Разработка моделей и комплекса программ обеспечения системы компьютерного вейвлет-мониторинга процесса непрерывного смесеприготовления

• Автор: Камалдинов, Алексей Варисович
• Шифр специальности: 05.18.12, 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Введение и постановка задачи исследования

Глава 1. Обзор современных аспектов моделирования процессов

смесеприготовления в агрегатах непрерывного действия и

возможностей мониторинга их динамики

1.1. Описание процессов приготовления сыпучих смесей.

1.2. Обоснование выбора объекта исследования.

1.3. Проблемы моделирования процессов непрерывного смесеприготовления.

1.4. Анализ матсриалопотоковых сигналов дозирующей и смесительной аппаратуры в стационарных и нестационарных условиях

1.5. Современные способы идентификации и мониторинга одномерных сигналов.

1.5.1. Преобразование Фурье

1.5.2. Кратковременное преобразование Фурье. .

1.6. Вопросы мониторинга и коррекции динамики процесса
смесеприготовленияд
1.6.1. Идентификация и мониторинг одномерных процессов в вейвлетсреде
1.6.2. Алгоритмы работы с сигналами дозирующих устройств.
1.6.3. Преобразование сигналов в каналах направленной
организации материалопотоков
1.7. Выводы по главе.
Глава 2. Методы математического описания и исследования сигналов
систем непрерывного смесеприготовления
2.1. Способ волнового представления материалопотоковых сигналов в
смесительном агрегате
2.1.1. Моделирование расхода спирального дозатора
2.1.2. Моделирование расхода шнекового дозатора
2.1.3. Описание и параметризация сигнала порционного дозатора
2.2. Теоретические основы времячастотного анализа на базе вейвлетпреобразований
2.2.1. Теоретические аспекты вейвлетанализа
2.2.2. Дискретное вейвлетпреобразование
2.2.3. Алгоритм вейвлетпоиска соответствия.
2.3. Спектральная идентификация сигналов и коррекция режимов работы смесеприготовительного агрегата
2.3.1. Времячастотное распределение Вигнера
2.3.2. Алгоритм адаптивной вейвлетаппроксимации сигналов смесеприготовительной системы дискретным словарем Габора
2.4. Выводы по главе
Глава 3. Разработка экспериментального стенда
3.1. Объект исследования
3.1.1. Общая характеристика, описание экспериментального стенда
3.1.2. Система вывода аналоговых корректирующих воздействий
3.2. Описание дозировочного оборудования
3.2.1. Шнековый дозатор.
3.2.2. Спиральный дозатор.
3.2.3. Порционный дозатор.
3.3. Центробежный смеситель непрерывного действия.
3.4. Измерительное оборудование.
3.4.1. Пьезоэлектрические преобразователи.
3.4.2. Плата оцифровки
3.4.3. Характеристика аналитических весов.
3.5. Физикомеханические свойства исследуемых материалов
3.6. Методики непрерывного анализа, корректировки и мониторинга процесса смесеприготовления.
3.6.1. Методика регистрации одномерных сигналов
3.6.2. Методика считывания данных из технологического файла
3.6.3. Методика фильтрации сигнала технологического файла
3.6.4. Процедура сглаживания сигнала материалопотока.
3.6.5. Построение карты Вигнера и идентификация ее объектов
3.6.6. Система коррекции текущих режимов работы дозаторов
3.7. Выводы по главе.
Глава 4. Экспериментальные исследования
4.1. Исследование характеристик аппаратуры.
4.1.1. Исследование работы дозирующих устройств
4.1.2. Определение собственной частоты датчика
4.1.3. Определение частоты дискретизации платы оцифровки
4.2. Коррекция режимов работы агрегата посредством аппаратнопрограммного комплекса вейвлетмониторинга
4.2.1. Причины возникновения нестационарности,
4.2.2. Регистрация и преобразование одномерных сигналов.
4.2.3. Фильтрация и сглаживание анализируемых сигналов
4.2.4. Идентификация элементов карты модифицированного сигнала материалопотока и коррекция текущих режимов.
4.3. Практическое использование.
4.4. Выводы по главе
Основные результаты работы и выводы
Литература


