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:

Колпащиков Сергей Александрович. Автоматизация и контроль технологического процесса наложения изоляции кабелей связи с парной скруткой : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06 : Самара, 2004 114 c. РГБ ОД, 61:05-5/850

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1 Проблема создания эффективных систем управления изготовлением кабелей связи 12

1.1 Технология производства LAN-кабелей 12

1.2 Задача контроля и управления технологическими процессами производства LAN-кабеля 17

Выводы 21

2 Алгоритмизация автоматизированного управления процессом изолирования 23

2.1 Постановка задачи 23

2.2 Выбор метода исследования 24

2.3 Анализ переходных процессов в системе управления 25

2.4 Определение оптимальных настроек регулятора 28

2.4.1 Интегральный квадратичный критерий 28

2.4.2 Улучшенный интегральный критерий 34

2.4.3 Интегральный критерий от модуля ошибки 37

2.5 Оптимальные настройки регулятора в системе с объектом первого порядка и транспортным запаздыванием 40

2.6 Алгоритмы оптимального управления 46

2.6.1 Адаптивный алгоритм 46

2.6.2 Робастный алгоритм 46 Выводы 48

3 Математическая модель кабеля, учитывающая диэлектрические проницаемости изоляции отдельных проводов 49

3.1 Моделирование в среде Femlab 52

3.2 Анализ результатов численного моделирования 54

Выводы 58

4 Межконтурная система управления параметрами передачи 59

4.1 Моделирование в среде Matlab 66

4.2 Отработка системой единичного воздействия по заданной форме передаточной функции 69

4.3 Отработка системой произвольного входного воздействия 74

4.4 Двухконтурная система управления обобщенным параметром с межконтурным регулятором 77

4.5 Инженерная методика расчета корректирующего полинома модифицированного апериодического регулятора 81

Выводы 82

5 Алгоритмизация автоматизированного контроля процесса наложения изоляции 83

5.1 Структура и задачи современных АСК 83

5.2 АСК процесса наложения пористой изоляции 86

5.2.1 Специализированные задачи 86

5.2.2 Общие задачи 92

5.2.3 Принципы реализации АСК 95

5.2.4 Бесконтактный датчик скорости кабельного изделия. 99 Выводы 102

Заключение 103

Библиографический список 105

Приложение 1 Акт о внедрении результатов диссртационной работы в производство на ЗАО «Самарская кабельная компания» (г. Самара) 113

Приложение 2 Акт о внедрении результатов диссртационной работы в производство на Особом конструкторском бюро кабельной промышленноси (г. Мытищи) 114 

Введение к работе:

Актуальность работы. Высокие темпы роста количества передаваемой информации и скорости ее передачи обусловливают все более и более жесткие требования к характеристикам кабелей связи.

Среди многих проблем, связанных с повышением качества радиочастотных симметричных кабелей с парной скруткой (LAN-кабелей), одной из основных является разработка эффективных систем автоматического управления процессом наложения изоляции на токоведущую жилу. Измерение эксплуатационных характеристик LAN-кабеля, его вторичных электрических параметров (волновое сопротивление, собственное затухание и др.) на этапе наложения изоляции не представляется возможным. В то же время, известно, что основные эксплуатационные параметры кабелей связи закладываются именно здесь.

При повышении качества LAN-кабелей большое внимание уделяется качеству исходных материалов и методов их обработки, однако и на этапах изготовления исходных материалов и в процессе производства кабеля неизбежны флуктуации технологических параметров, что приводит к отклонениям характеристик кабеля от номинальных значений. Задачи стабилизации технологических параметров возлагаются на системы автоматического регулирования, которые в идеальном варианте должны реализовывать законы управления физическими параметрами изолированных проводников, позволяющие получить оптимальные эксплуатационные характеристики конечной продукции. Значительный интерес, в связи с этим представляют вопросы получения математических моделей зависимости вторичных электрических параметров от параметров, контролируемых и управляемых в процессе наложения изоляции.

