автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Повышение эффективности электрооборудования и системы управления экструзионной линией

На правахрукописи

Орлов Сергей Павлович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСТРУЗИОННОЙ ЛИНИЕЙ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2004

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель - кандидат технических наук, профессор

Куроедов Валентин Иванович.

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Григораш Олег Владимирович; - кандидат технических наук, доцент Самородов Александр Валерьевич.

Защита диссертации состоится 16 декабря 2004 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 212.100.06 в Кубанском государственном технологическом университете (350000, г. Краснодар, ул. Старокубанская, 88/4, ауд. № 410).

Отзыв на автореферат в двух экземплярах направлять по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, КубГТУ, ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2.

Автореферат разослан 15 ноября 2004 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.100.06,

Ведущее предприятие: - ДЗАО «Армавирский завод связи»

(г. Армавир)

кандидат технических наук, доцент

22 757?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных этапов производства телефонного кабеля является наложение на провод изоляции (экструзия). Автоматизация процесса изолирования жил кабеля снижает выпуск продукции низкого качества, улучшает технико-экономические показатели производства, повышает производительность агрегатов, облегчает условия работы обслуживающего персонала.

Экструдер - один из основных типов кабельного оборудования, предназначенного для наложения полимерных материалов методом экструзии. Проведённые исследования показывают, что существующие на сегодняшний день системы управления не позволяют в должной мере эффективно регулировать производительность экструдера.

В нашей стране наиболее распространённой является конструкция электропривода экструдера, состоящая из силового преобразователя и двигателя. В качестве регуляторов в системе управления используют широко используемые в промышленности пропорционально — интегральные (ПИ) и пропорционально - интегрально — дифференциальные (ПИД) регуляторы с подчинённым регулированием координат. Однако этот принцип построения замкнутой системы не позволяет получить стабильное поддержание производительности экструдера с требуемой точностью. При отклонении параметров от требуемых значений необходимо перенастраивать уставки регуляторов всей системы управления, или возложить на оператора ручное управление технологическим процессом.

Одним из путей решения этой проблемы является создание системы управления имеющей свойства приспособления (адаптации) к изменениям параметров системы. Исследование системы электропривода экструдера и процесса экструзии как единого объекта управления, и применение к нему современных методов адаптивного управления и явилось целью настоящей работы.

Цель работы. Целью диссертационной работы является синтез и математическое моделирование электропривода и адаптивной системы управления экструдером.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели в работе по-

ставлены следующие основные задачи:

- произвести анализ существующих систем управления экструзион-ными линиями;

- построить математическую модель технологической части экстру-

дера;

- построить математическую модель электромеханической части привода экструдера с частотным управлением;

- провести анализ объекта управления на изменение его основных технологических параметров, показать необходимость создания адаптивной системы управления;

- определить передаточную функцию замкнутой системы управления производительностью экструдера, имеющей необходимую точность в установившемся режиме и заданные показатели переходного процесса;

- обосновать выбор адаптивной системы управления без измерения производных выходной величины;

- выбрать структурную схему адаптивной системы, состоящей из контура адаптации и самонастраивающегося регулятора и создать его математическую модель;

- провести моделирование системы; по полученным переходным процессам определить их основные показатели качества, провести сравнительный анализ адаптивной системы управления и системы управления без адаптации.

Методы исследования. В теоретических исследованиях использованы методы теории адаптивного управления, математический аппарат анализа и синтеза электрических машин.

Научная новизна. В диссертационной работе поставлены и решены теоретические вопросы разработки электропривода экструдера, а именно: •

- разработана математическая модель объекта управления, включающего технологическую часть экструдера, механическую часть электропривода, асинхронный двигатель и преобразователь частоты;

- проанализировано влияние основных технологических параметров на систему управления, обосновано применение адаптивной системы управления для экструдера;

- разработана структурная схема замкнутой адаптивной системы, включающей контур адаптации и самонастраивающийся регулятор;

- проведён анализ результатов моделирования систем управления с контуром адаптации и без него.

Практическая ценность. Настоящая работа имеет прикладной характер и основной своей задачей ставит вопрос создания системы управления экструдером. Решение этой задачи позволит снизить расход исходного сырья, повысить статическую точность регулирования производительности, обеспечить необходимые показатели качества переходного процесса электропривода экструдера. В связи с этим в работе решены следующие практические вопросы:

- разработана структурная схема адаптивной системы управления, включающей объект управления, контур адаптации, самонастраивающийся регулятор;

- предложена схема электропривода, состоящего из асинхронного двигателя и преобразователя частоты, отличающая от существующих моделей учётом влияния демпфирования ротора и потокосцепления статора.