Процесс смешивания можно характеризовать как пространственное распределение двух и более компонентов с целью получения однородной по составу, физикомеханическим и другим свойствам среды, называемой смесью. Этот процесс носит случайный характер . Процесс смешивания сыпучих материалов имеет ряд отличительных особенностей по сравнению с подобными процессами, протекающими в газах и жидкостях. В первую очередь это обусловлено тем, что сыпучие материалы представляют собой совокупность твердых макрочастиц, в то время как газы и жидкости представляют собой совокупность отдельных атомов и молекул. Поэтому для осуществления процесса смешивания необходимо, прежде всего, значительное внешнее силовое воздействие, позволяющее частицам смеси перемещаться относительно друг друга. Существуют два метода, обеспечивающие смешивание материалов случайный и упорядоченный 9. Первый заключается в том, что сыпучие материалы, занимающие определенный объем, смешиваются под влиянием внешнего силового воздействия, которое вызывает хаотичное перемешивание макрообъемов и отдельных частиц. Второй метод предполагает, что устройство для смешивания упорядоченно размещает исходные компоненты в некотором объеме. Оба этих метода имеют свои преимущества и недостатки. Случайный метод предполагает произвольную подачу сыпучих материалов, но при этом требует значительных затрат энергии и времени. Упорядоченный метод предусматривает непрерывную, согласованную и равномерную подачу двух или нескольких компонентов в одно и тоже место, чего трудно достичь, если их соотношение составляет 1 и более. Поэтому, в реальных условиях, исходя из требуемой степени равномерности распределения исходных компонентов по объему получаемой смеси, обычно совмещают оба метода с преобладанием одного из них. Некоторыми авторами предлагалось выделить еще один элементарный механизм смешивания, обусловленный сдвиговыми касательными напряжениями. Однако дальнейшими исследованиями установлено, что подобный механизм в равной степени присущ первым двум. Одновременно и процесс смешивания сопровождается обратным процессом сегрегацией, обусловленной тем, что частицы одинаковой массы и размеров под действием гравитационных и инерционных сил сосредотачиваются в какомто определенном месте аппарата, т. Процессы смешивания и сегрегации в смесителе протекают одновременно, однако степень их влияния на различные периоды неодинакова. В начальный период преобладает конвективное смешивание на уровне макрообъемов. В этом случае сегрегация практически не сказывается на общем ходе процесса, так как внутри перемещаемых макрообъемов частицы относительно друг друга остаются неподвижными. На процесс смешивания в этот момент главное влияние оказывает характер движения траектория потоков смешиваемых материалов в смесителе. Сегрегация это процесс, обратный смешиванию. Он заключается в сосредоточении частиц одинаковой массы в соответствующих зонах смесителя под влиянием гравитационных, инерционных и других сил. По мере проведения процесса смешивания сегрегация оказывает все более значительное влияние на однородность смеси. В какойто момент скорости процессов смешивания и сегрегации уравниваются, и наступает динамическое равновесие. Поэтому дальнейшее проведение процесса смешивания не приводит к улучшению качества смеси. После распределения макрообъемов по рабочему пространству смесителя преобладающим становится диффузионное смешивание. В смесителях непрерывного действия, изза сравнительно недолгого времени нахождения материала в активной зоне смешивания, в основном преобладает конвективный механизм смешивания. Поэтому скорость смешивания и качество готовой смеси будут зависеть от характера подачи исходных компонентов и от конструктивных особенностей аппарата. Основные девять проблем в области создания смесительного оборудования рассмотрены в статье профессора Ю. И. Макарова. Решение поставленных задач может быть достигнуто совершенствованием рабочих органов смесителей путем введения в их структуру считывающих блоков, позволяющих мониторировать, отслеживать и влиять на равномерность смесеприготовительного процесса. Обоснование выбора объекта исследования.