальные кабели, кабели для систем кабельного телевидения, LAN-кабели и другие.

Неотъемлемой составляющей производства любого проводного кабеля является операция изолирования - наложения изоляции на токопроводящую жилу. Именно на операции изолирования формируются основные параметры кабеля как канала связи, определяющие в конечном итоге его применимость в том или ином частотном диапазоне.

Проблеме повышения эффективности управления технологическими процессами кабельного производства, разработке моделей, систем и алгоритмов автоматического управления различными технологическими процессами производства кабелей связи посвящены научные исследования К.Д. Колесникова, Б.К. Чостковского, Э.Б. Попова, А.А. Абросимова, А.Г.Михеева, В.К. Тяна, О.Н. Авдеева, С.А. Кижаева и других [1,2,13, 21,42,58,119,138]. Однако в известных работах по автоматизации решались, как правило, задачи управления не экструзионными линиями по наложению кабельной изоляции, а другим технологическим оборудованием кабельного производства - установкой отжига медной проволоки, сварочным станом, бумагомассным агрегатом и т.д.

В работах Н.М. Труфановой, В.И. Боярченко, P.P. Зиннатуллина, В.П. Первадчук, В.И. Янкова, В.И. Щербинина, Е.В. Субботина, А.А. Москвичева, Н.И. Никитенко, Л.Б. Радченко, А.В. Самойлова, И.И. Стародубцева и других [36,37,83,84,93+98,103,115,123, 127,135+137,159+165] основное внимание уделялось математическому описанию процессов, происходящих при переработке пластических масс на одночервячных экструдерах; процессам тепломассопереноса в канале пластицирующего экструдера, плавлению полимерных материалов в экструдере и т.д.

Влияние конструктивных особенностей и формируемых в процессе изготовления кабелей нерегулярностей их параметров качества на стабильность выходных характеристик кабелей связи исследовалось в работах Н.И. Дорезюк, М.Ф. Попова, В.М. Пименова, Б.К. Чостковского и других авторов [30+32,101,148,156].

В работах Б.К. Чостковского, J1.E. Степанова, С.А. Кижаева, С.А. Колпащикова, Д.А. Уклейна, Н.М. Труфановой, Т.А. Самыгиной и некоторых других авторов [3,43,44,46, 124+126,139,147,149+155] рассматривались вопросы управления экструзионными линиями по наложению кабельной изоляции, и основной упор делался на выбор критериев качества изготавливаемой продукции, разработку алгоритмов управления, обеспечивающих заданное качество продукции.

Но при этом объекты управления рассматривались и описывались, как объекты с сосредоточенными параметрами. В свою очередь, построение эффективных систем управления технологическими линиями по наложению кабельной изоляции с целью выполнения жестких требований, которые предъявляются к кабельной продукции по величине нерегулярностей параметров кабеля и их частотному диапазону, возможно лишь на основе математических моделей, учитывающих базовые физические закономерности управляемых процессов.

Одной из основных особенностей технологических процессов кабельного производства является явно выраженная неравномерность пространственной распределенности основных управляемых величин и, как следствие этого, их зависимость не только от времени, что характерно для систем с сосредоточенными параметрами, но и от пространственных координат объекта управления.

Наиболее ярким примером таких объектов может служить технологический процесс наложения полимерной изоляции на токопроводящую жилу. Формируемые в экструдере температурное поле и поле скоростей течения расплава полимера; температурное поле изолированной жилы, охлаждаемой в ваннах охлаждения, существенно изменяются в осевом и радиальном направлениях в пределах пространственных областей их распространения.

Только с учетом фактора пространственной распределенности управляемых величин можно решить центральную задачу распределенного управления режимными параметрами технологического процесса изолирования кабельных изделий, реализуемого секционированием зон нагрева на цилиндре экструдера, ванн охлаждения с различной температурой охлаждающей воды и т.д.

Сложившаяся традиционная практика использования для управления такими технологическими процессами типовых моделей объектов с сосредоточенными параметрами во многих случаях приводит к потере сущностных физических свойств управляемых процессов, значительным ошибкам при синтезе систем автоматизации, либо вообще оказывается несовместимой с исходными требованиями.

В частности, одно из важнейших технологических ограничений на величину радиального температурного градиента охлаждаемой в водяных ваннах изолированной кабельной жилы в принципе не может быть учтено с помощью моделей процесса охлаждения, не учитывающих пространственную неравномерность температуры по объему формируемой изоляции.

Первые результаты по описанию технологических процессов переработки пластмасс как объектов с распределенными параметрами приведены в работах Н. Хаджийски, С. Пацова, А.И. Данилушкина, В.В. Чадаева [28,142,145]. Но они получены либо для экструдера с индукционным нагревом для изготовления пенополистирольного пенопласта, используемого в строительной индустрии, как у А.И. Данилушкина [28]. Либо, как в работе Н. Хаджийски, С. Пацова [142], для технологической линии по изготовлению полиамидного волокна. В работе В.В. Чадаева [145] описана разработанная система оптимального управления охлаждением жилы кабеля связи в процессе его изготовления, позволяющая стабилизировать натяжение жилы в процессе производства. Система выполнена как система с распределенными параметрами, но в ней решена частная задача, т.к. работа системы стабилизации натяжения оказывает незначительное влияние на формирование параметров качества выпускаемого кабеля.

В Самарском государственном техническом университете получило развитие новое научное направление, разрабатывающее вопросы математического моделирования, проектирования и оптимального управления системами с распределенными параметрами применительно к технологическим объектам различного вида.

В рамках данного научного направления и выполнена настоящая работа. Диссертационная работа ориентирована на решение важной научно-технической проблемы - повышение эффективности технологического оборудования, экономию материалов, улучшение качества изготавливаемой продукции применительно к непрерывным технологическим процессам изолирования кабелей связи на экструзионных линиях.

В диссертационной работе проведено структурное моделирование процессов наложения кабельной изоляции на одночервячных прессах и структурное моделирование процесса охлаждения изолированной кабельной жилы на экструзионной линии как объектов управления с распределенными параметрами; синтезирована система управления охлаждением кабельной изоляции как система управления с распределенными параметрами.

Основные результаты работы получены и использованы в ходе выполнения в течение 1976 - 2006 г.г. ряда хоздоговорных работ ГОУВПО СамГТУ и ООО "Системы управления в передовых технологиях", а также госбюджетной НИР по заказу Министерства образования и науки РФ "Теория, системный анализ и методы синтеза алгоритмов и систем оптимального управления сложными техническими объектами и энерготехнологическими процессами с распределенными параметрами" (тема № 565/0305). Работа также поддержана грантом РФФИ "Разработка основ теории и методов реализации стратегии гарантированного результата в процессах идентификации и управления техническими системами с распределенными параметрами" (проект 06-08-00041-а).

