Квазиоптимальное управление процессом загрузки двухшнековых экструдеров при переработке термопластов

• Автор: Быков, Павел Викторович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 194 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛИМЕРОВ НА ДВУХШНЕКОВЫХ ЭКСТРУДЕРАХ

1.1. Особенности переработки полимерных материалов

1.1.1. Общие понятия о полимерных материалах.

1.1.2. Реология полимеров

1.2. Использование двухшнековых экструдеров для переработки полимеров.

1.2.1. Понятие процесса экструзии

1.2.2. Конструктивные особенности двухшнековых машин.

1.2.3. Преимущества двухшнековых экструдеров.

1.2.4. Основные параметры процесса двухшнековой экструзии

1.2.5. Проблемы управления процессом переработки.

1.2.6. Пример использования двухшнекового экструдера в линии по производству ПВХ пленки на ОАО ИскожТверь.
1.3. Математическая модель двухшнековой экструзии.
1.3.1. Оценка возможности использования математической модели
1.3.2. Модель зоны пластикации.
1.3.3. Модель зоны дозирования.
1.3.4. Оценка длины зоны загрузки
1.3.5. Получение аналитических зависимостей
1.3.6. Анализ математической модели экструзии
1.4. Выводы и постановка задач исследований.
2. СИНТЕЗ МОДЕЛИ ДВУХШНЕКОВОГО ЭКСТРУДЕРА.
2.1. Требования, предъявляемые к модели.
2.2. Выбор значимых переменных процесса.
2.3. Синтез модели.
2.3.1. Общие принципы создания модели
2.3.2. Определение параметров, используемых в модели и способы их задания
2.3.3. Особенности моделирования головки.
2.3.4. Задание длины зоны питания начала зоны пластикации
2.3.5. Особенности моделирования зоны пластикации
2.3.6. Разработка алгоритма имитационной модели
2.4. Проверка адекватности синтезированной модели
2.4.1. Параме трическая идентификация модели.
2.4.2. Проверка адекватности модели
2.5. Выводы по главе.
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ОБЪЕКТА В РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ.
3.1. Исследование влияния параметров объекта на динамические и статические характеристики.
3.1.1. Влияние геометрии шнеков
3.1.2. Влияние сопротивлений межсекционным потокам.
3.1.3. Влияние температурного профиля
3.2. Исследование отклика объекта на воздействия по входам возмущения.
3.2.1. Анализ реакции объекта по входу коэффициента вязкости.
3.2.2. Анализ реакции объекта по входу коэффициента уплотнения
3.3. Исследование отклика объекта на воздействия по управляющим входам.
3.3.1. По входу скорости экструзии.
3.3.2. По входу относительной скорости загрузки
3.4. Формирование задачи управления объектом и способы решения
3.4.1. Способы определения положения рабочей точки.
3.4.2. Выбор способа определения появления составляющей
3.4.3. Функция определения коэффициента загрузки по координате возникновения 4.
3.5. Определение величины тестового воздействия.
3.5.1. Моделирование и анализ шумовой составляющей
3.5.2. Определение и формирование шумовой составляющей по контуру скорости экструзии
3.5.3. Определение и формирование шумовой составляющей по контуру скорости загрузки.
3.5.4. Определение и формирование шумовой составляющей по контуру температуры.
3.5.5. Комплексный анализ помех.
3.6. Минимизация тестового воздействия в условиях наличия шумов. Определение параметров регулятора.
3.7. Выводы по главе
4. СИНТЕЗ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
4.1. Задачи, решаемые системой управления.
4.1.1. Обеспечение оптимальной рабочей точки при старте объекта
4.1.2. Определение чувствительности системы управления и устранение помех
4.1.3. Подстройка тестового воздействия к режиму работы.
4.1.4. Общий алгоритм управления величиной загрузки двухшнекового экструдера воздействия к режиму работы
4.2. Структурная схема системы управления.
4.2.1. Построение блока управления поиском рабочей точки
4.2.2. Блок настройки коэффициентов модели
4.2.3. Блок накопления статистики.
4.2.4. Блок проведения модельных экспериментов
4.3. Моделирование системы управления и анализ результатов
4.3.1. Моделирование поведения объекта при старте.
4.3.2. Моделирование системы в режиме контроля рабочей точки
4.4. Оценка эффективности использования системы управления
4.5. Техническая реализация системы управления
4.5.1. Выбор структуры системы
4.5.2. Выбор аппаратной платформы реализации системы
4.5.3. Выбор программных средств автоматизации
