автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Синтез системы управления процессом резания с использование модифицированного интегрального критерия качества

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Г Б О Л

Па пранах рукописи

Л ЮТОВ Алексей Германович

СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕЗАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОДИФИЦИРОВАННОГО ИНТЕГРАЛЬНОГО КРИТЕРИЯ КАЧЕСТВА

Специальность 05.13.07 — Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата техпических наук

УФА 1094

Работа выполнена в Уфимском государственном авиационном техническом университете.

Научный руководитель — член-корреспондент академии

Ведущее предприятие: Научно-исследовательский институт

дании диссертационного совета /.(Л Уфимского го-

сударственного авиационного технического университета (450000, г.Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

технологических наук Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Зориктуев В. Ц.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Кабальнов Ю. С., кандидат технических наук Юрьев В. Л.

технологии и организации производства двигателей (НИИД), г. Москва.

Защита состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических паук, доцент

А. М. Аминев

ОБЩАЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность трмы. Одним из основных направлений развития

современного машиностроительного производства является дальнейшее совершенствований и повышение эффективности средств его аи~ ( томатизации. Увеличение выпуска станков с числовым программным управлением (ЧПУ) и преимущественное оснащение ими машиностроительной отрасли ставит задачу максимального и надежного использования этого дорогостоящего оборудования.-

Использование микропроцессорной техники создает предпосылки для качественного изменения функциональных возможностей станков, создания гибких производственных систем, позволяет решать многофункциональные задачи управления металлообработкой, в том числе и задачи оптимизации.

Системы автоматического управления (САУ) процессом резания (ПР), и прежде всего его температурно-силовыми координатами, позволяют увеличить производительность обработки резанием до 30-40/{, повысить стойкость и исключить поломки режущего инструмента, поднять точность изготовления деталей.

Существующие САУ ПР являются преимущественно системами статической оптимизации. Однако, в условиях увеличения скоростей резания, только статическая оптимизация уже не обеспечивает требуемых технико-экономических показателей. Например, при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов допустимая статическая погрешность поддержания заданного уровня температуры резания составляет 2$ (исходя из допустимых колебаний интенсивности износа инструмента менее 50^, наклепа не более 10%, снижения жаропрочности не более 2%), тогда как большинст- , во известных САУ имеют погрешность и более. При этом, ее- ■ ли частота действующих на ПР параметрических возмущений становится соизмеримой с частотой среза каналов управления, общая погрешность регулирования температуры резания возрастает на величину динамической ошибки. Эти факторы ведут к снижению эффективности применения САУ для управления процессом резания.

Б тоже время, вопросы динамической оптимизация (оптимального управления в переходных режимах работы) САУ ПР ие получили пока достаточно глубокого развития. Большинство применяешь при проектировании САУ ПР методов не являются оптимальными.

Основной проблемой при использовании методов оптимального синтеза для создании САУ ПР, является недостаточный учет особенностей и задач управления ПР на этапе выбора критерия качества, а также относительная сложность самих методик оптимизации, препятствующая их широкому применению. Поэтому разработка и научное обоснование новых критериев качества управления ПР, разработка методик синтеза оптимальных САУ ПР, позволяющих упростить процесс проектирования САУ ПР и улучшить ее динамические характеристики является актуальной задачей, имеющей важное научное, техническое и экономическое значение, .

Решаемые в диссертационной работе вопросы являются составной частью исследований, проводимых на кафедре "Автоматизированные технологические системы" Уфимского государственного авиационного технического университета в соответствии с координационными .планами НИР АН по машиностроению, а также в свяг Sii с выполнением НИОКР по темам К 3-01-84 (ГР № 01850003055), № 3-06-65 (ГР 15.01860002781), ¡S 3-07-86 (ГР II 01860002782), К 3-05-87 (ГР № 01670052594}, •

Цель и задачи работы. Целью работы является повышение эффективности применения системы автоматического управления процессом резания на станках с ЧЛУ.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Предложить и научно обосновать интегральную оценку качества управления процессом резания в переходных режимах работы САУ,

2, Разработать методики функциональной и параметрической оптимизации САУ ПР с использованием введенной оценки качества управления,

8, Разработать инженерную методику синтеза структуры и параметров, которая бы упродала процедуру построения САУ ПР без ухудшения свойств проектируемой системы.