Наложение изоляции на проводник производится на экструзионных линиях. Технологический процесс наложения изоляции как объект управления характеризуется наличием значительного запаздывания, которое должно учитываться при разработке алгоритмов автоматического управления. Высокие скорости прохождения проволоки по пинии в процессе ИЧГОТОНПРНИЯ и микропроцессорная реализация регуляторов требуют применения специального аппарата синтеза цифровых систем управления.

Требования к повышению эффективности экструзионных линий приводят к появлению задач стабилизации качества наложения изоляции в переходных режимах работы технологического оборудования, на этапах разгона и торможения.

В этой связи актуальными задачами являются: исследование зависимости вторичных параметров LAN-кабелей от параметров, формируемых на этапе наложения изоляции на проводник, разработка методов анализа и синтеза систем автоматического управления технологическими параметрами процесса, оптимальных по обобщённому критерию качества, теоретическое и экспериментальное исследования алгоритмов и систем управления процессом наложения изоляции.

Цель работы. Основная цель диссертационной работы состоит в решении научно-технической задачи по разработке методов и средств синтеза автоматизированных информационно-управляющих систем производства LAN-кабелей.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- оптимизация локальных систем стабилизации первичных параметров проводов в процессе экструзии в условиях значительно меняющегося транспортного запаздывания;

- разработка математической модели LAN-кабеля, позволяющей учесть нерегулярности пористой изоляции отдельных проводов при расчете обобщенных параметров кабеля;

- синтез и анализ систем управления оббщенными параметрами готового кабеля на этапе производства отдельных проводов;

- разработка принципов построения автоматизированных систем кон- троля процесса наложения пористой изоляции с учетом специализированных задач обработки информации.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического анализа, аппарата Z-преобразований, теории связи, теории автоматического управления, теории дискретных систем управления, экспериментальные методы исследования объектов и систем управления.

Научная новизна. Диссертационная работа расширяет и углубляет теоретические представления в области математического моделирования и методов синтеза алгоритмов контроля и автоматического управления технологических процессов изготовления LAN-кабелей.

В диссертации получены следующие основные научные результаты:

- определены аналитические зависимости оптимальных настроек ПИ-регулятора от параметров объекта с переменным транспортным запаздыванием для нескольких видов интегральных критериев качества;

- предложена математическая модель описания нерегулярного LAN-кабеля, позволяющая учесть неоднородность сред изоляции отдельных проводов при расчете обобщенных параметров кабеля;

- предложен формальный метод синтеза корректирующего полинома модифицированного апериодического межконтурного регулятора, обеспечивающий заданные характеристики системы управления обобщенным параметром кабеля во временной области.

Практическая полезность работы. Прикладная значимость проведенных исследований определяется следующими результатами:

- показана возможность применения найденных в диссертации аналитических зависимостей оптимальных настроек регуляторов локальных систем управления от параметров объекта в целях синтеза адаптивных и робаст- ных алгоритмов управления, обеспечивающих оптимальность их работы в номинальных и переходных режимах работы экструзионных линий;

— разработана инженерная методика расчета модифицированного апериодического межконтурного регулятора в составе многосвязной системы управления;

- разработаны принципы построения многоуровневых систем автоматизированного контроля технологического процесса наложения пористой изоляции, обеспечивающие выполнение основных предъявляемых требований к программно-аппаратной конфигурации разрабатываемых систем.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований использованы в виде алгоритмического, математического, программного и аппаратного обеспечения при разработке и внедрении автоматизированных информационно-управляющих систем процессами производства кабельных изделий в рамках НИОКР на ЗАО «Самарская кабельная компания» (г. Самара) и Особом конструкторском бюро кабельной промышленности (г. Мытищи).

