Введение к работе
Актуальность проблемы.. Позиционные системы управления являются наиболее эффективным средством автоматизации технологического оборудования в приборостроении. В настоящее время эти системы охватывают почти все виды металлообрабатывающего оборудования, ими оснащаются устройства газовой, плазменной и лазерной резки, а также сварки металлов. Они нашли применение в заготовительном производстве, в автоматизации штамповочных работ. Эти системы необходимы при автоматизации технологических процессов изготовления печатных плат, разводки жгутов и пайки микросхем при монтаже радиоаппаратуры. Развитие управляющих сигаем автоматизации технологического оборудования тесно связано с прогрессом микроэлектроники и цифровой вычислительной техники. Широкое внедрение дискретных методов управления привело к возникновению новых серьезных проблем в проектировании управляющих систем автоматизации технологического оборудования. Наиболее важная кз них - выбор частоты квантования, обеспечивающей, устойчивость системы. Усложнение управляемых технологических процессов, в свою очередь, потребовало большей увязки элементов автоматической системы управления с регулируемым процессом. Многообразие связей и взаимодействий между системой и технологическим процессом, дает основание рассматривать систему и управляемый объект как единую кибернетическую систему. При проектировании управляющих систем первостепенное значение приобрели вопросы согласования и увязки функционирования звеньев системы, включая ее механические, электромеханические и электронные элементы. Рассматриваемые системы автоматического управления можно отнести к кл jcy сложных управляющих систем, характеризуемых большим разнообразием связей между многочисленными элементами разной природы. Сказанное дает
-.2,-основание считать методологической основой процесса проектирования систем автоматического управления общий системный анализ и рассматривать теорию автоматического управления как объект приложения идей и методов прикладной ветви системного анализа - системотехники.
Известные специалисты в области автоматического регулирования К.Оетрем и Б.Биттенмарк предложили для совокупности формальных правил и подходов к проектированию управляющих систем термин "структуризация системы". Основная идея структуризации состоит в расчленении сложных (многомерных) практических эадач управления на упорядоченный ряд простых вадач, поддающихся формулированию и решению в рамках теории управления. Теория структуризации рассматривает два основных подхода к построению систем управления:
- "сверху-вниз" - расчленение общей задачи на цепочку простых стандартных подзадач с последовательной корректировкой и улучшением звеньев цепи;
- "снизу-вверх" - группировка простых задач и построение, из нИх общей вадачи.
Эти подходы, по существу, эквивалентны хорошо известным методам системотехники - декомпозиции и композиции модели системы и соответствующему им проектированию на микро- и макроуровнях. Таким образом, структуризацию, по существу, можно рассматривать как специализацию методов системотехники применительно к специфике автоматических систем управления. Однако, идеи структуризации не исчерпывают всего содержания вадачи . Проектирования автоматических систем управления. Спецификой этих задач ' является наличие многочисленных противоречивых требований к автоматическим системам управления и ее .элементам. Удовлетворение одних ив них ведет обычно к нарушению других. Примерами могут служить требования по точности и устойчивости системы, точности и быстродействию, устойчивости и чувствительности управления и т.п. К этому можно добавить проблему совместимости подпрограмм, а также обычные
- з -экономические ограничения.
Наиболее плодотворными в теории проектирования автоматических систем управления являются подходы, позволяющие достичь компромиссного решения при наличии большого числа противоречивых требований.
Именно этой актуальной проблеме применительно к автоматизации технологического оборудования в приборостроении и потребностью в разработке методов построения позиционных систем управления посвящена настоящая работа.
Дель работы. Целью реферируемой диссертационной работы является теоретическое обобщение и решение крупной научной и прикладной проблемы. заключающейся' в разработке методов построения позиционных систем управления при автоматизации технологического оборудования в приборостроении.
Методы исследования. В качестве методов исследования в работе используются методы общего системного анализа, теории автоматического управления, системотехники. Для решения отдельных задач применяются методы математической статистики.
Особенностью методики, применяемой в диссертации, является систематическое сочетание правил структуризации систем с классическими и имитационными методами решения экстремальных задач.
Предметом исследования являются методы построения позиционных систем управления и применения их при автоматизации технологического оборудования в приборостроении.
Научная новизна состсит в разработке методов:
выбора архитектуры сложных управляющих систем;
оптимального построения локальных микропроцессорных модулей управления координатными перемещениями;
исследования условий устойчивости систем автоматического управления;
построения высоконадежных внешних запоминающих устройств;
построения цифровых схем управлений приводами позиционных систем управления;
- построения преобразователей перемещения повышенной
точности;
- управления точностью оборудования.
Практическая ценность состоит в том, что:
синтезирована позиционная система управления технологическим оборудованием, отличающаяся высоким качеством и надежностью;
разработанная система внедрена для управления одно-, двух-и трехкоординатным оборудованием позиционного типа;
впервые в практике приборостроения внедрен ковділекс автоматического управления станком "гильотинные ножницы";
разработанные в диссертационной работе методы позволили впервые в практике приборостроения реализовать реккш управления, обеспечивающие высокую надежность внешних запоминающих устройств технологического оборудования;
впервые в отечественной практике внедрены позиционные системы управления перестановочными сканерами с высокой разрешающей способностью; приборы измерения экстремальной ошибки скорости перемещений; схемы управления, реализующие методы и программы коррекции кинематических ошибок в позиционном оборудовании;
полученный годовой экономический эффект от внедрения разработанного оборудования составил более 580 тыс.руб. ( в ценах до 1991г.).
Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на "Юбилейной научно-технической конференции ВНИИ "Альтаир", Москва, 1985г.; на XXXIV научно-технической конференции МИРЗА, Москва,1985г.;на VIII Всесоюзном объединительном семинаре "Элементы и устройства на цилиндрических магнитных доменах (НМЛ) и вертикальных блоховских линиях (ВБЛ)", Симферополь, 1987г.; на заседании Всесоюзной научно-технической школы "Перспективные разработки запоминающих устройств ЭВМ", Иркутск. 1987г.; на XVIII научно-технической конференции ВНИИ "Альтаир", Москва, 1988г.;
- б -
-на XIX научно-технической конференции НПО "Альтаир", Москва, 1991г.; на заседании Всесоюзной научно-технической школы "Устройства и системы хранения информации", Алушта, 1991г.; на научней конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов МТИ им. А.Н.Косыгина, Москва, 1991г.; на семинаре профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников аспирантов МЭИ, Москва, 1991г. Пять образцов внедренного в производство оборудования экспонировалось на ВДНХ СССР в 1976, 1978, 1982. 1989 годах . и отмечено медалями и дипломами.
Публикации. Научные и практические результаты диссертации отражены в 69 научных работах, в том числе 18 - опубликованы без соавторов. Среди научных трудов автора двадцать авторских свидетельств на изобретение и пять рукописных отчетов.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, изложенных на 321 странице машинописного текста, библиографии, включающей 173 наименования, и список используемых сокращений.