4. Разработать структурную схему, алгоритмы и програм- . шое обеспечение САУ температурно-силовым режимом обработки точением для реализации ее на базе устройства ЧПУ типа CMC.

5. Реализовать конкретную САУ ПР и внедрить результаты работы в производство.

Методика исследований. Поставленные в работе задачи ре-

шены с использованием теории дифференциального и интегрального исчисления, теории автоматического управления,-теории резания металлов, математического моделирования и программирования,

Научная.новигке.

1. Предложена и научно обоснована новая интегральная оценка качества управления процессом резания - модифицированная квадратичная интегральная оценка (МКИО).

2. Разработан способ, получены математические зависииос-• ти и аналитические выражения ¿ля приближенных вычислений МНИО

применительно к линейным системам.

3. Разработаны методики функциональной и параметрической оптимизации САУ ПР с применением введенных функционалов (оценок) качества управления.

4. Разработаны алгоритмы решения задачи синтеза оптимальной САУ ПР, учитывающие полноту и сложность моделей ПР, возможности методик оптимизации и особенности требований к конечным результатам.

На_защиту_вын'2сятся:

1. Интегральная оценка качества управления процессом £езания,

2. Способ вычисления интегральной оценки качества.

3. Методики синтеза САУ ПР.

4. Алгоритмы управления и техническая реализация САУ ПР,

Прак2ичес!<|Я_ценность_и-2еализация_в_2^

Разработана инженерная'методика синтеза САУ ПР. Разработан пакет прикладных программ для оптимизации систем данного класса. Разработаны алгоритмы управления процессом точения и программное обеспечение микропроцессорной САУ.

Разработанные в диссертации методики синтеза САУ ПР применены при разработке САУ конкретным объектом - токарным станком ТЛ-1000. САУ ПР реализована программно-аппаратным способом на базе УЧПУ типа СЖЗ 2Р32М, Использование разработанных • методик синтеза и алгоритмов управления позволило обеспечить выполнение комплекса требований к качеству управления ПР в различных режимах, улучшить технические характеристики САУ.

Результаты диссертационной работы внедрены на Московском машиностроительном производственном обьединеиии им. В.В.Черны-

- е -

шева в виде САУ температурно-силогым режимом обработки точением для станка ТЛ-1000 с УЧПУ 2Р32М. Экономический эффект от внедрения составляет 170 тыс. руб (в ценах до 1992 года).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы

докладывались и обсуждались на;

- Республиканской НТК "Участие к роль молодых ученых, аспирантов и студентов в ускорении научно-технического прогресса в народном хозястЕе", Уфа, УАЯ, 1935.

- Республиканской НТК "Проблемы внедрения достижений научно-технического прогресса в области автоматизации и механизации производственных процессов", Уфа, НТО, 1988,

- Всесоюзной НТК "Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств", Тольятти, ТолПИ, 1988,

- Зональной НТК "Оптимальная температура - основа современной теории и практики механообработки", Уфа, УАИ, 1989; •

- Всесоюзной НТК "Конструнторско-технологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий", Москва, СТАНКИН, 1989.

- Зональной НТК "Физическая оптимизация, управление и контроль процессов обработки резанием", Уфа, УАИ, 1991.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 14 работ,

отраяащих ее содержание.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введет

нш}, пяти глав, списка литературы и приложений. Основная часть работы содержит 208 страниц машинописного текста, включая 41 рисунок, В таблиц, 154 наименования использованных литературных источников.

КРАТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель, основные положения, выносимые автором на защиту.