Автор защищает:

- математическую модель и структурную схему адаптивной системы управления, включающей объект управления, контур адаптации, самонастраивающийся регулятор;

- математическую модель технологической части экструдера; *

- математическую модель электропривода, включающего асинхронный двигатель и преобразователь частоты, отличающая от существующих моделей учётом демпфирования ротора и потокосцепления статора.

- комплекс динамических характеристик адаптивной системы управления.

Реализация результатов работы. Полученные в работе результаты использованы ДЗАО "Армавирский завод связи", для модернизации существующего технологического оборудования по производству кабельной продукции. В отчетах научно-исследовательской работы Армавирского механико-технологического института (филиала) ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», тема: «Исследование и алгоритмизация электрооборудования, процессов и систем электрики» peг. №11.86.1. А также учебном процессе по курсам «Электрические машины» и «Электропривод», в дипломных проектах по специальности 18.13.00 -

Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение научной общественности: на 1-й Международной научно-практической конференции «Эффективные энергетические системы и новые технологии» (Казань, 2001 г.); на межвузовской научно-практической конференции АЦВО КубГТУ «Современные инновационные технологии как одно из условий совершенствования науки, производства и образования» (Армавир, 2001 г.); на 2-ой Всероссийской научно-практической конференции «Системы управления электротехническими объектами» (Тула, 2002 г.); Первой международной научно-практической Интернет - конференции «Энерго- и ресурсосбережение XXI рек» (г. Орел, 2002 г.); на второй межвузовской научной конференции «Электромеханический преобразователи энергии» (Краснодар, 2003 г), на межкафедральном семинаре АМТИ (филиал) ГОУ ВПО КубГТУ (г. Армавир, 2004 г.), семинарах кафедры ВЭА АМТИ ГОУ ВПО КубГТУ (2001, 2002,2003,2004 г.г.).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 6 работах автора.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 138 наименований и 4 приложений. Общий объем диссертации 163 с. печатного текста, включая 48 рисунков и 1 таблицу,

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблем создания адап тивной системы управления экструдера, формулируются цели и задачи исследования.

В первой главе рассмотрены существующие технологические экс-трузионные линии.

Показано, что основная роль в поддержании технологического режима переработки принадлежит экструдеру. Анализ работы экструдера показывает, что изменение производительности экструдера зависит от ряда факторов: конструктивных параметров, реологическими свойствами ис-

ходного сырья условиями его переработки, роста давления в формующем инструменте и др. Выяснено, что изменения физико-химических свойств исходного сырья являются определяющими при колебаниях производительности в установившемся и переходном режимах работы экструдера.

Сделан обзор существующих систем автоматического управления экструзионных линий. Структурная схема управления рассматриваемой экструзионной линии, приведена на рисунке 1 ниже.

Рисунок 1 — Структурная схема управления экструзионной линией

Результаты этих исследований показывают что, существующие системы управления не позволяют в должной мере осуществлять стабильное управление производительностью экструдера.

Переход на микропроцессорные системы управления обеспечивает повышение точности электропривода в 2-5 раз, сокращается расход исходного сырья на 5-12 %, увеличивается выход готовой продукции. Показано, что существующие аналоговые системы управления не обеспечивают требования точности регулирования угловой скорости рабочего органа экс-трудера - червяка. Переход на микропроцессорные системы управления обеспечивает не только повышение точности скорости электропривода экструдера, сокращение расхода исходного сырья, но и возможность реализации сложных систем управления. Необходимость создания адаптивной

системы управления обоснована тем, что в системе управления приходиться учитывать не только влияние медленных изменений технологических параметров, но влияние быстрых переходных процессов, протекающих в электроприводе.

Описаны цели и поставлены задачи проводимого исследования.

Вторая глава посвящена разработке математической модели системы управления экструдером, включающей в себя технологическую часть, механическую часть, асинхронный двигатель, преобразователь частоты.

При разработке математической модели процесса экструзии была выбрана гидродинамическая модель. Принятая модель согласуется с опытными данными, имеет простое решение с явно выраженными функциональными взаимосвязями между основными характеристиками процесса.