Актуальность темы диссертации подтверждается материалами Всесоюзных, российских и международных конференций по автоматическому управлению; надежности конструкций механических систем; средствам автоматизации кабельного производства; информационным, измерительным и управляющим системам.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработка проблемно-ориентированных математических моделей и базирующихся на их основе алгоритмов и систем автоматического управления пространственно-распределенными теплофизическими процессами формирования полимерной изоляции при изготовлении кабелей связи, обеспечивающими повышение эффективности производства за счет улучшения качества продукции и экономии материалов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Для решения поставленных в работе научных задач использовались методы математического анализа, методы теории тепло- и массообмена, аппарата конечных интегральных преобразований и преобразований Лапласа, теории автоматического управления, методы структурной теории распределенных систем, теории оптимального управления систем с распределенными параметрами, экспериментальные методы исследования объектов и систем автоматического управления, современные комплексы программ.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Постановка задач и методы их решения существенно отличаются от традиционных в области автоматизации кабельного производства использованием системного подхода к проблеме автоматизации всей совокупности непрерывных технологических процессов изолирования кабелей связи; математическим, структурным моделированием и построением систем управления процессами формирования изоляции кабелей связи как объектами с распределенными параметрами. К новым научным результатам в указанном направлении относятся:

- декомпозиция обобщенных эксплуатационных критериев качества кабелей связи на основе системного подхода к автоматизации непрерывных технологических процессов кабельного производства и обоснование локальных критериев качества кабельной продукции, изготавливаемой на промежуточных технологических операциях;

- аналитическое описание и структурное моделирование процессов в зоне дозирования одночервячного экструдера как объекта управления температурным полем расплава полимера;

- аналитические модели и структурное представление управляемого процесса охлаждения изолированной кабельной жилы в виде физически неоднородной, пространственно распределенной системы двух сопряженных осесимметричных движущихся цилиндрических тел;

- алгоритмы и системы оптимального управления охлаждением кабельной изоляции в процессе ее наложения на экструзионных линиях;

- алгоритмы и структуры систем управления наложением химически вспененной термопластической изоляции;

- методы анализа и синтеза систем автоматического управления распределенными объектами технологических процессов изолирования кабелей связи.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ПОЛЕЗНОСТЬ РАБОТЫ. Полученные в работе результаты позволили решить ряд практических задач, существенно улучшающих технико-экономические показатели автоматизируемого технологического оборудованию по наложению термопластической изоляции кабелей связи, и позволяющих повысить качество изготавливаемого кабеля.

Выполненное в диссертационной работе структурное моделирование процесса охлаждения изолированной кабельной жилы на экструзионной линии как объекта управления с распределенными параметрами позволило решить задачу по определению минимальной длины ванн охлаждения при наложении кабельной изоляции, при которой обеспечивается заданная абсолютная точность приближения результирующего радиального распределения температуры изоляции к требуемому состоянию. При фиксированной длине ванн охлаждения это позволяет рассчитать максимально возможную скорость наложения изоляции на экструзионной линии, при которой гарантируется требуемая точность поддержания радиального распределения температуры изоляции на выходе последней ванны охлаждения. При этом рост производительности оборудования с гарантированным сохранением требуемого качества кабельной продукции достигает 10%.

Проведенное в работе структурное моделирование теплофизических процессов наложения кабельной изоляции на одночервячных экструдерах как объектов управления с распределенными параметрами позволило впервые сформулировать научно и технически обоснованные требования к распределенному управлению - пространственному распределению температур зон нагрева червяка экструдера, обеспечивающему с заданной точностью требуемое распределение по глубине канала шнека температуры расплава полимера в зоне дозирования экструдера. Это в конечном итоге позволило существенно повысить стабильность формируемых на операции изолирования параметров качества кабельной изоляции, особенно в случае наложения химически вспененной изоляции, наиболее чувствительной к колебаниям температуры расплава полимера.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Полученные в работе теоретические положения и практические результаты использованы:

- при разработке и создании информационно-измерительной системы для автоматического контроля диэлектрической проницаемости кабельной изоляции (ОКБ КП, г. Мытищи, Московской области);

- при разработке системы контроля и управления наложением пористой изоляции кабеля ВКПАП (АО "Самарская кабельная компания", г. Самара);

- при разработке системы управления экструзионной линией (ЗАО "Самарская кабельная компания", г. Самара);

- в учебном процессе в курсовом и дипломном проектировании.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные научные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных, российских и международных конференциях:

- VI Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития кабелей связи в XI пятилетке".- Одесса, 1982;

- Всесоюзной научно-технической конференции . "Новое технологическое оборудование, современные средства автоматизации и механизации кабельного производства".-Бердянск, 1984;

- VII Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития кабелей связи в XII пятилетке". - Бердянск, 1986;

- Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированные комплексы и системы, современное оборудование кабельного производства". - Паневежис, 1987;

- Всероссийской научно-технической конференции "Надежность механических систем". - Самара, 1995;

- Международной конференции "Информационные, измерительные и управляющие системы" (ИИУС-2005). - Самара, 2005.

Экспонат "Прибор для автоматического контроля параметров кабельной продукции", разработанный при личном участии автора диссертации, представлялся на ВДНХ СССР в 1988 г.

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты диссертации опубликованы в 40 научных работах, в том числе 13 статей опубликовано в периодических. научных изданиях, рекомендованных ВАК России для опубликования научных работ, в 1 монографии, в 5 статьях и материалах конференций, по теме диссертации получено 8 авторских свидетельств на изобретения.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, изложенных на 230 стр. машинописного текста; содержит 84 рисунков и 5 таблиц, список литературы, включающий 230 наименований, и 4 приложений на 5 стр.

Выводы

1. Разработаны алгоритмы и автоматизированная система управления экструзионной линией по наложению химически вспененной изоляции коаксиальных кабелей с учетом их полосы пропускания.

2. Решена задача косвенного контроля непосредственно неизмеряемых параметров качества, формируемых на операции наложения кабельной изоляции и определяющих электрические свойства пенопластовой изоляции.

3. Внедрена система оптимального управления охлаждением кабельной изоляции на экструзионных линиях, позволившая существенно снизить затраты энергоресурсов.

