Повышение точности регулирования температурного поля путем совершенствования алгоритма управления многозонным термическим объектом

• Автор: Соболев, Андрей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Содержание
Введение

1 Выбор способа управления многозонным термическим объектом и

разработка критериев равномерности температурного поля

1.1 Обоснование необходимости использования прецизионных связ

ных регуляторов.

1.2 Анализ эффективности способов формирования напряжения

1.3 Анализ способов управления процессом

1.4 Анализ способов распределения напряжения

1.5 Критерии эффективности регулирования температурного поля

1.5.1 Локальные критерии

1.5.2 Интегральные критерии.
Выводы
2 Разработка моделей МТО
2.1 Модель температурного поля на основе функции Грина аналити
ческое решение.
2.1.1 Нагрев последовательностью точечных единичных импульсных
воздействий.
2.1.2 Нагрев сплошной линией при импульсном воздействии.
2.1.3 Нагрев последовательностью точек непрерывного воздействия
2.2 Исследование функции Грина
2.3 Сеточная конечноразностная модель
2.4 Сеточная модель Метод конечных элементов
2.5 Анализ температурного режима методом гармонического баланса.
2.6 Установившийся режим при полигармоническом воздействии
2.7 Модели периодических воздействий
2.8 Двухзонный термический объект.
2.8.1 Нагрев постоянной мощностью.
2.8.2 Нагрев гармоническим компонентном мощности
2.8.3 Нагрев мощностью, изменяющейся по периодическому закону
2.9 Электронная модель
Выводы
3 Учет структурных и физических особенностей МТО. Алгоритмы
управления МТО
3.1 Влияние неточности размещения деталей на температурное поле
3.2 Влияние промышленной сети на регулирование МТО
3.3 Опосредованное влияние сети.
3.4 Учет влияния отклонения конструктивных параметров на режим
3.5 Коррекция параметров модели
3.6 Регулирование в условиях ограничений.
3.7 Алгоритм управления МТО посредством прогнозирующей модели
Выводы.
4 Техническая реализация. Экономический эффект от внедрения пре
цизионного регулятора температуры
4.1 Лабораторная установка для исследования МТО
4.1.1 Структурная схема внутрисхемного эмулятора процессорного модуля
4.1.2 Программа включения нагревателей и опрашивания датчиков
4.1.3 Протокол взаимодействия с ячейкой аналогоцифрового преобра
зования
4.1.4 Порядок работы с нагревательными элементами
4.1.5 Порядок взаимодействия со схемой многоточечного измерения
температуры
4.1.6 Экспериментальные исследования на макете
4.2 Аппроксимация функцией одной переменной
4.3 Аппроксимация линейной зависимостью.
4.4 Аппроксимация степенным полиномом
4.5 Аппроксимация постоянной составляющей и гармоникой.
4.6 Статистический анализ эффективности стабилизации температур
ного поля при изготовлении ферритов.
4.7 Оценка риска изготовителя.
4.8 Влияние неравномерности температурного поля на результаты
групповых испытании элементов систем управления.
4.9 Оценка эффективности применения многозонного.
Выводы.
Заключение.
Список используемых источников


Разработан математический аппарат для учета в модели реального объекта: отклонения конструктивных параметров МТО; ограничений на физическую реализуемость; влияния промышленной сети в различных аспектах. Предложен алгоритм оптимального управления МТО. В четвертой главе приведены особенности создания лабораторного макета для проведения физических исследований в области многозонного нагрева. Получены аналитические выражения для аппроксимации опытных данных. Разработана методика оценки влияния нестабильности температурного поля на качество готовой продукции, разработана методика расчета эффекта от использования многоканального регулятора в производстве. Научная новизна материалов, приведенных в диссертации, заключается в следующем: предложены локальные и интегральные критерии эффективности регулирования МТО; предложена модель МТО, учитывающая структурные и физические особенности МТО, разработаны программы для расчета температурного поля; предложена электронная модель МТО; получены математические выражения для оценки влияния на температурное поле конструктивных и физических параметров печей; приведено математическое описание МТО при различных типах воздействий; выявлена зависимость результатов приемо-сдаточных испытаний элементов систем управления от неравномерности температурного поля, разработана методика определения потерь при испытании партии изделии; разработана методика оценки эффективности использования оптимального многоканального регулятора температуры. При изготовлении ферритовых сердечников используются туннельные печи, с набором зон, температура в которых изменяется от одной зоны к другой в соответствии с требованиями технологического процесса [-]. Существующая система автоматического регулирования температуры в такой печи представляет собой совокупность сепаратных каналов регулирования, в каждом из которых осуществляется пропорциональное регулирование (рисунок 1. Имшцпгтм». Лл-нХц |Х? Уоигмгаль подсети р. Иаморитоль. Рисунок 1. Рассмотрим влияние температурного режима в печи на качество производства ферритовых изделий. Процент выхода годных при этом составляет порядка - %. Зависимость качества продукции от вида укладки связана с неравномерностью температурного поля. В связи с этим для увеличения повторяемости параметров изделий из ферритов рекомендуется по периметру технологической плиты укладывать бракованные крупногабаритные детали. Таким образом, обрабатываемые детали оказываются в зоне с более равномерным температурным полем, а укладка "балласта" дополнительно повышает устойчивость изделий на технологической плите. Это особенно важно при изготовлении броневых сердечников. Для оценки существующей неравномерности температурного поля проведем анализ изменения параметров ферритовых броневых сердечников в зависимости от их расположения на плите. Воспользуемся данными технических отчетов экспериментальных исследований (г. Рыбинск, ОАО НПО "Магма"). Графически распределение магнитной проницаемости сердечников в зависимости от их расположения на плите представлено на рисунке 1. Величина магнитной проницаемости зависит от температуры спекания. Тогда, учитывая неравномерное распределение магнитной проницаемости но площади плиты, можно говорить о существующей неравномерности температурного поля. Поскольку процессы, происходящие при изготовлении ферритов, достаточно сложны и не существует аналитического выражения, связывающего температуру спекания с получаемой при этом магнитной проницаемостью, воспользуемся экспериментальными результатами аттестации партии ферритов. Аттестация проводилась с целью экспериментального подбора температуры спекания для получения требуемой магнитной проницаемости. Для определения параметров с каждой плитки брался образец в ее центре. Магнитная проницаемость по результатам аттестации изменялась от до единиц, при изменении температуры от °С до °С. Т=0. Тогда на основании данных распределения величины магнитной проницаемости можно построить распределение температуры по плоскости плиты (рисунок 1. З.). Рисунок 1. Рисунок 1.