В первой ..главе рассмотрены особенности и задачи управления ПР, проведен анализ требований к качеству управления ПР, определены наиболее рациональные пути повышения качества, сформулированы цель и задачи исследований!

На основе анализа литературных данных установлено, что основными физическими величинами, характеризующими протекание

процесса резания, являются силовые координаты и температура резания и без оптимального автоматического управления темпера-турно-силовым режимом обработки на металлорежущих станках невозможно дальнейшее повышение качества изготовляемых деталей.

Отмечается, чтс в условиях постоянного роста скоростей резания, одним из действенных путей повышения эффективности САУ ПР является повышение качества управления в переходных режимах работы САУ,

Проведен анализ требований к качеству управления ПР в переходных режимах работы САУ: основными требованиями являются быстродействие САУ и минимальная колебательность переходного процесса. Причем результаты анализа позволили автору сформулировать совмещенные требования к качеству управления температурой и силой резания, что подтверждает физическую взаимосвязь данных координат ПР.

Показано, что наиболее рациональным направлением повышения качества управления ПР является совершенствование алгоритмов управления САУ. Существенное яе улучшение алгоритмов управления возможно ливь на основе оптимизационных методов, так как применяемые в настоящее эремя методики синтеза САУ ПР ориентированы, в основном, на достижение заданных показателей хачества и не позволяют говорить об оптимальном выборе.

Установлено, что основной проблемой при при использовании оптимизационных методов для решения задач синтеза САУ ПР явля-- ется отсутствие достаточно глубокой проработки вопросов, связанных, прежде всего, с Критериями качества управления ПР, а такае с разработкой простых и эффективных методик синтеза оптимальных САУ ПР. .

Отмечается также, что наибольшее распространение в настоящее время получили комбинированные САУ ПР, в которых наряду с замкнутым линейным законом управления, используется принцип разомкнутого релейного управления при бользгах отклонениях управляемой координаты от заданного значения. Из-за особенностей алгоритмов релейного управления, обусловленных спецификой ■ ПР при точении, в условиях частого воздействия возмущений релейное управление приводит к сникени» ряда технико-зхоноыичес-кйх показателей обработки. Поэтому повышение качества управления связано, преззде всего с оптимизацией линейного регулятора

комбинированной САУ ПР.

Кроме этого, ? данной главе рассмотрены вопросы, связанные с методикой исследований, которая,основана на моделировании и оптимизации процессов в САУ ПР с. применением средств ВТ. Для этих целей автором разработан специальный программный па- • кег, отличающийся тем, что позволяет моделировать ПР по исходным моделям, рассматривая время запаздывания в качестве переменного входного воздействия.

Во второй гла$е предложена, обоснована и исследована новая интегральная оценка качества управления ПР в переходных режимах работы САУ.

Показано, на основе анализа различных критериев качества систем управления, что интегральные критерии универсальны и позволяют наиболее полно задать поведение систем управления. В большинстве случаев интегральные критерии строятся на основе, интегральных оценок (И0> качества.

Проведенный анализ наиболее распространенных Ш: квадратичной, улучшенной квадратичной, ''длины кривой" реакции и др. показал, что они обладают рядом-недостатков, ограничивающих их использование при оптимизации ПР. К числу наиболее существенных из них относятся:

- недостаточно полное отражение необходимых характеристик переходного процесса при управлении ПР;

- наличие Ь ряде случаев значительного числа параметров (ве- • совых коэффициентов, коэффициентов штрафа), процедура выбора которых обычно трудоемка и трудноформализуема;

. На осйове анализа причин недостатков сформулированы принципы формирования ИО качества управления ПР и предложена Новая инуегральная оценка качества управления ПР - модифицированная квадратичная интегральная оценка (МКИО) о* __

О ^

где Х^^^/С90)-^^) - ошибка регулирования;

Ы - весовой коэффициент МКЙО, '

Проведен анализ связи между значением МКЙО и требуемыми характеристиками переходного лроц&соа: быстродействием и колебательностью. На. основе дифференциального уравнения Эйлера- ■