4. Практически опробована методика оптимального проектирования ванн водяного охлаждения экструзионных линий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена использованию методологии системного подхода к проблеме автоматизации непрерывных технологических процессов кабельного производства, обоснованному выбору критериев качества кабельного производства, математическому и структурному моделированию операций изолирования кабелей связи как объектов управления с распределенными параметрами и формализации требований к синтезу систем автоматического управления процессом изолирования кабелей связи.

Актуальность проблемы определяется возрастающей ролью проводных кабелей связи как каналов передачи информации, являющихся одной из важнейших составляющих любой сложной системы. Развитие современных цифровых сетей - структурированных кабельных сетей, использующих современные средства связи и вычислительную технику, накладывает дополнительные жесткие ограничения на параметры качества выпускаемых кабельной промышленностью кабелей связи.

Выполненные в работе исследования позволили получить следующие основные результаты:

1. На основании анализа технологических процессов изготовления основных типов кабелей связи, а также с учетом основных эксплуатационных характеристик основных типов кабелей связи выполнена процедура декомпозиции глобального критерия качества изготавливаемого кабеля как канала связи на локальные критерии, формируемые на промежуточных технологических операциях его изготовления.

2. Предложено обобщенное представление технологических процессов наложения кабельной изоляции, рассматриваемых в качестве объектов управления с целью последующего синтеза систем автоматизации комплекса взаимосвязанных технологических процессов изготовления кабелей.

3. Предложена научно-обоснованная методика построения математических моделей температурных полей полимерного покрытия кабеля, учитывающих неравномерность их пространственного распределения на всех стадиях технологического цикла.

4. Выполнено структурное моделирование и предложены структурные представления температурных полей полимерной изоляции, рассматриваемых в качестве объектов управления с распределенными параметрами:

- получены математические модели и структурное представление одночервячного экструдера как объекта управления с распределенными параметрами при регулировании температуры расплава изоляции в зоне дозирования;

- получены математические модели и структурное представление процесса охлаждения кабельной изоляции как объекта управления с распределенными параметрами.

5. Разработаны алгоритмы и системы оптимального управления стационарным режимом охлаждения изолированных кабельных жил.

6. Разработаны алгоритмы оптимального проектирования ванн водяного охлаждения экструзионных линий.

7. Предложены алгоритмы управления и структуры систем автоматического управления наложением химически вспененной изоляции коаксиальных кабелей с учетом их полосы пропускания.

8. Разработаны и внедрены в производство ряд устройств для контроля параметров кабельной изоляции в процессе ее формирования на экструзионных линиях.

9. Внедрен в производство ряд систем управления процессом наложения изоляции кабелей связи на экструзионных линиях, позволяющих решить ряд практических задач, существенно улучшающих технико-экономические показатели автоматизируемого технологического оборудованию по наложению термопластической изоляции кабелей связи, и повысить качество изготавливаемого кабеля.

Перспективное развитие исследуемых в настоящей работе проблем связано с решением ряда актуальных задач:

- дальнейшее развитие моделей формирования параметров качества кабелей связи, применительно к конструкциям, использующим новые виды изоляции и новые технологические процессы ее наложения, в частности, связанные с возможностью использования полученных в работе результатов для случая наложения пленкопористой многослойной изоляции "skin-foam-skuг" (сплошной - вспененной - сплошной), широко применяемой при изготовлении LAN-кабелей;

- усовершенствование математических моделей и структурного представления одночервячного экструдера как объекта управления с распределенными параметрами при распределенном регулировании температуры расплава изоляции с использованием секционированных нагревателей в зоне дозирования;

- дальнейшее уточнение математических моделей процессов охлаждения применительно к составным телам неоднородной физической структуры, параметры которых существенно изменяются в процессе охлаждения, например, для кабельной жилы с пористой изоляцией;

- усовершенствование системы оптимального управления процессом охлаждения кабельной изоляции, обеспечивающей достижение гарантированного результата управления при изменении режимных параметров работы технологического оборудования, например, при изменении скорости изолирования, оборотах шнека и т.д.;

- дальнейшая разработка и широкое внедрение автоматизированных систем управления процессами производства кабелей связи с использованием промышленных контроллеров.

1. Абросимов А.А., Чостковский Б.К., Семенов B.C. Оценка влияния основных параметров коаксиального кабеля на его качество // Автоматическое управление непрерывными технологическими процессами. Сб. статей. Куйбышев, 1976, с. 32-35.

2. Алфимов М.Г., Степанов Л.Е. Совершенствование технологического процесса наложения изоляции из вспененного полиэтилена на жилы кабелей связи // Электротехническая промышленность. Серия "Кабельная техника", 1983, № 1, с. 21 -23.

3. Басов Н.И., Казанков Ю.В., Володин И.Н. В кн.: Теория механической переработки полимерных материалов. Пермь, ин-т механики сплошных сред Уральского научн. центра АН СССР, 1980, с. 34 - 35.

4. Басов Н.И., Володин И.Н. Теор. основы хим. технол., 1983, т. 17, № 1, с. 72 - 78.

5. Басов Н.И. Техника переработки пластмасс. М.: Химия, 1985. - 527 с.

6. Белоруссов Н.П., Гроднев И.И. Радиочастотные кабели М.: Энергия, 1973. -328с.

7. Бернхардт Э. Переработка термопластичных материалов. М.: Госхимиздат, 1962.-747 с.

8. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. -М.: Наука, 1975.-768 с.

9. Ю.Богатырев А.Н., Юрьев В.П. Термопластическая экструзия: научные основы, технология, оборудование. М.: Ступень, 1994. - 200 с.

10. Бортников В.Г. Основы технологии переработки пластических масс. Л.: Химия, 1983.-304 с.

11. Брагинский В.А. Переработка пластмасс: Справ, пособие- Л.: Химия,1985-296с.

12. Бульхин А.К., Кидяев В.Ф., Кижаев С.А. Автоматизация и наладка кабельного оборудования. Самара: ИЦ "Книга", 2001. - 130 с.

13. Бутковский А.Г. Структурная теория распределенных систем. М.: Наука, 1977. -320 с.

14. Бутковский А.Г. Характеристики систем с распределенными параметрами. М.: Наука, 1979.-224 с.

15. Бутковский А.Г., Пустыльников JI.M. Теория подвижного управления системами с распределенными предельными параметрами. М.: Наука, 1980. - 384 с.

16. Вентцель Е. С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969.- 356 с.

17. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. -М.: Химия, 1977.-256 с.

