Введение к работе
Актуальность темы. Основные направления и масштабы инновационного развития науки, техники и технологий немыслимы без применения элементов и систем волоконной оптики. Два основных фактора: постоянно растущие требования к качеству оптических волокон и широкие перспективы развития, связанные с появлением новых видов волокон на основе фторидных, халькогенид-ных стекол, оптической стеклокерамики и других материалов обусловили необходимость совершенствования системы автоматического управления заключительной стадией процесса производства оптических волокон - процессом перетяжки заготовки в волоконный световод, придание ей свойств универсальности, столь необходимых в условиях различных скоростных режимов в процессе вытяжки.
В связи с изложенным, тема диссертационной работы, посвященная исследованию и разработке системы автоматического управления процессом формования оптических волокон, является весьма актуальной.
Цель работы заключалась в разработке двумерной системы автоматического управления процессом формования оптических волокон, обеспечивающей высокоточную стабилизацию диаметра и натяжения оптического волокна в процессе его выработки в условиях низко - и высокоскоростных режимов.
Для достижения поставленной цели в работе рассматриваются следующие научно-технические задачи:
разработка уточненной математической модели процесса формования оптических волокон, определением степени связности и установления рациональных входо-выходных соответствий;
разработка структуры системы управления процессом формования для низкоскоростных нестационарных режимов; разработкой алгоритма на базе модифицированного регулятора Смита при наличии транспортного запаздывания в измерениях;
разработка алгоритма адаптации к изменяющимся в ходе низкоскоростных режимов параметрам объекта управления;
разработка структуры системы управления процессом формования для высокоскоростных технологических режимов;
разработка алгоритмов управления процессом формования на основе метода корневого годографа и процедуры синтеза линейной конечномерной системы управления в пространстве состояний с желаемым распределением корней характеристического уравнения;
разработка релейного алгоритма управления заготовки относительно нагревательного устройства;
разработка функциональных и принципиальных схемных решений для реализации предложенных алгоритмов управления;
проведение теоретических и экспериментальных исследований отдельных узлов и системы в целом.
Методы исследования. В работе использованы современные математические и инструментальные методы исследований. Теоретические исследования основывались на методах современной теории автоматического управления.
Для исследования алгоритмов управления использовались методы математического моделирования в среде Matlab.
Научная новизна работы.
Путем экспериментальной идентификации получена уточненная математическая модель технологического процесса формования оптического волокна.
Разработан принцип управления многомерным процессом формования оптического волокна, обеспечивающий, как адаптацию к изменяющимся параметрам объекта управления, так и инвариантность по отношению к гармоническому возмущающему воздействию, возникающему вследствие колебаний объемного расхода стекломассы в зоне формования.
Проведена параметрическая оптимизация модифицированного регулятора Смита на основе применения интегральных квадратичных ошибок.
Для высокоскоростных режимов разработана структура системы управления и алгоритм управления процессом формования на основе метода корневого годографа и процедуры синтеза в пространстве состояний с желаемым распределением корней характеристического уравнения.
Разработаны функциональная и принципиальная схемы компьютерной системы управления процессом формования оптических волокон путем вытягивания из заготовки на базе интеллектуальных сервоприводов.
Практическая ценность работы.
Предложенные в работе алгоритмы управления и схемные решения использованы при разработке компьютерной системы автоматического управления процессом формования оптических кварцевых волокон.
Разработанные структуры и алгоритмы позволяют получать оптические волокна с более «жесткими» допусками по геометрическим параметрам.
Развиваемые в диссертации методы управления процессом формования оптических волокон путем их вытяжки из заготовки могут быть использованы для автоматизации аналогичных операций при производстве новых перспективных видов волокон, таких, как, например, фторидные, халькогенидные и другие, а также для автоматизации технологических процессов производства химических волокон, используемых в том числе и в текстильной отрасли.
Апробация работы: Материалы работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку специалистов на Международных и Всероссийских научных конференциях, совещаниях и семинарах, в том числе на Международной научно-технической конференции Прогресс (Иваново - 2008), Научно-технической конференции «Молодые ученые - развитию текстильной и легкой промышленности (Поиск - 2008), Международной научно-технической конференции «Современные технологии и оборудование текстильной промышленности (Текстиль-2008), 61 межвузовской научно-технической конференции молодых ученых и студентов «Студенты и молодые ученые КГТУ- производству» г. Кострома, конференции молодых ученных и специалистов, посвященной дню химика», проводимой в ОАО «ВНИИХТ».
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 работ, в том числе 3 в журналах ВАК.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 76 наименований. Основное содержание изложено на 134 страницах, содержит 63 рисунка и 3 таблицы.
