Разработка и исследование методов компьютерного моделирования систем автоматического управления натяжением нити основы на сновальных машинах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Новоселов, Константин Михайлович

• Новоселов, Константин Михайлович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Новоселов, Константин Михайлович

Введение

Оглавление

Глава 1. Натяжение нитей основы, его контроль, стабилизация и регулирование

1.1. Сущность процесса снования основных нитей и роль натяжения в этом процессе.

1.2. Влияние увеличения натяжения и неровноты пряжи на появление обрывности в процессе наматывания.

1.3. Влияние натяжения основы на ее обрывность.

1.4. Устройства и методы для измерения натяжения нитей.

1.5. Определение неровноты натяжения системы нитей в сновке путем анализа распределения их разрывных удлинений.

1.6. Оперативное, программное и централизованное у правление.

1.7. Аналитические и компьютерные методы анализа.

1.8. Определение вероятностных характеристик.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Математические и компьютерные модели натяжения нитей основы и систем контроля

2.1. Модель одной зоны МЗПУ.

2.2. Провисание продукта в зоне перемотки и большие вариации натяжения.

2.3. Разработка модели МЗПУ в переменных состояния.

2.4. Модель МЗПУ с натяжителем - компенсатором.

2.5. Влияние неровноты по линейной плотности нити на ее натяжение при перемотке.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Анализ взаимодействия факторов натяжения нитей основы с использованием компьютерных моделей

3.1. Модель натяжителя-компенсатора.

3.2.Элементы синтеза системы регулирования для двухзонного

МЗПУ с натяжителем-компенсатором.

3.3. Динамическая модель натяжителя — компенсатора.

3.4. Пример нелинейной компьютерной модели МЗПУ.

3.5. Динамическая модель сматывания нити с катушки.

3.6. Динамическая модель шайбового тормоза.

3.7. Модель рулонной паковки.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Моделирование систем управления и стабилизации натяжения

4.1. Математическая модель шайбового тормоза.

4.2. Компьютерные методы представления динамических моделей натяжения нитей.

4.3. Методы решения задач управления натяжением основы.

4.4. Моделирование системы управления натяжением материала в МЗПУ с безынерционным законом управления.

4.5. Оценка параметров системы натяжения в стационарном режиме.

4.6. Уравнение баланса.

Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование методов компьютерного моделирования систем автоматического управления натяжением нити основы на сновальных машинах»

Обеспечение стабильности натяжения основных нитей во времени по ширине сновального валика является главным условием получения качественной ткани с одинаковыми свойствами по ширине полотна. Решению задач синтеза систем автоматического управления натяжением нитей основы посвящено большое число теоретических экспериментальных работ отечественных и зарубежных ученых, научно-исследовательских организаций и фирм. Большинство разработок в этой области основано либо на накопленном практическом опыте создания этих систем, либо на классических методах теории автоматического регулирования.

Современные компьютерные методы моделирования систем позволяют подойти к решению задач синтеза систем автоматического управления без различных упрощающих предположений (например, линеаризация динамических моделей). Этот подход позволяет также учесть случайные вариации возмущающих воздействий и решать задачу синтеза комплексно с учетом большого числа влияющих факторов.

Целью диссертационной работы является разработка методов моделирования компьютерных моделей систем автоматического управления натяжением нитей основы при их намотке на партионных сновальных машинах, исследование возможностей систем автоматического управления с помощью этих моделей и разработка соответствующего программного обеспечения для решения указанных задач.

Глава 1. Натяжение нитей основы, его контроль, стабилизация и регулирование

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Новоселов, Константин Михайлович

Общие выводы по работе

1. Разработаны нелинейные одномерные математические модели МЗПУ. Предложен аналитический метод решения этих уравнений, позволивший получить в конечном виде выражения для натяжения продукта в зонах. Построены уравнения динамики перемотки в условиях возможного эффекта «провисания» продукта в зоне. Для линеаризованного вида полученных математических моделей построены их представления в форме уравнений переменных состояния.

2. На основании построенных математических моделей разработаны алгоритмы компьютерной имитации натяжения этих нитей в отдельных зонах перемотки и оценки его натяжения.

3. Получены передаточные функции МЗПУ по каналам возмущения и управления. Приведены примеры переходных режимов для этих систем и их частотных характеристик.

4. Выполнено исследование влияния значений параметров на характер переходных режимов и на вид частотных характеристик. Рассмотрено влияние неровноты по линейной плотности нити на ее натяжение при перемотке.

5. Методом статистического моделирования проведено исследование влияния статистического разброса параметров динамической системы НК на его спектрально-частотные характеристики. Установлено, что широкий диапазон разброса данных приводит к расширению АЧХ, которое может сказаться на неравномерности натяжения нитей, что необходимо учитывать при синтезе САУ натяжением нитей.

