автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Теоретические основы оценки параметров автоматизированного управления процессом вытяжки световодов

На правахрукописи

УВАРОВ ВИКТОР ПАВЛОВИЧ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫТЯЖКИ СВЕТОВОДОВ

Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург - 2004

Работа выполнена на кафедре теоретической и прикладной механики СевероЗападного государственного заочного технического университета

Научный консультант: доктор технических наук,

профессор Сарвин Анатолий Александрович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Федотов Алексей Иванович

Ведущая организация - ФГУП ВНЦ «ГОИ им. СИ. Вавилова»

Научно-исследовательский технологический институт оптического материаловедения (НИТИОМ)

Защита диссертации состоится 15 июня 2004г. в. 14 час. на заседании диссертационного совета Д212.244.01 при Северо-Западном государственном заочном техническом университете по адресу: 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5, ауд. 200.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Северо-Западного государственного заочного технического университета.

Автореферат разослан 26 апреля 2004 года Ученый секретарь

доктор технических наук, профессор Русинов Леон Абрамович

доктор технических наук, профессор Жавнер Виктор Леонидович

диссертационного совета

Иванова И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Проблема автоматизации процесса вытяжки оптических стержней, (световодов) заключается в том, что их качество зависит от множества физических -и технологических факторов, оптимальное значение которых обеспечивается системой управления процессом вытяжки. Учет влияющих факторов, в реальных процессах является задачей с высоким уровнем неопределенности. Снятие неопределенностей ставится общей целью данной работы.

Объектом исследований в работе принята обобщенная (идеализированная) схема автоматизированной установки вытяжки световодов. Для такой схемы разработаны математические модели. Главная задача, решаемая с помощью этих моделей, — создание методов оценки управляющих воздействий, учитывающих характеристики объекта управления и влияние всех значимых факторов на качество вытягиваемого световода. Прежде всего, это касается основных технологических параметров: температуры разогрева стекломассы (ее вязкости), скорости подачи стекла в зону нагрева,- скорости и усилия вытяжки световода. Решение поставленных задач оказалось возможным, поскольку, автором работы найдены методики, позволяющие установить состояние объекта управления при известных возмущающих и управляющих воздействиях.

Актуальность темы

Исследования, результаты которых представлены в данной работе, проводились в рамках координационных планов Академии наук РФ и по ведомственным тематическим заказам.

Актуальность решения поставленных задач обусловлена ростом масштабов работ по автоматизации производства световодов.

При разработке средств автоматизированного производства выявились проблемные вопросы, которые не находят своего решения эмпирическим путем. К их числу относятся: прогнозирование и оптимизация параметров процесса; стабилизация его характеристик; нахождение зависимостей между входными и выходными параметрами процесса; оптимальная организация систем контроля; оценка уровня помех и их влияние на

Это объясняется сложностью процессов, происходящих при формообразовании световода. Кроме того, характеристики объекта управления определяются как процессами, происходящими в зоне формирования, так и параметрами устройств, осуществляющих вытяжку световодов.

Решение возникающих проблем и соответственно принятие решений при проектировании технологических комплексов, то есть выбор схем управления-,' средств измерений, исполнительных устройств, расчет настроек регуляторов, оценка.качества''систем-управления в условиях неопределенности возможно на основе создания математических моделей адекватно описывающих технологический процесс.

Работы-Аслановой М.С., Гордона С. С., Черкасова И.П., Колпащикова В.М.; Жаботинского М.Б., Фойгеля АЛ., не связанные с обозначенной проблемой в целом, показывают принципиальную возможность разработки подобных моделей.

Таким. образом, к началу работ,-результаты которых представлены в диссертации, существовала потребность в развитии теоретических основ, позволяющих разработать на научной основе автоматизированное производство световодов.

Итак, необходимость развития автоматизации производства световодов с одной стороны и недостаточная изученность самого объекта управления с другой стороны рассматривается автором как признак актуальности данной работы.

Целью работы является создание теоретических основ оценки параметров автоматизированного управления процессом вытяжки, позволяющих разработать методики их выбора,- нормирования, регулирования для обеспечения требуемого качества световодов.

Методы исследований

Для решения поставленных задач использованы теоретические и экспериментальные методы математического моделирования процессов, происходящих при вытяжке световодов.

Предложенные модели исследовались методами механики сплошных

сред, теории свободных и вынужденных колебаний систем с распределенными и сосредоточенными параметрами, математической физики, регрессионного анализа. Экспериментальные исследования проводились на промышленных и лабораторных установках.

Исследование моделей, обработка экспериментальных данных проводилась на компьютерах с использованием стандартных и оригинальных программ. Научная новизна

1. Предложены математические модели, адекватно описывающие процесс вытяжки световодов, учитывающие все значимые факторы, влияющие на процесс формообразования световода, в том числе не только вязкие свойства стекломассы, но и ее способность к релаксации.

2. Предложена методика определения области параметров (вязкость, скорость вытяжки, поверхностное натяжение), в которой возможно существование процесса вытяжки.

3. Определены условия стабильного протекания процесса вытяжки, позволяющие выбрать области технологических параметров (скорость вытяжки, вязко-упругие характеристики зоны формирования), в которых процесс устойчив к неконтролируемым возмущениям.

4. Предложена методика оценки реакции процесса на изменение основных технологических параметров, позволяющая определять точность поддержания этих параметров на заданном уровне при управлении процессом.

5. Дана методика оценки чувствительности процесса к механическим возмущениям периодического характера, позволяющая определять допустимый уровень помех, не влияющих на качество управления процессом.

6. Предложена методика определения характеристик зоны формирования, основанная на методе вынужденных колебаний вытягиваемого световода.

7. Исследованы переходные режимы в системе «установка вытяжки — зона формирования световода», связанные с управлением процессом. Получены выражения, позволяющие определить характер переходных режимов в зависимости от параметров установки вытяжки и зоны формирования световода, дать

рекомендации по выбору методов управления процессом, оценить качество автоматизированной системы управления.

8, Предложены экспериментальные модели процесса вытяжки, полученные на основе методов регрессионного анализа, позволяющие найти оптимальное сочетание технологических параметров.

9. Разработаны схемы устройств вытяжки, способных поддержать значения основных технологических параметров в заданных пределах, уменьшающих уровни механических возмущений и позволяющих осуществлять автоматизированное управление процессом.

Практическая значимость

На основе математических моделей и результатов исследований получены все необходимые данные для разработки и эксплуатации автоматизированных технологических процессов изготовления тонких стеклянных стержней (световодов, волокон, капилляров и т.п.) в оптико-механической и электронной пррмышленностях.

Разработанные методики оценки управляемых параметров процесса позволяют выбрать, их оптимальное сочетание, позволяющее существенно улучшить качество вытягиваемых световодов.

Разработанные теоретические положения послужили основой для создания ряда оригинальных технических решений установок вытяжки, содержащих системы контроля и регулирования параметров процесса, защищенные 13 авторскими свидетельствами. Часть из них доведена до практической реализации.

Защищаемые научные положения

На защиту выносится системный подход к анализу всех значимых факторов, влияющих на управляемость процесса и получение световодов требуемого качества, позволяющий разработать с помощью математических моделей теоретические основы оценки параметров автоматизированного управления процессом и включающий в себя:

1. Модели формообразования световода, позволяющие определять области существования процесса вытяжки и условия его стабильного протекания.

2. Методику оценки чувствительности процесса к изменению технологических параметров, основанную на уравнениях движения стекломассы в зоне формирования, позволяющую определять точность поддержания этих параметров на заданном уровне при управлении процессом.

3. Методику оценки периодических возмущений механического характера, основанную на исследовании свободных и вынужденных колебаний системы «установка вытяжки — световод - зона формирования», позволяющую определять допустимый уровень помех, не влияющих на качество управления процессом.

4. Методику оценки управляемости процесса, основанную на определении характера переходных режимов в зоне формирования, позволяющую дать рекомендации по выбору методов управления процессом и оценить качество систем управления.

5. Экспериментальные модели процесса вытяжки, полученные на основе методов регрессионного анализа, позволяющие в выбранной области параметров определять их оптимальное сочетание.

6. Схемные технические решения, содержащие системы автоматизированного контроля и управления процессом вытяжки световодов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались:

- на XV научно-технической конференции при Северо-Западном заочном политехническом институте, апрель 1980 г.;

- на семинаре по механизации и автоматизации трудоемких ручных операций при Ленинградском доме научно-технической пропаганды (ЛДНТП), июль 1982 г.;

- на конференции «Микроканальные пластины» при ЦНИИ информации, Москва, сентябрь 1982 г.;

- на семинаре «Метрология и повышение качества продукции, выпускаемой Ленинградскими предприятиями» при ЛДНТП, май 1980 г.;

- на Всесоюзной конференции «Волоконная оптика», Москва, январь 1990 г.;

- на VII всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике, Ульяновск, август 1991 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 56 работ, в том числе 13 авторских свидетельств на изобретения, 1 монография.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, приложения, списка литературы из 154 библиографических наименований.

Работа изложена на 244 листах, содержит 63 рисунка, 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дано описание технологических процессов изготовления оптических стержней (световодов), обоснованы требования, предъявляемые к их качеству, рассмотрены факторы, влияющие на геометрию световода, классифицированы существующие устройства вытяжки, дан анализ работ по механике деформирования стекломассы, поставлены задачи исследования.

Качество геометрии световода определяется стабильностью геометрических характеристик его поперечного сечения.

. В работе исследуется процесс вытягивания световода из разогретой стекломассы. Этот процесс осуществляется разными способами.

При фильерном методе стеклянные шарики, кубики или стеклянный бой загружаются в тигель, расположенный внутри печи. Механизм вытяжки непрерывно вытягивает через фильеру стекломассу в виде стержня. Широко распространен способ вытягивания из заготовки. Заготовка с помощью механизма подачи постоянно подается в печь нагрева, где она размягчается и вытягивается механизмом вытяжки. При этом образуется световод, повторяющий геометрию заготовки.

Стабильность геометрии световода зависит от многих факторов, в целях выявления которых проводился непрерывный контроль и запись отклонения величины диаметра световода в процессе вытяжки на промышленных и лабораторных установках. Установлено, что колебания диаметра характеризуются наложением высокочастотной полосы на низкочастотный фон. Высокочастотные колебания носят периодический характер и вызваны, как правило, наличием в

установках вытяжки тех или иных погрешностей изготовления. Выявить и устранить их можно с помощью гармонического анализа колебаний диаметра световода. Низкочастотные колебания (менее 0,1 Гц) носят случайный характер и связаны с возмущениями механического и термического характера. Их можно устранить с помощью автоматизированного управления процессом. В итоге проведенный анализ позволил установить, что стабильность геометрии световода определяется:

- физическим состоянием размягченной стекломассы, из которой вытягивается световод;

- стабильностью условий в зоне формирования;

- кинематическими и динамическими параметрами установок вытяжки.

Физическое состояние стекломассы в зоне формирования определяет условия стабильного протекания процесса вытяжки и величины «откликов» на различные возмущающие и управляющие воздействия. Поэтому, математическое описание процесса деформации стекломассы является важным. Механике деформирования стекломассы посвящено большое количество работ. Однако нет конкретных рекомендаций, позволяющих оценить чувствительность зоны формирования к разного рода возмущениям. Без такой оценки невозможно создать эффективное автоматизированное производство, поскольку зона формирования как объект управления входит в целостную автоматическую систему.

Основное требование, которое предъявляют к установкам вытяжки, -обеспечение высокой степени равномерности скорости вытягивания. Выбор скоростей вытягивания основывается, в основном, на кинематических соотношениях. В то же время нет исследований о влиянии динамических характеристик этих устройств на стабильность геометрии вытягиваемого световода. Не выявляются параметры устройств вытяжки, определяющих характер переходных режимов, возникающих при автоматизированном управлении процессом. Устройства вытяжки не рассматриваются как источник помех, влияющих на управляемость процесса. То есть, нет комплексного подхода к изучению процесса вытяжки световодов, при котором этот процесс рассматривался бы как

часть целостной динамической автоматизированной системы, позволяющей выявить свойства и связи ее элементов и дать рекомендации по выбору, нормированию и регулированию основных параметров процесса.