Лагранжа и условия трансверсальности определена экстремаль функционала (1), которая представляет собой кривую типа 1(1). Дана физическая интерпретация МКИО - "момент инерции" кривой, переходного процесса относительно оси ,

Получены аналит пеские выражения для приближенного вычисления МКИО применительно к линейным системам; которые позволяют:

- вычислять МКИО, проводить оценку качества и параметрическую оптимизацию аналитическими методами;

- снять неопределенность в выборе структуры линейного регулятора САУ ПР;

- использовать хорошо развитый для квадратичных форм функционалов математический аппарат оптимального синтеза линейных САУ;

В соответствии с этими выражениями, полученными с помощью теорий интегрального и дифференциального исчисления, действия над ИО (1) могут быть заменены действиями над квадратичной ИО

ост

(2)

о

если от исходного дифференциального уравнения (ДУ) системы ■ или ее. передаточной функции <ПФ)

(3)

перейти к преобразованному ДУ

с/<» £ ¿/4 ¿»У1

или соответствующей преобразованной ПФ

(б)

■ У , 4« /» / ' ! ГI -1 ■ ^

¿РФ = ---г--- , • (6)

где -¿/М- ошибка регулирования для системы, опи-

сываемой ДУ (5) или ПФ (6); - входное воздействие на систему;

^В ■ - весовой коэффициент аппроксимированной формы МКИО (2),

Получена аналитическая зависимость между весовыми коэффициентами исходной (1) и аппроксимированной (2) форы МКИО

г^ с* г.

где с - степень, при которой происходит приравнивание коэффициентов оператора з в методе неопределенных коэффициентов. В в соответствии с (7) изменение весового коэффициента & в диапазоне от 0 до соответствует изменению весового коэффициента от 1 до оо ,

Дан анализ связи между МКИО к устойчивостью системы с применением энергетического подхода к процедуры анализа воз-моаной связи между МКИО к функцией Ляпунова, На основе анализа установлено, что система, оптимальная по минимуму МКИО будет ассимптотически устойчивой.

Дано обоснование того, что при оптимизации МКИО оказывается возможным получить более высокие показатели качества процессов управления резанием, чем при оптимизации других (известных) интегральных оценок. Ка примере системы третьего порядка с использованием метода диаграммы Вышкеградского (рисЛ,а) показана эффективность МКИО по сравнению с близкой по сЛожкос~ кости улучшенной ИО

(б)'

о

На рис.1,а кривые 1, 2 и 3 представляют собой геометрические места точек, соответствующих минимумам интегральных оценок качества при различных значениях их весовых коэффициентов Ы. , и Т (стрелками показано направление увеличения соответствующих весовых коэффициентов).

Построенные по данной диаграмме зависимости степени ус-' тойчивости процессов в системе от их затухания ^ (рис,1,6) позволяют сделать вывод о том, что наибольшее быстродействие при монотонном характере процесса наблюдается при использовании исходной МКИО (^»0.53) и ее аппроксимированной формы

J, If, Й—0<-Ç/oc/i?!/ ,rcue-

и апсраоЗическцу лрэ -Wt/ ¿f/ave^x/ú

Г ' о <-

/С С О t/i/0&s>?tsy/,e%s

s A CcomifefrtcmJrf^rii:

/ - L,'j¡jf Vu/e«Ko¿¡ tffo.9-pt*mr/v4c£/ ¿/Û,

ftfit't f //tftfO,

3 ~ ISCJt <рО/3/Че

Af.WÛ.

с

^ÍC. I

(^«0,43), Время регулирования при использовании МНЯ0 в среднем в 1,4 раза меньше, чем при применении улучшенной квадратной ИО (рис.1,в).

Третья глава посвящена разработке методик функциональной

и параметрической оптимизации САУ ПР, а также вопросам формирования функционалов (критериев) качества процессов управления резанием, которые отражали бы основные требования к системе.

