Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии

Диссертационная работа:

Милостная Наталья Анатольевна. Автоматизация контроля и управления технологическим процессом высокоточной обработки деталей на основе теории нечеткой логики : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.06 / Милостная Наталья Анатольевна; [Место защиты: Кур. гос. техн. ун-т].- Курск, 2008.- 148 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1189

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

1.1 Особенности функционирования автоматизированных систем контроля
и управления 10

1.2 Анализ математических моделей управления точностью обработки
деталей 12

  1. Системы предельного регулирования 18

  2. Системы оптимального управления 19

  1. Анализ автоматизированных систем управления машиностроительным оборудованием и методов контроля 21

  2. Принципы построения математических моделей систем управления ..28

  3. Операционные системы реального времени для систем ЧПУ 34

1.6 Выводы 38

ГЛАВА 2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ
ТОЧНОСТЬЮ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МЕТОДАМИ НЕЧЕТКОЙ
ЛОГИКИ
39

  1. Математическая модель возмущающих воздействий 39

  2. Математическая модель силы резания 43

  1. Нечеткая математическая модель прогнозирования силы резания с функцией обучения „44

  2. Нечеткая математическая модель коррекции режимов резания с функцией самонастройки 48

2.3 Математическая модель выбора параметров управления 60

2.4 Обобщенный алгоритм функционирования математической модели
управления точностью обработки деталей 64

2.5 Выводы 66

ГЛАВА 3 СИНТЕЗ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ
67

3.1 Анализ и синтез автоматизированных систем контроля и управления
точностью обработки деталей 67

3.1.1 Синтез системы контроля и управления на основе лазерных
датчиков 67

3.1.2 Синтез системы управления на основе ультразвуковых датчиков. 77

3.1.3 Синтез системы управления на основе термопар 83

  1. Прогнозирование точности обработанных поверхностей деталей 85

  2. Синтез систем управления компенсирующих смещение шпиндельных узлов 91

3.4 Синтез вспомогательных систем управления точностью
технологического процесса 98

3.5 Обеспечение высокой достоверности полученных результатов от
преобразователей информации 104

3.6 Инженерная методика расчета параметров технологических процессов
108

3.7 Выводы 109

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВЫСОКОТОЧНОЙ
ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ.
110

4.1 Аппаратно-программный комплекс для проведения испытаний системы
контроля и управления точностью обработки деталей 11 Iі t

4.1.1 Сравнительный анализ технологического процесса обработки
деталей 116

4.2 Теоретические и экспериментальные характеристики '
автоматизированной системы контроля и управления тонностью
технологического процесса обработки деталей 117

  1. Сравнительный анализ технологического процесса обработки деталей 117

  2. Корреляционный анализ технологического процесса обработки деталей 127

4.3 Выводы 133

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 134

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 135

ПРИЛОЖЕНИЕ! 146

Введение к работе:

Актуальность темы: Современное машино- и приборостроительное производство различных объектов требует согласованную работу на всех этапах технологического процесса (ТП). Основным требованием для обеспечения согласованной работы автоматизированных систем контроля и управления (АСКиУ) ТП выступает создание человеко-машинных систем с интеллектуальной поддержкой процессов управления на всех этапах жизненного цикла промышленных изделий.

Разработка АСКиУ направлена на создание резерва технологической точности, представляющего собой запас, при котором погрешности, возникающие в процессе обработки деталей, не выходят за пределы поля допуска на размер детали. У зарубежных станкостроительных фирм такой резерв технологической точности составляет примерно 70-75%. Важным фактором при разработке АСКиУ ТП является то, что в его ходе возникает задача поддержания определенных параметров управления на заданном уровне и компенсации возмущающий воздействий, действующих на объект управления. Например, при токарной обработке происходят искажения формы детали под действием колебания силы резания, что влияет на смещение оси детали относительно системы координат оборудования с ЧПУ и, как следствие, ведет к появлению брака. До настоящего времени в АСКиУ ТП применяются устройства управления с постоянной скоростью, использующие пропорционально–интегральное–дифференциальное или адаптивное управление. Для таких методов управления необходимо, чтобы динамические характеристики оборудования с ЧПУ были известны и существенно не изменялись во времени, а возмущающие воздействия были минимальны. Однако динамические характеристики производственного оборудования значительно изменяются в зависимости от колебания силы резания и наличия возмущающих воздействий. Поэтому для управления точностью обработки деталей в существующих АСКиУ используется зависимость силы резания от параметров режима резания, подачи и скорости резания.

