автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Системный анализ тепловых процессов при контактной сварке

4845401

Антонов Владимир Феохарович

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (вычислительная техника и информатика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 МАЙ 2011

Пятигорск - 2011

4845401

Работа выполнена на кафедре «Управление и информатика в технических системах» Пятигорского государственного технологического университета

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук, профессор

Першин Иван Митрофанович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: Заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор технических наук, профессор Колесников Анатолий Аркадьевич

доктор технических наук, профессор Ефимов Николай Николаевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики» (СПбГУ ИТМО) 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49

Защита диссертации состоится «26» мая 2011 г. в 14.20 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.22 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Технологического института Южного федерального университета в г. Таганроге (ТТИ ЮФУ) по адресу: 347928, Ростовская область, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44, ауд. 406.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Южный федеральный университет»

Автореферат разослан « 16 » апреля 2011г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.208.22, д.т.н., профессор

А.Н.Целых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Системы с распределенными параметрами характеризуются пространственной протяженностью, а регулируемые переменные являются функциями не только времени, но и пространственных координат. Динамика распределенных объектов описывается дифференциальными уравнениями с частными производными, интегральными и интегродифферен-циапьными уравнениями, а также «гибридными» системами уравнений различной природы, включая в качестве дополнительных соотношений и обыкновенные дифференциальные уравнения. Кроме того, коэффициенты в уравнениях часто зависят от пространственных координат и времени.

Задачи анализа и синтеза распределенных систем управления оказываются принципиально более сложными по сравнению с сосредоточенными системами за счет специфики распределенных объектов. Существует много методов решения уравнений с частными производными, интегральных уравнений. Однако, они малоэффективны при решении систем уравнений, задач с переменными коэффициентами, задач повышенной пространственной размерности (более единицы) и пр. Отсутствие формализованного методологического подхода для решения задач, связанных с распределенными системами, ставит перед их разработчиком проблемы, требующие нестандартных методов исследования и инженерных решений в каждом конкретном случае.

Большой вклад в развитие теории и практики систем с распределенными параметрами обеспечили фундаментальные результаты, полученные в работах

A.Г. Бутковского, Г.Л. Дегтярёва, А.И. Егорова, Ю.В. Егорова, Е.А. Клевцова,

B.Е. Краскевича, Ж.-JI. Лионса, К.А. Лурье, И.М. Першина, В.И. Плотникова, Л.М. Пустыльникова, Э.Я. Рапопорта, Т.К. Сиразетдинова, A.B. Фурсикова, Ф.Л. Черноусько и других отечественных и зарубежных ученых.

Большинство предприятий содержат производственный цикл, в котором протекают процессы с выделением в окружающую среду тепла. Это тепло может быть утилизировано и использовано для производственных нужд. В частности такая проблема выявлена на предприятии ООО «ЭМУ-3», на одном из цехов которой производится изготовление монтажных металлических сеток. Для ее производства используется сварочный агрегат АТМС-14 х 75, работающий методом контактной сварки. В процессе контактной сварки в окружающую среду рассеивается примерно 20-25% выделяемой при контактной сварке тепловой энергии. Это тепло может быть утилизировано с помощью проектируемой системы автоматического управления температурным полями.

Для проектирования рассматриваемой системы управления необходимо было решить следующие задачи:

- разработать математическую модель температурных полей объекта управления;

- разработать методику синтеза и синтезировать систему управления температурными полями для рассматриваемого объекта.

Относительно методики синтеза следует отметить, что рассматриваемый объект управления принадлежит к классу объектов с распределёнными параметрами. Известная частотная методика синтеза разработана для достаточно

узкого класса распределённых систем, названного пространственно-инвариантным.

Как показано в диссертации рассматриваемый объект не принадлежит к этому классу. Это потребовало разработки новой методики синтеза систем управления рассматриваемыми объектами.

Приведенные аргументы автор рассматривает как субъективные признаки актуальности.

Целью диссертационной работы является разработка математической модели тепловых процессов в рабочей зоне контактной сварки и синтез регуляторов прямого действия для управления температурными полями внутри кожуха в зоне контактной сварки.

В соответствии с целью, объектом и предметом исследования намечено решить следующие задачи:

1. Разработать математическую модель тепловых процессов в зоне контактной сварки.

2. Произвести анализ объекта управления.

3. Разработать технические схемы и математическое описание распределенных регуляторов прямого действия, используемых в рассматриваемой задаче.

4. Разработать методику синтеза распределенных регуляторов прямого действия для рассматриваемых систем управления.

Методы исследования. Исследования, проведенные в данной диссертационной работе базируются на методах решения уравнений математической физики, теории автоматического управления, теории управления системами с распределенными параметрами, линейной алгебры и программировании с использованием языков программирования Borland Pascal и Visual Basic.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования. В результате теоретических исследований удалось разработать математическую модель тепловых процессов в зоне контактной сварки и синтезировать параметры регуляторов прямого действия для управления температурными полями. Для этого в работе проведены следующие научные исследования:

- разработана математическая модель тепловых процессов в зоне контактной сварки, используя которую составлена численная модель тепловых процессов, с помощью которой осуществляется анализ объекта управления;

- разработаны технические схемы реализации распределенных регуляторов прямого действия, получены их математические модели и исследованы динамические характеристики, что позволяет использовать их в различных системах управления тепловыми процессами;

- разработана методика синтеза распределенных регуляторов прямого действия для рассматриваемых систем управления, позволяющая определить конструктивные параметры регуляторов прямого действия.

Практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов заключается в их конструктивном характере, направленности на решение практических задач.

Разработанная методика синтеза имеет конструктивную направленность и может быть использована при проектировании систем управления температурными полями для различных технологических процессов. Решена задача синтеза распределенной системы управления температурными полями внутри кожуха при контактной сварке.

Реализация и внедрение результатов работы. Полученные результаты используются на одном из технологических линий по контактной сварке монтажных сеток на предприятии ООО «Электромонтажное управление №3», по разработке системы управления температурными полями при контактной сварке, что подтверждается соответствующей справкой.

Результаты работы также использовались в учебном процессе при чтении лекций по курсу «Распределенные системы автоматического управления», а также при курсовом и дипломном проектировании студентами специальности «Управление и информатика в технических системах» и направления «Автоматизация и управление» Пятигорского государственного технологического университета.

Апробация работы. Диссертация обсуждена на расширенном заседании кафедр «Управление и информатика в технических системах» и «Информатика и информационные технологии» Пятигорского государственного технологического университета.

Исследования докладывались автором:

- на международной научной конференции «Системный синтез и прикладная синергетика ССПС-2009», г. Пятигорск;

- на XI региональной научно-практической конференции «ДНИ НАУКИ» по результатам научно-исследовательской работы в ПГТУ за 2009 год, г. Пятигорск, 2010.

Публикации. По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликовано 9 научных работ, из них 3 работы в журналах из перечня, рекомендованных ВАК. Опубликованные материалы полностью отражают содержание диссертации. Список публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, сопровождающихся выводами, заключения, приложений и списка использованной литературы, включающего 188 наименований. Общий объем работы составляет 175 страниц, включая 69 рисунков, 6 таблиц и 4 приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика исследуемой проблемы, обоснована актуальность темы, поставлены цели и задачи работы, представлена их научная новизна и практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе даны характеристики технологического процесса контактной точечной сварки. Приведены основные параметры точечных сварных соединений, технологические приемы контактной сварки, параметры режимов и факторы регулирования процесса точечной сварки. Проведен анализ источников теплоты в зоне формирования сварных соединений.

В технологических расчетах теплоту, выделяющуюся в зоне сварки (Ззэ, в основном определяют как теплоту Qд, выделяющуюся только в свариваемых деталях. Поскольку в большинстве случаев температуру в зоне сварки усредняют, то теплота выделяющаяся в зоне сварки Qээ будет рассчитана

'св

вээ = (1)

о

где 1св - сила сварочного тока, из которого при усреднении по времени силы сварочного тока 1св и электрического сопротивления зоны сварки гЭэ-

Теплоту Qээ, выделяющуюся в зоне сварного соединения, можно рассчитать через теплосодержание металла в ней к концу процесса сварки и количество теплоты, отведенное из зоны сварки в процессе формирования соединения. Для этого воспользуемся условными схемами теплопередачи в зоне сварки и распределения в ней температуры (рис. 1.).

В предлагаемой методике расчета делается ряд допущений: вся теплота ()ээ выделяется в цилиндре, диаметр которого равен диаметру ¿э контакта электрод-деталь. Выделившуюся теплоту Qээ условно разделяют на теплоту которая расходуется на нагрев и плавление металла в выделенном цилиндре (0/ ~ 20...30 % от £}ээ), а также на теплоту которая отводится в окружающий его металл деталей ~ 20 % от Qээ), и теплоту ()3, которая отводится в электроды > 50 % от ()ээ )■ Относительно очень небольшая часть теплоты Qээ отводится с поверхностей деталей радиационной (¿4 и конвективной & теплоотдачей. Такое распределение теплоты Qээ описывается «уравнением теплового баланса», которое используется в инженерных методиках расчетного определения силы сварочного тока:

(2)

При расчетах по уравнению теплового баланса (2) общего количества теплоты £?ээ> требуемой для формирования соединения заданных размеров, радиационной (¿^ и конвективной Q¡ теплоотдачей с поверхностей деталей обычно пренебрегают из-за их относительно малых величин. Экспериментально установлено, что примерно 20-25% всей теплоты (?ээ выделяемой при сварке

рассеивается в окружающую среду.

Для расчета теплоты в зоне сварки делаем ряд допущений: принимаем, что средняя температура в цилиндре, диаметром йэ, который приближенно равен диаметру ядра, и высотой, равной суммарной толщине двух деталей 2$, принимается равной температуре плавления Тт. Считается, что заметное повышение температуры металла в деталях из-за отвода в них теплоты (З? наблюдается на расстоянии х2 от границы цилиндра, которое определяется временем сварки /св и коэффициентом температуропроводности металла а^, хг =4. При этом принимается, что средняя температура кольца шириной Х2 вокруг цилиндра диаметром равна Тпл/А.

Определение потерь тепла в электроды производится аналогичным образом. При этом принимается, что за счет тепла ()3 нагревается до средней температуры, равной Тпл/8, участок электрода длиной х, =4^аэ/св , где аэ - коэффициент температуропроводности металла электродов.

С учетом сказанного сокращенное уравнение теплового баланса

Qэ:,=Q, + Q! + Q1 (3)

в развернутом виде описывают обычно следующим выражением :

0ээ=~^гмсмтпл+к^3+х1)х22згмсм^+2к^х3гэсэ'^- (4)

4 4 4 8

где ум и уэ - плотность металла свариваемых деталей и электродов; см и сэ - теплоемкость металла свариваемых деталей и электродов; к/ - коэффициент, который учитывает неравномерность распределения температуры в кольце; к2 -коэффициент, учитывающий влияние на теплоотвод формы рабочей части электродов.

Количество теплоты, выделяемое при контактной сварке рассчитывается по формуле:

(5)

Количество тепла (тепло, которое рассеивается в окружающую среду), необходимое для нагрева воздуха от начальной температуры Т0 до Т1 в определенном объеме V рассчитывается по формуле:

<2, =с-у-р-(Т1-Т0) (6)

Отношение ()ээ к (}, и определяет долю тепловой энергии, которая рассеивается в окружающую среду.