Для стационарного ламинарного течения несжимаемой изотропной жидкости, уравнение движения для потока в направлении оси может быть записано в общем виде:

Эр____,д2уг ^дгуг j+dvz дц

dz дх

dvz 5ц

Зу2 5х Зх ду ду

(1)

где р - давление расплава, Па; ц - вязкость расплава, Па-с; Vz - скорость движения расплава вдоль канала червяка, м/с; х,у - текущие координаты частиц расплава, м.

После принятия ряда допущений и упрощений получим временную зависимость изменения давления от времени dp/dt в виде выражения:

,v ДР ДР,

'(К--+ у--) + -

ц

ß-L dp _ 30 а

шг,,

(2)

ц ц -Щ<р (11 л

где ДР - общий перепад давления по длине всего канала, Па; а, Р, у константы прямого, обратного и потока утечки соответственно,

т 3

радиус цилиндра корпуса экструдера, м; L — длина червяка экструдера, м ; Ф - угол подъёма винтовой линии, град.; Шщ — угловая скорость вращения червяка, рад/с; К - общая константа, зависящая от конфигурации и отдельных элементов кабельной головки, м3.

Передаточная функция технологической части экструдера в относительных единицах в упрощённой записи примет вид:

„ 60-ц-а

где К=-£—

Т„=-

коэффициент передачи экструдера, о.е.;

■ постоянная времени экструдера, о.е.

Переходной процесс изменения давления в экструдере носит апериодический характер, что находиться в соответствии с принятыми допущениями гидродинамической модели.

Механическая часть электропривода экструдера, включающая рабочий орган экструдера, редуктор, муфту и ротор двигателя может быть приведена к обобщённой двухмассовой упругой системе. В двухмассовой системе учтены относительный коэффициент внутреннего трения упругого элемента кс, о.е. и относительный коэффициенты внешнего трения к о.е. Передаточная функция механической части в относительных единицах имеет вид:

Дмг® __у^-аН

(4)

т +т

где - коэффициент соотношения масс

- постоянная времени упругих колебаний двухмассовой системы, с; Тм2 - механические постоянные времени первой и второй масс соответственно, с; Тс - постоянная времени жёсткости упругой связи, с; приращения относительных скоростей вращения первой и второй массы соответственно, о.е.

Для описания переходных процессов, происходящих в асинхронном двигателе, были приняты общепринятые допущения.

При частотном управлении в переходном режиме при любой скорости в асинхронном двигателе возбуждаются колебания электромагнитного момента относительно среднего значения Мер, Н-м В то же время в начальной фазе пуска реальная характеристика момента существенно отличается от усредненного значения. Как показывают исследования, в систе-

мах с управлением по напряжению целесообразны структуры с ориентацией координат по вектору потокосцепления ротора.

Линеаризация уравнений для рабочей области проводиться при выполнении условий приращения скольжения ,Д5дв, o.e. и уравнения равновесия моментов двигателя:

(А,л \-n ./A«1

(5)

(6)

где рк — число пар полюсов; О1 - угловая частота напряжения статора в статическом режиме, рад/с; ДШ1 — приращение угловой частоты напряжения статора, рад/с; До, - приращение угловой скорости вращения ротора, рад/с; Л - момент инерции ротора, кг- м3; ДМ - приращение электромагнитного момента, Н-м; ДМс — приращение момента сопротивления на валу двигателя, Н-м.

На основании полученных выражений может быть составлена структурная схема асинхронного двигателя, связывающая изменение электромагнитного момента двигателя ДМ, Н-м при изменении напряжения статора Ди^ ]В и неизменной частоте напряжения ста т<*? ¥ стаУф а в -нениями (5) и (6) в схеме асинхронного двигателя учитывается демпфирующее влияние ротора.

Система уравнений, описывающих переходные процессы в асинхронном двигателе, после принятия условий (5) и (6) представлена ниже:

(7)

где — приращение потокосцепления статора по осям

соответственно, Вб; Дуг» Д^ - приращение потокосцепления ротора по осям соответственно, - статические значения по-

токосцеплений статора и ротора по осям о; /3 соответственно, Вб; 8 - но-

минальное значение скольжения двигателя, о.е.; Тэл - электромагнитная постоянная времени двигателя, с; Ь2 - эквивалентная индуктивность ротора без учёта электромагнитной связи со статором, Гн; к1 — коэффициент электромагнитной связи статора; 8 - оператор Лапласа.