Проблемная ситуация заключается в возникновении существенных трудностей для эксперта или технолога при выборе единственного значения параметров режима резания из рекомендуемых диапазонов, что требует создания новых средств формализации функционирования АСКиУ ТП. Вместе с тем обеспечение постоянства динамического режима, рассчитанного по эмпирическим формулам, невозможно, так как в реальных условиях на обрабатываемую поверхность заготовки действуют возмущающие воздействия.

В связи с этим перспективным подходом для создания АСКиУ ТП высокоточной обработки деталей является использование теории нечеткой логики, позволяющей для каждой технологической операции оценить диапазоны рекомендуемых значений в виде нечетких интервалов и выбрать из них единственное значение. А также формализовать динамический режим, то есть на основе нечетких правил управления в режиме реального времени контролировать влияние возмущающих воздействий, что в конечном итоге повысит точность обработанных поверхностей заготовок.

Таким образом, актуальной научно-технической задачей является создание средств формализации АСКиУ ТП и ее структурно-функциональной организации для повышения точности и поддержания параметров управления на заданном уровне при обработке деталей на оборудовании с ЧПУ в условиях возникновения возмущающих воздействий.

Диссертационная работа выполнена в рамках фундаментальных исследований с госбюджетным финансированием, которые велись и ведутся в Курском государственном техническом университете – госбюджетная НИР 1.05.08Ф № государственной регистрации 02200800303, 2005-2007 гг. «Исследование принципов функционирования автоматизированных систем контроля и методов их управления на основе нечеткой логики», а также хозяйственного договора 1.37.02 «Разработка программных средств и обработка измерительной информации».

Цель диссертации: повышение точности обработки деталей за счет компенсации возмущающих воздействий в режиме реального времени путем создания нечеткой математической модели и автоматизированной системы контроля и управления.

Задачи исследования:

1. Сравнительный анализ существующих АСКиУ производства заготовок и математических моделей, описывающих их поведение и определение путей повышения точности обрабатываемых поверхностей детали.

2. Создать математическую модель управления точностью обработки деталей на оборудовании с ЧПУ методами нечеткой логики.

3. Разработать метод автоматизации контроля размера обрабатываемой поверхности детали на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени.

4. Создать структурно-функциональную организацию АСКиУ и разработать аппаратно-программный комплекс.

Научную новизну работы составляют:

математическая модель управления точностью обработки деталей на основе теории нечеткой логики, включающая математическую модель возмущающих воздействий, математическую модель прогнозирования силы резания и математическую модель параметров управления, позволяющую повысить точность обработки поверхностей деталей в режиме реального времени.

формализованные методы расчета параметров режима резания и на их основе программное обеспечение, базирующиеся на математической модели управления точностью обработки деталей, отличающиеся тем, что для прогнозирования силы резания используется множество нечетких правил управления, что позволяет выбирать из рекомендуемого диапазона единственное значение параметров управления.

структурно-функциональная организация АСКиУ контролируемого размера обрабатываемой поверхностей детали и инженерная методика расчета параметров ТП в режиме реального времени.

аппаратно-программный комплекс, позволяющий оценить адекватность разработанной математической модели управления точностью обработки деталей.

Методы исследования. В работе использованы методы теории управления системами, теории нечетких множеств, теории сигналов и проектирования ЭВМ, аппарат матричной алгебры, применены теоретические положения современной технологии машиностроения, а также методы вычислительной математики и математической статистики, теоретического программирования и теории алгоритмов.

Практическая ценность работы:

1. Разработанная математическая модель управления точностью обработки деталей может быть использована при создании различных высокоточных АСКиУ машиностроительным оборудованием, которые могут применяться, прежде всего, в автоматизации технологических процессов, а именно для повышения точности обработки деталей в режиме реального времени.

2. Созданный аппаратно-программный комплекс АСКиУ, основанный на использовании нечеткой логики, обеспечивает адаптацию к влиянию возмущающих воздействий, действующих на объект управления в ходе обработки деталей, а также является основой для оценки адекватности математической модели.