Приведенные в главе расчеты позволяет оценивать долю тепловой энергии, которая рассеивается в окружающую среду, что составляет около 20-25% от всей выделяемой теплоты при контактной сварке.

Во второй главе рассматриваются методики оценки теплового состояния в зоне контактной сварки, методики определения средних значений температур в зоне сварки.

Решение большинства технологических задач КТС, в частности определения силовых параметров режимов сварки, возникает необходимость в расчетном определении средних значений температуры в определенных участках зо-

ны формирования соединения.

Среднюю температуру по одной из координат г или г (см. рис.1), или же по участку плоскости г — г в момент времени / можно определить из зависимости

г г

i

-Ы-L ¡\Ц±

я UmJ \ai U„„

-1 (7)

ЛЯП у

используя общеизвестную теорему о среднем, согласно которой средняя температура по координатам z или г на участках z2 - ii или г2 - о, а также по элементу площади Sm в плоскости z — г, может быть выражена следующими зависимостями:

= гЬ"'^ * = V^h^f'f vl dz (8) = тУг-> * = T^Wi'f v] * (9)

r2 r>r, r2 '/ i exp^a^z) + [anr) J

= f m^t) ds = 1 )) /'' ff dz dr (10)

S„, (Z2 -z,) \r, r,) 2,, exp[(a (Z)2 +(anr) J

Точные вычисления средних значений температуры в зоне сварки по приведенным выше зависимостям невозможны из-за того, что интегралы вида у = jV*-, которые содержатся в вышеуказанных зависимостях, при четных

значениях п аналитически не вычисляются. В таких случаях, как правило, подобные интегралы путем подстановок сводят к интегралам, значения которых вычислены приближенными методами. Для данного случая наиболее подходящим из вышеуказанных является интеграл вида erf (у), который называют erf-функцией или функцией ошибок.

После подстановок, вычисления интегралов и преобразований зависимости для количественных расчетов средних значений температуры в зоне сварки по координатам z или г, а также по площади Snt в плоскости z- г, имеют следующий вид:

Jx ТПЛ(ФнпТ 2а2,ехр[(ай-)2](г2-г,)

= ^¡УуГ/ M^-erf^,)] (12)

ти.г.,)ср =-.—Х ^'w-—г [erf (ои z2) - erf (а2, z,)] х [erf (а„ r2)~ erf (а„ гх)] (13)

^aZtan\Z2 Z1/ v 2 Г\)

где для момента времени t, T(U)cp - средняя температура по координате z на участке i2 - Zi при любом значении г\ Т(Г!)ср - средняя температура по координате г на участке г2 - гj при любом значении z; T(w)cp - средняя температура по любому прямоугольному элементу площади Sm = (z2 - z,\r2 - г,) в плоскости оси

Т,„,р = _ ^irzr Jerf(aaz2)-erf(aaz,)] (11)

электродов z-r\ erf (у) - функция ошибок, которая представляет собой интеграл

вида erf(y)= -Д= Je~''i£t.

4л о

Данный расчетно-экспериментапьный метод оценки теплового состояния зоны КТС на стадии нагрева во время действия импульса сварочного тока при относительной простоте расчета, позволяет достаточно точно оценить температуру в любой точке зоны контактной сварки.

В третьей главе приводится описание динамических характеристик распределенного регулятора прямого действия, получены соотношения по которым определяются параметры распределенных регуляторов прямого действия для систем управления различными технологическими процессами.

Рассматриваемая конструктивная схема реализации регулятора прямого действия (см. рис.2) состоит из корпуса устройства - 1, на котором расположено отверстия выхода, закрытое подвижной крышкой - 2, имеющей шарнир - 3. На траверсу - 4, смонтирована биметаллическая пластина - 5, которая при перемещении открывает, либо закрывает крышку - 2. Для компенсации движения регулятора прямого действия в процессе разогрева до рабочего режима используется пружина - 6, установленная на оси, соединенной со свободным концом Б.М. (биметаллической пластины).

Рис. 2. Техническая реализация регулятора прямого действия

Основным элементом рассматриваемого устройства является биметаллическая пластина. Рассматриваемое устройство для регулирования температуры воздуха работает следующим образом: в объеме - 1 (см. рис. 3), источником тепловой энергии воздух нагревается, это приводит к перепаду давления внутри и вне объема.

Этот перепад давления может быть вычислен с использованием следующего соотношения

др^/ад-я-^-дг (14)

где ДР - перепад давления, Па; Ъ\ - геометрический размер камеры, м; р - плотность воздуха, кг/м3; ДТ = Т2-Ть Т] - температура холодного воздуха,0 К; Т2 - температура горячего воздуха, К; ц - коэффициент объемного расширения теплоносителя, К"1; §^9.81м/с2.

Скорость движения воздуха через верхнее отверстие определяется из следующего соотношения:

л/ С1 + 4)-р

где 4 - потери напора в следствии изменения «живого» сечения.

(15)

» ^ Горячий

воздух.....■■

: У

'В

Температура в0 С

Холодный воздух

Рис. 3. Схема устройства Рассмотрим соотношение, полученное в ЦАГИ для определения потери напора при движении воздуха по воздуховоду

4 = (1

О . 707

4

=-)2 • (

5

1 )

(16)

где 8]= ЬХ*ЬУ- площадь поперечного сечения нижней части устройства, м (см. рис.3); Бг- площадь «живого» сечения сжатой струи, м2.

Преобразуя формулу (16) и полагая, много > Эг, получим

£ = 1 .707 2 • I)2 ,

(17)

При перемещении подвижной крышки, площадь живого сечения определяется из следующего соотношения

6" 2 = л ■ Я ■ Н , (18)

где Я- радиус отверстия выхода, м; И - высота поднятия крышки, м.

Полагая Ь= 2* Ь5 (Ь5 - перемещение свободного конца биметаллической

( 3 1 I Л 2 > 3 <

пластинки)и V 1>

(±142

V ^ > получим

£, = 1 .707 2 ■ (-

+ 1)2, 2Ь < Я

(19)

л ■ Я ■ 2 ■ к

Рассматриваемый регулятор носит универсальный характер и может применяться при проектировании распределенных систем управления для большого класса распределенных объектов. Структура регулятора представлена на рис.4.

дт

С4 фукт^рнд* схема регулятора

2__3

Тепловые процессы

нгртмещешн! БП

М^лиическое Изменение потер»

капора (

I Е-шеиешм скорости движения С1«ли( воздуха)

1 ОбЬОЛ

'I ^-правягшм

Рис. 4. Структурная схема регулятора Комплексный передаточный коэффициент тепловых процессов может быть представлен в виде

1¥(С,8) =

АС.Я)-

Л ■ (ехр( • I.) - ехр( -/?((?,5) ■ 1г ))■ /9(6,5)

5

(20)

; а - коэффициент температуропроводности мате-

где Б^ю, =

риала БП, м2/с; X - коэффициент теплопроводности материала, Вт/м -град; в -обобщенная координата; со - круговая частота, Гц.

Коэффициент усиления для блока 2 может быт вычислен из следующих графиков (для термобиметаллической пластины марки ТБ1132 рис.5).

Соотношения (15), (19), (22) описывают математическую модель рассматриваемого регулятора прямого действия. При этом, к рассматриваемой модели следует добавит коэффициент усиления К, который выбирается из графиков рис. 5.

Толщина БП в лш

Цмм/чС]

0,1 --

1 Г 60 80

длина БП

Рис. 5. Графики коэффициентов усиления блока 2 Оценка количества тепла д, проходящего через отверстие с рассматриваемым регулятором за единицу времени (секунду) может быть вычислена по формуле

Я= и*л«2«11'р'С'ДТ (21)

Наибольшее количество тепла (я ), которое будет проходить через отверстие, когда оно полностью открыто рассчитывается по формуле

д' = (([г1/2]-Д^-р)-АТ-2/р)05-ж-^-р-С-АТ (22)

Используя полученное соотношение, может быть определен требуемый радиус отверстия (Я), исходя из заданного значения ц и физических параметров объекта.

Положим, что за время Л1=1 с. выделяется мощность С=2000Вт. Цикличность сварки составляет ^ = 180 с. Средняя мощность за период составит

ч*=д1*О/1р=1*2000/180=11.1 Вт

Определим радиус отверстия (Я), для установки рассмотренного выше регулятора прямого действия. При этом геометрические и теплофизические параметры объекта заданы в виде: 21=1 м., q =11.1 Вт, ц = 2,83 *10"3 1/К , §=9.81м2/с, ДТ= 50 К, р = 0.94 кг/ м3, С= 1,009 кДж/кг-К.

Полагая, что весь тепловой поток ^ ) идет для нагрева воздуха, радиус отверстия, для установки регулятора прямого действия, определяется из следующего соотношения

Л = Л/(?*/((21-/Г-Я.АГ30О5^-Р-С)) (23)

Подставив исходные данные в формулу (23) получим значение радиуса отверстия

К = (11.1 • 10"3/(1 -2,83 *10"3-9.81503)05-3,14-0.94 • 1,009)°'5 = 0,024036 м

Как видно из зависимости (23) величина радиуса отверстия в основном зависит от величины теплового потока, которая идет на нагрев теплоносителя.

Полученные соотношения связывают геометрические параметры и теплофизические данные объекта управления с геометрическими размерами регулятора прямого действия, это позволяет разработать методику синтеза рассматриваемых регуляторов.

В четвертой главе рассмотрены описания технологического оборудования, объекта управления. Разработана математическая модель температурных полей внутри кожуха в зоне контактной точечной сварки, которая описывается дифференциальными уравнениями в частных производных с соответствующими граничными условиями. На основе математической модели разработана дискретная модель объектов управления. Разработан вычислительный алгоритм и приводятся результаты численного моделирования тепловых полей при контактной сварке. Объектом исследования в работе рассматривается сварочный агрегат АТМС-14 х 75, работающий методом контактной точечной сварки. Суммарное тепло, выделяемое при работе рассматриваемого агрегата, составляет около 60 кВт. Это тепло рассеивается в окружающее пространство. Чтобы утилизировать это тепло закроем зону сварки специальным кожухом (см. рис. 6). Снаружи кожух покрыт теплоизолирующим материалом. Математическая модель тепловых полей внутри кожуха может быть описана следующими уравнениями:

с1Т(у,х,г,т) = а х,г,г) |

с1т ск1

с12Т (у,х,1,т) с12Т (у,х,:,г) (24)

Лу1 (к2

0<у < У,0<х<Х,0<г<г

где Т(х, у, х, т) -температурное поле воздуха внутри кожуха; а - коэффициенты температуропроводности воздуха; о (г,,) - де л ьтафу н к ц ия, указывающая координаты /'-го источника тепла; -д,(т)- функция, отражающая мощность г-го источника тепла. Геометрические размеры кожуха для рассматриваемой сварочной машины приведены на рис.6.

сеарочкъшузбл хохциж

ш

а

е=9

а

а

продолъныг пхугтц

-54,

поперлхш грутуи -

Рис.6. Схема расположения кожуха При описании граничных условий сделаем следующие допущения: - боковая поверхность кожуха покрыта теплоизоляционным слоем; -температура воздуха во входных отверстиях (¡=1,...6) остается постоянной (см. рис.7).