18. Воронин Л.Г., Здоренко И.А., Календюк В.Г., Ружинская Л.И. Математическая модель процесса течения расплава полимера в каналах кабельной головки; Киев, политехи, ин-т. Киев, 1992. - 9 е.: Деп. в Укр.ИНТЭИ.

19. Гальперович Д.Я., Гречков В.И., Коржакова Т.В., Чостковский Б.К. Сверхпроводящие коаксиальные пары для кабелей связи. // Электросвязь. 1990. - № 1.-С. 38-41.

20. Градштейн И.С., Рыжик И.М. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений. -М.: Наука, 1971.-1108 с.

21. Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1988.-544 с.

22. Гроднев И.И., Фролов П.А. Коаксиальные кабели связи. М.: Радио и связь, 1983.-208 с.

23. Гумеля А.Н., Шварцман В.О. Электрические характеристики кабельных и воздушных линий связи. М.: Связь, 1966. - 207 с.

24. Турецкий X. Анализ и синтез систем управления с запаздыванием. М.: Машиностроение, 1974. - 328 с.

25. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление. М.: Высшая школа, 1966. - 456 с.

26. Дорезюк Н.И., Попов М.Ф. Влияние конструктивных особенностей на стабильность выходных параметров радиочастотных кабелей. -Электротехническая промышленность. Серия "Кабельная техника", 1973, № 2, с. 17-21.

27. Дорезюк Н.И. Гармонический анализ периодических неоднородностей волнового сопротивления коаксиальных кабелей. Электротехническая промышленность. Серия "Кабельная техника", 1974, № 6, с. 18 - 22.

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

29. Ефимов Н.Е., Останькович Г.А. Радиочастотные линии передач. М.: Связь, 1977.-408 с.

30. Завгородний В.К. Механизация и автоматизация переработки пластических масс.- М.: Машиностроение, 1970. 596 с.

31. Закгейм А.Ю. Введение в моделирование химико-технологических процессов. -М.: Химия, 1982.-288 с.

32. Зиннатуллин Р. Р., Труфанова Н. М. Численный анализ воздушно-водяного режима охлаждения провода с полиэтиленовой изоляцией // Сборник научных трудов "Информационные управляющие системы". Пермь (ПГТУ), 2004, с. 232 -238.

33. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. - 487 с.

34. Карслоу Г., Егер Д. Операционные методы в прикладной математике. М.: ИЛ, 1948.

35. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел.- М.: Высш. шк., 2001. 550 с.

36. Карякин Н.Г., Фурсов П.В. Расчет возможности образований воздушных включений в пластмассовой изоляции кабеля при охлаждении.

37. Электротехническая промышленность. Серия "Кабельная техника", 1977, № 5, с. 8-11.

38. Кижаев С.А., Хорев И.В. Мультипроцессорная система вычисления вязкости расплава, диаметра провода и коэффициента усадки его изоляции // Приборы и системы упр., 1994, № 2, с. 23 24, 25.

39. Кижаев С.А. Интеллектуальные системы измерения в процессе экструзии в кабельной промышленности // Датчики и системы, 2004, № 4, с. 38 41.

40. Ковригин Л. А., Труфанова Н. М. Автоматизация технологического процесса экструзии изоляции кабелей // Сборник научн. тр. "Вестник ПГТУ. Технологическая механика". Пермь (ПГТУ), 2002, с. 18-25.

41. Ковригин Л. А. Расчет механических напряжений в изоляции кабелей с учетом зависимости модуля Юнга от температуры // Сборник научн. тр. "Вестник ПГТУ. Технологическая механика". Пермь (ПГТУ), 2002, с. 64-70.

42. Колпащиков С.А. Автоматизация и контроль технологического процесса наложения изоляции кабелей связи с парной скруткой: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Самара, 2004. - 20 с.

43. Коренев Б.Г. Введение в теорию бесселевых функций. М.: Наука, 1971. - 287 с.

44. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1974. - 832 с.

45. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Уравнения в частных производных математической физики. М.: Высшая школа, 1970. - 710 с.

46. Лившиц М.Ю. Теория и алгоритмы оптимального управления термодиффузионными процессами технологической теплофизики по системным критериям качества: Автореф. дис. докт. техн. наук. Самара, 2001. - 40 с.

47. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. - 599 с.

48. Лыков А.В. Тепломассообмен (Справочник). М.: Энергия, 1978. - 480 с.

49. Мак-Келви Д.М. Переработка полимеров. М.: Химия, 1965. - 442 с.

50. Маковский В.А. Динамика металлургических объектов с распределенными параметрами. М.: Металлургия, 1971. - 384 с.

51. Малкин А.Я., Чалых А.Е. Диффузия и вязкость полимеров. Методы измерения. -М.: Химия, 1979.-227 с.

52. Мееров М.В. Исследование и оптимизация многосвязных систем управления. -М.: Наука, 1986.-234 с.

53. Милованов A.M., Чостковский Б.К. Регулирование коэффициентов емкостной связи. // Межвуз. сб. научн. тр. "Техническая кибернетика". Куйбышев, 1974, с. 120-123.

54. Митрошин В.Н. Алгоритмизация процесса наложения пористой изоляции на кабельную жилу на экструдерных прессах // Идентификация и оптимизация управляемых технологических процессов. Межвуз. сб. научн. трудов. -Куйбышев, 1989.-С. 18-21.

55. Митрошин В.Н. Управление процессом наложения пористой изоляции на кабельную жилу // Всероссийская научно-техническая конференция "Надежность механических систем". Самара, 1995, с. 167.

56. Митрошин В.Н. Математическое моделирование управляемых процессов наложения кабельной изоляции // Всероссийская научно-техническая конференция "Надежность механических систем". 4.2. Самара, 1995, с. 43.

57. Митрошин В.Н. Автоматизация процесса наложения пористой изоляции при производстве коаксиальных кабелей связи // Труды шестой межвуз. конф.

58. Математическое моделирование и краевые задачи". Ч. 2. Самара: СамГТУ, 1996.-С. 166-168.

59. Митрошин В.Н. Математическая модель наложения изоляции на одночервячном экструдере // Сб. научн. трудов "Математическое моделирование систем и процессов управления". Самара: СамГТУ, 1997. - С. 4 - 15.

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

61. Митрошин В.Н. Расчет объемной производительности экструдера при наложении кабельной изоляции. // Труды седьмой межвуз. конф. "Математическое моделирование и краевые задачи", Самара, 1997. С. 64 - 67.