Показано, что использование МКИО создает преимущества » отношении учета требований к энергетическим характеристикам' Процессов управления: получены и обоснованы с применением энергетического подхода модифицированные критерии качества управления темлературНо-сяловым режимом точения - функционалы на основе МКИО: "

в*® —

О

(9)

о а : •

ГДе " главная составляющая силы и термо~ЭДС резания;

]/$ У " скорость подачи и скорость резания;

- весовые коэффициенты {0<^><'} , о<<=«=).

Оптимизация САУ ПР в смысле функционалов качества (б) заключается в минимизации модифицированной квадратичной ИО . качества управления яри ограничениях на энергетические возможности исполнительных механизмов.

Разработаны методики функциональной оптимизации САУ ПР (рис,2)

-л» № —>.

заданной модель» в виде передаточной функции (рис.3), а также при описании системы в пространстве состояний с применением введенных функционалов, Методики.отличаются более простой процедурой выбора весовых коэффициентов (например, при выборе весового коэффициента нет необходимости решать нелинейное матричное уравнение Рикатти) и позволяют получить .требуемое качество переходного процесса в САУ, а так»е ее устойчивость и физическую реализуемость ГМ регулятора.

Разработана методика параметрической оптимизации (рис,4), отличающаяся меньшей сложностью аналитических выражений по сравнению с аналогичными методиками.

Разработана и обоснована процедура выбора весовых коэффициентов функционалов качества управления ПР (9). Весовой коэффициенту должен выбираться исходя из заданных ограничений на управляющую координату, что мо»но осуществить, например, путем моделирования, Весовой коэффициент £ выбирается в зависимости от конкретных требований к переходному процессу по выходной координате САУ;

1) во временной области:

- из условия монотонности переходного процесса;

- из условия эаданного максимального перерегулирования в системе;

2) в корневой области: из условия

^ - * (10)

гдр ^ - степень устойчивости системы;

- с - корень характеристического уравнения системы.

Кроме этого, в данной главе разработаны методики вычисления ШИО как аналитическим, так и численными методам«.

Разработанные методики позволяют существенно упростить процедуру построения САУ ПР и одновременно улучшить свойства проектируемой системы.

^туертая глава посвящена анализу и синтезу САУ температурой и силой резания при точении.

Проведен анализ динамических моделей ПР для силовых коор-нат и температуры резания при точении, а также моделей других элементов САУ ПР (исполнительных механизмов, датчиков регули-

Í ~ЫА 4 fi Л О t

f/'P О У, cmpç/K-rriijfM ц иг -/¿а/чык nnj>-j/4e/r)pc>/! //>e'îy/ix/>ir.y>r,-1 $tj¿)r-, ÚJítjrrt (it/û

Wfi), cft o,..., ¿V, G (s)

X

an _ < ' ^

wrsm)

X

ОпреЭсмемче nproS/y»íM&'tnnett tf-P

X

PaMj^t^uf Г/юлг/fW/rr vrz¿> ¿¿t/xfrvetM» Зая ¿utt/ucJcwiH ('по срлрмулън' УЛЙ

К&ИротН'Гнг/! tJO) ■ *

I

Coc/y>c,SjteM'e ситг^Ы itou

t?íV

ß)

----

X

c^fc(ß), .,, , (ß)

ßöiiup íc Ci'¿' го

ßrßo

X

' Оптимальные параметры регулцтъръ!

Г~

Ç К OHE U, ^

руемых координат и др.), составляющих неизменяемую (на время синтеза) часть системы. Отмечено, что отличительной чертой полных моделей ПР является трансцендентность их передаточных функций,

Установлена возможность аппроксимации полных моделей процесса резания для получения дробно-рациональных передаточных функций, на которые ориентированы разработанные методики оптимизации.