4.6. Структура САУ коэффициентом загрузки двухшнековых экструдеров.
4.6.1. Распределение функций системы управления.
4.6.2. Реализация контроллерной системы.
4.6.3. Интеграция системы в единую систему управления линией. Сетевые решения.
4.7. Направления развития системы.
4.8. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Предложена методика моделирования межсекционных потоков. Выявлены области адекватности модели. Предложен критерий определения коэффициента загрузки двухшнековых экструдеров. Решена задача поиска точки оптимальной загрузки в условиях действия помех. Предложена методика снижения влияния периодических помех на контур управления. Разработанные алгоритмы управления могут быть использованы при проектировании и практической реализации автоматических систем управления двухшнековыми экструзионными установками. Применение разработанного алгоритмического обеспечения позволяет обеспечить контроль положения рабочей точки двухшнековых экструдеров и в нестационарных режимах работы формирование процесса поиска рабочей точки, обеспечивающей квазиоптимальные условия переработки материалов по интегральному критерию качества. Полимеры термопласты могут находиться в трех физических состояниях твердом стеклообразном, высокоэластичном и вязкотекучем 3, 5. Особые свойства термопласты проявляют в двух последних состояниях. При начреве термопласта выше некоторой температуры, он из кристаллического состояния переходит в высокоэластическое, в котором полимер может подвергаться весьма большим деформациям, сохраняя при этом способность к последующему восстановлению формы. Дальнейшее повышение температуры сверх определенного предела переводит термопласт в вязкотекучее состояние, в котором он может неограниченно деформироваться даже при малых нагрузках. При этом достигнутая деформация практически полностью сохраняется. Для анализа этих состояний полимеров используют термомеханические кривые, пример которых показан на рис. Рис. Термомеханическая кривая для аморфного а и кристаллического б полимеров 1 высокая степень кристалличности 2 низкая степень кристалличности. На данном рисунке Тс температура перехода в высокоэластичное состояние, Тил температура плавления, Тт температура термодеструкции. Важной характеристикой, которую обязательно необходимо учитывать, является способность термопластов к деструкции разложению при нагревании. Термодеструкция может протекать как при нагреве до критической температуры, так и при длительном термическом воздействии в области сравнительно невысоких температур 3, 5. Поскольку основные этапы переработки полимеров проводятся в вязкотекучем состоянии, необходимо определить их поведение в этих условиях. Изучением данных вопросов занимается реология полимеров 2, 3. Реология определяет поведение материалов при воздействии на них внешних сил. Коэффициент гн является реологической характеристикой жидкости и при данной температуре не зависит от режима течения интенсивности деформирования у. Реологические свойства расплавов полимерных материалов лишь в области весьма малых напряжений сдвига могут характеризоваться постоянной ньютоновской вязкостью. Реологические свойства аномальновязких жидкостей нельзя охарактеризовать постоянной величиной вязкости она утрачивает значение константы изза зависимости от условий деформирования. Т Г 1. Дт,г
где 1у эффективное значение вязкости. Графическое изображение зависимостей 1 и 2, обычно называемое кривыми течения 2, 3, представлено на рис. Рис. Кривые течения ньютоновской 1 и неньютоновской 2 жидкостей. В зависимости от характера функции неньютоновские жидкости подразделяют на три группы 1 бингамовские жидкости 2 псевдопластичные жидкости 3 дилатантные жидкости. Для псевдопластичных жидкостей, к числу которых относится большинство полимеров, характерно отсутствие предела текучести и наличие постепенного уменьшения эффективной вязкости с ростом скорости сдвига. Эффективная вязкость, определяемая как соотношение т и у из выражений 1. Индекс течения п не является константой, а уменьшается с ростом скорости сдвига. Для псевдопластичных жидкостей п 1 около 0,,7. На поведение кривой течения в значительной степени влияет и температура жидкости, вследствие чего при увеличении температуры вязкость уменьшается. Т температура Е энергия активации жидкого течения для данного типа жидкости Я газовая постоянная.