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Новые информационные технологии. Информационное, программное и аппаратное обеспечение" (Таганрог, 1995), Всероссийской конференции молодых ученых "Математическое моделирование физико-механических процессов" (Пермь, 1996), Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов (Таганрог, 1996), V Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (Ростов-на-Дону, 1997), IV Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" (Таганрог, 1998), Международной молодежной научно-технической конференции" Интеллектуальные системы управления и обработки информации" ( Уфа, 1999), Всероссийской научной конференции "Математическое моделирование и краевые задачи" (Самара, 2004), Международной научно-практической конференции "Проблемы развития централизованного теплоснабжения" (Самара, 2004) II Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы энергетики. Энергоресурсосбереже ние"(Самара, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 104 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 1 таблицу, список литературы из 73 наименования и 2 приложения.

На защиту выносятся следующие положения:

- аналитические зависимости оптимальных настроек ПИ-регулятора от параметров объекта с переменным транспортным запаздыванием для нескольких видов интегральных критериев качества;

- математическая модель разнородной диэлектрической среды витой пары как объекта управления;

- методика синтеза модифицированного апериодического межконтурного регулятора в системах многосвязного управления;

- результаты численного моделирования системы автоматического управления обобщенным параметром LAN-кабеля с модифицированным апериодическим межконтурным регулятором;

- принципы построения многоуровневой системы автоматического контроля процесса наложения пористой изоляции на базе современных программно-аппаратных средств.

В первой главе приводится описание технологического процесса производства кабелей связи. Проведен обзор работ и анализ состояния проблем разработки информационно-управляющих систем кабельного производства. Показано, что существующие в настоящее время системы управления технологическими процессами экструзии обладают рядом ограничений. Решение задачи повышения качества кабельных изделий следует искать в направлении повышения эффективности локальных систем управления первичными параметрами, синтеза систем управления обобщенными параметрами и построения автоматизированных систем контроля технологического процесса с решением специфических задач корреляционно-спектрального оценивания работы линий и изготавливаемого кабеля.

Во второй главе решается задача определения зависимостей оптимальных настроек ПИ-регулятора в зависимости от параметров объекта, содержащего транспортное запаздывание. Рассматривается классическая система стабилизация первичного параметра провода, например диаметра по изоляции или погонной емкости. Выбран метод исследования систем с транспортным запаздыванием, использующий точное выражение передаточной функции звена запаздывания, предложенный X. Турецким. Использование данного метода позволило получить аналитические зависимости переходных функций системы управления в зависимости от параметров регулятора и объекта.

На первом этапе рассматривался идеальный объект управления, описываемого звеном чистого запаздывания. Для данного объекта аналитически выведен вид зависимостей оптимальных настроек регулятора от величины транспортного запаздывания для трех видов интегральных критериев: интегрального квадратичного критерия, улучшенного интегрального квадратичного критерия и интегрального критерия от модуля ошибки системы стабилизации. Параметры зависимостей получены при помощи численного моделирования и численной оптимизации в среде Matlab.

Далее полученные результаты были распространены на систему управления с реальным объектом, описываемого как звено чистого запаздывания и апериодическое звено первого порядка. В результате численного моделирования и численной оптимизации были получены зависимости оптимальных настроек регулятора от величины запаздывания и постоянной времени апериодического звена.

Рассмотрены вопросы применения полученных оптимальных настроек для построения адаптивных и робастных систем, обеспечивающих оптимальность системы управления в широком диапазоне изменения параметров объекта, в частности при меняющемся транспортном запаздывании. п третьей главе рассматривается задача построения математической модели LAN-кабеля, позволяющей учесть нерегулярности относительной диэлектрической проницаемости отдельных проводов по длине. Данная модель необходима для построения зависимостей обобщенных параметров кабеля от параметров отдельных проводов, обеспечивающих учет разных диэлектрических проницаемостей изоляции проводов кабеля.