6. Установлено влияние коэффициента вариаций в параметрах демпфирования и в собственной частоте колебаний на характер спектральных свойств. В частности, увеличение коэффициента вариации с 2% до 20 % приводит к увеличению ширины спектров на 15%. При большом уровне демпфирования относительное расширение спектральных характеристик невелико, в то время как при малом коэффициенте демпфирования разброс частотных характеристик велик. Это может сказаться на неравномерности натяжения нитей, что необходимо учитывать при синтезе САУ натяжением нитей.

7. Разработана динамическая модель НК с учетом случайных вариаций их толщины, угла и радиуса огибания, коэффициента трения о направляющие поверхности, усилий нагрузки на НК и условий наматывания. Для динамической модели НК получены передаточные функции, оценены влияния коэффициентов; найдены переходные режимы и исследована их зависимость по различным каналам.

8. Впервые построена нелинейная модель сматывания нити с катушки с учетом коэффициентов трения катушки об ось и с учетом изменения коэффициентов трения в зависимости от скорости вращения.

9. Приведен пример синтеза элементов системы регулирования для двухзонного МЗПУ с НК. Синтез проводился как для статического режима, так и производился расчет динамических характеристик системы с тремя вариантами структуры управления. Построена и приведена их оценка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Новоселов, Константин Михайлович, 2010 год

1. Бегалко З.В. и Живов С.В. О расчете паковок рулонного типа , Изв. вузов. Технология текстильной пром-сти, №1, 1975.

2. Бесекерский, В. А., Попов, Е. П. Теория систем автоматического регулирования. — СПб.: Профессия, 2004. — 749 с. ISBN 5-93913-035-6.

3. Беляков Б.И., Гордеев В.А. Определение неровноты натяжения системы нитей в сновке путем анализа распределения их разрывных удлинений , Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности №3 , 1970.

4. Богуславский М.Г., Кремлевский П.П., Олейник Б.Н., Чечурина Е.Н. и др. Таблицы перевода единиц измерений, Стандартгиз, 1963.

5. Болыдев JI.H. , Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М. : Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983 -416с.

6. Быкадоров В.Р. Разработка средств контроля технологических параметров и стабилизации натяжения нитей основы на бесчелночных ткацких станках, Дисс. . канд. техн. наук. Иваново: Ивановская государственная текстильная академия. 2005.

7. Вакс Е.Э. Измерение натяжения нитей. М.: Легкая индустрия, 1966.231 с.

8. Виноградов Ю.С. Математическая статистика и ее применение к исследованиям в текстильной промышленности. М.: Изд. «Легкая индустрия», 1964.

9. Влияние конструкции нитенатяжителя на качество приготовления основ. Информация фирмы "Benninger". Текстильная пром-сть. 1976, №1.

10. Гинзбург Л.Н. , Хавкин В.П. Определение вероятностных характеристик натяжения нити при центрифугальном прядении в зависимости от вероятностных характеристик распределения массы пряжи по ее длине. Текстильная пром-сть, №4,1961. с. 16 —20.

11. Глазунов А.В. Совершенствование устройств стабилизации натяжения ткани в многовалковых машинах, Дисс. . канд. техн. наук. Иваново: Ивановская государственная текстильная академия, 2007.

12. Гордеев В.А. Динамика механизмов отпуска и натяжения основы ткацких станков. -М. Легкая Индустрия, 1965.

13. Гордеев В.А., Волков П.В. Ткачество: учебник для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 488 с.

14. Губин В.В. и др. А.С. 1567682 (СССР). Устройство для контроля обрыва параллельно расположенных нитей. Б.И.1990 г., №7.

15. Губин В.В. и др. А.С. 1727086 (СССР). Устройство для контроля непрерывности движения физического тела.

16. Губин В.В. Пат. 1710096, кл. 02Н13/24 (ФРГ).

17. Губин В.В. и др. Датчики частоты вращения для технологического оборудования. Машиностроение для легкой и пищевой промышленности и бытовых приборов. Общеотраслевые вопросы. №8. М.: ЦНИИТЭИлегпи-щемаш. 1983 г. 38 с.

18. Губин В.В. Разработка теоретических основ, структур и методов исследования систем автоматического управления натяжением основы на машинах ткацкого производства, Дисс. . д-ра техн. наук. М.: МГТУ им. А.Н. Косыгина. 2006. - 320 с.

19. Губин В.В. Электронный датчик контроля обрыва нити. М.: Текстильная промышленность, №6, 2001.

20. Дьяконов В. П., Абраменкова И. В. MATLAB. Обработка сигналов и изображений. Специальный справочник. — СПб.: «Питер», 2002. 608 с.

21. Дьяконов В. П., Круглов В. В. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник. — СПб.: «Питер», 2002. — с. 448.

22. Дьяконов В. П. MATLAB 6.5/7.0 + Simulink 5/6. Обработка сигналов и проектирование фильтров. Библиотека профессионала. — Москва.: «СОЛОН-Пресс», 2005. — с. 576.

23. Дьяконов В. П. MATLAB 6.5/7.0/7 SP1 + Simulink 5/6. Работа с изображениями и видеопотоками. Библиотека профессионала. — Москва.: «СОЛОН-Пресс», 2005. — с. 400.