На основании проведенного анализа были определены следующие задачи:

1. Определить области основных технологических параметров, в которых процесс вытяжки может быть осуществлен, и условия стабильного протекания этого процесса при неконтролируемых внешних возмущениях.

2. Дать рекомендации по выбору оптимального сочетания управляющих факторов и систем управления.

3. Оценить чувствительность процесса в установившемся режиме к неконтролируемым возмущениям основных технологических параметров для определения точности поддержания этих параметров на заданном уровне при управлении процессом.

4. Исследовать совместное влияние параметров установки вытяжки и зоны формирования световода на характер и время переходных режимов, связанных с автоматизированным управлением процессом вытяжки.

5. Определить источники и дать оценку допустимого уровня помех, не влияющих на качество управления процессом.

Структура работы показана на схеме, изображенной на рис.1. Целью изучения механизма технологического процесса - с точки зрения постановки задач управления - является нахождение зависимостей между входными (вязкость стекломассы, скорость вытяжки, усилие вытяжки) и выходным параметром процесса (диаметр поперечного сечения световода). Эти зависимости позволяют установить состояние объекта управления при известных управляющих и возмущающих воздействиях. В связи с этим возникает задача математического моделирования изучаемого технологического процесса.

Процесс образования геометрии световода происходит в зоне формирования, которая представляет собой переход от разогретой стекломассы к световоду (рис.2), где Ь -длиназоны формирования.

/ /

X

V

Технологический процесс Получение световодов методом вытягивания из разогретой стекломассы

Цель работы Создание теоретических основ для разработки автоматизированного производства, обеспечивающего требуемое качество световодов

1

Проблемные вопросы (задачи управления)

Методы решения проблем

Основные результаты

Рис. 1. Структура работы

Прогнозирование н оптимизация параметров процесса; стабилизация характеристик; оценка чувствительности процесса к изменению технологических параметров в установившемся и динамическом режимах; оптимальная организация систем контроля; оценка уровня помех и их влияние на качество управления

Аналитические - математическое моделирование (детерминированное математическое описание технологического процесса).

Экспериментальные - статистические исследования на лабораторных и промышленных установках.

Математические модели

Движения стекломассы в зоне формирования

Колебаний в системе «световод-зона формирования»

Переходных режимов

ЕЗ:

Регрессионного анализа

Создание методик по выбору, нормированию, регулированию параметров автоматизированного управления процессом вытяжки световодов; методика оценки уровня помех, не влияющих на качество управления процессом; схемные технические решения, защищенные авторскими свидетельствами, позволяющие осуществлять автоматизированное управление; разработка опытно-промышленной технологии

Л «• г

Рис.2. Зона формирования световода

Для исследования процессов, происходящих в зоне формирования, во второй главе предлагаются математические модели, включающие три группы уравнений: уравнение неразрывности, равновесия сил и физические, описывающие состояние стекломассы.

Уравнение неразрывности выражает один из фундаментальных законов механики - закон сохранения массы. Для составления уравнений равновесия используется теорема об изменении главного вектора количеств движения точек системы. Физические уравнения зависят от выбора модели среды. В работе используются модели вязкой (ньютоновской) жидкости и вязкоупругой релак-сирующей среды (модель Максвелла).

Зона формирования представляет собой тело вращения. Поэтому используется цилиндрическая система координат. В силу осевой симметрии зоны формирования достаточно двух координат z, г (рис.2). Полная система включает семь дифференциальных уравнений в частных производных. Если пола-

гать, что скорость, вязкость, напряжения в зоне формирования являются функциями времени и осевой координаты, то система разрешающих уравнений сводится к трем уравнениям (модель одномерного потока)

(1)

где t - время; V, р - соответственно скорость и напряжение в рассматриваемом сечении зоны формирования; 5 - площадь рассматриваемого сечения;

- плотность стекломассы, которая полагается постоянной; - динамическая вязкость стекломассы; Я, = [*№— время релаксации; О — модуль упругости стекломассы.

Один из методов обеспечения стабильности геометрии световода является стабилизация вектора входных переменных, которая зависит в том числе и от определенного их сочетания. Поэтому в третьей главе находились на основе системы (1) зависимости, определяющие влияние соотношения основных параметров на условия стабильного протекания процесса. К основным параметрам отнесены: скорость вытяжки и упруговязкие характеристики зоны формирования. Найдены области этих параметров, соответствующих устойчивому протеканию процесса. Под устойчивостью здесь понимается сохранение конфигурации потока среды в зоне формирования световода при малых возмущениях. Граничные условия принимались в виде

5(0,/)= и(0,*)=и0; =

где So — начальная площадь зоны формирования; Ut - скорость вытяжки; L — длина зоны формирования.

Стабильность (устойчивость) движения стекломассы определялась по уравнениям первого приближения. Для этого к частным решениям исходной системы уравнений, описывающим невозмущенное движение, добавлялись вариации (возмущения) вида

ехр(М)-д,($), (/ = 1,2,3),

где b — постоянная; 0 — безразмерное время; вспомогательные функ-

ции, зависящие только от координаты z; 4 = r/Z>.

Суть дальнейших исследований заключалась в определении поведения вариаций. Если Ъ < 0, то вариации с течением времени стремятся к нулю и движение среды устойчиво к малым неконтролируемым возмущениям. Для сравнительной оценки исследования проведены при различных физических состояниях стекломассы.

Для ньютоновской жидкости получено b = l. Следовательно, зона формирования, обладающая только вязкими свойствами, неустойчива к малым возмущениям.

Для вязкоупругой среды (модель Максвелла) получено 6 = l/(l— т), где Следовательно, область устойчивого протекания процесса

определяется неравенством или

(2)

Из (2) следует, что с увеличением скорости вытяжки область устойчивости увеличивается. Это подтверждается экспериментами, результаты которых представлены в седьмой главе. Во всех сериях опытов с увеличением скорости вытяжки качество световодов улучшалось.

\i/G>L/v,

В модели Максвелла проявление упругих свойств среды зависит от отношения времени релаксации к времени наблюдения за ее движением. Была рассмотрена модель, в которой упругие свойства среды проявляются мгновенно, благодаря гуковской составляющей напряжений. Найдено, в какой мере отношение гуковской и вязкой составляющей напряжений (коэффициент К) влияет на устойчивость движения среды. В этом случае область устойчивости определяется неравенством

т>1/(Я- + 1). (3)

Из (3) следует, что область устойчивости увеличивается при возрастании гуковской составляющей напряжений. То есть, для получения более точной геометрии световодов необходимо, чтобы стекломасса в зоне их формирования обладала свойствами упруговязкого тела. Это определяет направление развития наиболее перспективных методов получения световодов.

Однако при таком подходе устойчивость рассматривается на бесконечно большом промежутке времени (вариации стремятся к нулю при

Но возможно такое сочетание параметров, при котором изменение конфигурации зоны формирования и даже обрыв световода могут происходить мгновенно, то есть процесс физически не реализуется. Для выявления такого сочетания параметров в четвертой главе исследуется установившееся движение стекломассы. В этом случае система (1) с учетом сил поверхностного натяжения сводится к одному дифференциальному уравнению первого порядка, которое в безразмерных параметрах принимает вид

(4)

где - искомая функция; - начальный (при

и текущий радиусы зоны формирования;

аЬ

^ - сила вытягивания; 6 = = - объемный секунд

ЗЩ гоио

ный расход стекломассы; а - поверхностное натяжение.

Получено общее решение уравнения (4) при произвольных значениях коэффициентов Я и W. Для граничного условия я(0) = 1 частное решение имеет вид

Уравнение (5) представляет собой закон изменения сечения зоны формирования световода в стационарном режиме с учетом вязких (параметр Ы)

инерционных (параметр Я)и поверхностных (параметр IV) сил.

Процесс вытягивания физически реализуем, если функция монотонно возрастает. Это возможно при определенном соотношении между параметрами Ы,Я, ЖБ работе показано, что функция монотонно возрастает, если

+ (6)

Неравенство (6) определяет область параметров Ы, Я, Ж, в которой процесс физически реализуем.

Монотонное возрастание функции (5) позволяет апроксимировать ее

более простыми зависимостями, полученными разными методами. Например, если Я и № значительно меньше N а это справедливо для многих технологических процессов, то уравнение (4) решается методом последовательных приближений. Решение нулевого приближения имеет вид'

где к = |У0 / 5, - коэффициент перетяжки; 5 - площадь поперечного сечения световода.

Для решения задач управления в выбранной области параметров необходимо знать статические и динамические свойства объекта управления. Статические свойства определяются чувствительностью процесса к различного рода возмущениям, в том числе и технологических параметров, в установившемся состоянии.

Для определения чувствительности процесса к изменению технологических параметров составлены уравнения возмущений. Для этого к решениям, соответствующим установившемуся (невозмущенному) движению и определяющим изменение радиуса г (г), вязкости скорости добавлены безразмерные отклонения первого порядка этих величин

После подстановки в (1) решений (8), получим уравнения, связывающие отклонения Считая одни из отклонений возмущениями, а другие от-

кликами на эти возмущения, можно оценить чувствительность зоны формирования к изменению технологических параметров, а, следовательно, определить точность поддержания этих параметров на заданном уровне. При этом в работе

О(о) = ехр($1п£),

(?)

г(1)=г(1 + г);' и(1)=и(1 + у); = И (! + £)-.

(8)

показано, что допуски на отклонение технологических параметров взаимосвязаны.

Приведем в качестве примера реализации предложенной методики оценку чувствительности зоны формирования к изменению вязкости.

Уравнение возмущений вязкой среды, связывающее и полученное

для конфигурации зоны вытягивания, определяемой решением (7) без учета инерционных членов имеет вид

(9)

где а = 0,5^1п£; — скорость вытяжки; V - безразмерное от-

клонение кинематической вязкости (v = р/р).

Решения уравнения (9) зависит от граничных условий и вида функции, определяющей возмущение вязкости вдоль зоны формирования. Выбор граничных условий и функции связан с конкретным технологическим процессом. Если считать, что условия подачи стекломассы в зону формирования и захвата вытягиваемого стержня стабильны, то можно принять

г(0) = г(О = 0,

(10)

где - параметр, соответствующий

Возмущение вязкости принято в виде

v = v0aexp(-ßa),

(И)

где У0 — амплитуда возмущения вязкости; р - задаваемая постоянная.

С учетом (10), (И) решение стационарного варианта уравнения (9), нормированное по отношению к , равно

где 6 = 0,51п£.

По выражениям (И), (12) можно определить коэффициент чувствительности ку зоны формирования к изменению вязкости Ат„ = Расчеты, выполненные по (12) для к = 20 и различных значениях Р, показали, что самым неблагоприятным оказался вариант при Р = б (Лу = 3,8), ориентируясь на который, можно определить допустимое возмущение вязкости. Например, если допустимое значение г^ =0,010, то значение л?^ не должно превышать 0,038.

Получены уравнения возмущений, позволяющие определить коэффициенты чувствительности зоны формирования к изменению скорости (к) и усилия вытягивания (к). Это дает возможность сформулировать требования к точности поддержания этих параметров на заданном уровне.

Анализ показал, что определение коэффициента ко только на основе уравнения неразрывности дает оценку, существенно снижающую уровень требований к точности поддержания скорости вытягивания. Показано, что зона, формирования чрезвычайно чувствительна к возмущению усилия вытягивания. Это объясняется тем, что усилие вытягивания - комплексный параметр, связанный со скоростью вытягивания и с вязкостью стекломассы. Это убеждает в целесообразности организации системы управления по возмущению, в которой измеряемым параметром является усилие вытягивания. Такого рода разработки представлены в главе восемь.