Рисунок 2 - Структурная схема асинхронного двигателя при управлении напряжением статора и частотой напряжения статора

На рисунке 2 приведена структурная схема асинхронного двигателя при управлении напряжением статора и частотой напряжения статора.

Динамика преобразователя частоты рассматривается совместно с электромагнитными процессами асинхронного двигателя. При составлении математической модели был принят ряд общепринятых допущений. Блок автономного инвертора напряжения (АИН) содержит шесть идеальных силовых ключей и не имеет элементов, влияющих в целом на динамику преобразователя.

Передаточная * функция преобразователя частоты в относительных единицах имеет вид:

^пчСз>=

_ ДЦ,(5) _ ксг-1/(Сф-5)

дивх(8) Яэ+Ьэ 5+1/(Сф-в)

(8)

где ди,,^) - приращение промежуточного напряжения звена постоянного тока, о е ; Д11вх(з) - входное напряжение, подаваемое от источника питания, ое.; кет - коэффициент согласования напряжений инвертора и асинхронного двигателя, Лз — эквивалентное активное сопротивление цепей выпрямителя, Ом; Ьэ — эквивалентная индуктивность цепей выпрямителя, Гн; СФ - емкость конденсатора фильтра, Ф

Полученные в главе математические модели описывают систему электропривода экструдера и используются в дальнейшем для синтеза адаптивной системы управления.

В третьей главе выполнен синтез адаптивной системы управления экструдером

Рисунок 3 - Зависимости

а) производительность в экструдере от времени Q = f (t),

б) функции чувствительности производительности экструдера

при вариации параметров: вязкости расплава полимера Z, величины зазора z, плотности расплава полимера Z3

В главе приведён анализ, показывающий влияние на производительность экструдера AQ, кг/с технологических параметров: вязкости расплава полимера Ц, Па с, плотности расплава р, кг/м3, величины зазора между червяком и цилиндром экструдера 8, м.

Приведённый анализ позволяет сделать вывод о необходимости создания системы управления приспособленной к неопределённым изменениям технологических параметров.

На основании передаточной функции объекта управления Wo(s), включающего в себя технологическую часть, механическую часть, асинхронный двигатель и преобразователь частоты получена переходная характеристика. Динамические свойства переходной характеристики не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к экструдеру: время нарастания давления на выходе экструдера не более допустимые колебания нагрузки при переходном процессе должны составлять не более О ¿25 % от установившегося значения момента двигателя Мдв, Н-м; требуемая точность стабилизации частоты вращения червяка в переходном и установившемся режимах работы составляет

Желаемые динамические свойства замкнутой системы задаются соответствующим положением нулей и полюсов передаточной функции. Для физической реализации замкнутой системы, имеющей необходимую точность в установившемся режиме и заданные параметры переходного процесса была выбрана эталонная передаточная функция W3(s), представленная полиномом (фильтром) Баттерворта. Качество переходных процессов полинома Баттерворта соответствуют настройке замкнутой системы на технический оптимум (оптимум по модулю).

Структурная схема выбранной адаптивной системы управления приведена на рисунке 4.

Применение принципов адаптации в системах управления позволяет: обеспечить работоспособность системы в условиях значительного изменения динамических свойств объекта; произвести оптимизацию режимов работы объекта управления; снизить технологические требования к изготовлению отдельных узлов и элементов системы; унифицировать отдельные регуляторы или блоки регуляторов приспособив их для работы с различными видами однотипных моделей; повысить надёжность системы.

Хвх(1) - входное управляющее воздействие на систему; Хвых(0 - выходный сигнал объекта управления; Щ) - управляющее воздействие на объект управления; Д - параметры регулятора; N(1) - вектор неизмеряемых возмущений на объект управления Рисунок 4 — Структурная схема адаптивной системы управления

Задача адаптивного управления состоит в управлении линейным или линеаризованным объектом, заданным в форме пространства состояния:

Х=А-Х+В-и, Хвьк=Ьт-Х,Х(0)=Хо (9)

где и - вектор входного сигнала; X - вектор переменных состояния; ХВых — вектор выходного сигнала; А — матрица коэффициентов; В — мат» рица входа; Ь - матрица выхода; Хо - вектор входного сигнала при нулевых начальных условиях.

Предполагается, что выполняются следующие условия: объект должен быть устойчивым, должны быть известны степени многочленов передаточной функции, измерению датчиками доступны входной и выходной сигналы.