3. Разработанные автоматизированные системы управления защищены патентами РФ №№ 2288808, 2288809, 2280540, 2325247.

Реализация и внедрение:

Результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены в ОАО «Фармстандарт-Лексредства» при разработке в экспериментальном порядке автоматизированной системы управления технологическим процессом, а также используются в учебном процессе в Курском государственном техническом университете в рамках дисциплин «Электротехника и электроника» и «Основы теории управления», что подтверждается соответствующими актами.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель управления точностью обработки деталей, основанная на использовании методов нечеткой логики с применением метрики Лукашевича и позволяющая адаптировать технологический процесс с учетом влияния внешних возмущающих воздействий.

2. Алгоритм функционирования автоматизированной системы контроля и управления технологическим процессом высокоточной обработки деталей, позволяющий стабилизировать размер обрабатываемой поверхности детали в зависимости от текущего значения силы резания.

3. Структурно-функциональная организация АСКиУ ТП, обеспечивающая в режиме реального времени при компенсации возмущающих воздействий точность обработки деталей.

4. Аппаратно-программный комплекс, позволяющий оценить адекватность разработанной математической модели управления точностью обработки деталей и методика определения геометрических размеров обрабатываемых поверхностей деталей на оборудовании с ЧПУ в режиме реального времени.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международных и российских конференциях: VII, IX Международных научно-технических конференциях «Медико-экологические информационные технологии» (г. Курск, Российская Федерация, 25-26 мая 2004г., 23-24 мая 2006г.); VII и VIII Международных конференциях «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации «Распознавание – 2005», «Распознавание – 2008» (г. Курск, Российская Федерация, 4-7 октября 2005 г., 13-15 мая 2008г.); IV, V международных научно-технических конференциях «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (г. Курск, Российская Федерация, 18-20 мая 2006г., 23-25 мая 2007г.); IV International Conference «Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems» (Катанья, Италия, 27 мая-3 июня 2006 г.); V International Conference «Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems». (Mallorca, Испания, 31 мая-7 июня 2007 г.), а также на научно-технических семинарах кафедры «Вычислительная техника» Курского государственного технического университета с 2004 по 2008 гг.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 16 печатных работах. Среди них 5 статей, опубликованных в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень журналов и изданий, рекомендуемых ВАК, а также 4 патента Российской Федерации, 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем предложены: в [2, 8, 10, 13] – математическая модель управления точностью обработки деталей, в [5, 3, 12, 14, 16] – методика определения параметров режима резания и возмущающих воздействий, действующих на объект управления в режиме реального времени, в [4, 1, 6, 7, 9, 11, 15] – структурные схемы, основные принципы определения размера контролируемой поверхности детали и алгоритм функционирования АСКиУ ТП.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа содержит 148 страниц основного текста, в том числе 47 рисунков, 16 таблиц, список использованных источников из 136 наименований и 1 приложения на 3 страницах.

Подобные работы
Листунов Леонид Сергеевич
Повышение эффективности обработки отверстий в деталях из неметаллических материалов на основе автоматического управления процессом алмазного сверления
Демина Елена Григорьевна
Автоматизация и управление испытательным комплексом по контролю терморегуляторов
Шведов Николай Георгиевич
Автоматизация и управление процессом многолезвийной механической обработки на основе динамического моделирования технологической системы
Сормов Сергей Игоревич
Автоматизированная система управления качеством процесса обработки деталей в условиях неопределенности
Бобырь Максим Владимирович
Автоматизированная система контроля и управления технологическим процессом высокоточной обработки деталей
Искра Дмитрий Евгеньевич
Повышение эффективности обработки деталей на основе моделирования и управления движениями формообразования
Пирогов Владимир Викторович
Топологическое построение связанных моделей поверхностей деталей на основе аналитических сплайнов для программирования обработки на станках с ЧПУ
Данилова Светлана Александровна
Планирование апериодических задач реального времени с неопределенными параметрами в системах автоматизации и управления на основе нечеткой логики
Грицюк Светлана Николаевна
Автоматизация контроля расхода рабочих жидкостей станочных гидроприводов на базе гидроэлектрического преобразователя расхода с магнитожидкостным сенсором
Куленко Евгений Сергеевич
Автоматизация контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net