Возмущения могут возникать вне зоны формирования световода, определяться механическими причинами и создавать значительный уровень помех. Например, неравномерность скорости вытягивания зависит прежде всего от колебаний угловой скорости выходного звена механизма вытяжки. Существенна роль вибраций установок вытяжки на формирование возмущений. Вибрации

узлов, непосредственно контактирующих с вытягиваемым световодом, могут вызвать колебания скорости вытягивания. Но помимо этого вибрации, передаваясь через вытягиваемый световод непосредственно в зону формирования, влияют на процесс формирования геометрии световода.

Для определения значимости указанного фактора проведены экспериментальные исследования. Выявлена связь такого рода помех с основными технологическими параметрами. Полученные экспериментальные результаты показали, что вибрации могут создавать высокий уровень помех, существенно ухудшающих условия управления процессом. Поэтому оценка влияния вибраций еще на стадии проектирования процесса необходима. Эта задача решается с помощью математических моделей в пятой главе.

В типовом технологическом процессе (рис.3) длина ! вытягиваемого световода от захвата механизма вытяжки до зоны формирования обычно составляет 0,8 — 1,2 м, а его диаметр (0,5... 1,5) 10~3м. Поэтому световод 1 на участке / можно представить в виде упругой нити, перемещающейся со скоростью ив. Механизм 2 осуществляет подачу стекломассы в зону нагрева, а механизм 3 - вытяжку световода.

Параметры зоны формирования (вязкость, упругость), характер механических возмущений учтены в граничных условиях.

Исследованы свободные поперечные колебания световода - нити. Это дает возможность определить неблагоприятные частотные диапазоны внешнего воздействия, которые находятся вблизи собственных частот колебаний нити. Приведена методика экспериментального определения собственных частот.

Расчеты показали, что если граничные условия не учитывают уп-руговязких свойств зоны формирования, то существенно расхождение расчетных и экспериментальных значений собственных частот. Однако на стадии разработки процесса вытяжки достаточно сложно оценить упругость зоны формирования: В работе показано, что в этом случае необходимо выбирать параметры установки, осуществляющей процесс вытяжки, таким образом, чтобы частоты

со, возмущающих сил не находились в диапазоне

0,5 р* <©,

где р" — первая собственная частота колебаний нити с жестко закрепленными концами.

Частоты СО, генерируются вращающими частями установки: ротором электродвигателя, редукторными валами и т.п.

Рис.3. Расчетная модель системы «механизм вытяжки — световод — зона формирования»

В работе предложена расчетно-экспериментальная методика, позволяющая определить коэффициент жесткости зоны формирования.

Колебания подвижных частей установок вытяжки через вытягиваемый световод передаются в зону формирования. Эффективность передачи таких воз-

мущений зависит от интенсивности колебаний в источнике, частотного диапазона вибраций и параметров самого вытягиваемого световода, который является проводником колебаний от источника к зоне формирования. Для оценки таких свойств световода исследуются его вынужденные колебания. При этом полагается, что источником колебаний световода является кинематическое возмущение, связанное с колебаниями захватов механизма вытяжки. На вынужденные колебания световода оказывают влияние не только упругие, но и вязкие свойства стекломассы в зоне формирования', а также скорость перемещения световода (скорость вытяжки). В работе учтены все эти факторы.

Для исследования вынужденных колебаний используется уравнение вида

(13)

где у— поперечное смещение сечения г световода; и = иш- скорость вытяж-; а — /р; р —линейная плотность материала световода.

ки;

Если О = 0, то колебания световода описываются известным волновым уравнением.

Граничные условия задачи приняты в виде

(14)

где - соответственно амплитуда и частота колебаний захвата механизма

вытяжки; - соответственно коэффициенты упругости и демпфирования стекломассы в зоне формирования.

Эффективность передачи возмущения от захвата механизма вытяжки до зоны формирования определяется с помощью коэффициента эффективности модуль которого равен

где

Выражение (15) позволяет проанализировать влияние указанных факторов на эффективность передачи возмущений в зону формирования. Например, расчеты показывают, что с увеличением скорости вытягивания уплотняется спектр колебаний и значения |£а| возрастают (см. рис.4, на котором построены графики: Ри = 0,8 - кривая 1; Р„ = 0,2 — кривая 2). Для технологического процесса, параметры которого удовлетворяют значениям р„ <0,2 и а2 >5,коэф-фициент не превышает единицы. В этом случае требования к допустимым

Ш

2,0 и >,0 0,5

у А'

1/1 1 V / 1' . 1 г

ч 4 2 -

1

8

10,

п

Рис.4. Влияние скорости вытягивания на эффективность передачи вибраций в зону формирования световода

уровням вибраций захватов механизма определяются из простого соотношения й Д</ , где Д*/ - допустимое отклонение диаметра сечения световода.

Кроме того, продольные вибрации световода вызывают его дополнительные удлинения, которые приводят к колебаниям скорости вытягивания. Получены выражения, позволяющие оценить вклад такого рода вибраций в неравномерность скорости вытягивания.

В четвертой главе рассматривалось установившееся движение, определялись статические свойства объекта управления и оценивалась чувствительность зоны формирования к отклонениям основных технологических параметров и к внешним возмущениям периодического характера. Это позволяет определить точность поддержания этих параметров на заданном уровне и пронормировать уровень помех, исходя из требований к качеству вытягиваемых световодов.

Однако возникает задача не только контроля основных параметров процесса, но и управления им. При использовании любого принципа управления (принципа совмещения функций контроля и управления, принципа адаптации) необходимо определение динамических свойств объекта управления. Эти свойства определяются зависимостью выходной величины от входной в переходных режимах. Эти. режимы рассматриваются в шестой главе для технологической системы автоматизированного производства, объединяющей объект управления (зона формирования) и управляющее устройство (установка вытяжки).

Динамическая модель установки вытяжки включает в себя электродвигатель, соединенный с механизмом вытяжки, имеющий одну степень свободы. Звенья механизма вытяжки считаются абсолютно твердыми, зазоры в кинематических парах не учитываются. Все силы и массы приведены к выходному звену механизма вытяжки (звездочка цепной передачи, шкив ременной передачи, фрикционный каток и т.п.). При указанных условиях математическая модель устройства вытяжки состоит из двух уравнений - уравнения движения механизма вытяжки и уравнения динамической характеристики двигателя, зависящей от его статической характеристики и постоянной времени.

Обычно в электрических приводах устройств вытяжки используют электродвигатели постоянного тока. У таких двигателей статическая характеристика линейна и представляет собой семейство параллельных прямых. В общем случае, если статические характеристики нелинейны, то они линеаризуются в окрестностях заданной скорости двигателя.

Характер переходных режимов в установке вытяжки зависит от соотношения д = 0,5 ^Тм/Тд , где Т„ - постоянная времени механизма вытяжки, тм = 1/к; /— приведенный момент инерции механизма вытяжки; к- крутизна статической характеристики двигателя; Тд - постоянная времени двигателя.

Для ^ > 1 (инерционная установка вытяжки) переходный процесс определяется выражением

(0 = <о2 + А, ехр(А.,ц/)+Аг ехр(Я.2у),

где Я,|>2 ; 4» Л -постоянные, зависящие от начальных условий;

- угловая скорость звена приведения.

Пусть при -пус-

ковой момент, соответствующий скорости Ш2 выходного звена механизма вытяжки, на которую перестраивается установка вытяжки после подачи управляющего сигнала на двигатель.

Тогда

где - диапазон регулирования скорости со.

Если (малоинерционная установка вытяжки), то

а> = <в2+Л3 exp(-с,у) cos{jl-q2 V+ а),

где Ay, а - постоянные, определяемые начальными условиями.

Переходные процессы в установке вытяжки создают возмущающую силу, действующую на зону формирования стержня. Характер изменения этой силы соответствует характеру изменения скорости вытягивания стержня (угловой скорости звена приведения)

F(t) = AFQ,

где = Flt F2- величины сил вытягивания стержня, соответст-

вующие скоростям

Воздействие силы F(t) вызывает изменение геометрии поперечного сечения вытягиваемого световода и длины L зоны формирования. Поэтому переходный процесс, связанный с воздействием на зону формирования силы F(t); определяется по изменению длины L зоны формирования; L — Lq —z(t), где L0 - исходная длина зоны формирования.

Дня воздействия произвольного вида, прикладываемого в момент времени f = О к покоящейся системе, переходный процесс может быть определен на основе интеграла Дюамеля - Карсона

г(0= |>(т)Л(/-т)</т, (16)

где - вспомогательное время интегрирования, изменяющееся в пределах от нуля до рассматриваемого текущего времени - реакция стекломас-

сы в момент t на единичный импульс.

Для вычисления реакции системы на единичный импульс используется линейное дифференциальное уравнение

(¡2г аг л т ——Ь т) —+ сг = 0, Л

где т - количество стекломассы в зоне формирования; Т], С - коэффициенты соответственно демпфирования и упругости стекломассы.

Начальные условия: * = 0; г — О; т = 1 Не. При определении реакции стекломассы использовано понятие критического коэффициента демпфирования; равного Т!^, - 2т+1с1т = 4/ия/Г,где Т = 2лл//и/с.

При стекломасса в зоне формирования проявляет упругие

свойства и ее поведение соответствует типовому колебательному звену.

При п > 1 реакция стекломассы соответствует апериодическому звену.

Характер переходных процессов в системе «зона формирования световода - установка вытяжки» определяется с помощью интеграла (16), который зависит от следующих величин: 5, п, ты/Т. Например, при £ > 1, П>1, приведя решение к безразмерному виду, получим

г(ф)= 1 + £>, ехр(Я,\}/)+/Э2 ехр(А,г\|/)+/?з ехр(^ц/)+ехр(д21|/),

постоянные, зависящие от началь-

ных условий;

В работе получены выражения, определяющие характер переходных процессов при различных сочетаниях л. Из сопоставления полученных результатов следует, что параметры установки вытяжки оказывают основное влияние на характер переходных процессов (апериодический или колебательный). Параметры зоны формирования и прежде всего отношение оказывают существенное влияние на время переходного процесса, которое оп-

ределяет качество управления. Дан анализ влияния параметров п, ^ на время переходного процесса. Показано, что при Хц/Т—>со время переходного процесса стабилизируется, стремясь к конечному пределу.

Характер переходного процесса позволяет выбрать способ управления. При апериодическом характере переходного процесса (без перерегулирования) следует использовать способ форсированного перехода от СО, к С02 . Если переходный процесс имеет колебательный характер (с перерегулированием), то для уменьшения времени переходного процесса можно ввести квазиоптимальное управление.

Методики, рассмотренные в предыдущих главах, предполагают процедуры принятия решений на основе аналитических моделей. Они позволяют разработать автоматизированные системы поисковых исследований и соответствуют этапу создания опытно-промышленной технологии автоматизированного производства. При отработке конкретного технологического процесса целесообразно построение экспериментальных моделей на основе методов регрессионного анализа. Эти модели дают возможность оптимизировать процесс в области выбранных технологических параметров, настроить его на получение световодов заданного качества.

Поэтому в седьмой главе рассмотрено построение такого типа моделей. На основе анализа методов статистической обработки экспериментальных исследований предлагается проводить эксперименты в следующей последовательности:

1. Выбор управляющих факторов.

2. Выбор функции отклика (уравнения регрессии).

3. Проведение многофакторного эксперимента. Расчет коэффициентов регрессии.

4. Проверка значимости коэффициентов уравнения регрессии.

5. Проверка адекватности выбранной модели.

6. Нормирование управляющих факторов с помощью полученного уравнения регрессии в выбранной области их изменения.

7. Поиск оптимального сочетания управляющих факторов с помощью метода крутого восхождения.

8. Определение функции отклика в стационарной области с помощью планирования второго порядка.

Факторы, влияющие на процесс, должны быть управляемы и однозначны. Кроме того, они должны быть независимы.

К факторам, с помощью которых можно активно управлять процессом, относятся вязкость стекломассы, скорость вытяжки, усилие вытяжки, скорость подачи стекломассы в зону нагрева. Вязкость стекломассы определяется температурой, создаваемой в зоне нагрева стекломассы. Скорость вытяжки и усилие вытяжки - зависимые факторы. Скорость подачи стекломассы в зону нагрева и скорость вытяжки связаны определенным соотношением, основанным на уравнении неразрывности.