Желаемое поведение системы задаётся в виде эталонной модели также представленной в форме пространства состояний:

Хэм=А,м Хэм+Вэм-и, Хвыхэм=Ьт 'Х.^,, Хзк;(0)=ХЭМ() (10)

где и - вектор входного сигнала; Хэм - вектор переменных состояния эталонной модели; Хвыхэм - вектор выходного сигнала эталонной модели; Аэм ^ матрица коэффициентов эталонная модель; Вэм - матрица входа эталонной модели; Ь - матрица выхода; Хэмо - вектор входного сигнала эталонной модели при нулевых начальных условиях.

Требуется найти такой закон управления И, не содержащий операций дифференцирования, чтобы при любых начальных условий все сигналы в замкнутой системе были ограниченными функциями времени и дополнительно выполнялось условие:

(1

е,(1)=0

где е1 = Хвых - Хвыхэм - ошибка слежения адаптивной системы. Синтез адаптивной системы управления разделяется на две задачи: синтез контура адаптации и синтез регулятора.

Структура контура адаптации аналогична структуре объекта управления, представленного в форме разложения на простые множители с постоянными коэффициентами (каноническая форма). Динамика контура адаптации описывается системой уравнений

- уравнением состояния контура адаптации

- „т- 'I ~ -

х.ых =а.ч -Хы+а -х.ых+Ь -хг+Ь9-и-Х,-(х.мх-х

уравнением контура ошибки

в1 = - X, • е, +6, ■ х>ь1Х +Д[ • XI +б2 ■ и+Д2 • хг +ЬТ • Ег

(12)

(13)

уравнением алгоритма адаптации

,-]Г

Д|= а» а

=-Г, -е, • Дг =

Ы Ь

(14)

где - идентифицированный выходной сигнал объекта управле-

ния; - идентифицированная производная выходного сигнала объекта;

- идентифицированные вектора канонической формы передаточной функции; - идентифицированные параметры канонической формы пе-

редаточной функции; х1,х» - идентифицированные вектор — функции фильтра состояния; X] = 0,007465 - сигнал стабилизирующей обратной

связи адаптера; е1 - производная сигнала ошибки слежения; 6], 5г —идентифицированные параметры, равные 5, = а,+ 133,9286; 82=Ь9; Г], Гг - коэффициенты усиления контура адаптации; W2 — векторы фильтров состояния.

Алгоритм контура адаптации отличается от канонической формы объекта управления двумя особенностями:

- оценка некоторого параметра объекта А в данный момент времени зависит от настройки коэффициента усиления контура адаптации Г; подстройкой коэффициента усиления контура адаптации Г можно задавать точность приближения этих коэффициентов к фактическим значениям параметров объекта;

- динамика контура ошибки е1 обусловлена суммарной ошибкой приближения всех оцениваемых коэффициентов объекта управления к их фактическим значениям; с течением времени ошибка в контуре е1 стремиться к нулю, тем самым обеспечивается устойчивость контура адаптации.

По уравнениям (12) - (14) построена структурная схема контура адаптации, представленная на рисунке 5.

Рисунок 5 - Структурная схема контура адаптации

Предлагаемая адаптивная системы управления имеет ряд преимуществ, перед другими классами адаптивных систем: в системе отсутствуют специальные устройства - поисковые генераторы - для поиска оптимального значения управляемой величины в данный момент времени; используются только датчики входного ХВх(0 и выходного ХвыхЮ сигналов объекта управления

Синтез самонастраивающегося регулятора осуществляют исходя из принципов динамической компенсации. Передаточная функцию замкнутой системы управления \Уз(э) по условиям синтеза должна быть равна эталонной передаточной функции

Исходя из этого условия, передаточная функция регулятора должна подстраиваться при изменении передаточной функции объекта управления:

Быстрые процессы в системе управления управляются на 1 - м уровне — регулятором, медленные изменения отслеживаются на 2 - м уровне контуром адаптации

Размерность векторов (14) - (15) контура адаптации совпадает с порядком передаточной функции самонастраивающегося регулятора для согласования их работы.

Рисунок 6 - Структура самонастраивающегося регулятора

Параметры регулятора работают по разомкнутому циклу и оказывают меньшее влияние на динамику системы, чем при прямом адаптивном управлении. Все ошибки идентификации, уходы параметров контура адаптации и регулятора существенно влияют на точность управления.