62. Митрошин В.Н. К синтезу систем управления процессом наложения пористой кабельной изоляции на одночервячном экструдере // Вестн. Самар. гос. техн. унта. Сер. "Технические науки", 1998, Вып. 5, с. 157 158.

63. Митрошин В.Н. Математическая модель переработки полимерных материалов в одночервячных экструдерах. Модель зоны питания // Вестн. Самар. гос. техн. унта. Сер. "Технические науки", 2004, Вып. 20, с. 100 104.

64. Митрошин В.Н. Математическая модель переработки полимерных материалов в одночервячных экструдерах. Модель зоны плавления // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2004, Вып. 24, с. 112-117.

65. Митрошин В.Н. Математическая модель для расчета температурных полей экструдированных изоляционных покрытий кабельных жил // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Физико-математические науки", 2004, Вып. 27, с. 88 90.

66. Митрошин В.Н. Математическое моделирование процессов теплопереноса при охлаждении экструдированной кабельной жилы с учетом фазовых превращений полимерной изоляции. // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2005, Вып. 32, с. -182 186.

67. Митрошин В.Н. Методы автоматического управления процессом наложения кабельной изоляции на экструзионных линиях // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2005, Вып. 33, с. 51 55.

68. Митрошин В.Н., Кретов Д.И. Расчет температурных полей изоляционных покрытий кабельных жил при их охлаждении на экструзионной линии. // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2005, Вып. 39, с. 162 166.

69. Митрошин В.Н. Обоснование выбора места установки датчиков на экструзионной линии по производству кабельной жилы с пенопластовой изоляцией. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Сер. Технические науки, 2005 г., № 5, с. 69-75.

70. Митрошин В.Н. Математическое описание формирования параметров качества LAN-кабелей при их изготовлении. // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2005, Вып. 37, с. 54 58.

71. Митрошин В.Н. Автоматизация технологических процессов производства кабелей связи / В.Н. Митрошин. М.: Машиностроение-1, 2006. - 140 с. - ISBN 5-94275-256-7.

72. Митрошин В.Н. Структурное моделирование процесса охлаждения изолированной кабельной жилы при ее изготовлении на экструзионной линии // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2006, Вып. 40, с. 22 -33.

73. Митрошин В.Н. Структурное моделирование температурного поля расплава полимера в зоне дозирования одночервячного экструдера // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2006, Вып. 41, с. 191-194.

74. Михайлов М.Ф. Обобщенное конечное интегральное преобразование. Инж.-физ. журн., 1968, т. 14, № 5, с. 826 - 831.

75. Москвичев А.А., Славяк Ю.В. К вопросу математического описания зоны питания экструдерных прессов // Алгоритм, и техн. обеспеч. в системах упр. технол. процессами / Самар. политехи, ин-т. Самара, 1991, с. 26 - 27.

76. Никитенко Н.И., Кольчик Ю.Н., Сороковая Н.Н. Метод канонических элементов для моделирования гидродинамики и тепломассообмена в областях произвольной формы. // Инженерно-физический журнал, 2000, №6, с. 74 80.

77. Николаев В.И., Брук В.М. Системотехника: методы и приложения. JL: Машиностроение, 1985. -199 с.

78. Овсиенко B.JL, Шувалов М.Ю., Крючков А.А., Троицкая Г.А. Внутренние механические напряжения в изоляции высоковольтных кабелей и их влияние на электрическую прочность // Электротехника, 1999, №8, с. 28 33.

79. Оганесян К.Г. Расчет времени вулканизации при изолировании жил кабелей вулканизирующимся полиэтиленом- Электротехническая промышленность. Серия "Кабельная техника", 1975, № 12, с. 7 10.

80. Олейник А.А., Первадчук В.П., Самыгина Т.А. Оптимальное управление процессами переработки полимеров // Вестник ПГТУ. Математика и прикладная математика. Пермь, 1996, № 1, с. 67 - 75.

81. Олейник А.А., Самыгина Т.А. Оптимальное управление течением вязкой жидкости между пластинами // Вестник ПГТУ. Математика и прикладная математика. Пермь, 1996, № 1, с. 86 - 93.

82. Олейник А.А., Самыгина Т.А. Оптимальное управление профилем скорости и температуры в устройствах типа экструдера // Тепломассообмен ММФ 96. Труды III Минского международного форума по тепломассообмену. - Минск, 1996.-т. VI.-С. 78-82.

83. Основы технологии переработки пластмасс: Учебник для вузов / С.В. Власов, Л.Б. Кандырин, В.Н. Кулезнев и др. М.: Мир, 2006. - 600 с.

84. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов JI.A. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. М.: Наука. - 1984. - 285 с.

85. Первадчук В.П., Труфанова Н.М., Янков В.И. Математическая модель плавления полимерных материалов в экструдерах // Химические волокна, 1984, №3, с. 51 -53.

86. Первадчук В.П., Труфанова Н.М., Янков В.И. Математическая модель плавления полимерных материалов в экструдерах. Влияние различных источников тепла на форму и размеры твердой пробки // Химические волокна, 1984, № 4, с. 49 50.

87. Первадчук В.П., Труфанова Н.М., Янков В.И. Математическая модель плавления полимерных материалов в экструдерах. Исследование формы границы раздела фаз и профилей скоростей расплава // Химические волокна, 1984, № 5, с. 40 42.

88. Первадчук В.П., Труфанова Н.М., Янков В.И. Математическая модель плавления полимерных материалов в экструдерах. Влияние физических свойств полимера и режимов переработки на скорость плавления // Химические волокна, 1984, № 6, с. 46-48.

89. Первадчук В.П., Труфанова Н.М., Янков В.И., Ильин В.Г., Антоненко В.И., Коноваленко Е. П. Математическая модель плавления полимерных материалов в экструдерах // Химические волокна, 1985, № 6, с. 38 40.

90. Пешков И.Б. Кабельная техника в России: Соврем, состояние и перспективы развития // МКЭМК-99: Тр. 3-й Междунар. конф. "Физ.-техн. пробл. электротехн. матер, и компонентов", Москва, 30 нояб.-2 дек. 1999.- М., 1999. С. 7-8.

91. Пешков И. Б. Мировая кабельная промышленность: переход в новый век // Кабели и провода, 2001, № 4, с. 3 6.

92. Пименов В.М., Дорезюк Н.И., Колесников В.А. Нормирование нерегулярностей в кабелях для систем кабельного телевидения. Электротехническая промышленность. Серия "Кабельная техника", 1975, № 1, с. 20 - 22.