Предложено применение известной аппроксимации математического описания неоднородной среды распространения электромагнитного поля од-нородной. Относительная диэлектрическая проницаемость однородной среды определяется как средневзвешенное значение относительных диэлектрических проницаемостей по объемам исходных сред. Такая аппроксимация позволяет легко перейти от известных соотношений для расчета обобщенных параметров кабеля, полученных при условии равной относительной проницаемости изоляции отдельных проводов кабеля, к зависимостям, учитывающим неоднородность сред изоляции отдельных проводов.

Проведена оценка адекватности предложенной модели для описания реального электромагнитного поля LAN-кабелей. Оценка осуществлялась численным методом в пакете моделирования полей различной природы Fem-Lab, являющимся расширением популярной среды инженерных расчетов MatLab.

Четвертая глава посвящена синтезу системы управления обобщенным параметром LAN-кабеля, при производстве отдельных проводов кабеля. Рассматривается метод введения модифицированного апериодического межконтурного регулятора с корректирующим полиномом в систему с двумя контурами стабилизации (диаметра и погонной емкости), связанными через объект управления, для формирования требуемых временных и частотных характеристик системы управления обобщенным параметром, предложенный Чост-ковским Б.К. для процесса изготовления коаксиального кабеля.

Проведено исследование влияния выбранного регулятора на характеристики системы управления обобщенным параметром во временной области. Предложен формальный метод расчета корректирующего полинома по заданному виду желаемой переходной функции системы управления обобщенным параметром. Корректирующий полином определяется делением полиномов определяемых видом объекта управления и желаемой переходной характеристикой. Данный метод позволяет синтезировать следящую систему, обеспечивающую отработку известного входного воздействия по заданному закону с требуемой точностью.

Проведено численное моделирование системы автоматического управления обобщенным параметром LAN-кабеля с модифицированным апериодическим межконтурным регулятором для разных видов входных воздействий и желаемых переходных функций.

Пятая глава посвящена вопросам разработки многоуровневых автоматизированных систем контроля процесса наложения пористой изоляции на базе современных программно-аппаратных средств. Проведен анализ задач решаемых современными АСК. Выполнена детализация специализированных задач, присущих процессу наложения пористой изоляции. Особое внимание уделено вопросам реализации задач корреляционно-спектрального анализа, являющегося основным математическим аппаратом оценки работы экструзионной линии. Сформулированы принципы формирования требований к программно-аппаратной части АСК для корректного решения рассмотренных специализированных задач, в том числе в зависимости от типов изготавливаемых кабелей. Разработана структура типовой многоуровневой АСК процесса наложения пористой изоляции с отнесением общих и специализированных задач по уровням системы. Предложен бесконтактный датчик измерения скорости наложения изоляции.

Подобные работы
Шаров Александр Германович
Автоматизация процессов контроля знаний с применением заданий открытого типа
Лимонов Игорь Анатольевич
Автоматизация процесса рентгенографического контроля дефектов лопаток ГТД, получаемых методами точного литья
Хатламаджиян Агоп Ервандович
Методы автоматизации процессов логического контроля в транспортных системах диспетчерского управления на основе гибридных моделей и генетических алгоритмов
Ганичева Оксана Георгиевна
Автоматизация оптико-электронного контроля процесса зажигания агломерационной шихты с использованием зонного анализа интенсивности инфракрасного излучения
Милостная Наталья Анатольевна
Автоматизация контроля и управления технологическим процессом высокоточной обработки деталей на основе теории нечеткой логики
Полетаев Владислав Юрьевич
Автоматизация бизнес-процессов планирования и контроля авиаперевозок в авиакомпании
Строганов Виктор Юрьевич
Комплексная автоматизация и моделирование адаптивных процессов тестового контроля и обучения в системе аттестации и подготовки кадров предприятий промышленности и транспортного комплекса
Кузьмич Игорь Владимирович
Повышение качества контроля дефектов автомобильных стекол путем автоматизации процесса
Козлов Антон Александрович
Повышение качества контроля зазоров кузова автомобиля путем автоматизации процесса
Солдатов Александр Анатольевич
Повышение качества контроля геометрических параметров кузова автомобиля путем автоматизации процесса

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