В итоге при проведении экспериментов выделены два фактора: скорость вытяжки температура в зоне нагрева Откликом процесса является отклонение диаметра поперечного сечения световода от заданного значения. Для планирования экспериментов введены нормированные'переменные (х,, х2 - факторы; у - отклик).

В подавляющем большинстве случаев даже очень сложные системы могут быть удовлетворительно описаны полиномом не выше второго порядка, В исследуемом процессе число варьируемых факторов равно двум. Кроме того, предварительные исследования показали существующую взаимосвязь факторов. После проведения экспериментов уравнение регрессии приняло вид

(17)

где - свободный член, равный выходу процесса в центре плана экспериментов; - коэффициенты, учитывающие влияние факторов; - коэффициент, указывающий на взаимодействие факторов.

у=Ь0х0 +5,дг, +Ъ2хг+Ьпхххг

Эксперименты проводились для различных стекол при различных режимах. Приведем наиболее характерные результаты, полученные при вытягивании стекла марки Х230 методом вытягивания из заготовки. Диаметр заготовки 22 мм, а световода 0,6 мм. Для повышения достоверности полученных результатов измерения проводились в стационарном режиме. Для этого вытянутый стержень разрезался на плети длиной 800 мм. На каждом режиме отбирались случайным образом 12 плетей, у которых проводились измерения.

В первой серии экспериментов было принято: Зс,^ = 1,5 м/мин;

Ах, = 0,5 м/мин; х^ = 615" С; Ах2 = Ю'С.

После обработки результатов экспериментов получены следующие оценки коэффициентов уравнения регрессии (в мкм):

Проверка, проведенная с помощью критерия Стьюдента, показала значимость всех коэффициентов. Адекватность выбранной модели проверена с помощью критерия Фишера.

Полученная модель позволяет в исследуемой области пронормировать управляющие факторы (технологические параметры) с учетом эффекта их взаимодействия. Уравнение (17) соответствует трехмерному факторному пространству: по двум осям определяются значения факторов, а по третьей - значение отклика. Но для нормирования параметров можно не переходить к трехмерному пространству, а ограничиться плоскостью. Для этого следует рассечь поверхность отклика плоскостями, параллельными плоскости и полу-

ченные в сечении линии спроектировать на эту плоскость. Для получения таких проекций необходимо в уравнении регрессии задаться значениями и

построить на плоскости лг,0дг2 графики дт, = х, (.Гдкоторые дают возможность пронормировать каждый из факторов с учетом их взаимодействия.

На рис.5 построены таким образом области определения управляемых параметров при следующих значениях: м/мин;

Зс2ср = 930° С; Д3с2 =15* С; кривые 1, 2, 3, 4 соответствуют Ас/ =40, 30,

20, 10 мкм. Заштрихованная область является областью изменения X,, *2 для Д</ = 10 мкм. Для натуральных значений управляющих факторов: 3,11 м/мин £ 7, £ 3,50 м/мин; 915" Сйх2£ 922' С. Это соответствует прогнозам, полученным по методикам, изложенным в главе четыре и подтверждает вывод о взаимосвязи допусков на отклонения технологических параметров.

Рис.5. Область определения управляемых факторов

При отыскании оптимальных условий протекания физических процессов приходится сталкиваться со значительными трудностями, так как попытки дать описание поверхности отклика в широком интервале параметров требует очень большого числа опытов. Поэтому целесообразно вести исследования пошаговым, итерационным способом. Для этого в работе использован метод

Бокса-Уилсона или метод крутого восхождения. Это метод изменения факторов в направлении градиента функции отклика по самому короткому пути. В соответствии с этим методом полученное уравнение регрессии приводится к каноническому виду и выявляется вид поверхности отклика.

Необходимо найти оценку градиента в центре плана (х1 =х2 =0) поскольку уравнение (17) является разложением функции отклика в окрестностях этой точки. Оценкой градиента в центре плана будут значения коэффициентов Ь1, Ь. Вид поверхности отклика позволяет определить, находится ли зона оптимума внутри или вне исследованной области. Для этого полученное уравнение приводится к каноническому виду.

Для рассматриваемого примера каноническая форма уравнения регрессии приняла вид

где г, V, ю - новые координаты, связанные со старыми соотношениями: ж, =0,71 (у-м?)-0,89; х2 =0,71 (у + й7)-0,89; у = 2 + 6,29.

В соответствии с (18) поверхность отклика представляет собой гиперболический параболоид. Такой результат характерен для рассматриваемого процесса. Центр параболоида находится в точке с координатами Х{ =х2 = —0,89, а ось V совпадает с направлением градиента. Наименьшее значение параметра оптимизации (функции отклика) находится на границе исследованной области. Следовательно, для поиска оптимального сочетания факторов необходима постановка эксперимента за пределами реализованного плана. Проведение серий опытов в направлении градиента позволили достичь оптимальной точки, для которой натуральные значения технологических параметров оказались равны В результате проведенной серии экспериментов отклонение диаметра световода уменьшилось примерно в два раза, с 7.. .8 до 3.. .4 мкм.

Результаты экспериментов показали, что исследуемый технологический процесс является оптимизируемым по выбранным параметрам. При этом выявлено существенное влияние взаимодействия управляющих факторов на параметр оптимизации. Это совпадает с выводами, полученными в третьей главе.

Таким образом, используемые методики проведения экспериментов повышают эффективность исследований, источником которой является минимизация объема опытов для получения достаточной информации об объекте управления.

Проведенные исследования позволили сформулировать в восьмой главе направления совершенствования установок вытяжки для автоматизированного производства световодов, в соответствии с которыми предложен ряд схемных технических решений, защищенных авторскими свидетельствами; При этом принято во внимание следующее.

Установки должны обеспечивать наименьший уровень помех, обусловленных нестабильностью скорости вытягивания и вибрациями подвижных чао тей (а.с. 628099; 700473; 808386; 881013; 919285; 1669879).

Установки должны создавать стабильные контролируемые условия в зоне формирования (а.с. 1284182; 1368280; 1791403).

Управление по отклонению выходного параметра неэффективно из-за больших запаздываний и инерционности процесса. Управление по возмущению потребовало разработки установок вытяжки с системами контроля усилия вытягивания (а.с. 785239; 992435; 1069322; 1334622).

Системы управления должны работать в режиме реального времени, обеспечивая мгновенную реакцию на отклонение контролируемого параметра. Установки с такими системами нуждаются в малоинерционных регулирующих органах (ах. 881013; 919285; 1669879).

1. Дан анализ основных м (изготовления световодов.'являющихся д

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОИ РАБОТЫ

ным материалом для изготовления

Рассмотрены и классифицированы имеющиеся в настоящее время установки вытяжки, обеспечивающие автоматизированное производство световодов. Определены их основные недостатки.

2. Систематизированы факторы, влияющие на качество геометрии вытягиваемого световода. Показано, что они определяются физическим состоянием стекломассы, стабильностью условий в зоне формирования, кинематическими и динамическими параметрами систем управления.

3. Предложена математическая модель зоны формирования световода, построенная на основе общих уравнений механики сплошных сред. При этом использовались две реологические модели: ньютоновская жидкость и вязкоупругая среда, способная к релаксации.

4. Найдены условия стабильного протекания процесса вытяжки, которые определяются устойчивостью движения стекломассы в зоне формирования к малым неконтролируемым возмущениям. Показано, что наиболее благоприятные условия для получения световодов со стабильной геометрией создаются тогда, когда стекломасса в зоне формирования обладает свойствами упруговязкого тела. Это позволяет обосновать выбор методов изготовления, создающих требуемое физическое состояние стекломассы.

5. Определены стационарные конфигурации зоны формирования световода с учетом различных факторов (инерционных свойств стекломассы, поверхностного натяжения, физического состояния стекломассы). Это позволило определить области существования процесса вытяжки.

6. Разработана методика оценки статических свойств объекта управления, определяющих чувствительность зоны формирования к возмущениям технологических параметров. Она позволяет в зависимости от требований к точности геометрии вытягиваемого световода определять точность поддержания технологических параметров на заданном уровне: скорости вытяжки, температуры нагрева стекломассы (ее вязкости), усилия вытяжки. При этом показано, что допуски на отклонения технологических параметров взаимосвязаны.

7. Дана оценка чувствительности зоны формирования к возмущению вязкости с

учетом и без учета инерции потока стекломассы.

8. Определена чувствительность зоны формирования к возмущениям скорости вытягивания. Доказано, что в этом случае оценка чувствительности только на основе уравнения неразрывности снижает требования к точности поддержания скорости вытягивания на выбранном уровне.

9. Показано, что наиболее чувствительна зона формирования к возмущениям усилия вытягивания. Это предопределяет выбор схем управления с контролем этого параметра.

10. Дана оценка влияния на качество световода механических возмущений, определяемых вибрациями узлов, непосредственно контактируемых с вытягиваемым световодом. Определены наиболее неблагоприятные частотные диапазоны вибраций. Дана методика оценки допустимого уровня виброактивности установок вытяжки, позволяющая определить допускаемый уровень механических помех.

11. Предложены модели для исследования переходных режимов, связанных с управлением процессом вытяжки. Получены выражения, определяющие характер переходных режимов в зависимости от параметров установки и зоны формирования и позволяющие дать рекомендации по выбору методов управления процессом и оценить качество управления.

12. Получены экспериментальные модели процесса вытяжки, построенные на основе методов регрессионного анализа. Эти модели дают возможность настройки конкретного технологического процесса на получение световодов требуемого качества. То есть они позволяют в выбранной области найти оптимальное сочетание технологических параметров и определить требуемую точность поддержания их на заданном уровне.

13. На основе теоретических исследований определены направления перспективных разработок установок вытяжки для автоматизированного производства световодов, в соответствии с которыми предложен ряд схемных технических решений, защищенных авторскими свидетельствами.

14. Основные результаты работы внедрены на предприятиях оптической и электронной промышленности при производстве растровых объективов и элек-

тронно-оптических умножителей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Уваров В.П., Григорьев Н.В., Бахарев И.К. К расчету собственных частот упругой нити, вытягиваемой из упруговязкой среды // Гидравлические и прочностные характеристики машин и конструкций. - Пермь, 1978. — С.11 - 15.

2. Устройство для вертикального вытягивания стеклоизделий: А.с. 628099 СССР: МКИ СОЗВ 23/04. Уваров В.П., Алексеев В.А., Бахарев ИХ, Саттаров Д.К. Опубл. 15.10.78 Бюл. № 38.

3; Устройство для непрерывного вытягивания изделий из стекла: А.с. 700473 СССР: МКИ СОЗВ 15/14. Уваров В.П., Григорьев Н.В., Бахарев И.К. Опубл. 30.11.79 Бюл. №44.

4. Уваров В.П., Алексеев В.А. О повышении точности размеров поперечного сечения световодов // Метрология и повышение качества продукции, выпускаемой Ленинградскими предприятиями (материалы семинара). - Л.: ЛДНТП, 1980.-С.70-74:

5. Уваров В.П., Григорьев КВ., Бахарев И.К. Передаточная функция нити, вытягиваемой из упруговязкой среды// Прочностные и динамические характеристики машин и конструкций: Межвуз. сб.- Пермь, Пермский университет.--1978.

6.'Уваров В.П., Бахарев И.К., Алексеев В.А. Автоматизация вытяжки световодов // Механизация и автоматизация трудоемких и ручных операций (материалы семинара). - Л.: ЛДНТП, 1982. - С.24 - 27.

7. Уваров В.П., Алексеев В.А., Бахарев И.К., Саттаров Д.К. Влияние кинематических характеристик механизма вытяжки на качество вытягиваемого световода. Деп. ВИНИТИ № 296 - 81,1981.

8. Уваров В.П., Бахарев И.К., Саттаров Д.К. Влияние вибраций на колебания поперечного размера вытягиваемого световода. Деп. ВИНИТИ № 296- 81,1981.

9. Уваров В.П., Бахарев И.К. Устойчивость процесса деформации стержней, вытягиваемых из разогретой заготовки. Деп. ВИНИТИ № 386 - 82,1982.