Определены основные ограничения на управляющие координаты САУ ПР в переходных режимах работы. Получено в аналитическом виде условие, ограничивающее скорость изменения частоты . вращения шпинделя при управлении температурой резания в режиме связанных приводов

. - "ХЧ'/

~Тп7 '

где ¿¿м - нормированная частота вращения ипииделя;

Т/и - постоянная времени привода подачи, настроенного

на технический оптимум; . ^в - допустимое относительное отклонение подачи на оборот, зависящее от допустимой шероховатости обрабатываемой поверхности, Разработан алгоритм решения задачи синтеза оптимальной САУ ПР, учитывающий полноту и сложность используемых моделей® ПР, возможности методик оптимизаций и особенности требований к конечным результатам. , •

Разработана инженерная методика синтеза САУ ПР, на основе которой произведен синтез ее структуры и параметров для наиболее распростракненых способов измерения выходных координат ПР: с измерением главной составляющей силы резания Р2 по току якоря ПГД и температуры По термо-ЭДС резания Е. Проведен также синтез САУ силой резания При.применении переспектив-ного малоинерционного способа измерения Рг с использованием информации о проводимости контакта "инструмент-деталь".

Исследования качества управления, проведенное путем моделирования на ЦВМ с помощью специально разработанного пакета, показали, что переходные процессы в синтезированных системах отвечают техническим требованиям и являются квазиоптимальными в смысле использованного критерия качества.

с/ш«,,,

Подробный анализ результатов синтеза конкретных систем подтвердил правильность проведенных ранее теоретических исследований модифицированной квадратичной ИО ,а также эффективность методик оптимизации.

Па1М_СЛ§М посвящена разработке и технической реализации микропроцессорной САУ ПР для токарного станка с ЧПУ типа СЯС.

На основе анализа задач автоматического управления ПР при точении и методов их решения произведен выбор и обоснование принципа построения и структуры САУ ПР, которая-должно строиться как комбинированная и адаптивная (рис.5). Кроме этого, специфика ПР при точении (гармонические возмущающие воздействия) обусловила использование в САУ элементов логического управления (блоки ПД и Е1 на рис-.5)

Определены основные функции и разработана общая структура программы автоматического управления (ПАУ). Произведено разделение задач ПАУ на "быструю", выполняемую в каждый тай-мерный интервал и "медленную", решаемую в течении одного или нескольких интерполяционных• циклов*(ИЦ) устройства ЧПУ (УЧПУ). Осуществлена связь с базовым программным обеспечением однопроцессорного УЧПУ 2Р32М,

Разработань( алгоритмы ПАУ и произведена ее реализация. ¡Эффективность алгоритмов и экономичность программного обеспечения позволили реализовать функции автоматического управления в условиях ограниченного обьема памяти, занимаемого ПАУ В ПЗУ и ОЗУ (2,5 и 0,1 кБайт соответственно) и времени ее выполнения в ИЦ УЧПУ (5,5 мкс).

Осуществлена техническая реализация микропроцессорной (МП) САУ ПР на лоботокарном станке ТЛ-1000. МП САУ ПР выполнена на базе УЧПУ 2Р32М и состоит из программных и~аппаратных средств (датчиков силы и температуры резания), сопряжение которых производилось посредством АЦП, входящем в состав аппаратных средств УЧПУ 2Р32М.

С.ЦеЛЫо Проверки основных теоретических Положений работы и принятых допущений при синтезе САУ ПР проводились экспере-ментальные исследования спроектированной системы, При этом сравнивались Показатели качества процессов управления при синтезе САУ По разработанным И обычным методикам. Анализ экспере-

да

I

ПР - процесс резания КУ - корректирующее

устройство ИМ - исполнительны!5.

механизм БЗ - блок задания

БХХ - блок холостого хода

ПД - пиковый детектор БО ~ блок .ограничений К - ключ

•БУ - блок умножения

БД - блок деления EI.E2.E3 - ксмпараторы БРСР - блок расчета силы резания

Рис. 5.

ментальных данных подтвердил правильность основных теоретических положений работы и показал, что перерегулирование в .САУ силой резания уменьшилось, в среднем, на 8%, а.время регулирования сократилось, в среднем, на 26%. Для САУ термо-ЭДС резания эти величины составляют соответственно и 29%.