93. Полиэтилен. Справочное руководство / Под ред. М.И. Гарбара. Л.: Госхимиздат, 1955.

94. Радченко Л.Б. Моделирование неизотермических процессов подготовки расплава при переработке полимеров методом экструзии // Тепломассообмен ММФ 96. Труды III Минского международного форума по тепломассообмену. - Минск, 1996.-т. VI.-С. 68-72.

95. Рапопорт Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла. М.: Металлургия, 1993. - 279 с.

96. Рапопорт Э.Я. Альтернансный метод в прикладных задачах оптимизации. М.: Наука, 2000. - 336 с.

97. Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределенными параметрами. М.: Высш. шк., 2003. - 299 с.

98. Рапопорт Э.Я. Анализ и синтез систем автоматического управления с распределенными параметрами. М.: Высш. шк., 2005. - 292 с.

99. Рахманов B.C., Рябчун Т.И., Смолка И.Я. Исследование течения расплавов полимеров в круглой конической насадке. Хим. машиностр., Киев, 1985, № 41, с. 16-20.

100. Рей У. Методы управления технологическими процессами М.: Мир, 1983.-368 с.

101. Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. - 616 с.

102. Сажин Б.И. Электрические свойства полимеров. М.: Химия, 1970. - 376 с.

103. Самарский А.А. Теория разностных схем. М.: Наука, 1977. - 656 с.

104. Самарский П.А. Основы структурированных кабельных систем. М.: ДМК Пресс, Компания АйТи, 2005. - 232 с.

105. Самойлов А.В. О теплопередаче в винтовом канале червячного пресса. // Сб. статей "Переработка полимерных материалов". Киев: Техшка, 1971. - С. 12-18.

106. Самыгина Т.А. Оптимальное управление течением полимерных жидкостей в шнековых насосах // Вестник ПГТУ. Математика и прикладная математика. -Пермь, 1996, №3, с. 52-66.

107. Семенов С.К., Стрижаков И.Р., Сунчелей И.Р. Структурированные кабельные системы. М.: ДМК Пресс, 2002. - 640 с.

108. Семенов А.Б. Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов. М.: ДМК Пресс, Компания АйТи, 2003. - 416 с.

109. Сергеев С.А., Мельникова С.Е. К анализу динамики терморегулирования червячных машин. // Сб. статей "Переработка полимерных материалов". Киев: Техшка, 1971.- С. 87-95.

110. Соболев О.С. Методы исследования линейных многосвязных систем. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 120 с.

111. Справочник по пластическим массам. Т. 1/ Под ред. В.М. Катаева. М.: Химия, 1975.-447 с.

112. Степанов JI.E., Тюмкин В.А. Оценка быстродействия системы управления производством коаксиального кабеля // Автоматическое управление непрерывными технологическими процессами. Сб. статей. Куйбышев, 1976. -С. 42-44.

113. Степанов JI.E., Чостковский Б.К. Статистический анализ качества коаксиального кабеля в процессе производства // Электротехническая промышленность. Серия "Кабельная техника", 1980. Вып. 9 (187). - С. 17 - 20.

114. Степанов JI.E. Коаксиальный кабель зоновой связи до 10 МГц с изоляцией из вспененного полиэтилена: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Москва, 1985. -20с.

115. Тадмор 3., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1984.-632 с.

116. Телегин А.С., Швыдкий B.C., Ярошенко Ю.Г. Тепломассоперенос. М.: ИКЦ "Академкнига", 2002. - 455 с.

117. Теория автоматического управления. Ч II. Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления. / Под ред. А.А. Воронова. М.: Высш. школа, 1977.-288 с.

118. Теплотехнический справочник. / Под ред. В.Н. Юренева Т. 2. М.: Энергия. -1976.-896 с.

119. Торнер Р.В. Теоретические основы переработки полимеров. М.: Химия, 1977. -464 с.

120. Торнер Р.В. Основные процессы переработки полимеров (теория и методы расчета). М.: Химия, 1972. - 456 с.

121. Трофимова Т.И Курс физики: Учебник для студ. вузов. М.: Высш. шк., 1985. -432 с.

122. Труфанова Н.А., Труфанова Н.М., Широких Д.И. Математическая модель образования технологических напряжений в пластмассовой изоляции провода // Пластические массы, 1997, № 8, с. 33 36.

123. Тян В.К. Математическое моделирование и автоматизация процесса производства коаксиальных радиочастотных кабелей: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -Куйбышев, 1989.-21 с.

124. Уклейн Д.А., Ермолаева Е.А. Многофункциональная система автоматизации технологического процесса экструзии кабельной изоляции // Алгоритм, и техн. обеспеч. в системах упр. технол. процессами / Самар. политехи, ин-т. Самара, 1991.-С. 43-49.

125. Феллер В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Т. 1. М.: Мир, 1984.-528 с.

126. Фишер Э. Экструзия пластических масс. М.: Химия, 1970. - 288 с.

127. Хаджийски Н., Пацов С. Управление экструдерной линией как объектом с распределенными параметрами // Автом. изчисл. техн. и автоматизир. сист., 1986, №5, с. 7-18.

128. Холодный С.Д., Соколов И.Т., Месенжник ЯЗ. Расчет технологических режимов изготовления кабелей с изоляцией из вулканизируемого полиэтилена. -Электротехническая промышленность. Серия "Кабельная техника", 1979, № 8, с. 7-9.

129. Циглер Ф. Механика твердых тел и жидкостей. Ижевск: РХД, 2002. - 912 с.

130. Чадаев В.В. Математическое моделирование и оптимизация процесса производства жил кабелей связи на участке охлаждения: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Самара, 1991. - 12 с.

131. Численные методы исследования течений вязкой жидкости / А.Д. Госмен, В.М. Пан, А.К. Ранчел и др. М.: Мир, 1972. - 324 с.

132. Чостковский Б.К. Применение методов спектрального анализа для оптимизации управления формированием качества коаксиального кабеля: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Севастополь, 1978. - 18 с.

133. Чостковский Б.К., Абросимов А.А. Статистическая модель формирования качества коаксиального кабеля. // Автоматическое управление непрерывными технологическими процессами. Сб. статей. Куйбышев, 1976, с. 28 - 32.

134. Чостковский Б.К. Алгоритмизация и частотная оптимизация управления процессами производства кабелей связи // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 1998, Вып. 5, с. 28 35.

135. Чостковский Б.К., Попов М.Ф., Бульхин А.К. Методы и средства автоматизированного контроля и управления в технологических процессах производства кабелей связи. // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2000, Вып. 8, с. 50 62.