Параметры регулятора работают по разомкнутому циклу и оказывают меньшее влияние на динамику системы, чем при прямом адаптивном управлении. Все ошибки идентификации, уходы параметров контура адаптации и регулятора существенно влияют на точность управления.

На рисунке 6 приведена структурная схема самонастраивающегося регулятора

В четвертой главе проведено сравнение динамических свойств системы управления с контуром адаптации и системы управления без контура адаптации.

Оценка качества системы управления производиться по некоторым качественным показателям при различных типовых воздействиях. Ниже приводятся пределы допустимых показателей качества переходных процессов в экструзионной линии: Тр < 15 с; аш%с < 30 %; е < 0,05 o.e.; N < 4. Из всех типовых воздействий на объект управления выберем самый неблагоприятный — входной ступенчатый сигнал l(t).

Полученные показатели качества сведены в таблицу I.

Таблица 1 - Основные показатели качества систем управления

Основные показатели качества Ед. изм. СУ без контура адаптации СУ с регулятором

Время переходного процесса, 1 р сек 30,088 3,19

Максимум перерегулирования! ое. 0 20,06

Собственная частота колебаний,^ рад/с 0 0,629

Количество колебаний в системе, N - - 3

Логарифм, декремент затуханий, (¡а ое. - 1,676

Статическое отклонение, ое. 0,023 0

Результаты анализа переходных характеристик системы управления с контуром адаптации и системы управления без контура показывают, что система без контура адаптации не удовлетворяет требованию по длитель-

ности переходного процесса. Система с самонастраивающимся регулятором и контуром адаптации удовлетворяет предъявляемым к ней показателям качества, имея этом свойство приспособления к изменениям собственных параметров.

Subsystem - фильтр состояния входного сигнала; Subsystem 1 - вектор коэффициентов усиления входного сигнала, Subsystem 2, Subsystem 5 -вектор начальных условий самонастраивающегося регулятора; Subsystem 3 - часть структуры самонастраивающегося регулятора, формирующего полином числителя; Subsystem 4 - вектор коэффициентов усиления входного сигнала, Subsystem 6 - часть структуры самонастраивающегося регулятора, формирующего полином числителя; Subsystem 7 - фильтр состояния выходного сигнала; Subsystem 8 - подсистема объекта управления, Subsystem 9 - кошур ошибки слежения параметров объекта ei(t)

Рисунок 7 - Блочная структурная схема адаптивной системы управления и её подсистемы

Моделирование адаптивной системы проводилось с использованием инструментальной среды научных вычислений MatLab 6. На рисунке 7 приведена реализация структурной схемы адаптивной системы управления экструдером. С помощью данной схемы моделирования можно проверить работоспособность алгоритма адаптации, его взаимосвязи с идентифицируемыми параметрами регулятора, а также влияние коэффициентов адаптации на динамику системы.

Результаты моделирования на рисунках 8 и 9 показывают, что замкнутая адаптивная система управления, настроенная на технический оптимум при переходном процессе имеет при бросках перерегулирования некоторые отклонения давления экструдера, обусловленные идентификацией его параметров: вязкости расплава ц, Па с и плотности расплава р, кг/м3. В установившемся режиме вариация технологических параметров не влияет на статическое отклонение выходной величины. Эти результаты согласуются с результатами анализа функций чувствительности, рассмотренных в третьей главе. Можно отметить особенность, характерную для всех классов адаптивных систем - достаточно большое время на идентификацию выходного параметра Это объясняется тем, что в начальный момент времени параметры адаптивной системы находятся в нулевых начальных условиях, и требуется определенное время на поиск выходной величины.

Рисунок 8 - Часть переходной характеристики экструдера при технологических параметрах: р = 950 кг/м3, 8 = 0,0063-102 м, ц = [920,930,940,950,960,970] Пас

Рисунок 9 - Часть переходной характеристики экструдера при технологических параметрах: 5:= 0,0063-102 м, ц = 950 Па с, р = [920,930,930,940,950,960,970] кг/м3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты и выводы по диссертационной работе*

1. Установлены основные факторы, действующие на технологический процесс экструзии, показаны причины их возникновения. Это обусловило принятие гидродинамической модели технологического процесса экструзии и дальнейшую ее проработку в целях получения аналитических зависимостей. Полученная математическая модель процесса экструзии является основой для создания системы управления.