Учитывая сделанные выше допущения, граничные условия, при которых следует решать уравнение (24) записывается в виде следующих соотношений

А-^р7^"

К • 2 • А , УО + О-Р (25)

¿Т (у,х,:,т) _ а . - . ь . ~ .г . а т Т(у,х,2,т) = О,

| = 1.707 2 •(

л

х,у,г е 5, = 1,6)

(¡Г

х,у, г е 52 , , (7 = йб") где 82>л - площадь г) -го отверстия выхода; - площадь] -го отверстия входа.

С использованием математической модели (24) - (25) была составлена дискретная модель тепловых процессов, протекающих в кожухе.

Разобьём пластину на зоны по всем трём пространственным координатам по оси X 7 = 1,15 с шагом дискретизации Ах (Дх=2/14); по оси У у = Ц1 с шагом дискретизации Ду (Ду=1.5/10); по оси Ъ £ = 1,7 с шагом дискретизации Дл (Дг=0,6/6); шаг дискретизации по времени возьмём дг = 0,01 с.

Запишем уравнение (24) в дискретной форме:

АТ„ . = Ат а( + +

Ч.УЛ V Дх2

Д^2

+ -2-г,

Аг

где АТп г ( т - разность температур в соседних точках через промежуток времени Дг. Температура в заданной точке вычисляется по формуле:

^ ,г +1 = ^ч.гА.* + ^ ^ п . г,¡Г,г + 1 (27)

Учитывая граничные условия, циклы для вычисления температуры по всем трём пространственным координатам будут иметь вид: по оси X т] = 2,14; по оси У у = 2,10; по оси Ъ £ = 2,6. Как показывают исследования, с увеличением выделяемой мощности температура внутри кожуха возрастает по линейному закону. Оценим количество энергии, которая аккумулируется внутри кожуха:

(28)

где с - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг 0 С); V - объем кожуха, м3; р -плотность воздуха, кг/м3; Т0 ,Т] - температуры воздуха внутри кожуха перед началом сварки и после,0 С.

В работе приводится расчеты количество тепла аккумулируемой при различных значениях выделяемой мощности на каждом электроде.

Рассматриваемая математическая модель не учитывает движение воздушных потоков внутри кожуха, а так же передачу тепловой энергии посредством излучения. Для оценки динамики объекта управления был поставлен натурный эксперимент. Входные и выходные отверстия были открыты на 0.15 площади

(при этом технологический процесс сварки продолжался около 1 секунды). В соответствии с формулами (17) - (18) имеем

ж ■ Я ■ И = О .15 • п ■ Я2 или И - 0.15 - Л (29) Был реализован следующий способ реализации входного воздействия: - скачком на 0.1 площади отверстия увеличили площадь живого сечения /го отверстия выхода (/= 1,..6) Ь = 0,1 (см. рис. 8).

Рис. 8. Положение подвижной крышки при экспериментах Температуру воздуха на выходе каждого выходного отверстия измеряли с помощью термопар. Графики изменения температуры (рассогласования от установившегося значения) для первого входного воздействия по каждому выходу приведены на рис. 9.

Аналогичные графики были получены для 2...6 входных воздействий. Используя полученные графики, была построена передаточная матрица рассматриваемого объекта управления, которая приведена ниже

к„

250 500 750 1000 1250 1500 1750 т, сек Рис.9. Графики переходных процессов для первого входного воздействия

Полученная передаточная матрица обладает свойством диагональной доминантности. Это существенно упрощает методику синтеза систем управления для рассматриваемых объектов.

В пятой главе приводится разработанная методика синтеза распределенного регулятора прямого действия. Выведены зависимости для расчета гео-

метрических параметров распределенного регулятора прямого действия. Проведен анализ работы замкнутой системы управления.

Схема кожуха приведена на рис.10. На отверстия выхода устанавливаются регуляторы прямого действия, а на входные отверстия устанавливаем патрубки, для улучшения аэродинамики воздушного потока внутри кожуха.

Рис.10. Схема кожуха

Для расчета радиусов отверстий выхода воспользуемся соотношением

Я = (д /(и• ((г, • Д • я• АГ3-)05 -п-р-С))05) (31}

где п - число отверстий выхода; р - плотность воздуха, кг/м3; g =9.81, м2/с; ц -коэффициент объемного расширения теплоносителя, 1/ К; С - теплоемкость теплоносителя, кДж/кг • К; q* - наибольшее количество тепла, выделяемое в кожухе в процессе эксплуатации станка, кВт; Ъ\ - высота кожуха, м.

Синтез регулятора осуществлен с использованием программного комплекса МИРЭА, при этом запасы устойчивости выбраны с учетом спектров Герш-горина передаточной матрицы объекта управления.

Постановка задачи: требуется синтезировать регулятор прямого действия для системы управления температурным полем рассматриваемой установки, при этом на запасы устойчивости по модулю М и по фазе А<р наложены следующие ограничения: М > 10дб, Д<р >7г/6°.

Методика синтеза системы управления состоит из следующих этапов:

1. Определим геометрические размеры (Я) отверстий выхода.

В рассматриваемой установке их шесть (п=6).

Подставляя исходные данные Z1=l м., я*=1000 Вт, ц = 2,83 *10"3 1/К , g=9.81м2/c, АТ= 50 К , р= 0.94 кг/ м3, С= 1,009 кДж/кг-К в соотношение

К = V?* !{п • ((г, -м-в-А г3 5 • я- • р ■ С)) и полагая, что весь тепловой поток (я ) идет для нагрева воздуха, вычислим радиус отверстий выхода

Я=(Ю00 ■ 10"3/(6-((1 • 2,83 ПО-3 ■ 9.81 -503)05 -3,14 • 0.94 • 1,009))0,5 = 0,0482 м

2. Синтезируем регулятор в виде усилительного звена.

Используя частотные характеристики объекта управления, получим К,=0,01.

3. Выберем параметры регулятора прямого действия (биметаллической пластинки).

Используя графики рис. 5, определим значение параметров распределенного регулятора прямого действия (длину и толщину БП) Ь=50мм, 5=3мм. (см. рис. 11).

----

ПН , ъ , 2 Я

Рис.11. Техническая реализация регулятора прямого действия В результате синтеза определены параметры регулятора прямого действия: Я=48мм, Ь= 50 мм, 8=3мм.

В практических случаях число отверстий входа и их диаметры выбираются равными числу и диаметрам отверстий выхода.

В работе рассмотрены различных схемы технической реализации регуляторов прямого действия.

Используя дискретную модель объекта управления, была разработано программа для моделирования работы замкнутой системы управления. По результатам моделирования построены графики переходного процесса, приведенные на рис. 12. На вход системы было подано входное воздействие ДТ=80 К,

Рис. 12. Графики переходного процесса Как следует из графиков, рассматриваемый регулятор достаточно эффективно управляет процессом.

Рассмотренная методика синтеза регуляторов прямого действия может быть применена к большому классу технических задач, связанных с управлением и утилизацией тепловой энергии.

В заключении к диссертации приводится перечень основных результатов и следующих из них выводов.

В приложении приведены программы, написанные на языке Pascal, моделирующие температурные поля в объекте и систему управления в целом, а также акт внедрения результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Результаты диссертации состоят в следующем:

1. В диссертации на основе уравнения теплового баланса произведен расчет, выделяемой тепловой энергии при контактной сварки и распределение этой энергии между элементами в зоне сварки и рассевание части этой энергии в окружающую среду, что составляет примерно 20-25% от всей выделяемой тепловой энергии.

2. Рассмотрены методики определения температур в зоне контактной сварки. В частности расчетно-экспериментальный метод оценки теплового состояния зоны КТС во время действия импульса сварочного тока, который позволяет оценить температуру в любой точке зоны сварки.

3. Разработана конструктивная схема регулятора прямого действия. В предлагаемой схеме регулятора прямого действия, в отличие от известных, биметаллическая пластинка (Б.П.) управляет подвижной крышкой. Описана математическая модель рассматриваемого распределенного регулятора. Выведены соотношения, связывающие радиусы отверстий выхода с теплофизиче-скими параметрами среды и геометрическими параметрами объекта. Исследованы динамические характеристики рассматриваемого регулятора. Разработаны различные схемы в технической реализации распределенных регуляторов прямого действия. Получены соотношения, связывающие потерю напора потока с высотой поднятия подвижной крышки, а также, соотношении, позволяющие вычислить геометрические параметры отверстий выхода, исходя из мощности тепловой энергии, выделяемой внутри рассматриваемого объекта. Эти соотношения позволяют разработать методику синтеза рассматриваемых регуляторов.

4.Разработана математическая модель тепловых процессов внутри защитного кожуха сварочного агрегата. Используя полученную математическую модель, была составлена дискретная модель тепловых полей внутри защитного кожуха, разработана и отлажена программа, позволяющая осуществить анализ рассматриваемого объекта. Получена передаточная матрица объекта управления, которая обладает свойством диагональной доминантности. Это существенно упрощает методику синтеза систем управления для рассматриваемых объектов.

5.Разработана методика синтеза распределенных регуляторов прямого действия для рассматриваемых систем управления, в результате реализации, которой определяются не только параметры биметаллической пластинки, а так же геометрические размеры конструктивных элементов рассматриваемого регулятора. Синтезирована распределенная система управления температурным полем внутри кожуха в зоне контактной сварки. Приводится анализ работы

замкнутой системы управления. Разработанная методика синтеза регуляторов прямого действия может быть применена к большому классу технических задач, связанных с управлением и утилизацией тепловой энергии.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в издании, рекомендованном ВАК РФ:

1.Антонов В.Ф. Система стабилизации температурного поля в процессе утилизации тепла при контактной сварке / Чернышев А.Б., Антонов В.Ф., Шу-раков Д.Л.// Научно-технические ведомости СПбГПУ, серия «Информатика. Телекоммуникации. Управление», № 6 (113) 2010. С.151-155.

2.Антонов В.Ф. Система управления утилизацией тепла при контактной сварке /Антонов В.Ф., Кузьмин H.H. // Известия СПбГЭТУ "ЛЭТИ", серия "Информатика, управление и компьютерные технологии", №1, 2011, С. 44-48.

3. Антонов В.Ф. Исследование динамических характеристик регулятора прямого действия / Антонов В.Ф.// Научно-технические ведомости СПбГПУ № 1,2011. С.150-154.

Статьи в сборниках научно-технических и научно-практических конференций:

4.Антонов В.Ф. Использование элементов САПР в технической части дипломного проектирования// Тезисы докладов XXV научно-технической конференции по результатам НИР ППС, аспирантов и студентов за 1994 г. - Ставрополь: СтГТУ, 1995.-Т.2-С.18.

5.Антонов В.Ф. Концепция компьютерных технологий в рамках инженерно-технологического факультета// Материалы региональной конференции «Компьютерные технологии в образовании». - Пятигорск: ПТИ СтГТУ, 1998. -С.18.

6.Антонов В.Ф. Системы управления контентом// Материалы научно-технической конференции по результатам НИР ППС, аспирантов и студентов за 2006 г. - Пятигорск: ПГТУ, 2006. - С.78.

7.Антонов В.Ф. Анализ быстродействия алгоритма RSA при шифровании информации// Материалы научно-технической конференции по результатам НИР ППС, аспирантов и студентов за 2009 г. - Пятигорск: ПГТУ, 2009. - С.67

8.Антонов В.Ф. Состояние проблемы управления технологическим процессом точечной сварки // Системный синтез и прикладная синергетика. Международная научная конференция 29.09 - 02.10.2009. г. Пятигорск.