Другими техническими характеристиками МП САУ ПР являйтся:

- частота выдачи управляющих воздействий и

обращения к датчикам ОС, Гц 30.и 120;

- статическая точность стабилизации температуры

и силы раэания, % 2 и 10. .

Таким образом, применение разработанных методик при проектировании МП САУ ПР позволило: уменьшить время работы САУ силой резания в релейном режиме и повысить значение' ее уставки на 5-8$ (за счет повышения быстродействия линейного регулятора и уменьшения возможного перерегулирования), повысить качество обработки в САУ температурой резания (за счет ограничения колебательности и более точного обеспечения условий стати-• ческой оптимизации при частом воздействии параметрических возмущений).

МП САУ ПР внедрена на Московском машиностроительном производственном обьединении им. В.В.Чернышева для технологии токарной обработки деталей ГТД из труднообрабатываемых материалов. Использование МП САУ ПР в целом позволило: повысить стойкость резущего инструмента в среднем на 20$, увеличить производительность обработки для САУ температурой резания в- среднем на 10$, для САУ силой резания на

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Предложена и научно обоснована новая интегральная оценка качества управления ПР - модифицированная квадратичная интегральная оценка (ШЮ). -Дано обоснование того, что при оптимизации указанной оценки оказывается воэмокным получить более высокие показатели качества процессов управления резанием, чем при оптимизации других (известных) интегральных оценок - квадратичной, улучшенной квадратичной, длины кривой реакции и т.д. Получены аналитические выражения для приближенных вычислений МКИО применительно к линейным системам-.. Исследованы свойства и

характеристики МК'ИО,

2. Разработаны методики функциональной и параметрической оптимизации САУ ПР с применением введенных функционалов (оценок) качества управления. Методики позволяют существенно'упростить процедуру построения САУ ПР без ухудшения свойств проектируемой системы. Показано, что использование МКИО создает преимущества также в отношении учета требований к энергетическим характеристикам процессов управления.

3. Разработан алгоритм решения, задачи синтеза оптимальной САУ ПР, учитывающие полноту и сложность моделей ПР, возможности методик оптимизации и особенности требований к конечным результатам. Разработана инженерная методика синтеза структуры и параметров регуляторов САУ ПР при управлении тем-пературно-силовым режимом точения и произведен синтез САУ ПР для наиболее распространенных способов измерения выходных координат процесса.

4. Разработана структура, алгоритмы и программное обеспечение САУ ПР при точении для реализации ее на базе микропроцессорного УЧПУ, Эффективность алгоритмов и экономичность программного обеспечения позволили реализовать функции автоматического управления в условиях ограниченного обьема памят-и (ОЗУ - 0,1 и ПЗУ - 2,5 кБайт) и времени выполнения (5,5 мс)

в ИЦ УЧПУ. ■

5. Реализована программно-аппаратным способом микропроцессорная САУ ПР на базе УЧПУ типа СИС 2Р32М для управления токарным станком ТЛ-1000. Лабораторные и производственные испытания разработанной МП САУ ПР показали ее высокие динами-' ческие показатели: перерегулирование сократилось в среднем

на 6,5 а время регулирования в среднем на 27,5%, При этом обеспечивалась минимальная колебательность переходных процессов в САУ.

Использование МП САУ ПР в производственных условиях позволило, благодаря повышению производительности обработки (в среднем на 15-20$), снижению себестоимости за счет уменьшения расхода инструмента и процента брака изготовляемых деталей, получить суммарный экономический эффект в размере 170 тыс. рублей (в ценах до 1992 года).

1. Лотов A,Г. Критерий качества процессов управления // Тез. докл. Респ. науч.-техн. конф. Участи? и роль молодых ученых, аспирантов и студентов э ускорении научно-технического прогресса в народном хозяйстве. - Уфа: УАИ, 1965. - С. 64-65.