10. Уваров В.П., Бахарев И.К., Григорьев Н.В., Галанов ЮЛ. Конструкция

оборудования для вытягивания одножильных стержней с повышенной устойчивостью их геометрии / / Научно-техническая конференция «Микроканальные пластины» (сб. тезисов докладов). - М: ЦНИИТЭИ, 1983, - С. 25 - 27.

11. Уваров Б.1Ь, Бахарев И.К., Ильичев В.А. Построение динамической модели процесса деформации стержней, вытягиваемых из разогретой заготовки, методами математического планирования эксперимента / / Прочностные и динамические характеристики машин и конструкций: Межвуз. сб. - Пермь.: Пермский политехнический институт, 1984, - С.82 - 85.

12. Устройство для вытягивания изделий из стекла: А.с. 785239 СССР: МКИ СОЗВ 23/04. Уваров В.П., Алексеев В.А., Бахарев И.К. Опуб. 07.1180. Бюл. №45.

13. Устройство для вертикального вытягивания стеклоизделий: А.с. 808386 СССР: МКИ СОЗВ 23/04. Уваров Б.1Ь, Алексеев В А, Бахарев И.К., Саттаров Д.К. Опуб. 28.02.81. Бюл. №8.

14. Устройство для вертикального вытягивания стеклоизделий: А.с. 881013 СССР: МКИ СОЗВ 23/04. Уваров В.П., Григорьев Н.В., Бахарев И.К., Саттаров Д.К. Опуб. 15.11.81. Бюл. №42.

15. Устройство для вытягивания изделий из стекла: А.с.919285 СССР: МКИ СОЗВ 23/04. Уваров В.П., Григорьев Н.В., Бахарев И.К. -1982.

16. Устройство для вытягивания изделий из стекла: А.с.992435 СССР: МКИ СОЗВ 15/14. Уваров В.П., Бахарев И.К. Опубл. 05.02.83. Бюл. №4.

17. Устройство для изготовления прецизионных световодов: А.с. 1069322. Уваров В.П., Бахарев И.К., Григорьев И.В., Саттаров Д.К.-1983.

18. Уваров В.П., Бахарев И.К. Переходные процессы в механизмах для вытягивания нитей из вязкоупругой среды// Прочностные и динамические характеристики машин и конструкций: Межвуз. сб. - Пермь.: Пермский политехнический институт, 1984, - С.108-112.

19. Уваров В.П., Бахарев И.К., Ильичев В.А. Построение математической модели процесса формирования тонких стеклянных стержней // Оптико-механическая промышленность. - 1986.-№1.-С.14- 16.

20. Устройство для вытягивания стеклянного волокна: А.с. 1284182. МКИ СОЗВ 24/04. Уваров В.П., Полянский В.И., Бахарев И Х - 1986.

21. Уваров В.П., Бахарев И.К. Способы управления процессом формирования тонких стеклянных стержней // Оптико-механическая промышленность. -1988.-№9.-С.37-39.

22. Устройство для вертикального вытягивания стеклоизделий: А.с. 1334622. СССР: МКИ СОЗВ 23/04. Уваров В.П., Бахарев И.К. Недоступ АЛ. - 1987.

23. Устройство для получения стекловолокна: Ах. 1368280. МКИ СОЗВ 23/04. Уваров В.П., Бахарев И.К. Оггуб. 23.01.88. Бюл. №3.

24. Уваров Б.1Ь, Бахарев И.К. О математическом моделировании процесса вытяжки тонких стеклянных стержней. Сб. тезисов докл. Всесоюзной конференции « Волоконная оптика». М: - 1990.

25. Уваров В.П., Бахарев ИХ, Ильичев В.А. Выбор законов управления приводом механизма для вытягивания нитей из упруго-вязкой среды //Прочностные и динамические характеристики машин и конструкций: Межвуз. сб. - Пермь.: Пермский политехнический институт, 1989, - С. 154 -156.

26. Уваров В.П., Ильичев В.А., Бахарев ИХ. Оценка допустимых уровней вибраций механизмов вытяжки тонких стеклянных нитей // Оптико-механическая промышленность. -1991. - №5. - С.60 - 62.

27. Устройство для вытягивания стеклоизделий. Ах. 1669879. СССР: МКИ СОЗВ 23/04. Уваров В.П., Бахарев ИХ Опуб. 15.08.91. Бюл. №30.

28. Устройство для получения стеклоизделий. Ах. 1791403. СССР: МКИ СОЗВ 23/04. Уваров БЛЬ, Бахарев И.К., Воронова Л.Г. Опуб. 30.01.93. Бюл. №4.

29. Уваров В.П., Бахарев И.К. Стабилизация процесса вытягивания тонких стеклянных стержней //Стекло и керамика, -1994. - №5 - 6. - СЛ4 -15.

30. Уваров В.П., Воронова Л.Г. Влияние вибраций механизма вытяжки на качество вытягиваемого световода //Машиностроение и автоматизация производства: Межвуз. сб. Вып.4. - СПб.: СЗПИ, 1996.

31. Уваров В.П. Воронова Л.Г. Анализ факторов, влияющих на процесс формирования оптических волокон //Машиностроение и автоматизация производства:

. Межвуз. сб. Вып.17.-СПб.: СЗПИ, 1999.

32. Воронова Л.Г., Бахарев И.К., Уваров Б.1Ь Влияние вибраций механизма вытяжки на качество вытягиваемого световода // Стекло и керамика. - 1996. -№12.-С.З-4.

33. Уваров В.П., Ильичев В.А Математическое моделирование процесса вытягивания оптических волокон// Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.24.-СПб.: СЗТУ, 2001.-С.74-78.

34. Уваров В.П., Ильичев В.А. Оценка чувствительности процесса вытягивания оптических волокон к изменению рабочих условий // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.24. - СПб.: СЗТУ, 2001. - С.79 - 83.

35. Уваров В.П., Ильичев В.А. Решение стационарной задачи одномерного потока движения стекломассы // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып. 24. - СПб.: СЗТУ, 2001. - С.84 - 89.

36. Уваров В.П., Ильичев В.А. Определение формы зоны вытягивания вязкой стекломассы в стационарном режиме // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып. 25. - СПб.: СЗТУ, 2002. - С.170 -173.

37. Уваров В.П., Ильичев В.А. Устойчивость движения упруговязких сред// Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вьш.26. - СПб.: СЗТУ,2002.-С.П-15.

38. Уваров Б.1Ь, Ильичев В А. Исследование чувствительности стационарного потока разогретой стекломассы к изменению вязкости //Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.27. - СПб.: СЗТУ, 2002. - С.30 - 34.

39. Уваров В.П., Ильичев В.А. Оценка чувствительности процесса вытяжки стекловолокна к изменению скорости вытягивания // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.28. - СПб.: СЗТУ, 2002". - С.106 -110.

40. Уваров В.П., Ильичев ВА. Характер переходных режимов в устройствах вытяжки оптических волокон //проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.28. - СПб.: СЗТУ, 2002. - С. 111 -116.

41. Уваров В.П., Ильичев В.А. Об управляемости процесса вытяжки оптиче-

ских волокон//Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.28. - СПб.: СЗТУ, 2002. - С.117 -121.

42. Уваров В.П., Ильичев В.А. Нормирование технологических параметров процесса вытяжки оптических стержней //Известия вузов. Машиностроение. -2003.-№5.-С.45-48.

43. Уваров В.П., Ильичев В.А. Интегрирование уравнения возмущения одномерной задачи движения стекломассы //Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.29. - СПб.: СЗТУ, 2002. - С.ЗЗ - 36.

44. Уваров В.П., Ильичев ВЛ., Бахарев И.К. Нормирование вибраций установок вытяжки оптических волокон //Стекло и керамика. -2003. - № 3. - С.11 -12.

45. Уваров ВЛ. Определение неблагоприятных частотных диапазонов воздействий на зону формирования вытягиваемых оптических стержней // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.30. - СПб.: СЗТУ, 2003. -С.94-98.

46. Уваров В.П., Ильичев В.А. Решение стационарной задачи для потока стекломассы в зоне формирования оптического стержня //Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.30. - СПб.: СЗТУ, 2003. - С.99 - 101.

47. Уваров В.П. Регулирование и контроль процесса вытяжки оптических стержней // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.30. -СПб.: СЗТУ, 2003.-С.102-105.

48. Уваров В.П., Ильичев В.А., Бахарев И.К. Оптимизация технологического процессса вытяжки оптических стержней / / Известия вузов. Машиностроение. -2003.-№7.-С.3-7.

49. Уваров В.П., Ильичев ВЛ. Поиск оптимальных условий протекания процесса вытяжки оптических стержней // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.31. - СПб.: СЗТУ, 2003. - С.121 -125.

50. Уваров В.П. Основные типы устройств вытяжки оптических стержней // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.30. — СПб.: СЗТУ, 2003.-С.126-128.

51. Уваров В.П. Вибровытягивание оптических стержней // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.ЗО. - СПб.: СЗТУ, 2003. -С.129-131.

52. Уваров В .П., Ильичев В.А. Определение области существования процесса вытяжки оптических стержней// Известия вузов. Машиностроение. - 2003. — №11.-С.45-48.

53. Уваров В.П., Ильичев В. А. Влияние изменения технологических параметров на стабильность процесса вытягивания оптических волокон // Стекло и керамика. - 2003. - №5. - С.21 - 23.

54. Уваров В.П., Бахарев И.К., Ильичев В А. Сравнительный анализ механизмов вытяжки стеклянных стержней //Стекло и керамика. - 2003. - №7. - СЮ -12.

55. Уваров В.П. Нормирование технологических параметров процесса вытяжки оптических стержней с помощью экспериментальных моделей // Стекло и керамика. - 2003. - №11. - С.8 - 9.

56. Уваров Б.1Ь, Ильичев В.А. Математические модели процесса вытяжки оптических стержней. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2003: -136 с.

Уваров Виктор Павлович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОЦЕНКИ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВЫТЯЖКИ

СВЕТОВОДОВ

Автореферат

Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.1997.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03

от 2003 г.

Подписано в печать 21.04.04 Формат 60X84 1/16

Б.Кн.-журн. 1,5 Пл. 1,0 Бл. РТТГРИО СЗТУ

Тираж 100 экз. Заказ 772

Северо-Западный государственный заочный технический университет

РИО СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации вузов Санкт-Петербурга 191186, Санкт-Петербург, ул.Миллионная, 5

№'9149

Введение.2

Глава 1. Постановка задач исследования.7

1.1. Этапы изготовления деталей волоконной оптики.7

1.2. Требования, предъявляемые к качеству геометрии световодов . 1.3 Факторы, влияющие на качество геометрии вытягиваемого световода.12

1.4. Классификация устройств вытяжки.14

1.5. Обзор работ по механики деформирования стекломассы.26

1.6. Задачи исследований.30

Глава 2. Математические модели зоны формирования световода.32 2.1. Уравнение неразрывности.33

2.2. Уравнения равновесия.35

2.3. Физические уравнения.41

2.4. Модель одномерного потока.43

Глава 3. Определение условий стабильного протекания процесса вытяжки.47

У 3.1. Стекломасса - вязкая жидкость.47

3.2. Стекломасса - вязкоупругая жидкость (модель Максвелла).52

3.3. Стекломасса - упруговязкое тело.53

3.4. Основные результаты третьей главы .56

Глава 4. Оценка чувствительности процесса к изменению технологических параметров.57

4.1. Стационарные конфигурации зоны формирования световода.57

4.1.1. Стационарные конфигурации для модели вязкой жидкости с постоянной вязкостью.57

4.1.2. Стационарные конфигурации для модели вязкой жидкости с переменной вязкостью.70

Л1

4.1.3. Стационарные конфигурации для модели вязкоупругой жидкости.74

4.2. Условия существования процесса вытяжки.80

4.3. Уравнения возмущений.82

4.3.1. Уравнения возмущений для вязкой жидкости.83

4.3.2. Уравнения возмущений для различных конфигураций зоны формирования.89

4.4. Оценка чувствительности зоны формирования к изменению вязкости.92

4.5. Оценка чувствительности зоны формирования к изменению скорости.100

4.6. Оценка чувствительности зоны формирования к изменению

V усилия вытягивания.104

4.7. Основные результаты четвертой главы.106

Глава 5. Оценка механических возмущений, передаваемых в зону формирования световода.109