9.Антонов В.Ф. Аналитические методы исследования температурных полей при контактной сварке. Научные труды № 33 (ЧАСТЬ IV) «ДНИ НАУКИ»// Научная конференция. - Пятигорск: издательство «Технологический университет», 2010.-С.15 -19.

Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве: разработка программы расчета температуры за время сварки при различных значениях подводимой мощности Q кВт [1]; разработка математической тепловых процессов внутри кожуха [2].

Подписано в печать 12.04.11

Формат 60х84 1/16 Гарнитура Times New Roman.

Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,4

Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно

Пятигорский государственный технологический университет 357500, Пятигорск, ул. 40 лет Октября 56

Отпечатано в издательстве ПГТУ. 357500, Пятигорск, ул. 40 лет Октября 56

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Характеристика технологического процесса контактной точечной сварки.

1.1. Характеристика параметров точечных сварных соединений.

1.2. Технологические приемы контактной точечной сварки.

1.2.1. Схема формирования точечного сварного соединения.

1.2.2. Технологические приемы традиционных способов КТС.

1.2.3. КТС с обжатием периферийной зоны соединений.

1.3. Основные параметры режимов контактной сварки.

1.4. Критерии подобия для определения режимов сварки.

1.5. Методы количественной оценки тепла в зоне КТС.

1.5.1. Источники теплоты в зоне сварного соединения.

1.5.2. Температурное поле в зоне формирования соединения.

1.5.3. Тепловой баланс в зоне сварки.

Выводы по первой главе.

Глава 2. Математическая модель тепловых процессов в зоне контактной сварки.

2.1. Экспериментально - расчетный метод оценки теплового состояния зоны сварки на стадии нагрева.

2.2. Аналитические методы исследования температурных полей.

2.3. Методики расчетного определения параметров в зоне сварки.

Выводы ко второй главе.

Глава 3. Описание конструкции и исследование динамических характеристик регулятора прямого действия.

3.1. Конструкция распределенного регулятора прямого действия.

3.2. Описание работы регулятора прямого действия.

3.3. Передаточная функция рассматриваемого регулятора прямого действия.

3.4. Характеристики термобиметаллов.

Выводы по третьей главе.

Глава 4. Анализ объекта управления.

4.1. Математическая модель объекта.

4.2. Дискретная модель.

4.3.Экспериментальные исследования.

Выводы по четвертой главе.

Глава 5. Синтез системы управления.

5.1. Определение геометрических параметров отверстий выхода.

5.2. Синтез регулятора.

5.3. Анализ работы замкнутой системы управления.

Выводы по пятой главе.

Актуальность и постановка проблемы исследования. Одна из основных закономерностей развития техники на современном этапе заключается в том, что автоматизация проникает во все отрасли техники, во все звенья производственного процесса, вызывая в них качественные изменения, раскрывая невиданные ранее возможности роста производительности труда, повышение качества и увеличение выпуска продукции, облегчение условий труда. Однако еще имеется ряд проблем, от решения которых зависит ускорение развития средств автоматизации. Разработчики изделий и создатели оборудования не имеют единой методологии, не достаточно освещены методы анализа степени подготовленности изделий к автоматизированному производству, методы анализа технологических линий, их оснащенности средствами контроля, средствами энергосбережения и автоматического управления.

Развитие автоматизации на современном этапе характерно смещением центра тяжести разработок массового на серийное производство, составляющее основную часть промышленности. Другая характерная особенность современной автоматизации - расширение арсенала технических средств и, как следствие, многовариантность решения задач автоматизации производственных процессов, снижение их энергоемкости.

В настоящее время одной из наиважнейших и актуальных проблем является проблема перевода экономики на энергосберегающий путь развития.

Под термином "энергосбережение" понимается комплекс мероприятий, направленных как на ограничение или предотвращение потерь энергии, так и на обеспечение ее рационального использования.

Использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) - тепловых отходов технологических производств промышленных предприятий, коммунальных, бытовых, жилых и других объектов, которые выбрасываются в окружающую среду, является актуальной задачей для любого энергоемкого технологического процесса. Вопросы экономии тепловой энергии путем использования ВЭР в последние годы превратились в актуальную проблему, и являются общегосударственной задачей. Коэффициент полезного использования тепловой энергии в технологических процессах остается все еще невысоким и составляет лишь 35-40%.

В современных условиях большое распространение получили непрерывные технологические процессы большой мощности со сложными комплексами энергетических и материальных потоков. Параметры многих технологических процессов изменяются не только во времени, но и в пространстве. В качестве примера могут служить процессы, связанные с термической обработкой, диффузией и т.п. (в теории управления этот класс процессов назван объектами с распределенными параметрами). Математические модели таких процессов либо не известны, либо описываются уравнениями в частных производных.

Управление системами с распределёнными параметрами — это чрезвычайно обширная и труднообозримая часть кибернетики — науки об управлении, информации и системах.

Результаты теории автоматического управления, получены применительно к системам с сосредоточенными параметрами. Поведение таких систем характеризуется изменением во времени управляемых величин и описывается соответствующими системами обыкновенных дифференциальных уравнений. Но практически все реальные объекты управления характеризуются определённой пространственной протяжённостью. Поэтому управляемые величины в таких системах зависят не только от времени, но и от их распределённости в пространстве, занимаемой объектом. Изменение управляемых величин, как во времени, так и в пространстве описывается дифференциальными уравнениями в частных производных, интегральными, интег-ро-дифференциальными уравнениями. Более сорока лет развивается теория управления системами с распределёнными параметрами, начиная с основополагающих работ профессора А.Г. Бутковского [15-25].

Становление этой теории характеризуется использованием сложного и нетрадиционного для классической теории автоматического управления математического аппарата. Задача реализации систем управления объектами с распределёнными параметрами резко усложняется по сравнению с системами с сосредоточенными параметрами. Это происходит как за счёт необходимости осуществления пространственно-распределённого контроля состояния объекта в целях наблюдения за результатами процесса управления и использования соответствующих сигналов обратных связей, так и за счёт необходимости построения регуляторов с пространственно-распределёнными управляющими воздействиями.

По сравнению с системами с сосредоточенными параметрами принципиально расширяется класс управляющих воздействий, прежде всего за счёт возможности включения в их число пространственно-временных управлений, описываемых функциями нескольких аргументов — времени и пространственных координат. Применительно к таким воздействиям становится непригодной стандартная техника исследования систем с сосредоточенными параметрами. Особенности систем с распределёнными параметрами требуют создания нового аппарата для их анализа и синтеза на базе нетрадиционных для теории управления математических средств.

Состояние проблемы исследования В работе рассмотрены решение двух взаимосвязанных проблем: проблема синтеза эффективной системы управления температурным полем в рабочей зоне контактной сварки; проблема утилизации тепловой энергии для его вторичного использования.

Поскольку рассматриваемые системы (объекты) принадлежат классу распределенных систем, то основное внимание уделим методам синтеза регуляторов для рассматриваемых систем. В литературе известен ряд методов синтеза регуляторов для объектов с распределёнными параметрами: аналитическое конструирование оптимальных регуляторов (АКОР); параметрический синтез регуляторов; конечномерная аппроксимация систем с распределёнными параметрами и решение задачи синтеза регуляторов методами, используемыми в сосредоточенных системах; синтез систем управления с подвижным воздействием; частотный метод синтеза. Аналитическое конструирование оптимальных регуляторов для систем с распределенными параметрами основывается на принципе оптимальности Беллмана и принципе максимума Понтрягина. Общим вопросам АКОР для систем с распределенными параметрами посвящены работы Сиразетдинова Т.К. [87-94], Дегтярева Г.Л. [24], Егорова А.И. [30-32], а также работы [118, 124, 138, 140, 143, 149]. В работах [89,31] дан вывод интегро-дифференциального уравнения типа Риккати при квадратичном критерии качества. При этом полагается, что объект описывается системой линейных дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка. Граничные условия считаются однородными и нулевыми.

При параметрическом синтезе регуляторов, можно выделить два подна-правления.

Первое поднаправление состоит в разработке модели системы управления с регулятором выбранной структуры, с использованием численного экспериментирования на ЭВМ (или на реальном объекте). Требуемое качество и точность, выбранные критерии оптимизации системы достигаются путем перебора параметров регулятора.

Количественной мерой оценки при формировании критериев оптимизации может служить А - норма.

При этом многие важные практические задачи могут быть сведены к задаче минимизации т - нормы матрицы передаточных функций замкнутой системы. Это позволило разработать различные варианты параметрического синтеза достаточно эффективные в инженерной практике [84].

Второе поднаправление параметрического синтеза регуляторов базируется на использовании структурной теории, в которой введено понятие распределенных блоков [8, 12-14, 17, 136].

Для решения задачи параметрического синтеза моделируют систему управления на ЦВМ и выбирают параметры регулятора.

В отличие от прямого моделирования уравнений объекта и регулятора на ЦВМ при использовании структурной теории значительна, упрощается решение вопросов сходимости численных методов, и снимает проблему устойчивости вычислительной схемы.

Численное решение уравнений в частных производных на ЦВМ базируется на использовании конечномерной аппроксимации, и поэтому естественно сразу аппроксимировать систему с распределенными параметрами специальным образом подобранной системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Такая конечномерная аппроксимация распределенных систем может базироваться на использовании конечномерных представлений частных производных на основе метода «сеток» и «прямых», а также с использованием рядов Тейлора [27, 33-35, 54, 100, 109, 110-117, 112, 119,120,127,128, 137,147].

Системы с подвижным воздействием требует разработки специальных методов анализа и синтеза этих систем [17, 44, 81, 83, 107, 108, 134]. Основной технической трудностью в построении таких систем управления является трудность создания высокоскоростных источников воздействия любой физической природы.

Концепции частотных характеристик и методы проектирования, основанные на них, являются основным рабочим инструментом при проектировании сосредоточенных систем с одним входом и одним выходом.

Применение частотного метода синтеза для многомерных сосредоточенных систем рассмотрено в [3, 85, 87, 114, 122, 125, 130, 132, 135]. Основная трудность применения частотного метода синтеза для многомерных сосредоточенных систем связана с необходимостью приведения системы управления к такому виду, когда взаимодействие между контурами можно не учитывать и рассматривать систему в виде совокупности независимых одномерных сосредоточенных систем.

Разработка частотных методов стимулировалась необходимостью развития методов синтеза регуляторов для объектов, модели которых определяются с использованием экспериментальных данных. Частотные методы синтеза сосредоточенных систем дают возможность непосредственно связать параметры синтезируемой системы с качеством процесса управления.

Предметом исследования в данной работе являются технологическая линия (сварочный агрегат АТМС-14x75) по производству металлических сеток для строительной промышленности.

Объект исследования — система автоматического управления температурными полями при контактной точечной сварке, с использованием регуляторов прямого действия и система утилизации тепловой энергии для вторичного использования.

Целью работы является разработка математической модели тепловых процессов в рабочей зоне контактной сварки и синтез регуляторов прямого действия для управления температурными полями внутри кожуха в зоне контактной сварки.