24. Дьяконов В. П. MATLAB R2006/2007/2008 + Simulink 5/6/7. Основы применения. Изд-е 2-е, переработанное и дополненное. Библиотека профессионала. — Москва.: «СОЛОН-Пресс», 2008. — с. 800. — ISBN 978-5-91359-042-8

25. Ефремов Б.Д., Ефремов Е.Д. Уравнение совместного движения навоя и скала на ткацком станке с планетарным основным регулятором. -Изв. Вузов. Технология текстильной промышленности, №1, 1966, с.92-98.

26. Ефремов Е.Д. Деформация упругой системы заправки нити на ткацком станке (конспект лекций). ИвХТИ, 1979.

27. Ефремов Е.Д. О натяжении, создаваемом шайбовым тормозом нити мотальной машины М-150. Изв. вузов. Технология текстильной промети, №1, 1961.

28. Капралов В.В. Совершенствование процесса нитеподачи на многосистемных трикотажных машинах, Дисс. . канд. техн. наук. Иваново: Ивановская государственная текстильная академия. 2006.

29. Константинов Е.С. Разработка системы стабилизации натяжения транспортируемого текстильного полотна с полуприводным роликом, Дисс. . канд. техн. наук. Иваново: Ивановская государственная текстильная академия. 2007.

30. Кузина Т.А. Напряженно-деформированное состояние нитей при взаимодействии с механизмами нерегулярного нагружения. Дисс. . канд. техн. наук. Кострома: Костромской государственный технологический университет. 2007.

31. Курбатова Е.А. MATLAB 7. Самоучитель. — М.: «Диалектика», 2005, —с. 256.

32. Лившиц Н.А., Пугачев В.Н. Вероятностный анализ систем автоматического управления. Вероятностные и статистические характеристикивоздействий и процессов. Линейные стационарные и нестационарные системы. М,: Советское радио, 1963. — 896 с.

33. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники, -М.: Советское радио, 1968.-504 с.

34. Маховер В.Л. Натяжение нитей основы на стойках шлихтовальных машин, 1977. 160с., рис. В надзаг. : Иван.текстил. ин-т им. Фрунзе.

35. Мельников С.Г. Влияние натяжения основы на ее обрывность. Текстильная пром-сть, №1,1961, стр.44-45.

36. Мэтьюз Д.Г., Финк К.Д Численные методы. Использование MAT-LAB = Numerical Methods: Using MATLAB. — 3-е изд. — M.: «Вильяме», 2001. —с. 720.

37. Новоселов К.М., Севостьянов П.А. Статистическое моделирование натяжения основных нитей при сновании как объекта автоматического регулирования. — М.: Химические волокна, №2, 2008. — с. 51-52.

38. Новоселов К.М., Севостьянов П.А. Влияние неровноты по линейной плотности нити на ее натяжение при перемотке. Сборник научных трудов аспирантов МГТУ им. А.Н.Косыгина, №14, 2008.- с.98-103.

39. Новоселов К.М. Математическая модель системы упругой заправки нити на сновальной машине. Изв. вузов. Технология текстильной промышленности, № 2С. - Иваново: 2009. - с. 34-36.

40. Образовательный математический сайт http: // www.exponenta.ru / educat /class /test/hyperb/10.asp

41. Обрубов A.E. Влияние натяжения нитей в процессе их подготовки на обрывность основы на ткацком станке. М.: Текстильная пром-сть, 1954. - с.15-17.

42. Петелин Д.П. , Козлов А.Б. , Джелялов А.Р. , Шахнин В.Н. Автоматизация технологических процессов в текстильной промышленности: учеб. пособие. — М.: Легкая индустрия, 1980. — 320 с.

43. Севостьянов П.А. Компьютерное моделирование технологических систем и продуктов прядения. М.: Информ-Знание, 2006. — 448 с.

44. Севостьянов П.А. Оценка размера зоны формирования ткани. -Изв. вузов. Технология текстильной пром-сти, 1978, №2, с. 54 57.

45. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических процессов (в текстильной промышленности) : Учебник для вузов. -М.: Легкая и пищевая пром-сть. 1984.-344с.

46. Седов Л. И. Методы подобия и размерности в механике. 7 изд. -М.: 1972

47. Сигнер Б. Доклад "Ленточные сновальные машины с микропроцессорным управлением для выработки высококачественных основ из комплексных нитей". М.:Инлегмаш, Benninger А.О.

48. Терюшнов А.В. Влияние увеличения натяжения и неровноты пряжи на появление обрывности в процессе наматывания, Текстильная пром-сть, №1, 1961. с.37-38.

49. Централизованный контроль обрывов нитей на шпулярниках сновальных машин. Текстильная пром-сть. №8, 1990.

50. Шарова А.Ю. Оценка и прогнозированиене неравномерности натяжения нитей в партионном сновании и разработка мер по ее снижениию, Дисс. . канд. техн. наук. Иваново: Ивановская государственная текстильная академия. 2004.

51. Schar und Zettelgatter mit neuartigen Rolenfadenbremsen. "Melliand Textilberichte", №8, 1977.