136. Чостковский Б. К. Алгоритмизация терминального управления совмещенным технологическим процессом изготовления радиочастотных кабелей // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2002, Вып. 14, с. 33 37.

137. Чостковский Б. К. Частотный подход к формированию временных характеристик процесса автоматического управления изготовлением радиочастотных кабелей // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2005, Вып. 33, с. 76 -81.

138. Чостковский Б. К. Алгоритмизация комбинированного управления и контроля экструзии кабельной изоляции // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Технические науки", 2005, Вып. 37, с. 70 73.

139. Чостковский Б. К. Математическая модель формирования обобщенных параметров качества нерегулярных кабелей связи в стохастической постановке // Вестн. Самар. гос. техн. ун-та. Сер. "Физико-математические науки", 2006, Вып. 42, с. 147-161.

140. Шашков А.Г. Системно-структурный анализ процесса теплообмена и его применение. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 280 с.

141. Шенкель Г. Шнековые прессы для пластмасс. М.: Госхимиздат, 1962. - 467 с.

142. Щербинин А. Г., Труфанова Н. М., Янков В. И. Влияние зазора между гребнем нарезки червяка и корпусом на работу экструдера // Химические волокна, 1998, №1, с. 44-48.

143. Щербинин А. Г., Труфанова Н. М., Янков В. И. Определение давления и мощности в зоне загрузки пластицирующего экструдера // Сб. научных трудов "Информационные управляющие системы". Пермь (ПГТУ), 2002, с. 237-243.

144. Щербинин А. Г., Труфанова Н. М., Янков В. И. Математическая модель одночервячного пластицирующего экструдера // Сборник научн. тр. "Информационные управляющие системы". Пермь (ПГТУ), 2003 с. 61 67

145. Щербинин А. Г., Труфанова Н. М., Янков В. И. Численные исследования процессов тепло- и массопереноса полимера в каналах одночервячных пластицирующих экструдеров // Сборник научн. тр. "Информационные управляющие системы". Пермь (ПГТУ), 2003 с. 68 73

146. Щербинин А. Г., Труфанова Н. М., Янков В. И. Пространственная математическая модель одночервячного пластицирующего экструдера. Сообщение 2. Математическая модель по определению температуры шнека // Пластические массы, 2004, № 8, с. 38 40.

147. Янков В.И., Первадчук В.П., Боярченко В.И. Процессы переработки волокнообразующих полимеров (методы расчета). М.: Химия, 1989. - 320 с.

148. Agur Т.Е., Vlachopoulos J. A computer model of plasticating extrusion. Rheol. Acta, 1982,21, №4-5, p. 778-783.

149. Al-Karawi J„ Schmidt J., Strumke M. Kopplung von numerischer Berechnung und Experiment zur Bestimmung des Warmeubergangskoeffizienten bei der Herstellung von Kabeln. Wiss. Z. Techn. Hochsch. O. Guericke Magdeburg. -1984, 28, № 4, s. 117-119.

150. Bischoff W., Tessmer R., Kurz R. Neue Antrieb- und Automatisierungslosungen fur Maschinen der Kabel und Drahtindustrie. Elektrie, 1987, Jg.41,№ 4, s. 127 - 134.

151. Boysen R.L. How to solve problems in the extrusion of cellular PE in coaxial cables. -Wire Journ., 1972, v.5, № 1, p. 51 56.

152. Broyer E., Tadmor Z., Polymer Eng. Sci., 1972, v. 12, № 1, p. 12 24.

153. Calabrese P. The utilization of microprocessor based control systems. Wire J. Int., 1985, vol. 18, №12, p. 43-45.

154. Carr D. Controlling coating equipment with microprocessor-based systems. Wire J. Int., 1984, vol. 16, №7, p. 36-38.

155. Chan D., Lee L.J. Dynamic modeling of a single screw plasticating extruder. -ANTEC'84,1984, p. 77-80.

156. Control of plastic extruders with multiple temperature zones using a microprocessor based programmable controller system. ISEEE Cont. Rec. of 35th Cont. El. Eng. Problems. 1983, p. 43-47.

157. Control system for communication cable coating // Wire Ind. 1994. - 61, № 728. - C. 586,587,593,478-479.

158. Das Topcas Regelsystem in der Kabelindustrie // Draht. 1984. - 35, № 5, s. 287 -288.

159. Dodin M.G. Mathematical models of polymer melt viscosity in shearing flow polyethylene melts. International Journal of Polymeric Mat., 1986, v. 11, № 2, p. 115 -135.

160. Dougherty T.S. A unique monitoring system for expanded wire insulations. -International Wire and Cable Symposium, 25-th Atlantic City, 1976 Proceedings, p. 387-393.

161. Filev D., Hongu J., Losenicky M. Elektroizol. a kabl. techn., 1980, 33, №2, 105 -116.

162. Fukase H., Kunio J. e. a. Polymer Eng. a Sci., 1982, v. 22, № 9, p. 578 - 586.

163. Furuta K., Yoshinori N., Asaka K. J. Soc. Instrum. and Contr. Eng., 1984, 23, №2, 222 -228.

164. Integral on line quality control in cable production // Wire Ind. 1995. - 62, № 736. -C. 213-215,220,190-191.

165. Kim H. T. High-yield extruder screw melts and pumps in step. Plast. Eng., 1985, v. 41, №8, p. 27-30.

166. Laurich K., Muller G., Bluckler В., Wallau H. Untersuchung einer ZweigroPenregelstrecke an einer kabelummantelungsanlage. Mess. - Steuern -Regeln, 1979, 22,№l,s. 28-31.

167. Laurich K., Muller G., Wallau H. Automatisierungssystem fur kabelummantelungsanlagen. Mess. - Steuern - Regeln, 1979,22, № 7, s. 370 - 374.

168. Lein P., Muller K., Schulmeister B. Berechnung von Temperaturfeldern in extrudierten Aderisolierungen. Elektrokabel, 1986, № 1, s. 45 - 48.

169. Lenk R.S. Auslegen von Extrusionswerkzeugen fur Kunststoffschmelzen. -Kunststoffe, 1985, Jg.75, №4, s. 239 243.

170. Lindt T.T. Mathematical modeling of melting of polymers in single screw extruders: A critical review. - ANTEC'84,1984, p. 73 - 76.

171. Losenicky M., Hongu J., Filev D. Modellbildung eins kabellummantelungsprozesses. -Mess. Steuern - Regeln, 1981, №10, s. 553 - 557.