В соответствии с целью, объектом и предметом исследования намечено решить следующие задачи: разработать математическую модель тепловых процессов в зоне контактной сварки; произвести анализ объекта управления; разработать технические схемы и математическое описание распределенных регуляторов прямого действия, используемых в рассматриваемой задаче; разработать методику синтеза распределенных регуляторов прямого действия для рассматриваемых систем управления.

Цель и задачи исследования обусловили использование совокупности следующих методов исследования: использование экспериментально-расчетных и аналитических методов оценки теплового состояния в зоне контактной сварки; математическое моделирование объектов (систем) с распределенными параметрами; компьютерное моделирование исследуемых тепловых процессов; частотных методов синтеза распределенных регуляторов прямого действия; проведение численных экспериментов.

Методы исследования. Исследования, проведенные в данной работе базируются на методах решения уравнений математической физики, теории автоматического управления, теории управления системами с распределенными параметрами, линейной алгебры и программировании с использованием языков программирования Borland Pascal и Visual Basic.

Содержание диссертации подчинено решению выше перечисленных задач.

В первой главе даны характеристики технологического процесса контактной точечной сварки. Приведены основные параметры точечных сварных соединений, технологические приемы контактной сварки, параметры режимов и факторы регулирования процесса точечной сварки. Приведены источники теплоты в зоне формирования сварных соединений.

Во второй главе рассматриваются методики оценки теплового состояния в зоне контактной сварки, методики определения средних значений температур в зоне сварки, математические модели силового воздействия деталей в площади свариваемого контакта при формировании соединения. Разработан вычислительный алгоритм и приводятся результаты численного моделирования тепловых процессов в зоне контактной сварки.

В третьей главе приводится описание динамических характеристик распределенного регулятора прямого действия, получены соотношения, по которым определяются параметры распределенных регуляторов прямого действия для систем управления различными технологическими процессами.

В четвертой главе рассмотрены описания технологического оборудования, объекта управления. Разработана математическая модель температурных полей внутри кожуха в зоне контактной точечной сварки, которая описывается системой дифференциальных уравнений в частных производных с соответствующими граничными условиями.

На основе математической модели разработана дискретная модель объектов управления. Разработан вычислительный алгоритм и приводятся результаты численного моделирования тепловых полей при контактной сварке.

В пятой главе приводится разработанная методика синтеза распределенного регулятора прямого действия. Выведены зависимости для расчета геометрических параметров распределенного регулятора прямого действия. Проведен анализ работы замкнутой системы управления.

Общее заключение по диссертации содержит перечень основных результатов и следующих из них выводов.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования. В результате теоретических исследований удалось разработать математическую модель тепловых процессов в зоне контактной сварки и синтезировать параметры регуляторов прямого действия для управления температурными полями. Для этого в работе проведены следующие научные исследования:

- разработана математическая модель тепловых процессов в зоне контактной сварки, используя которую составлена численная модель тепловых процессов, с помощью которой осуществляется анализ объекта управления;

- разработаны технические схемы реализации распределенных регуляторов прямого действия, получены их математические модели и исследованы динамические характеристики, что позволяет использовать их в различных системах управления тепловыми процессами; разработана методика синтеза распределенных регуляторов прямого действия для рассматриваемых систем управления, позволяющая определить конструктивные параметры регуляторов прямого действия.

Практическая ценность полученных в диссертационной работе результатов заключается в их конструктивном характере, направленности на решение практических задач.

Разработанная методика синтеза может быть использована при проектировании систем управления температурными полями для различных технологических процессов. Решена задача синтеза распределенной системы управления температурными полями внутри кожуха при контактной сварке.

Результаты выполненной работы используются в учебном процессе Пятигорского Государственного Технологического Университета.

Реализация и внедрение результатов работы. Полученные результаты используются на одном из технологических линий по контактной сварке монтажных сеток на предприятии ООО «Электромонтажное управление №3», по разработке системы управления температурными полями при контактной сварке, что подтверждается соответствующей справкой (акт внедрения результатов диссертационной работы приведена в приложение А).

Результаты работы также использовались в учебном процессе при чтении лекций по курсу «Распределенные системы автоматического управления», а также при курсовом и дипломном проектировании студентами специальности «Управление и информатика в технических системах» и направления «Автоматизация и управление» Пятигорского государственного технологического университета.

На защиту выносятся следующие положения:

- методика синтеза распределенных регуляторов прямого действия для рассматриваемых систем управления.

- технические схемы распределенных регуляторов прямого действия и их математические модели;

- математическая модель тепловых процессов в зоне контактной сварки;

Апробация работы. Диссертация обсуждена на расширенном заседании кафедр «Управление и информатика в технических системах» и «Информатика и информационные технологии» Пятигорского государственного технологического универси тета.

Исследования докладывались автором: на международной научной конференции «Системный синтез и прикладная синергетика ССПС-2009», г. Пятигорск; на XI региональной научно-практической конференции «ДНИ НАУКИ» по результатам научно-исследовательской работы в ПГТУ за 2009 год, г. Пятигорск, 2010.

Публикации. По результатам исследований автором лично и в соавторстве опубликовано 7 научных работ, из них 3 работы в журналах из перечня, рекомендованных ВАК. Опубликованные материалы полностью отражают содержание диссертации.

Структура и объем работы:

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы включающего 188 наименований, 4 приложений. Содержание работы изложено на 175 страницах, содержит 69 рисунка и 6 таблиц.

Выводы по пятой главе

В главе на примере синтеза регулятора прямого действия для управления температурным полем внутри кожуха сварочного агрегата, показана методика синтеза. Это методика отличается от известной методики синтеза регулятора прямого действия тем, что для ее реализации, вначале определяется геометрические размеры отверстий выхода (геометрические размеры подвижной крышки регуляторов прямого действия, определяются из максимально возможного теплового потока, выделяемого внутри защитного кожуха), а затем определяется геометрические размеры биметаллической пластины, используя которые, выбираются геометрические размеры траверсы.

Конструкция синтезированного регулятора позволяет достаточно просто перенастраивать его на различные режимы.

В главе приводится различные схемы настройки рассматриваемых регуляторов.

Разработанная в главе методика синтеза регуляторов прямого действия может быть применена к большому классу технических задач, связанных с управлением и утилизацией тепловой энергии.

1. В диссертации, на основе уравнения теплового баланса, произведен расчет выделяемой тепловой энергии при контактной сварке и распределение этой энергии между элементами в зоне сварки. Рассеваемая энергия в окружающую среду составляет примерно 20-25% от всей выделяемой тепловой энергии.

2. Рассмотрены методики определения температур в зоне контактной сварки. В частности расчетно-экспериментальный метод оценки теплового состояния зоны КТС во время действия импульса сварочного тока, который позволяет оценить температуру в любой точке зоны сварки.

3. Разработана конструктивная схема регулятора прямого действия. В предлагаемой схеме регулятора прямого действия, в отличие от известных, биметаллическая пластинка (Б.П.) управляет подвижной крышкой. Описана математическая модель рассматриваемого распределенного регулятора. Выведены соотношения, связывающие радиусы отверстий выхода с тегЫофизи-ческими параметрами среды и геометрическими параметрами объекта. Исследованы динамические характеристики рассматриваемого регулятора. Разработаны различные схемы в технической реализации распределенных регуляторов прямого действия.

Получены соотношения, связывающие потерю напора потока с высотой поднятия подвижной крышки, а также, соотношении, позволяющие вычислить геометрические параметры отверстий выхода, исходя из мощности тепловой энергии, выделяемой внутри рассматриваемого объекта. Эти соотношения позволяют разработать методику синтеза рассматриваемых регуляторов.

4.Разработана математическая модель тепловых процессов внутри защитного кожуха сварочного агрегата. Используя полученную математическую модель, была составлена дискретная модель тепловых полей внутри защитного кожуха, разработана и отлажена программа, позволяющая осуществить анализ рассматриваемого объекта.

Получена передаточная матрица объекта управления, которая обладает свойством диагональной доминантности. Это существенно упрощает методику синтеза систем управления для рассматриваемых объектов.

5.Разработана методика синтеза распределенных регуляторов прямого действия для рассматриваемых систем управления, в результате реализации, которой определяются не только параметры биметаллической пластинки, а так же геометрические размеры конструктивных элементов рассматриваемого регулятора.

Синтезирована распределенная система управления температурным полем внутри кожуха в зоне контактной сварки. Приводится анализ работы замкнутой системы управления.

Разработанная методика синтеза регуляторов прямого действия может быть применена к большому классу технических задач, связанных с управлением и утилизацией тепловой энергии.

1. Абдикаримов Т., Евсеенко Т.П. О приближенном решении задач оптимального управления системами с распределенными параметрами: Науч. сб. / Илим. — Фрунзе, 1973. —С. 32—36

2. Автоматическое управление технологическими процессами: Учеб. Пособие. /Под ред. В.Б. Яковлева. Д.: Изд-во. Ленингр. ун-та, 1988. — 224 с.

3. Айзерман М.А. Теория автоматического регулирования. М.: Наука, 1966.-452 с.

4. Алексеев A.A., Имаев Д.Х., Кузьмин H.H., Яковлев В.Б. Теория управления /Под ред. В.Б. Яковлева. СПб.: ТЭТУ, 1999. - 435 с.

5. Алтунин А.Е., Семухин М.В. Модели и алгоритмы принятия решений в нечётких условиях. Тюмень: Изд-во Тюменского гос. ун-та, 2000. — 352 с.

6. Афанасьев В.Н., Колмановский В.Б., Носов В.Р. Математическая теория конструирования систем управления. М.: Высшая школа, 2003. — 614 с.

7. Бегимов И., Бутковский А.Г., Рожанский В.А. Моделирование сложных распределённых систем на основе структурной теории. Ч. 1. // Автоматика и телемеханика. 1981, № 11. - С. 168 - 181.

8. Бегимов И., Бутковский А.Г., Рожанский В.А. Моделирование сложных распределённых систем на основе структурной теории. Ч. 2. // Автоматика и телемеханика. 1981, № 12. - С. 138- 153.

9. Ю.Бегимов И., Бутковский А.Г., Рожанский В.А. Структурное представление физически неоднородных систем // Автоматика и телемеханика. 1981. -№ 9.- С. 25 -35.

10. Беллман Р. Введение в теорию матриц. — М.: Наука, 1969. — 367 с.

11. Беляев, E.H. Эффективность утилизации вторичных энергетических ресурсов: Учебное пособие / E.H. Беляев, С.М. Кисляк, П.К. Сеначин; под ред. П.К. Сеначина / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова.- Барнаул: Изд-во Ал-тГТУ, 2010.- 80 с.

12. Берштейн Л.С., Боженюк A.B., Сергеев Н.Е. Управление на плоскости динамическим объектом на основе нечётких правил вывода // Управление и информационные технологии / Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т. 1. /СПб. 2003. - С. 262 - 266.

13. Бессекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. -М.: Наука, 1966. 992 с.

14. Бутковский А.Г. Теория оптимального управления системами с распределёнными параметрами. -М.: Наука, 1965.

15. Бутковский А.Г. Структурная теория распределённых систем. — М.: Наука, 1977.-320 с.

16. Бутковский А.Г. Управление системами с распределёнными параметрами (обзор) // Автоматика и телемеханика. — 1979. № 11. — С. 16 — 85.

17. Бутковский А.Г. Характеристики систем с распределёнными параметрами. М.: Наука, 1979. - 224 с.