5.1. Расчетная модель.110

5.2. Исследование свободных поперечных колебаний световода.111 5.3. Исследование вынужденных колебаний световода.119

5.4. Возмущение скорости вытягивания световода.126

5.5. Основные результаты пятой главы.131

Глава 6. Переходные процессы в системе «зона формирования световода - установка вытяжки».133 6.1. Динамическая и математическая модели установки вытяжки.134

6.2. Переходные процессы в инерционной установке вытяжки.138

6.3. Переходные процессы в малоинерционной установке вытяжки . 142

6.4. Переходные процессы в зоне формирования световода.144

6.4.1. Зона формирования - апериодическое звено (и > 1).149

6.4.2. Зона формирования - колебательное звено (и < 1).159

11

6.5. Оценка времени переходного процесса.164

6.6. Основные результаты шестой главы.168

Глава 7. Экспериментальные модели процесса вытяжки.169

7.1. Управляющие факторы.170

7.2. Выбор уравнения регрессии.172

7.3. План многофакторного эксперимента. Расчет коэффициентов уравнения регрессии.172

7.4. Оценка значимости коэффициентов уравнения регрессии.174

7.5. Проверка адекватности выбранной модели.176

7.5.1. Проверка гипотезы об использовании в уравнении регрессии членов высших порядков.176

7.5.2. Проверка гипотезы о линейности модели.177

7.6. Нормирование управляющих факторов.178

7.7. Поиск оптимальных значений управляющих факторов.181

7.7.1. Метод крутого восхождения.181

7.7.2. Планирование второго порядка.183

7.8. Экспериментальные модели и их анализ.185

7.9. Основные результаты седьмой главы.194

Глава 8. Установки вытяжки для автоматизированного производства световодов.195

Волоконно-оптические элементы (ВОЭ) давно стали незаменимыми деталями в десятках тысяч типов оптических и электронно-оптических приборов. Чрезвычайно велико и многообразие волоконных деталей, определяемое широким спектром их применения: тончайшие иглы для светового микроукола элементов ядра живой клетки, гибкие жгуты для медицинских и технических эндоскопов, жесткие световоды для контактной люминесцентной микроскопии, всевозможные преобразователи сканирования для скоростной фотографии, логические элементы вычислительных машин, лазеры, оптико-акустические элементы, выделяющие заданный спектр звуковых частот — септроны, световоды с переменным по сечению показателем преломления — граданы и т.д. [24].

В структуру любого ВОЭ входят одножильные или многожильные стержни (световоды) с определенными геометрическими и оптическими параметрами и характеристиками. Их стабильность, поддерживаемая в результате контроля в процессе изготовления, является гарантией создания высокоэффективных и взаимозаменяемых ВОЭ. Одними из основных параметров оптического стержня являются его наружный диаметр и форма поперечного сечения. Их постоянство по длине обеспечивает заданное разрешение и эффективность передачи информации в оптических приборах и волоконно-оптических линиях связи. Таким образом, качество ВОЭ во многом определяется точностью изготовления единичного световода.

Факторы, влияющие на геометрическое качество единичного световода, многообразны. Они обуславливаются методами изготовления световодов и используемым технологическим оборудованием. Один из самых распространенных методов - метод вытягивания из разогретой стекломассы.

Процесс вытяжки требует постоянного контроля и управления. Поэтому необходимо знать его характеристики и уметь оценивать влияние всех значимых факторов на качество вытягиваемого световода. Прежде всего, это касается основных технологических параметров: температуры разогрева стекломассы, скорости подачи стекла в зону нагрева, скорости и усилия вытяжки световода.

Выбор критериев управления является ответственным этапом, поскольку тем самым определяется структура управляющей системы в целом.

Для технологического процесса вытяжки световодов можно использовать системы управления по возмущению и по отклонению.

В изучаемом процессе возмущения любого вида приводят к изменению конфигурации зоны формирования и усилия вытягивания. Поэтому структуру управления можно построить по схеме, изображенной на рис. В.1

Рис.В.1. Система управления по возмущению

На рисунке обозначено: ОУ - объект управления; УС - управляющее устройство; х(/) - управляющая команда (вход, например, скорость вытяжки); у({) - регулируемая величина (выход, диаметр световода); м(/) -управляющее воздействие.

При таком управлении контролируется параметр г (/) (например, усилие вытягивания), который мгновенно реагирует на изменения, происходящие внутри самого объекта управления. В этом состоит основное преимущество такой структуры управления. Однако, поскольку выходной параметр вытягиваемого световода не контролируется, то это требует выявления связи между изменениями усилия вытягивания и диаметра световода.

Структура управления по отклонению изображена на рис.В.2.

О *М

Рис.В.2. Система управления по отклонению

Для такой структуры управления осуществляется постоянный контроль выходного параметра у{{). Управление формируется по результатам такого контроля. В этом случае возникает так называемая проблема транспортного запаздывания. То есть информацию о состоянии объекта управления невозможно получить в режиме реального времени. Следовательно, необходимо устанавливать зависимости, позволяющие определять состояние объекта управления в определенные последующие моменты времени, если известны управляющие и возмущающие воздействия в предыдущие моменты.

Эти зависимости позволяют вести поиск оптимальных для конкретных условий значений управляемого параметра. В этом случае сигнал управления вырабатывается непрерывно и он должен соответствовать оптимальным значениям (адаптивное управление).

Таким образом, при разработке средств автоматизированного производства выявились проблемные вопросы, которые не находят своего решения эмпирическим путем. К их числу относятся: прогнозирование и оптимизация параметров процесса; стабилизация его характеристик; нахождение зависимостей между входными и выходными параметрами процесса; оптимальная организация систем контроля; оценка уровня помех, не влияющих на качество управления.

Это объясняется сложностью процессов, происходящих при формообразовании световода. Кроме того, характеристики объекта управления определяются как процессами, происходящими в зоне формирования, так и параметрами устройств, осуществляющих вытяжку световодов.

Решение возникающих проблем и соответственно принятие решений при проектировании технологических комплексов, то есть выбор схем управления, средств измерений, исполнительных устройств, расчет настроек регуляторов, оценка качества систем управления в условиях неопределенности возможно на основе создания математических моделей адекватно описывающих технологический процесс.

Итак, к началу работ, результаты которых представлены в диссертации, существовала потребность в развитии теоретических основ, позволяющих разработать на научной основе автоматизированное производство световодов.

В первой главе дано описание технологических процессов изготовления оптических стержней (световодов), обоснованы требования, предъявляемые к их качеству, рассмотрены факторы, влияющие на качество геометрии световода, классифицированы существующие устройства вытяжки, дан анализ работ по механике деформирования стекломассы, поставлены задачи исследования.

Во второй главе предлагаются математические модели зоны формирования, которая представляет собой переход от разогретой стекломассы к световоду. Математические модели построены на основе механики сплошных сред. При этом физическое состояние стекломассы описывается разными реологическими моделями - ньютоновская жидкость (вязкая среда), модель Максвелла (вязкоупругая среда).

В третьей главе находились на основе предложенных моделей зависимости, определяющие влияние соотношения основных параметров на условия стабильного протекания процесса. К основным параметрам отнесены: скорость вытяжки и упруговязкие характеристики зоны формирования.

В четвертой главе получены решения для установившегося режима.

Они определяют конфигурацию зоны формирования и соответственно изменение скорости и вязкости. Это позволило определить соотношение между вязкостными, инерционными и поверхностными силами, при котором процесс физически реализуем.

Получены уравнения возмущений, позволяющие дать оценку статических свойств объекта управления, определяющих чувствительность зоны формирования к возмущениям технологических параметров.

В пятой главе предложена методика оценки допустимого уровня механических помех, определяемых виброактивностью установок вытяжки.

В шестой главе рассмотрены переходные режимы, связанные с управлением процессом вытяжки.

В седьмой главе приведены результаты экспериментальных исследований.

В восьмой главе рассмотрены схемные технические решения установок, обеспечивающих автоматизированное управление процессом вытяжки.

В приложении дано описание используемой в экспериментах аппаратуры, приведены результаты статистической обработки экспериментальных данных и некоторые математические преобразования, позволяющие сделать основной текст более компактным.

14. Основные результаты работы внедрены на предприятиях оптической и электронной промышленности при производстве растровых объективов и электронно-оптических умножителей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Автором была сформулирована, поставлена и решена актуальная научная проблема: создание теоретических основ оценки параметров автоматизированного управления процессом вытяжки оптических стержней (световодов).

Основной целью работы было определение свойств процесса вытяжки как элемента целостной динамической автоматизированной системы, позволяющее разработать рекомендации по выбору, нормированию, точности поддержания на заданном уровне и управлению параметрами процесса, обеспечивающими требуемое качество геометрии световода, получаемого методом вытягивания из разогретой стекломассы.

В соответствии с поставленной целью основное содержание работы заключалось в разработке теоретических и экспериментальных методов, основанных на математическом моделировании процессов, происходящих при вытяжке световодов.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

1. Определить области основных технологических параметров, в которых процесс вытяжки может быть осуществлен, и условия стабильного протекания этого процесса при неконтролируемых внешних возмущениях.

2. Дать рекомендации по выбору оптимального сочетания управляющих факторов и систем управления.

3. Оценить чувствительность процесса в установившемся режиме к неконтролируемым возмущениям основных технологических параметров для определения точности поддержания этих параметров на заданном уровне при управлении процессом.

4. Исследовать совместное влияние параметров установки вытяжки и зоны формирования световода на характер и время переходных режимов, связанных с автоматизированным управлением процессом вытяжки. 5. Определить источники и дать оценку допустимого уровня помех, не влияющих на качество управления процессом.

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 279 с.

2. Айзерман М.А. Лекции по теории автоматического регулирования. М.: Физматгиз, 1958. - 520 с.

3. Александров И.В., Фойгель A.B. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса формирования микрокапилляра / / Стекло и керамика. -1979. №3. — С.14 - 15.

4. Аппаратура автоматического управления электродинамическими вибрационными установками. Л.: ЛДНТП, 1983. - 75 с.

5. Аралов А.Д. Расчет температурного поля и напряжений в стенке стеклянной трубы, непрерывно вытягиваемой из расплава / / Стекло и керамика. 1985. -№4.— С.13 - 14.

6. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. — М.: Радио и связь, 1983.-312с.

7. Асланова М.С., Гордон С.С. Деформация стекломассы в зоне формирования полого стеклянного волокна / / Механика полимеров. 1973. - №4. — С.599 -603.

8. Асланова М.С., Черкасов Н.П. К вопросу о формировании волокон из маловязких расплавов / / Структура, состав, свойства и формирование стеклянного волокна. М.: 1969. - С.73 - 79.

9. Ашмарин И.П. и др. Быстрые методы статистической обработки и планирования экспериментов. Л.: Изд. ЛГУ, 1975. - 220 с.

10. Бабанин В.И. Исследование формы «луковицы», образующейся при формировании непрерывного волокна // В сб. Структура, состав, свойства и формообразование стеклянного волокна, ч.П. М.: 1969. — С.55 - 59.

11. Бабаков И.М. Теория колебаний. М.: Наука, 1968. - 559 с.

12. Балашов В.И. и др. Исследование луковицы стеклянного волокна методомсредней константы» //Стекло и керамика. 1980. -№11.-С. 12—13.

13. Бартенев Г.М., Моторина Л.И. Влияние вибраций на прочность стеклянных волокон / / Стекло и керамика. 1971. -№3. - С.34 - 36.

14. Безбородов М.А. Вязкость силикатных стекол. Минск: Наука и техника, 1975.-352 с.

15. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М.: Высш. шк., 1968.-512 с.

16. Белоцерковский О.М. Численное моделирование в механике сплошных сред. М.: Наука. - 1984.

17. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1966. - 315 с.

18. Бессмертный В.П., Крохин. Качественные критерии оценки вязкости стекол //Стекло и керамика. -2001. -№11. -С.11 13.

19. Блехман И.И., Джанилидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. — М.: Наука, 1965.-410 с.

20. Богданович JI.B. Объемные гидроприводы.- М.: Техника, 1971. — С.23 32.

21. Бокин П.Я. Механические свойства силикатных стекол. Д.: Наука, 1970. -180 с.

22. Брагинский И.К. К теории формования стекла // Стекло и керамика. -1967.-№5.-С.11 -15.

23. Булавко A.A. Автоматизированная система контроля и управления технологическим процессом формирования волоконных световодов //Сб. Тепло и массоперенос. Итоги и перспективы. Минск. - 1985. - С. 108 - 110.

24. Вейнберг В.Б., Саттаров Д.К. Оптика световодов. Д.: Машиностроение, 1977.-319 с.

25. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 1984. - 439 с.

26. Вибрации энергетических машин. Д.: Машиностроение, 1974. - 464 с.

27. Вибрационные преобразователи движения / Р.Ю. Бансявичюс, А.К. Бубу-лис, P.A. Волчекова, Р.Э. Курило; Под ред. K.M. Рагульскиса. JL: Машиностроение, 1984. — 64 с.

28. Волоконная оптика и приборостроение / М.М. Бутусов, С.А. Галкин и др.; под общ. ред. М.М. Бутусова. Д.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

29. Волоконно-оптическая связь: Приборы, схемы и системы: Пер. с англ. / Под ред. М. Дж. Хацеса и Д.В. Моргана. — М.: Радио и связь, 1982. 272 с.

30. Воробьев Н.В. Цепные передачи. М.: Машиностроение, 1968. - 280 с.

31. Воробьев И.И. Передачи с гибкой связью в приводах станков. М.: Машиностроение, 1971.-370 с.

32. Воронов A.A., Титов В.К., Новоградов Б.И. Основы теории автоматизированного регулирования. — М.: Высш. шк., 1977. 519 с.

33. Воронова Л.Г., Бахарев И.К., Уваров В.П. Влияние вибраций механизма вытяжки на качество вытягиваемого световода / / Стекло и керамика. 1996. -№12.-С.З — 4.

34. Гадалов Ю.Т. и др. Машина для вытягивания капилляров из кварцевого стекла // Стекло и керамика. 1973. -№3. - С.ЗЗ.

35. Гончаревич И.Ф., Фролов К.В. Теория вибрационной техники и технологии. -М.: Наука, 1981.-320 с.

36. Гоэрк Г. Производство тянутого стеклянного волокна. М.: Стройиздат, 1972.

37. Григорьев Н.В., Уваров В.П., Бахарев И.К. К расчету собственных частот упругой нити, вытягиваемой из упруговязкой среды / / Гидравлические и прочностные характеристики машин и конструкций. Пермь, 1978. - С.11 - 15.

38. Гулоян Ю.А. Факторы поверхностного и объемного взаимодействия в процессах стекольной технологии / / Стекло и керамика. 2000. - №8.

39. Гюнтер Н.М. Интегрирование дифференциальных уравнений первого порядка в частных производных. М.: ГТТИ, 1954. — 210 с.

40. Данилов C.B., Татаринцев Б.В., Халявка H.A. Влияние условий вытяжкина деформацию световодов / / Оптико-механическая промышленность. -1991.-№7.

41. Деч Г. Руководство к практическому применению преобразования Лапласа и z — преобразования. М.: Наука, 1971.

42. Дианов Е.М., Перминов М. И др. Численное моделирование физических эффектов при перетяжке стеклообразного вещества в тонкую нить / / ЖПМ и ТФ. 1988. -№6. - С. 153 - 156.

43. Динамика машин и управление машинами: Справочник / В.К. Асташов и др.; Под ред. Г.В. Крейнина. М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.

44. Диткин В.А., Прудников А.П. Интегральные преобразования и операционное исчисление -М.: Физматгиз, 1961.

45. Дубиняк С.А., Зубченко И.Н. О влиянии разноразмерности шагов звеньев на движение ведущей ветви цепной передачи // Вестник Львовского политехнического ин-та. 1966. - №22. - С.64 - 67.

46. Ентов В.М., Кестенбойм Л.С. К механике формования волокон // Из АН МЖГ. 1987. - №5 - С. 26 - 35.

47. Жаботинский М.Е., Фойгель A.B. Физика формирования волоконных световодов / / Прикладная механика и техническая физика. 1976. - №2. - С. 167 -174.

48. Житкевич З.В. Причины колебаний размеров стеклянной трубки // Стекло и керамика. 1987. - №9. - С.27 - 28.

49. Иванова Л.И., Саттаров Д.К. Влияние технологических параметров на постоянство размеров поперечного сечения световодов / / Стекло и керамика. — 1971. -№9. -С.20-23.

50. Ильичев В.А, Уваров В.П. Определение формы зоны вытягивания вязкой стекломассы в стационарном режиме / / Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып. 25. СПб.: СЗТУ, 2002. - С. 170 - 173.

51. Ильичев В.А., Уваров В.П. Решение стационарной задачи одномерногопотока движения стекломассы // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып. 24. СПб.: СЗТУ, 2001. - С.84 - 89.

52. Карабут Е.А. Пример течения тяжелой несжимаемой жидкости со свободной границей //Изв. АН МЖГ. —1999. — №4.

53. Кирш Р. Некоторые вопросы исследования теплового режима тигельной индукционной печи. Sklur а Keramik, 1979, V.29, №8, р. 239 240.

54. Кобаяси М. Теоретический анализ процесса вытягивания непрерывной нити стеклянного волокна из расплава // Дзайре. 1979. - Т.28. — №307. — С.278 - 282. ВЦП, пер. с яп., №В - 34430.

55. Ковтяк Д.С., Храмцов П.П. Автоматизированная подсистема для исследования технологического процесса вытяжки оптического волокна //в сб. Теп-лофизические и физико-химические процессы в энергетических установках — Минск.-1986.-С. 109-113.

56. Колесов Ю.И., Кудрявцев М.Ю., Михайленко Н.Ю. Типы и составы стекол для производства непрерывного стеклянного волокна / / Стекло и керамика. — 2001.-№6.

57. Колпащиков B.M. и др. Динамическая модель реакции процесса вытяжки стекловолокна на возмущающие воздействия / / Проблемы тепломассообмена. 77. - Минск. - 1977. - С.104 -106.

58. Колпащиков В.М. Влияние возмущений технологических параметров на выходное сечение оптического волокна при неизотермической вытяжке / / Сб. Тепло и массоперенос. Экспериментальные и теоретические исследования. Минск. -1983. - С.45 - 48.

59. Корн П., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984. - 831 с.

60. Красько A.C., Тышкевич Н.И. Передаточная функция струны / / Измерительная техника. 1973. - №10. - С.42 - 43.

61. Курант Р. Дифференциальные уравнения с частными производными. М.: Наука, 1965.

62. Кучеров О.Ф., Маневич В.Е., Клименко В.В. Автоматизированные системы управления производства стекла. JL: Стройиздат, 1980. — 178 с.

63. Ладыженская М.А. Математические вопросы динамики вязкой несжимаемой жидкости. -М.: Наука, 1970.

64. Лазарев Л.П., СД. Мировицкая. Контроль геометрических и оптических параметров волокон. М.: Радио и связь, 1988. - С.255 - 261.

65. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошной среды .- М.: Физматгиз, 1954.

66. Лаптев В.И., Новиков В.Г. Автоматизация питателей с электроподогревом стекломассы // Стекло и керамика. 1985. - №12. - С.8 - 9.

67. Левин В.И. Методы математической физики-М.: Учпедгиз, 1960.-243 с.

68. Линденбург Г.А., Юхнов Б.Г. Система автоматизации контроля и регулирования диаметра световодов // Стекло и керамика. 1980. - №8. - С.9 - 10.

69. Линденбург Г.А., Юхнов Б.Г. Устройство для контроля натяжения стекловолокна / / Стекло и керамика. 1982. - №3. - С.20.

70. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. — Учеб. для вузов. Изд. 6-е, перераб. и доп. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 840 с.

71. Мазурин О.В. и др. Расчет вязкости стекол: Учеб.пособие. Л.: - 1988. -484 с.

72. Макаров Р.И., Хорошева. Применение математического моделирования при исследованиях и проектировании автоматизированных систем в стекольном производстве // Стекло и керамика. 1995. - №11.

73. Марутов В.А., Павловский С.А. Гидроцилиндры. М.: Машиностроение, 1969.-210 с.

74. Меркин Д.Р. Введение в теорию устойчивости движения. М.: Наука, 1971.-312с.

75. Механика машин: Учеб. пособие для втузов / И.И. Вульфсон и др.; под ред. Г.А. Смирнова. М.: Высш. шк., 1996. - 511 с.

76. Налимов В.В., Чернова H.A. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. — 340 с.

77. Найдель В., Пауль Г. Математическое моделирование передачи тепла в трубчатых печах// Chemixhe Technik. 1978. - №5. - V.30. - Р.233 - 237. (чеш.).

78. Непрерывное стеклянное волокно / Под ред. М.Г. Черняка. М.: Химия. -1965.-320 с.

79. Никифоров А.Д., Ковшов А.И., Назаров Ю.Ф. Процессы управления объектами машиностроения. М.: Высш.шк., 2001. - 455 с.

80. Оценка допустимых уровней вибраций механизмов вытяжки тонких стеклянных нитей / И.К. Бахарев, В.А. Ильичев, В.П. Уваров // Оптико-механическая промышленность. 1991. - №5. — С.60 - 62.

81. Пейре Р., Тейлор Т.Д. вычислительные методы в задачах механики жидкости. — JL: Гидрометеоиздат. 1986.

82. Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов / Под ред. Э.К. Лецкого. М.: Мир, 1977. - 270 с.

83. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.: Наука, 1973. - 584 с.

84. Построение математической модели процесса формирования тонких стеклянных стержней / И.К. Бахарев, В.А. Ильичев, В.П. Уваров // Оптико-механическая промышленность. 1986. - №1. - С. 14 — 16.

85. Саттаров Д.К. Волоконная оптика. Л.: Машиностроение, 1973-350 с.

86. Светлицкий В.А. Механика гибких стержней и нитей. М.: Машиностроение, 1978. - 222 с.

87. Седов Л.И. Механика сплошных сред. М.: Физматгиз, 1973.

88. Смит Отто Дж. Автоматическое регулирование. М.: Физматгиз, 1962. -320 с.

89. Собор Д. Линейный регрессионный анализ. М.: Мир, 1980.

90. Сондерс М. Определение напряжения в оптических волокнах при помощи полярископа // Приборы для научных исследований. -1976. №4. -С.496 — 500.

91. Способы управления процессом формирования тонких стеклянных стержней / И.К. Бахарев, В.П. Уваров / / Оптико-механическая промышленность. 1988. - №9. - С.37 - 39.

92. Теория автоматического управления. Ч.И: Учебник для вузов / JI.C. Гольд-фарб и др.; под ред. A.B. Нетушила. — М.: Высш. шк., 1972. 432 с.

93. Точность и производственный контроль в машиностроении: Справочник / И.И. Болонкина, А.К. Кутай, Б.М. Сорочкин, Б.А. Тайц; Под общ. ред. А.К. Кутая, Б.М. Сорочкина. JT.: Машиностроение, 1983. - 368 с.

94. Трунова Т.К., Зорин А.Ю. Гидродинамика стекломассы в тигле при истечении через центральное отверстие в его дне / / Стекло и керамика. 1979. -№7. - С. 6 — 7.

95. Уваров В.П., Бахарев И.К. Стабилизация процесса вытягивания тонких стеклянных стержней // Стекло и керамика. 1994. - №5 - 6. - С. 14 - 15.

96. Уваров В.П. Воронова Л.Г. Анализ факторов, влияющих на процесс формирования оптических волокон / / Машиностроение и автоматизация производства: Межвуз. сб. Вып. 17. СПб.: СЗПИ, 1999.