2. Исаев ill.Г., Никин А.Д., Ильин А.И., Лютое А.Г, Микропроцессорная система адаптивного управления процессом резания // Тез. докл. Респ. начн.-техн. конф. Проблемы внедрения достижений научно-технического прогресса в области автоматизации и механизации производственных процессов. - Уфа. - 1988. - С. 22-23.

3, Зориктуев В.Ц., Лютов А.Г. О внедрении САУ температурным режимом обработки деталей авиадвигателей // Тез. докл. Респ. науч.-техн. конф. Проблемы внедрения достижений научно-технического прогресса в области автоматизации и механизации производственных процессов, Уфа. - 1986. -С. 8-9. .

4, Создание и исследование систем автоматического управления процессом резания: Отчет / Уфимский авиационный ин-

• ститут;.руководитель работ Зориктуев В.Ц., К Г,Р. 01880002781, инв. № 02876056595. - Уфа, 1987. (А.Г.Лютов -

. разд.4).

б. Исаев Ш.Г., Лютов А,Г. Анализ динамики САУ процессом резания на ЦВМ // Тез. докл. 3-й Всесоюзн. научн.-техн. конф. Динамика станочных систем гибких автоматизированных производств. - Тольятти: ТолПИ, 1S88, - С. 170.

6. Зориктуев В.Ц., Лотов А.Г. Дискретная динамическая.модель процесса точения, В нучн.-техн. сб,: Конструкторс-ко-технологическая информатика, автоматизированное создание машин к технологий. - М.: ВНИИ ТЭМП.1989. - С. 76.

7, Разработка и исследование систем автоматического управления (САУ) силовым режимом точения при изготовлений деталей ГТД: Отчет / Уфимский авиационный институт; Руко- -водитель работы Зориктуев В.Ц., 15 ГР 01870052594, инв.

!£ 02910020050, - Уфа, 1969. (А.Г.Лотов - разд.З).

0. Ильин А.И., Лотов А.Г., Миндубаев АХ Микропроцессорная

адаптивная система управления темлературяо-силовым режимом металлообработки. Тез, докл. научн.-техн. конф,: Оптимальная температура - основа современной теории и практики механообработки, - Уфа; УАИ, 1989. - С. 50-61,

9. Мартьянова Т.е., Васильев В.И., Лютев А.Г. Критерий качества процессов управления. - В кн.: Автоматическое регулирование двигателей летательных аппаратов / Под ред, Ф. Н. Олифирова. - 1990, - Вып, 26. - С. 78-82. (Труды ЦИАМ, № 1266).

10. Разработка теории управляемых технологических модулей

• ■ при обработке деталей на металлорежущих станках в усло~ виях гибких автоматизированных производств. Часть IX; Отчет / Уфимский авиационный институт; Руководитель работы Зориктуев В.Ц., № ГР 01890015401, инв. № 02900050538. - Уфа, 1990. (А.Г.Лютов - разд.З)

11. Лютов А.Г. Моделирование процессов токарной обработки в реальном времени. Тез. докл. научн.-техн. конф.: Опти- ' малькая температура - основа современной теории и практики механообработки. - Уфа: УАИ, 1989. - С. 50-51.

12. Разработка и внедрение систем автоматического регулирования (САР) температуры резания на базе микропроцессорных средств: Отчет / Уфимский авиационный институт; Руководитель работы Зориктуев В.Ц., Я ГР 01860002782. -Уфа, 1991. (А.Г.Лютов - разд.2,3).

13. Постнов В.В., Зориктуев В.Ц., Лютов А.Г., Мкграноа М.Ю. Система внутренней и внешней оптимизации процесса резания. В сб.: Технологические проблемы производства летательных аппаратов и двигателей. - Казань, КГТУ, 1993. -С. 62.

Н. Лотов А.Г. Динамическая оптимизация САУ процессом резания // Тез. докл. Всерос. научн.-техн. конф. Технология и оборудование современного машиностроения. - Уфа. -

УГАТУ, 1994.

л

£