18. Бутковский А.Г. Методы управления системами с распределёнными параметрами. — М.: Наука, Гл. ред. ф.-м. лит., 1985. — 568 с.

19. Бутковский А.Г., Дарнинский Ю.В., Пустыльников Л.М. Управление распределёнными системами путём перемещения источника // Автоматика и телемеханика. — 1974. № 5. - С. 11 — 30.

20. Бутковский А.Г., Дарнинский Ю.В., Пустыльников Л.М. Управление распределёнными системами путём перемещения источника // Автоматика и телемеханика. 1976. - № 2. — С. 15 — 25.

21. Бутковский А.Г., Малый С.А., Андреев Ю.Н. Оптимальное управление нагревом металла. — М.: Металлургия. 1972.

22. Бутковский А.Г., Малый С.А., Андреев Ю.Н. Управление нагревом металла. -М.: Металлургия. 1981.

23. Бутковский А.Г., Пустыльников JI.M. Теория подвижного управления системами с распределёнными параметрами. М.: Наука, 1980. 383 с.

24. Бутковский А.Г., Самойленко Ю.И. Управление квантово-механическими процессами. — М.: Наука, 1984.

25. Владимиров B.C., Жаринов В.В. Уравнения математической физики. — М.: Физматлит, 2000. 399 с.

26. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления. Автоматическое регулирование непрерывных линейных систем. М.: Энергия, 1980.-309 с.

27. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления. Особые линейные и нелинейные системы. М.: Энергия, 1981.-303 е.

28. Гаврилов С.В., Джаббаров А.Д., Чан Сюан Кьен. Управление'"нелинейными колебательными системами с несколькими входами // Управление и информационные технологии УИТ-2004 / 2-я Всероссийская на-учн. конф. сб. докл. Т.1./ Пятигорск 2004. — С. 106 - 110.

29. Гельман A.C. Технология и оборудование контактной электросварки. -М.: Машгиз, 1960. 368 с.

30. Гельман, A.C. Основы сварки давлением / А. С. Гельман .- М. : Машиностроение, 1970. 312 с.

31. Герасимов, A.A. Расчётное определение тепловыделения при контактной точечной сварке по измерениям в первичном контуре сварочной машины /A.A. Герасимов и др. // Металлообработка — 2006. № 1 - С. 34-36.

32. Герасимов С.М., Першин И.М. Проектирование распределенных систем управления температурным полем нагревательных камер // Деп. В ВИНИТИ. № 5857 - 82 с.

33. Гочияев Б.Р., Першин И.М. Распределённый регулятор в виде физического устройства // Тр. Межреспубликанской конференции: Управление в социальных, экономических и технических системах. Кн. 3. Кисловодск, 1998. - с. 55 - 69.

34. Дегтярёв Г.Л. Об оптимальном управлении процессами тепло- и мас-сопереноса// Тр. КАИ, вып. 97, 1968.

35. Дегтярёв Г.Л. К задаче оптимальной фильтрации линейных систем с распределёнными параметрами // Оптимизация процессов в авиационной технике: Межвуз. сб. Казань, 1976. Вып. 1. — С. 6 — 9.

36. Дегтярёв Г.Л. Оценивание состояния поля методом наименьших квадратов // Изв. Вузов. Авиационная техника. 1978. - Вып. 44.- С. 55 -60.

37. Дейч В.Г. Дискретная аппроксимация стабилизирующей обратной связи в системах с распределёнными параметрами // Автоматика и телемеханика. 1987. - № 8. - С. 36 - 47.

38. Дидук Г.А., ЗЬлотов О.И., Пустыльников Л.М. Специальные разделы теории автоматического регулирования и управления (теория СРП). С предисловием А.Г. Бутковского. Учебное пособие. — СПб.: СЗТУ, 2000.

39. Дубенко Т. И. фильтр Калмана для случайных полей // Автоматика и телемеханика. — 1972. — № 12. — С. 37—40

40. Евсеенко Т.П. Приближенное решение задачи оптимального управления процессами теплопроводности // Математические методы оптимизации систем с распределенными параметрами: Науч. сб. / Илим. -Фрунзе, 1975. С. 34-39.

41. Евсеенко Т.П. Приближенное решение задач оптимального управления разностным методом // Оптимизация процессов в системах с распределенными параметрами: Науч. сб. / Илим. — Фрунзе, 1973. С. 85-90.

42. Евсеенко Т.П. Приближенное решение задач оптимального управления методом прямых // Приближенное решение задач оптимального управления системами с распределенными параметрами: Науч. сб. / Илим. — -Фрунзе, 1976. — с. 33—38.

43. Егоров А.И. Оптимальное управление тепловыми и диффузионными процессами. — М.: Наука, 1978. — 463 с.

44. Егоров. А.И., Бачой Г. С. Метод Беллмана в задачах управления системами с распределенными параметрами // Прикладная математика и программирование: Науч. сб. / Штиинца. — Кишинев, 1974. Вып. 12. -С. 33-39.

45. Егоров А.И., Бачой Г.С. О решении одной задачи синтеза оптимального управления процессом теплопроводности // Прикладная математика и программирование: Науч. сб. / Штиинца. Кишинев, 1975. - Вып. I. -С. 20-25.

46. Ерофеев A.A. Алгоритмы управления промышленных автоматических систем. СПб.: Политехника, 1992. - 106 с.

47. Ерофеев A.A. Теория автоматического управления. СПб.: Политехника, 2002. - 302 с.

48. Ерофеев A.A. Поляков А.О. Интеллектуальные технологии в системах управления // Научно-технические ведомости СПбГТУ. № 3 (21). -2000.-С. 25-34.

49. Ерофеев A.A., Коваль С.Н. Интеллектуальное управление в системах: нечёткие технологии управления // Вестник СЗО Академии медико-технических наук. Вып. № 3. СПб.: Агентство «РДК - принт», - 2000. -С. 172-188.

50. Заде JLА. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближённых решений. М.: Мир, 1976. - 165 с.

51. Зубов В.И. Методы анализа динамики управляемых систем. М.: Физ-матлит, 2003.

52. Кадымов Я.Б., Грабовский М.Н. Об одном методе синтеза управления при компенсации запаздывания в оптимальных системах // Электроника. 1974. - № 5. - С. 535 - 538.

53. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твёрдых тел. — М.: Высшая школа, 2001. — 550 с.

54. Карташов Э.М. Аналитические методы решения краевых задач нестационарной теплопроводности в области с движущимися границами (обзор) // Инженерно-физический журнал. 2000. — Т.74, № 2. С. 1 — 24.

55. Клюев А.С. Сложный технологический процесс и средства управления как единая функциональная динамическая система // Управление и информационные технологии УИТ-2004 / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т. 1. / Пятигорск — 2004. С. 23 — 29.

56. Коваль В.А. Спектральный метод анализа и синтеза распределённых управляемых систем Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1997 — 192 с.

57. Коваль В.А., Осенин В.Н. Анализ распределённого объекта на основе спектрального метода // Управление и информационные технологии УИТ-2004 / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1. / Пятигорск — 2004. С. 272 - 276.

58. Коваль В.А., Никифоров А.П., Першин. И.М. Оптимизация процесса нагрева материала в среде текущего газа и выбор параметров нагревательной камеры дилатометра // Электронная техника. 1983. - Сер. 7. ТОПО. - Вып. 2 (117). - С. 50-53.

59. Коваль В.А., Першин И.М. Метод пространственно-частотной декомпозиции в системах с распределенными параметрами // Аналитические методы синтеза регуляторов: Межвуз. науч. сб. Саратов, 1981. С.49-56

60. Коваль В.А., Першин И.М. Управление тепловыми процессами в нагревательной камере при случайных воздействиях // Алгоритмы, средства и системы автоматического управления:Тез. докл. III. Поволжской Науч.—тех. Конф. — Волгоград, 1984.С. 122-123.

61. Красовский H.H. Теория оптимальных управляемых систем // Механика в СССР за 50 лет: Науч. сб.- М.: Наука, 1968. С. 42-48.

62. Кубышкин В.А., Финягина В.И. Задачи управления подвижными источниками тепла. // Автоматика и телемеханика. 1989. — № 11. С. 3647.

63. Коздоба JI.A. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. — М.: Наука, 1975.

64. Козлов В.Н., Куприянов В.Е., Шашихин В.Н. Вычислительная математика и теория управления. СПб, изд. СПбГТУ. - 1996. - 170 с.

65. Козлов В.Н. Магомедов К.А. Негладкие операторы и распределённые системы. Модели теплопроводности. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2003. — 196 с.

66. Козлов В.Н. Метод нелинейных операторов в автоматизированном проектировании динамических систем. Л.: Изд-во ЛГУ им. A.A. Жданова, 1986. - 166 с.

67. Козловский, С. И. Основы теории и технологии программированных режимов контактной точечной сварки: монография / С. Н. Козловский.- Красноярск : СибГАУ, 2006. 260 с.

68. Козловский С. Н. Введение в сварочные технологии. Электродуговая сварка: учеб. пособие / С. Н. Козловский. Красноярск : СибГАУ, 2007.- 134 с.

69. Колесников A.A. Сравнение методов синтеза нелинейных регуляторов // Управление и информационные технологии УИТ-2004 / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1. / Пятигорск — 2004. — С. 47 — 69.

70. Колесников A.A. Проблемы теории аналитического конструирования нелинейных регуляторов и синергетический подход // Синергетика и проблемы теории управления / Под ред. A.A. Колесникова М.: Физмат-лит 2004.

71. Колесников A.A. Проблемы системного анализа: тенденции развотия и синергетический подход // Управление и информационные технологии / Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1. /СПб. — 2003. — С. 5 — 12.

72. Колесников A.A. Современная прикладная теория управления: кризисное состояние и перспективы развития // Управление и информационные технологии УИТ-2004 / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1. / Пятигорск 2004. - С. 5 - 22.

73. Колесников A.A. Синергетическая теория управления. М.: Энерго-атомиздат, 1994.

74. Колесников A.A. Основы теории синергетического управления. — М.: Испо-сервис, 2000.

75. Колесников A.A., Веселов Г.Е., Попов А.Н., Колесников Ал.А., Кузь-менко A.A. Синергетическое управление нелинейными электромеханическими системами. М.: Испо-Сервис, 2000. — 248 с.

76. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа.-М.: Наука, 1968. . »

77. Колосов В.И. Формирование температурных полей при контактной сварке // Сварочное производство. М.: Машиностроение, 194. №6. — С. 27-28.

78. Колосов В.И., Гореликов П.А., Мусин P.A. Новые возможности контактной точечной сварки // Сварочное производство. М.: Машиностроение, 2001. №10. С. 25-28.

79. Кондрашин A.B. Технологические основы управления теплоэнергетическими объектами. — М.: Испо-Сервис. 2004. - 366 с.

80. Кораблёв Ю.А., Шестопалов М.Ю., Липовец A.B. Методика проектирования нечётких регуляторов // Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям, СПб., 2004. — Т.2. С. 317 319.

81. Кораблёв Ю.А., Липовец A.B., Шестопалов М.Ю. Методология синтеза нечётких регуляторов // Управление и информационные технологии

82. УИТ-2004 / 2-я Всероссийская научи, конф. сб. докл. Т. 1. / Пятигорск — 2004.-С. 142- 146.

83. К.А. Кочергин. Контактная сварка. JL: «Машиностроение», 1987. 240 с.

