Моделирование и пространственно-временное управление процессами нагрева дисков турбоагрегатов на специализированных испытательных стендах

• Автор: Данилушкин, Иван Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 126 с. : ил

1 Проблема создания эффективных систем управления индукционным нагревом дисков на специализированных испытательных стендах

1.1 Современное состояние вопроса

1.2 Постановка задачи исследования

Выводы.
2 Моделирование распределенных управляющих воздействий по мощности электромагнитных источников тепла.

2.1 Расчет электромагнитных полей методом вторичных

источников.
2.2 Разработка алгоритмического и программного обеспечения решения трехмерной электромагнитной задачи

2.3 Анализ функции распределения внутренних источников тепла

2.4 Аппроксимация функции распределения мощности

теплоисточников от напряжения и угла наклона индуктора.

Выводы.
3 Математическое моделирование нестационарных температурных
полей при индукционном нагреве диска.
3.1 Отыскание функции Грина объекта управления.
3.2 Модальное представление объекта управления.
3.3 Математическое моделирование нестационарных температурных полей при индукционном нагреве массивного
3.4 Оценка адекватности аналитической модели
технологическому процессу нагрева
Выводы.
4 Выбор структуры и синтез системы автомагического управления температурным полем диска с пространственнораспределнными управляющими воздействиями.
4.1 Особенности задачи синтеза системы автоматического упрашгения нагревом диска
4.2 Разработка двухканальной двусвязной СЛУ температурным
полем диска.
4.3 Синтез модальною регулятора.
4.4 Модальный регулятор для двумерной модели объекта
5 Моделирование системы модального управления процессом нагрева дисков ту рбоагрегатов.
5.1 Численная модель температурного поля диска
5.2 Разработка Бфункций модели системы.
5.3 Моделирование системы автоматического управления
нагревом диска с модальным регулятором
5.4 Реализация системы модального управления температурным
полем диска при нагреве
Выводы.
Заключение
Библиографический список
Приложение 1 Акт о внедрении результатов диссртационной работы в
производство
Приложение 2 Справка об использовании результатов диссертационной работы ггри модернизации стенда разгоннотермоциклических испытаний
Приложение 3 Акт внедрения научных исследований диссертации в учебный процесс СамГТУ
ВВЕДЕНИЕ


Математическое моделирование и краевые задачи Самара, , IV Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления Таганрог, , девятой научной межвузовской конференции Математическое моделирование и краевые задачи Самара, , международной молодежной научнотехнической конференции Интеллектуальные системы управления и обработки информации Уфа, , международной конференции Надежность и качество в промышленности, энергетике и на фанспорте Самара, , международной конференции молодых учных и студентов Актуальные проблемы современной науки Самара, , межвузовской конференции Электротехнология на рубеже веков, Саратов, , восьмой международной научнотехнической конференции студентов и аспирантов Радиоэлектроника, электротехника и энергетика Москва, . Публикации. По теме диссертации опубликовано печатных работ. Структура н объем работы. Математические модели процесса индукционного нагрева дисков турбоагрегатов, проблемноориентированные на решение задач автоматического управления температурными полями в процессе термоциклических испытаний на специализированных стендах. Математические модели и способы реализации пространственнораспределнных управляющих воздействий для процесса осенесимметричного индукционного нагрева дисков турбоагрегатов. Методика синтеза системы пространственновременного управления температурным полем в процессе индукционного нагрева дисков турбоагрегатов на основе модального представления объекта управления. Специальное алгоритмическое, математическое и программное обеспечение для синтеза систем автоматического управления процессом индукционного нагрева с пространственнораспределенными управляющими воздействиями. Технические средства и структуры систем пространственновременного управления температурным полем при индукционном нагреве. В первой главе приводится описание испытательного стенда, проведен обзор работ, посвященный стендовым испытаниям дисков и колес турбоагрегатов на специализированных стендах, выполнен анализ состояния проблемы синтеза систем автоматического регулирования индукционным нагревом. Показано, что существующие в настоящее время системы управления нагревом в процессе термоциклирования решают частные задачи и не обеспечивают в полной мере всех требований к качеству воспроизведения требуемой программы испытаний. Решение задачи повышения точности воспроизведения программы испытаний следует искать на пути создания систем пространственновременного управления мощностью внутреннего тепловыделения по объему испытуемого изделия. Во второй главе рассматриваются вопросы моделирования электромагнитных процессов при индукционном нагреве. Предложены численные математические модели для анализа двухмерных и трехмерных полей, базирующиеся на методе вторичных источников. Разработана программа расчета плотности тока и мощности источников внутреннего тепловыделения в изделии. Программа адаптирована для расчета распределенного управляющего воздействия в системе индуктор диск, в качестве которого используется функция распределения удельной мощности вихревых токов, при воспроизведении требуемого температурного распределения по радиусу диска в процессе испытаний. Предлагаемая математическая модель по сравнению с известной моделью в виде краевой задачи позволяет уменьшить число неизвестных, необходимое для обеспечения требуемой точности, примерно на два три порядка. Проведен анализ функции распределения внутренних источников тепла. Даны рекомендации по выбору оптимальной конструкции индуктора исходя из условия получения требуемого по программе испытаний закона распределения удельной мощности теплоисточников по радиусу диска. Найдены аналитические приближения функции распределения внутренних источников тепла от угла наклона индуктора и напряжения источника питания, используемых в дальнейшем при реализации распределенной системы управления температурным полем диска в качестве распределнного управляющего воздействия. В третьей главе решается задача математического моделирования нестационарных температурных полей при индукционном нагреве диска. Предложены полученные аналитическим путем математические модели температурного поля диска, ориентированные на решение задач управления подвижными источниками тепла, распределенными по объему диска. Проведена оценка адекватности аналитической модели реальному процессу индукционною нагрева. Выполнено численное моделирование температурного поля при индукционном нагреве диска и проведен сравнительный анализ результатов численного эксперимента с аналитической моделью, который показал хорошее совпадение.