97. Уваров В.П., Ильичев В.А. Математическое моделирование процесса вытягивания оптических волокон / / Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.24. СПб.: СЗТУ, 2001. - С.74 - 78.

98. Уваров В.П., Ильичев В.А. Оценка чувствительности процесса вытягивания оптических волокон к изменению рабочих условий / / Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.24. СПб.: СЗТУ, 2001. -С.79-83.

99. Уваров В.П., Ильичев В.А. Исследование чувствительности стационарного потока разогретой стекломассы к изменению вязкости / / Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. Вып.27. СПб.: СЗТУ, 2002. -С.30-34.

100. Уваров В.П., Ильичев В.А., Бахарев И.К. Нормирование вибраций установок вытяжки оптических волокон// Стекло и керамика. — 2003. — №3. -С.11-12.

101. Улыбышев В.В., Кан Г.Н. Метод улучшения процесса формования непрерывного стекловолокна // Стекло и керамика. 1984. - №6. - С.11 - 13.

102. Улыбышев В.В. Роль процессов энерго-массопереноса при формовании непрерывного стекловолокна // Стекло и керамика. 1985. - №3. - С.12 — 14.

103. Флом З.Г., Кофман А.Г. Расчет вязкости стекла в температурном интервале формования // Стекло и керамика. 1985. - №4. - С. 10.

104. Фрейденталь А., Гейрингер X. Математические теории неупругой сплошной среды. -М.: Физматгиз, 1962.

105. Четаев Н.Г. Устойчивость движения: Учеб. руководство 4-е изд., испр. - М. : Наука, 1990. - 280 с.

106. Хартман К. и др. Планирование эксперимента в исследованиях технологических процессов. М.: Мир, 1977. - 552 с.

107. Школьников Я.А. Расчет технологических параметров процесса выработки стеклянного волокна / / Стекло и керамика. 1964. - №7. - С.21 - 23.

108. М. Штелле, Р. Брюкнер. Предельные параметры процесса вытягивания стекловолокна // Ciastechnische Berichte. 1980. - №5. - С.130 - 139.

109. Du Bai-lin, L. Yanq. Метод регулирования флюктуаций диаметра оптического волокна//Fiberand Inteqrated Optics. 1985. - V.5. - №2. - P. 151 - 160 (КНР).

110. Christopher I.S. Petril. Растягивающиеся течения/ / Journal of Non. Newtonian Fluid Mechanics. 1978. - №4. - P.3 - 7.

111. Geylinq P. Описание вытягивания оптических волокон в рамках динамики жидкости // The Bell system Technical Journal. 1976. - V.55. - №8. -P.1011 - 1056.

112. Mhaskar R.D. Анализ процесса прядения стекловолокна в установившемся режиме //Glass Technoloqy. 1977. - V.l8. - №5. - P. 152 - 158.

113. Morton M.D. Процесс непрерывной вытяжки вязких жидкостей при прядении волокна // Ann. Rev. Fluid Mech. 1980. - V.12. -P.365 -387.

114. Nakahara M. Способы вытягивания оптических волокон // Review Electrical Communication Zaboratories. 1978. - V.26. - №3. - P.476 - 483.

115. Smithqall H.D. Получение световодного волокна вытяжкой // Ann. Conv. Wire Assoc. Int., Cineinnat. Ohio, Ost 59, 1980. Chilford, Coun. 1980. -P.238-245.

116. Stefan J., Skrivan M. Расчет температурного поля в стекломассе численным методом // Silikaty. 1979. - №23. - Р. 233 - 243.

117. М. Stehle, Р. Brückner. Границы процесса вытяжки стекловолокна. Теоретические представления модели границы сужения //Ciastechnische Berichte. — 1981.-№3.-S. 74-81.

118. A.c. 152946 СССР, МКИ СОЗВ 23/04. Машина для вертикального вытягивания стеклянных труб БГЮ / В.Я. Гушкин, Г.Я. Юхнов, Г.Я. Гушкин (СССР). Опуб. 28.11.63. Бюл. №3.

119. A.c. 258542 СССР, МКИ СОЗВ 37/02. Механизм для вытягивания волокон из термопластичных материалов/ JI.H. Венедиктов, Н.И. Борисов и др. (СССР). Опуб. 03.12.69. Бюл. №1.

120. A.c. 362793 СССР, МКИ СОЗВ 23/04. Устройство для вытягивания стеклянных труб / H.A. Бергин (СССР). Опуб. 20.12.72. Бюл. №3.

121. A.c. 363668 СССР, МКИ СОЗВ 17/04. Установка для изготовления стеклянных трубок / В.И. Скурихин, Н.М. Проценко и др. (СССР). Опуб. 25.12.72.1. Бюл. №4 за 1973.

122. A.c. 365329 СССР, МКИ СОЗВ 15/14. Устройство для вытягивания стеклянных трубок / H.A. Бергин, Б.А. Леднев, В.Н. Луговой, Г.Г. Терехов (СССР). Опуб. 08.01.73. Бюл. №6.

123. A.c. 411045 СССР, МКИ СОЗВ 15/18. Машина для вытягивания стеклянных труб / А.Г. Павлов, В.М. Бочкарев (СССР). Опуб. 15.01.74. Бюл. №2.

124. A.c. 628099 СССР, МКИ СОЗВ 23/04. Устройство для вертикального вытягивания стеклоизделий / В.А. Алексеев, И.К. Бахарев, Д.К. Саттаров, В.П. Уваров (СССР). Опуб. 15.10.78. Бюл. №38.

125. A.c. 647264 СССР, МКИ СОЗВ 23/08. Способ изготовления прецизионных стеклянных капилляров / Ю.А. Пшенцов, Г.С. Добров и др. (СССР). Опуб. 15.02.79. Бюл.№6.

126. A.c. 700473 СССР, МКИ СОЗВ 15/14. Устройство для непрерывного вытягивания изделий из стекла / Н.В. Григорьев, Д.К. Саттаров, И.К. Бахарев, Н.В. Журавлева, В.П. Уваров (СССР). Опуб. 30.11.79. Бюл. №44.

127. A.c. 715512 СССР, МКИ СОЗВ 17/00. Устройство для формования калиброванной однородной трубки

128. ИМ. Бобылкин (СССР). Опуб. 15.02.80.1. Бюл. №6.1. Ч1

129. A.c. 747830 СССР, МКИ СОЗВ 17/00. Способ автоматизированного управления процессом формования стеклотрубок вытягиванием1. B.C. Костогрызов (СССР). Опуб. 15.07.80. Бюл. №26.

130. A.c. 759466 СССР, МКИ СОЗВ 37/025. Устройство для регулирования диаметра волокна / С.А. Бондарев, В.Л. Бунаков, Д.П. Петелин и др. (СССР).

131. V Опуб. 30.08.80. Бюл. №32.

132. A.c. 785239 СССР, МКИ СОЗВ 23/04. Устройство для вытягивания изделий из стекла / В.А. Алексеев, И.К. Бахарев, Н.В. Журавлева, Д.К. Саттаров, В.П. Уваров (СССР). Опуб. 07.12.80. Бюл. №45.

133. A.c. 808386 СССР, МКИ СОЗВ 23/04. Устройство для вертикального вытягивания стеклоизделий / В.А. Алексеев, И.К. Бахарев, Д.К. Саттаров, В.П.Ч

134. Уваров (СССР). Опуб. 28.02.81. Бюл. №8.

135. A.c. 821421 СССР, МКИ СОЗВ 37/00. Устройство управления процессом формования стеклонити /И.К. Крамарев (СССР). Опуб. 10.02.84. Бюл. №14.

136. A.c. 857021 СССР, МКИ СОЗВ 15/18. Устройство для вытягивания стеклянных труб /Ю.А. Опыхтин (СССР). Опуб. 23.08.81. Бюл. №31.

137. A.c. 881013 СССР. Устройство для вертикального вытягивания стекло-изделий / Н.В. Григорьев, В.П. Уваров, Д.К. Саттаров, И.К. Бахарев (СССР). Опуб. 15.11.81. Бюл. №42.

138. A.c. 881018 СССР, МКИ СОЗВ 23/04. Устройство для изготовления кварцевых труб / В.Н. Шубин, Ю.В. Волков (СССР). Опуб. 15.11.81. Бюл. №42.

139. A.c. 885157 СССР, МКИ СОЗВ 05/14 Устройство для вытягивания стеклянных труб / А.И. Жарков (СССР). Опуб. 30.11.81. Бюл. №44.

140. A.c. 903313 СССР, МКИ СОЗВ 23/04 Установка для обработки стекло-изделий / Г.И. Шаповал (СССР). Опуб. 05.11.82. Бюл. №5.

141. A.c. 945095 СССР, МКИ СОЗВ 23/04. Устройство для изготовления кварцевых труб /И.К. Крамарев (СССР). Опуб. 23.07.82. Бюл. №27.

142. A.c. 975613 СССР, МКИ СОЗВ 37/09. Устройство для получения стекловолокна / И.Г. Мельникова (СССР). Опуб. 23.11.82. Бюл. №43.

143. A.c. 983088 СССР, МКИ СОЗВ 37/09. Печь для вытягивания волокна из тугоплавких материалов / О.Г. Лысенко (СССР). Опуб. 23.12.82. Бюл. №47.

144. A.c. 986877 СССР, МКИ СОЗВ 23/04. Устройство для вытягивания стек-лоизделий /Г.И. Шаповал, Ю.А. Дулин (СССР). Опуб. 07.01.83. Бюл. №1.

145. A.c. 992435 СССР, МКИ СОЗВ 15/14. Устройство для вытягивания изделий из стекла / С.К. Исаков, И.К. Бахарев, Н.В. Журавлева, В.П. Уваров (СССР). Опуб. 05.02.83. Бюл. №4.

146. A.c. 992436 СССР, МКИ СОЗВ 17/04. Устройство для вытягивания стеклянных изделий /Ю.А. Опыхтин (СССР). Опуб. 30.01.83. Бюл. №4.

147. A.c. 1034601 СССР, МКИ СОЗВ 35/00. Система автоматического управления машиной для изготовления стеклянных изделий / В.Томас Дауглинс и Д. Стефен-Фаркас (США). Опуб. 07.08.83. Бюл. №29.

148. A.c. 1057446 СССР, МКИ СОЗВ 37/12. Устройство для автоматического регулирования линеинои скорости вытяжки волокна / К.К. Яцкевич (СССР). Опуб. ЗОЛ 1.83. Бюл. №44.

149. A.c. 1368280 СССР, МКИ СОЗВ 37/00. Устройство для получения стекловолокна /И.К. Бахарев, В.П. Уваров (СССР). Опуб. 23.01.88. Бюл. №3.

150. A.c. 1669879 СССР, МКИ СОЗВ 37/16. Устройство для вытягивания стеклоизделий / В.П. Уваров, И.К. Бахарев (СССР). Опуб. 15.08.91. Бюл. №30.

151. A.c. 1791403 СССР, МКИ СОЗВ 37/00. Устройство для получения стекловолокна / И.К. Бахарев, Л.Г. Воронова, В.П. Уваров (СССР). Опуб. 30.01.93. Бюл. №4.

152. Заявка Фракции №2359087. МКИ СОЗВ 37/02. Устройство для производства оптического волокна Опуб. 24.03.78, №12.

153. Заявка Фракции №2382674. МКИ G01B 11/00; СОЗВ 37/10. Способ определения характеристик вытянутой зоны волоконного световода. ИЗР -1979, №5.

154. Патент США № 4046536, МКИ СОЗВ 37/02. Способ регулирования и контроля диаметра оптического волокна. Опуб. 06.09.77, т. 962, №1.

155. Патент США № 4102661, МКИ СОЗВ 37/02. Использование отраженных лучей, испускаемых из участка вытяжки стеклянных штабиков, для регулирования вытягивания волокна. Опуб. 25.07.78, т.972, №4.

156. Патент США № 4123242, МКИ СОЗВ 37/02. Установка для получения оптических волокон. Опуб. 31.10.78, т.975, №5.