84. Красовский A.A. Системы автоматического управления полётом и их аналитическое конструирование. -М.: Наука, 1973

85. Красовский A.A. Науковедение и состояние современной теории управления техническими системами // Изв. РАН. Теория и системы управления. 1998. № 6.

86. Красовский A.A. Проблемы физической теории управления // Автоматика и телемеханика. 1990. № 11.

87. Красовский H.H. Теория оптимальных управляемых систем // Механика в СССР за 50 лет: Науч. сб. М.: Наука, 1968. - С. 42 - 48. .

88. Кубышкин В.А., Финягина В.И. Задачи управления подвижными источниками тепла // Автоматика и телемеханика. 1989. № 11. — С. 36 — 47.

89. Кудрявцев Л.Д. Математический анализ. — М.: Высшая школа, 1973. Т.2. 470 с.

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

91. Кухтенко А.И., Самойленко Ю.И. Автоматическое управление плазменными объектами // Вестн. АН УССР. 1972. - № 3. С. 32 - 35.

92. Лионе Ж.-Л. Оптимальное управление системами, описываемыми уравнениями в частных производных. М.: Мир, 1972.

93. Лионе Ж.-Л. Управление нелинейными распределёнными системами. — М.: Мир, 2002.

94. Лыков A.B. Теория теплопроводности М.: Высшая школа. - 1967. — 599 с.

95. Магомедов К.А. Козлов В.Н. К модальному управлению распределёнными системами термостабилизации // Тр. СПбГТУ. / Фундаментальные исследования в технических университетах. — СПб.: Изд. СПбГТУ, 2002.-С. 115-116.

96. Мартыненко H.A., Пустыльников JI.M. Конечные интегральные преобразования и их применение к исследованию систем с распределёнными параметрами. — М.: Наука, 1986.

97. Материалы в приборостроении и автоматике: Справочник /Под ред. Ю.М. Пятина. 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 528 с.

98. Мирошник И.В., Никифоров В.О., Фрадков A.JI. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб.: Наука, 2000.

99. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.

100. Олейников В.А. Оптимальное управление техническими процессами в нефтяной и газовой промышленности. JI. Недра, 1982. - 216 с.

101. Омельченко А.Ю. Об одном подходе к управлению, учитывающем явление энергообмена // Управление и информационные технологии УИТ-2004. / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1./ Пятигорск 2004. -С. 151-156.

102. Павлов A.B., Шевченко Я.Ю. Голографическая технология моделирования логического вывода на лингвистических шкалах // Управление и информационные технологии / Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1. /СПб. -2003. С. 324 - 329.

103. Павлов Е.Г. Построение управления оболочкой в задаче синтеза оптимального управления гидромагнитным процессом // Тр. КАИ. Казань, 1971.-Вып. 135.-С. 232-240.

104. Пагута М.Т. Система управления редактором // Тр. семинара: Распределённые системы управления в сплошных средах / Изд. Инт-та кибернетики АН УССР. Киев. 1974. - С. 50 - 56.

105. Пантелеев A.B., Бортаковский A.C. Теория управления в примерах и задачах. М.: Высш. шк., 2003. - 583 с.

106. Першин И.М. Анализ и синтез систем с распределенными параметрами. Пятигорск: РИА на КМВ. 2007.- 244 с.

107. Першин И.М. Частотный метод синтеза регуляторов для систем с распределёнными параметрами // Аналитические методы синтеза регуляторов: Межвуз. науч. сб. — Саратов, 1984.

108. Першин И.М. Синтез распределённых систем управления //Динамика процессов и аппаратов химической технологии: Тез. докл. II Всесоюзной конференции. Воронеж, 1990. — С. 162 - 163.

109. Першин И.М. Построение формирующего фильтра для распределённых систем // Синтез алгоритмов сложных систем: Межведомств. Науч. тех. Сб./ Таганрогский радиотехн. институт. Таганрог, 1986. — С. 73 — 76.

110. Першин И.М. Синтез систем управления температурным полем // Анализ и синтез распределённых информационных управляемых систем: Тез. докл. и сообщ. межреспубл. шк.-семинара. Тбилиси: Мецниереба 1987.-С. 74-75.

111. Першин И.М. Частотный метод синтеза распределённых систем, характеризуемых уравнениями параболического типа / Изв. Вузов. Серия «Приборостроение» т. XXXIV, № 8. 1991. - С. 55 - 60.

112. Першин И.М. Синтез распределённых систем управления // Теоретические и прикладные проблемы создания систем управления технологическими процессами: Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. совещания. — М., 1990.-С. 139- 140.

113. Першин И.М. Частотный метод синтеза систем с распределёнными параметрами // Интеллектуальные системы. Труды симпозиума под ред. К.А. Пузанкова. СПб., 1996. С. 47.

114. Першин И.М., Саркисов А.Ю. Математическая модель энергоустановки // Управление в социальных, экономических и технических системах. Труды межреспубликанской конференции КУАООП РФ, Кисловодск, 2000.-С. 24-29.

115. Першин И.М., Зайцев C.B., Саркисов А.Ю. Разработка математической модели энергоблока // Управление в социальных, экономических и технических системах. Труды межреспубликанской конференции КУАООП РФ, Кисловодск, 2000. С. 30 - 36.

116. Першин И.М. Синтез систем с распределёнными параметрами / Изд. РИА-КМВ, 2002.-212 с.

117. Першин И.М. Синтез систем с распределёнными параметрами: проблемы и перспективы // Управление и информационные технологии УИТ 2004 / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1. / Пятигорск -2004.-С. 30-46.

118. Петров В.А., Ахметов Р.К. К задаче оптимальной фильтрации случайных полей // Изв. Вузов. Авиационная техника. 1972. - № 4. - С. 32 -38.

119. Положий Г.Н. Уравнения математической физики. М.: Высшая школа, 1964.-559 с.

120. Понтрягин JI.C. О нулях некоторых элементарных трансцендентных функций // Изв. АН СССР. Математика. 1942. - Т. 6, № 3. - С. 115 -134.

121. Потапов A.A. Идеи синергетики, фрактальной геометрии и детерминированного хаоса в современных технологиях радиотехнических систем

122. Управление и информационные технологии УИТ 2004 / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1./ Пятигорск - 2004. — С. 235 — 242.

123. Потапов А.А. Фракталы на нечётких множествах // Электромагнитные волны и электронные системы. 2003. — Т. 8, № 1. С. 26 — 35.

124. Пустыльников JI.M. Нелинейная проблема моментов в задачах подвижного управления: В кн.: Управление распределёнными системами с подвижным воздействием. - М.: Наука, 1979. - С. 17 -28.

125. Пустыльников JT.M. Основные интегральные уравнения в задачах подвижного управления. ДАН СССР. - 1979. - Т. 247, № 2. - С.21 - 24.

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

127. Рапопорт Э.А. Оптимизация пространственного управления подвижными объектам индукционного нагрева// Автоматика и механика, 1983. -№ i.e. 11-14.

128. Рапопорт Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла.-М.: Металлургия. 1993.

129. Рапопорт Э.Я. Робастная параметрическая оптимизация динамических систем в условиях ограниченной неопределённости // Автоматика и телемеханика, 1995. № 3.

130. Рапопорт Э.Я. Структурное моделирование объектов и систем управления с распределёнными параметрами. — М.: Высшая школа, 2003. — 299 с.

131. Рапопорт Э.Я. Альтернансные формы условий экстремума в задачах полубесконечной оптимизации управляемых систем // Управление и информационные технологии / Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1./СПб.-2003.-С. 184- 189.

132. Рапопорт Э.Я. Альтернансный метод параметрического синтеза Н-оптимальных систем автоматического управления // Изв. РАН. Теория и системы управления. № 1. 2000.

133. Рапопорт Э.Я. Управление системами с распределёнными параметрами: аспекты прикладной теории // Управление и информационные технологии УИТ-2004 / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1. / Пятигорск 2004. - С. 283 - 291.

134. Рапопорт Э.Я. К развитию прикладной теории управления // Мехатро-ника, автоматизация, управление, 2004. № 6. С. 2 — 14.

135. Рапопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э. Специальные методы оптимизации в обратных задачах теплопроводности // Изв. РАН. Энергетика, 2002. № 5. С. 154- 165.

136. Рапопорт Э.Я. Методы структурной теории в задачах синтеза систем управления с распределёнными параметрами // Проблемы управления и моделирования в сложных системах./ Тр. VI Международной конф. Самара. Самарский научный центр РАН, 2004. — С. 64 75.

137. Рей У. Методы управления технологическими процессами. М.: Мир, 1983.-367 с.1. V1д ' * Г '

138. Ротенберг Я.Н. Автоматическое управление М.: Наука, 1971.- 395 с.

139. Садомцев Ю.В. Проблема стохастической точности в теории многомерных систем управления // Управление и информационные технологии УИТ-2004 / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1. / Пятигорск 2004. - С. 165-171.

140. Самойленко Ю.И. Реализация распределенной обратной связи при электромагнитном управлении // Методы оптимизации автоматических систем: Науч. сб. 1972. - С. 82-89.

141. Сиразетдинов Т.К. К аналитическому конструированию регуляторов в процессах с распределёнными параметрами // Автоматика и телемеханика. 1965. - № 9. С. 81 - 89.

142. Сиразетдинов Т.К. Метод динамического программирования в системах с распределёнными параметрами // Тр. V Международного симпозиума по автоматическому управлению в пространстве, 1975. Т. 2. - С. 436-438.

143. Сиразетдинов Т.К. Об аналитическом конструировании регуляторов в процессах с распределёнными параметрами // Тр. Ун-та дружбы народов1 им. П. Лумумбы. М., 1968. - Т. XXVII, вып. 5. - С.15 - 19.

144. Сиразетдинов Т.К. Оптимизация систем с распределёнными параметрами. М.: Наука, 1977. - 479 с.

145. Сиразетдинов Т.К. Синтез систем с распределёнными параметрами при неполном измерении // Изв. Вузов. Авиационная техника. 1971. -№ 3. - С. 37-43.

146. Солодовников В.В., Чулин H.A. Частотный метод анализа и синтеза многомерных ситсем автоматического управления: Учеб. пособие. М.: Высшая школа, 1981. - 46 с.

147. Современная прикладная теория управления: Синергетический подход в теории управления / Под. ред. A.A. Колесникова. Таганрог: Изд-во ТРТУ. 2000. - ч. II.

148. Современная прикладная теория управления: Новые классы регуляторов технических систем / Под ред. A.A. Колесникова. Таганрог: Изд-во ТРТУ.-2000.-ч. III.

149. Теплотехнический справочник: В 2 т. Т.2. / Общ. ред. В. Н. Юренев, П. Д. Лебедев . 2-е изд., перераб . — М. : Энергия, 1976 . - 896 с.

150. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Кн. 1. Математическое описание, анализ устойчивости и качества систем автоматического регулирования / Под ред. В.В. Солодовникова. М.: Машиностроение, 1967. - 768 с.

151. Тихонов А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. — М.: Наука, 1972.-736 с.

152. Тосики Китомари. Преобразование систем с распределёнными параметрами // Оптимальные системы, статистические методы: Науч. сб. -М., 1971.-С. 32-41.

153. Тягунов O.A. Алгоритмическое и программное обеспечение в задачах исследования сложных систем // Управление и информационные технологии УИТ-2004 / 2-я Всероссийская научн. конф. сб. докл. Т.1. / Пятигорск 2004. - С. 294 - 298.