172. Marinov S., Steller R. Erfassung der Sohmelzestromung in Extrusionsduzen bei pulsierendem Druckdradienten. Plaste und Kautschuk, 1985, Bd. 32, № 9, s. 346 -349.

173. Menges G., Meipner M. Entwicklung von systemen zur massetemperatur regelung am extruder. - Plastverarbeiter, 1972, Jg.23, №4, s. 241 - 247.

174. Merki H.A. Control of diameter and capacitance of products with cellular insulation. -Wire Ind., 1983, vol. 50, № 389, p. 39 42.

175. Mitsoulis E. Finite element analysis of wire coating. Polymer Engineering and Science, 1986, v.26, № 2, p. 171 -186.

176. Mitsoulis E. Fluid flow and heat transfer in wire coating. A review. Advances in Polymer Technology, 1986, v. 6, № 4, p. 446 - 487.

177. Mitsoulis E., Mirza F.A., Finite element analysis of flow through ties and extruder channels. ANTEC'84,1984, p. 53 - 58.

178. Mount E.M., Chung C.I. Polymer Eng. a Sci., 1978, v. 19, № 9, p. 711 - 720.

179. Mund B. Fast Fourier transformation testing of structural return loss during extrusion of insulation // Wire Ind. 1997. - 64, № 763. - C. 397 - 401.

180. Ohta M. Factory automation in extrusion shop. Japan Plastics Industry Annual, 29th edition, 1986.-P. 112-122.

181. Ortgies H. Automatisierung bei der ProzePsteuerung an Extrusionslinien. Draht, 1984, Jg.35, №5, s. 230-235.

182. Oyanagi Y. Pressure Effects on Rheological Behaviour of Melt Polymers. Journal of Polymer Engineering. - 1986. - V. 7, № 1. - P. 47 - 75.

183. Paton C. Non-interactive total process control. Wire J. Int., 1983, vol. 16, № 3, p. 46 -47.

184. Planer F.E. Capacitance control of extruded wires and cables. Wire Ind., vol. 49, № 577, p. 43-46.

185. Potente H., Lappe H. Verweilzeit- und Langsmischgradgleichungen fur Schmelzextruder. Kunststoffe, 1985, Jg. 75, № 11, s. 855 - 858.

186. Reiner Т., Bohmann J. Prozessorgeregeltes ummanteln elektrischer Leiter. Drahtwelt, 1986, Jg.72, № 5, s. 138-141.

187. Saha P., Tomis F. Studium pomeru v prechodovem pastu sneku. Plasty a Kaucuk, 1984, r. 21, c. 3, s. 65-68.

188. Savolainen A., Heino A., Lehtinen O. Insulation of telephone singles with cellular polythene. Wire Industry, 1984, vol. 51, № 612, p. 907 - 909.

189. Schreber W.D., Bernard W. Praxisorientierte berechnung von druckvenaufen in extruder-spritzkopfen der kabel-und leitungsindustrie. Kautschuk und Gummi Kunststoffe, 1988, Jg.41, №2, s. 169 - 172.

190. Steeber C.F. Process control for extrusion of foam communications cables. Wire and Wire Prod., 1971, v. 46, №10, p. 86-91.

191. Tadmor Z., Divdevani H., Klein I. Polymer Eng. a. Sci., 1967, v. 7, № 3, p. 198 -217.

192. Tadmor Z., Klein I. Principles of Plasticating Extrusion. New-York, Van Nostrand Reinhold Go., 1970.-479 p.

193. Turnbull G.F. Measurement and control of temperature. Dev. Plast. Technol. I., London, New York, 1982, p. 1 -43.

194. Viriyayuthakorn M., Kassahun B. A tree dimensional model for plasticating extrusion screw design. ANTEC'84,1984, p. 81 - 84.

195. Walker D.M. An approximate theory for pressures and arching in hoppers. Chem. Eng. Sci., 1966, № 21, p. 975 - 997.

196. Ware W. Control of plastic extruders with multiple temperature zones using a microprocessor based programmable controller system. IEEE Transactions on Industry Applications, 1984, v. 20, № 6, p. 912 -917.

197. Wilczynski K. Symulacja komputerowa uplastyczniania tworzywa w wytlaczarce jednoslimakowej na przykladzie Pedg. // Polimery, 1986,31, № 7, s. 264 267.

198. Zachow J.P. To produce the highest possible quality of insulated wire for use in LAN cables // Euro Wire: The Unique European Magazine for the Wire and Cable Industries. 2002. - 5, №1. - С. E91 - E94.

199. A.c. СССР № 690410, кл. G01R 27/18. Автоматическое устройство для измерения диэлектрической проницаемости изоляции при ее наложении на кабельную жилу / Абросимов А.А., Чостковский Б.К., Митрошин В.Н. БИ № 37,1979.

200. А.с. СССР № 855541, кл. G01R 31/00. Устройство для измерения неоднородности волнового сопротивления кабеля / Семенов В.В., Абросимов А.А., Митрошин В.Н., Чостковский Б.К. БИ № 30,1981.

201. А.с. СССР № 974302, кл. G01R 31/08. Устройство для контроля параметров изолированной кабельной жилы / Чостковский Б.К., Митрошин В.Н., Брюханов О.Ф.-БИ№42,1982.

202. А.с. СССР № 1112314, кл. G01R 27/18. Устройство для контроля диэлектрической проницаемости изоляции кабельных жил / Чостковский Б.К., Митрошин В.Н., Уклейн Д.А., Павлов А.А.- БИ № 33,1984.

203. А.с. СССР № 1420347, кл. G01B 11/06. Способ контроля плотности накладываемой пенопластовой изоляции кабельных жил в процессе изготовления / Чостковский Б.К., Митрошин В.Н. БИ № 32,1988.

204. А.с. СССР № 1442812, кл. G01B 5/10. Устройство для измерения профиля сечения движущегося кабеля / Думко Ю.Н., Иванов К.В., Митрошин В.Н., Тян В.К., Уклейн Д. А., Чостковский Б.К. БИ № 45,1988.

205. Патент США № 3914357, кл. 264/40 (B29D 27/00, D29F 3/10). Method of monitoring the application of cellular plastic insulation to elongated conductive material.

206. Патент США № 4017228, кл. 425/71 (B29F 3/10). Apparatus for monitoring cellular dielectric material.

207. Патент США № 4229392, кл. 264/40.1 (B29D 27/00). Process of producing a foamed plastic insulated conductor and an apparatus therefore.