2. Показано, что основной управляемой величиной в процессе экструзии является производительность экструдера р, кг/м3, управление которой позволяет получить качественную продукцию с высокими технико-экономическими показателями. Анализ показал, что изменение основных технологических параметров: плотности р, кг/м3 и вязкости Па-с расплава полимера, величины зазора между корпусом и червяком 8,М приводит к колебаниям производительности в переходном режиме ± 4,5 %, в установившемся режиме ± 3 %.

3. Разработана математическая модель частотно-управляемого электропривода, состоящего из механической части, асинхронного двига-

теля, преобразователя частоты. При этом электропривод рассматривается как составная часть объекта управления, и неразрывно связан с динамикой экструдера.

4. Обоснован выбор передаточной функции, настроенной на технический оптимум, которая принята за эталонную, переходная характеристика эталонной передаточной функции обладает необходимыми показателями качества переходных процессов, которые предъявляют к экструзион-ным линиям: Тр515 сек.; смаи. < 30 %; е < 0,05 o.e.; N¿4

5. Обоснован выбор беспоисковой замкнутой системы непрямого адаптивного управления, включающего устройство идентификации параметров объекта (адаптер) и самонастраивающийся регулятор. При этом такая система является технически реализуемой, и ее работоспособность проверена моделированием с использованием системы инженерных и научных вычислений MatLab.

6. Проведен сравнительный анализ адаптивной системы управления и системы управления без контура адаптации по основным показателям качества. Система управления без адаптации имеет следующие показатели качества переходного процесса:

показатели адаптивной системы управления:

Показано, что адаптивная системы по своим динамическим свойствам в переходном и установившемся режимах близка к эталонной системе, настроенной на технический оптимум.

7. Разработан пакет прикладных программ, написанный на языке программирования Maple, позволяющий проводить анализ динамических характеристик электропривода экструдера.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. О путях снижения электроэнергии в экструзионных линиях. / Орлов С. П., Трухан Д. А., Строгина Ю. Б., Куроедов В. И. - В сб. научных трудов 1-й Международной научно-практической конференции "Эффективные энергетические системы и новые технологии". - Казань, 2001 г. -187 с.

2. Модернизация системы автоматического управления электроприводом технологической линии скрутки и бронирования как путь снижения энергозатрат при производстве кабельной продукции / Трухан Д. А., Орлов С. П., Строгина Ю. Б., Куроедов В. И. - В сб. научных трудов 1-й Международной научно-практической конференции "Эффективные энергетические системы и новые технологии". - Казань, 2001 г. - 124 с.

3. К вопросу о снижении удельного расхода энергии при работе нории. / Куроедов В. И., Строгина Ю. Б., Трухан Д. А., Орлов С. П. - В сб. научных трудов 1-й Международной научно-практической конференции "Эффективные энергетические системы и новые технологии". - Казань, 2001 г. - 12 7 с.

4. Математическое описание технологической части экструзионной линии / Орлов СП.- В сб. научных трудов 2-й Всероссийской научно -практической конференции " Системы управления электротехническими объектами". - Тула, 2002 г. - 31 с.

5. Возможные меры по снижению энергопотребления в экструзион-ных линиях / Куроедов В.И., Орлов СП. - Материалы первой международной интернет — конференции "Энерго- и ресурсосбережение - XXI век " - Орёл, 2002 г. - 339 - 341 с.

6. Адаптивная система управления экструзионной линией / Орлов СП. - Сборник научных материалов межвузовской научно-практической конференции "Научный потенциал вуза производству и образованию" -Армавир, 2003 г. - 81 - 82 с.Моделирование адаптивной системы управления экструзионной линией / Куроедов В.И., Орлов СП. - Материалы второй межвузовской научной конференции "Электромеханические преобразователи энергии" — Краснодар, 2003 г.

Личный вклад автора в опубликованных в соавторстве работ:

[1,3,4] - реализация алгоритма и выполнение расчёта; [2] - постановка задачи исследований, разработка моделей и алгоритмов реализации; [5,6] - разработка математической модели.

РНБ Русский фонд

2005-4 22750

Лиц. ИД № 02586 от 18.08.2000 Подписано в печать 13.11.2004 . Зак. № 04-049 Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс». Печ. л. 1. Тираж 100 экз.

Отпечатано в редакционно издательнском отделе Армавирского механико-технологического института (филиал) ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» 352905, г. Армавир, ул. Кирова, 127