154. Ультриванов И.П. Распределённое управление жидким проводником в магнитном поле // Изв. Вузов. Авиационная техника. — 1973. № 2. — С. 135-140.

155. Ультриванов И.П. Выбор весовых коэффициентов в задачах АКОР для гидродинамического процесса // Тр. КАИ. Казань, 1975. - Вып. 188. — С. 45-49.

156. Фельдбаум A.A., Бутковский А.Г. Методы теории автоматического управления. М. : Наука, 1971.

157. Фихтенгольц Г.М. Курс дифференциального и интегрального исчисления. -М.: Наука, 1966. Т.З. 656 с.

158. Фрадков А.Л. Кибернетическая физика. СПб.: Наука, 2003.

159. Хацкевич В.П. О решении задачи аналитического конструирования регуляторов для распределённых систем // Автоматика и телемеханика. — 1972.-№3.-С. 5-14.

160. Чуличков А.И. Математические модели нелинейной динамики. М.: Физматлит, 2003.

161. Шашков А.Г., Бубнов В.Я., Яновский С.Ю. Волновые явления теплопроводности. Системно-структурный подход. — Минск, 1993.

162. Шенфельд Г. Б. О задаче аналитического конструирования оптимальных регуляторов для уравнений параболического типа // Математические методы оптимизации систем с распределенными параметрами: Науч. сб. — Фрунзе: Илим, 1975. С. 3-9.

163. Шенфельд Г.Б. Аналитическое конструирование оптимальных регуляторов для волнового процесса // Оптимизация процессов в системах с распределенными параметрами: Науч. сб. — Фрунзе: Илим, 1976. С. 23-26.

164. Curtain Ruth F/ Pole Assignment for distributed systems by Finite-Dimensional Control. / Automatic. -1985. V. 21. No.l. -P. 56-69.

165. David Q, Mayne. The Design of linear multivariable systems automatica // Pergamon Press. 1973. V. 9. - P. 201-207.

166. Desoer C.A. Wing J. On the generalized Nyquist stability criterior. // In IEEE Conference on Decision and Control, San Diego. —Jan. 1979. -P. 580586.

167. Desoer C.A., Wing J. The minimal time discrete system // J. Franklin Inst. 1961. Vol. 272. No. 3. P. 208-228.

168. Desoer C.A., Polak. E., Wing J. Theory of minimum time discrete regulators // Automat and Remote Control Theory, London, Butterworths, Munich, olden bound. 1964. P. 135-140.v

169. Fiagbedzi Y.A. and Pearson A.E. A Pi-controller for distributed delay systems. // Automatica. 1988. - V. 24, Nj. 4, - P. 517-529.

170. Gibson J.S. and Rosen I.G. Approximation of Discrete-time LOG Compensators for distributed system with boundary Input and unbounded measurement. / Automatica. 1988. - V. 24, No. 4, - P. 517 - 529.

171. Gilliam D.S., Malz B.A. and Martin C.F. Observability and determination of surface temperature. Part 1. // Int. J. Control, — 1988. V. 48, No.6, P. 22492264.

172. Hyng N.T., Anderson B.D. On Ttriangularization Technique for the Design of Multivariable control systems // IEEE Trans. Aut. Control. 1979. V. 24, No. 3. - P. 455-460.

173. Khargonckar P.P. and Poolla K. Robust stabilization of distributed systems. //Automatica. 1986. V. 22, No. 1. - P. 77-84.

174. Kubrusly C.S. and Malebranche H. Sensors and controllers location in distributed systems. A survey. / Automatica. - 1985. V. 21, NO. 2 - P. 117128.

175. Meditch I.S. On state estimation for distributed parameter systems. / I. Franklin Inst, 1970. - V. 290, No. 1. - P. 49 - 59.

176. Munack A. And Thoma M. Coordination Methods to Parameter Identification Problems in Interconnected Distributed Parameter Systems. // Automatica 1986. V. 22. No. 1, - p. Ill - 116.

177. Sakava Ioshiyuki. Optimal filtering in linear distributed parameter systems. //Int. J. Control. 1972.-V. 16, No. l.-P. 115-127.

178. Snawn E., Burke and Hubbarg J.E. Distributed actuator control design for flexible beams. / Automatica. 1988. - V. 2, No. 5. - P. 919 - 927.

179. Sunanara Y., Aihara S. and Kojima F. A method for parameter estamation of a class of non-linear distributed systems ander noisy observations. // Automatica. 1986. V. 22, No. 6. - P. 727-732.

180. Yu. Taimas K., Seinfeld John H. Observability and optimal measurement location in linear distributed parameter systems. / Int. J. Control. 1973. - V. 18, No. 4.-P. 785-799.

181. Tzafistas S.G. Bayesian approach to distributed-parameter filtering and smoothing. // Int. J. Control. 1972. - V. 15, No. 2. - P. 273 - 295.

182. Tzafistas S.G. On optimum distributed-parameter Filtering and fixed-interval smocolored noise. / IEEE Trans. Aut Control. 1972. - V. 17, No. 4. - P. 443 - 458.

183. Wertz V., Demise P. Application of clarke — guauthrop type controllers for the button temperature of a class furnace // Automatica. 1987. - V. 23, No. 2.-P. 215-224.

184. William By Porter A. Sensitivity problems in distributive systems // Int. J. Control. 1976.-V. 5.-P. 159- 177.

185. УТВЕРЖДАЮ» Директор ООО «ЭМУ № 3» Бондаренко С.А. к 2011 г.1. Акт

186. О внедрении результатов диссертационной работы Антонова Владимира Феохаровича

187. Математические модели тепловых процессов в зоне контактной сварки.

188. Технические схемы и математическое описание распределенных регуляторов прямого действия, используемых в рассматриваемой задаче.

189. Методика синтеза распределенных регуляторов прямого действия.

190. Синтезированная система управления температурным полем в зонеконтактной сварки.

191. Программное обеспечение для анализа температурных полей внутри кожуха при контактной сварке позволяет рассчитать конструктивные размеры устройства для регулирования тепловых процессов в зоне сварки.

192. Это позволило, при проектировании системы утилизации тепла, существенно сократить сроки и затраты на проведение опытно-конструкторских работ.1. Председатель комиссии1. Директор1. Член комиссии1. Главный механик

193. Бондарено С.А. /' / Ангелов Д.К.У

194. Текст программы для расчета параметров аппроксимирующей функцииunit Unitl;interfaceuses

195. Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, StdCtrls, Grids, Math;type

196. Private declarations } public

197. Public declarations } end;var

198. Forml: TForml; implementation {$R *.dfin}procedure TForml.Button 1 Click(Sender: TObject); var Xi: array 1.4. of real;массив исходных X Yi: array 1.4. of real;массив исходных Y Ri: array 1.16. of real;массив коэффициентов корреляции R

199. Rik.:= (p-x 1 *y 1 /j)/sqrt((x2-x 1 *x 1 /j )* (y2-y 1 *y 1 /j)); xl:= 0; x2:= 0; yl:= 0;у2:= 0; р:= 0;

200. StringGrid2.Cellsl ,к.:= FloatToStrF(Ri[k],ffgeneral,7,2); Ai[k]:= w; Bi[k]:= v; case к of 5: begin Ai[k]:= power(10,w); Bi[k]:= power(10,v); end;6, 14:1. Aik.:= exp(w);7, 9, 15:

201. Aik.:= power(10,w); 12: begin Ai[k]:= 1/v; Bi[k]:= w/v; end; 13:begin

202. Aik.:= 1/w; ' Bi[k]:= v/w; end; end;except begin

203. MessageDlg('npoBepbTe введенные параметры!'+#13+ 'Возможно возникновение ситуации:'+#13+ ' деления на 0; '+# 13+взятия логарифма от числа, равного или меньшего 0;'+#13+ ' - выхода за допустимый диапазон значений.', mtError, mbOk. ,0); Ri[k]:= 0;

204. Зависимости данных типов между параметрами нет!'else1.bel l.Caption:= 'Результат:'+#13+'а = '+FloatToStrF( A i maxk., ffgeneral, 7,2)-ь13+'b = '+FloatToStrF(Bimaxk.,ffgeneral,7,2)+ #13+'Вид регрессии: '+

205. StringGrid2.Cells0,maxk.+# 13+'R = '+FloatToStrF(max,ffgeneral,7,2); end;procedure TForml.Button2Click(Sender: TObject);var i, k: integer;begin1.bel 1 .Caption:= 'Результат:';for i := 1 to StringGridl.RowCount do begin

206. StringGridl .Cells0,i.:= "; StringGrid 1 .Cells[ 1 ,i] := "; end;fork := 1 to 16 do StringGrid2.Cells 1 ,k. :="; end;procedure TForml.FormCreate(Sender: TObject); begin

207. Рис. Б.1. График аппроксимирующей функции

208. Физико-механические и технологические свойства термобиметаллов1. Марка термобиметалла

209. Параметр ТБ 1243 ТБ1253 ТБ1132 ТБ1032

210. ТБ04) (ТБ55) (ТБ32) (ТБ52)

211. Марка сплава составляющих:активный слой 24 НХ 24 НХ 24 НХ 19 НХпассивный слой 36 Н 36 Н 42 Н 42 Нпромежуточный слой НП2 М1

212. Удельный изгиб А*3-0 + +200° С, 1 /° С 0,12 0,12 0, 11 0,105

213. Допустимое отклонение по изгибу, % ±15 ±15 ±12 ±12

214. Коэффициент чувствительности М ■1(Г6(-30-г.+140 + Л'/ • 106(-30-+140 ± 10°С)) 18-22 18-22 16-19 15,5- разность теплового расширения сплавов 18,5

215. Результатирующее р * 3(20° С),ш Ои ■ М 0,380,43 0,150,18 0,680,74 0,670,73а, •104(20 + 200°С)1/° С 29 20 16 16

216. Удельная теплоемкость - 0,496 0,496

217. С(20 + 200° С), Дж /(2 -К)

218. Рекомендуемый температурный интервал службы (нагрев без нагрузки), °С -5т + 200 -50 + + 200 -50-^ + 320 -60 + + 320

219. Предельная температура (нагрев без нагрузки) °С 450 250 450 450 !

220. Рекомендуемая температура стабилизирующей термообработки, °С 380 + + 400 230ч-4-250 380-+ 400 380+ + 400

221. Активный слой 0,83 0,83 0,83 0,80р{2Ъ*С),шОи -М

222. С(20 + 200°С),Дж/г-К 0,488 0,488 0,488 0,488

223. Л(20 ч- 200° С, Дж /(С ■ М ■ К) 14,6 14,6 14,6 13,7у,г/смг 8,12 8,12 8,12 8,041. Е,МПа-103 190 190 190 195

224. Пассивный слой 0,79 0,79 0,60 0,60р(20°С)Ш0М -М

225. С(20 -г 200° С)Дж • /(г • К) 0,468 0,468 0,496 0,496

226. Л(20^200аС)Дж/(С -М -К) 16,3 16,3 16,7 16,7у,г/ смг 8,12 8,12 8,14 8,141. Е,МПа-103 150 150 150 155

227. Текст программы для расчета температуры в заданном диапазоне времени при различных значениях подводимой мощности

228. Рис. Г.1. График зависимости температуры от времени при различных значениях подводимой мощности