Синтез, моделі та моделювання алгоритмів мікропроцесорної системи керування електроприводом друкарських машин

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державний університет "Львівська політехніка"

УДК 510.5.52+681.62:655+621.3

Спеціальність 01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Синтез, моделі та моделювання алгоритмів мікропроцесорної системи керування електроприводом друкарських машин

Назаркевич Марія Андріївна

Львів - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автоматизації та комп'ютерних технологій Української академії друкарства Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, доцент Овсяк Володимир Казимирович, Українська академія друкарства, професор кафедри автоматизації та комп'ютерних технологій

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Синицький Лев Аронович, Львівський національний університет імені Івана Франка, професор кафедри радіофізики

- доктор технічних наук, доцент Сеньківський Всеволод Миколайович, Українська академія друкарства, завідувач кафедри прикладної математики

Провідна організація - Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури Державного комітету зв'язку та інформатизації України Національної академії наук України

Захист відбудеться "6" жовтня 2000 р. о 15.00 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.05 у Державному університеті "Львівська політехніка" за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. С. Бандери, 12.

З дисертацією можна ознайомитися в науково-технічній бібліотеці університету за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. Професорська, 1.

Автореферат розіслано "5" вересня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент С.П. Ткаченко

Анотації

Назаркевич М.А. Синтез, моделі та моделювання алгоритмів мікропроцесорної системи керування електроприводом друкарських машин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи. - Державний університет "Львівська політехніка", Львів, 2000.

Дисертаційна робота присвячена синтезу, оптимізації і дослідженню математичних моделей алгоритмів, які служать для здійснення мікропроцесорною системою керування електроприводом друкарських машин залежно від величин заданої швидкості, зворотних зв'язків за швидкістю і навантаженням, із здійсненням відбору і видачі інформації в моменти часу, обумовлені сигналами переходу через нульове значення та запуску тиристорів, що підвищує ефективність функціонування друкарських машин.

Ключові слова: математична модель, алгоритм, мікропроцесорна система, електропривод, цифрова система керування, дослідження моделі.

Назаркевич М.А. Синтез, модели и моделирование алгоритмов микропроцессорной системы управления электроприводом печатных машин. - Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук за специальностью 01.05.02 - математическое моделирование и вычислительные методы. - Государственный университет "Львовская политехника", Львов, 2000.

Диссертационная работа посвящена синтезу, оптимизации и исследованию математических моделей алгоритмов, которые служат для осуществления микропроцессорной системой управления электроприводом печатных машин в зависимости от величин заданной скорости, обратных связей за скоростью и нагрузкой, из осуществлением отбора и выдачи информации в моменты времени, обусловленные сигналами перехода через нулевое значение и запуске тиристоров, что повышает эффективность функционирования печатных машин.

Ключевые слова: математическая модель, алгоритм, микропроцессорная система, электропривод, цифровая система управления, исследование модели.

Nazarkevytch M. А. Synthes, models and modeling of algorithms jf microprocesor system of ruling the electrical devise of printing machines. - Manuscript.

The dissertation on competition for scientific degree of a candidate of engineering science on a specialization 01.05.02 - mathematical modeling and calculation methods - State university " Lviv polytecnics ", Lviv, 2000.

This thesis is about synthes, optimization and modeling of the algorithms of microprocesor system of ruling the electrical device of printing machines of the sheet and roll type. The construction of mathematical models and modeling of algorythms allowed to confirm their truth authenticity and remove algorithmical mistakes before the practical realization and approbation. The received analytical dependences of the tension of ruling from the tension of puthing the velocity, tension of recurring connections for the velocity and current, caused by the moment of time of tne transition through the zero of the network of nourishment and signals of starting the tyristors in tyristor transformation allowed to provide the stiffness of electromechanical characteristics.

From the analysis of the references is shown, that the control system of the electric drive of the printed machine should base on the closed control system. As the electric drive of the printed machine is inertial object with a changeable cyclic load, it is expedient to apply two feedback behind speed and load.

For machines of digital printing urgent there is a task of maintenance of speed of the main electric drive as the reprints derivated by an electrographics method are printed without intermediate media - photoforms. From here image influences quality of reproduction on change of a load of the main electric drive.

The worked out algorithms provide the functioning of vegemes of the work of printing machines. The developed algorithms provide operation of modes of operations of printed machines. It is a mode of preparatory operations, creation of refuelling speed, dispersal of the engine, maintenance of working speed, switching of working speeds and braking of the engine.

As a result of optimization of algorithms on a criterion of an amount of operators their amount at 4.83 of time in algorithm of adjusted operations, at 3.42 of time in algorithm of maintenance of working speed, at 4.38 in algorithm of switching of working speeds, at 2.78 in algorithm of braking is reduced.

The developed mathematical models of signals of ruling of putingin out information allowed to agree the functioning of microprocessor system with the electrical device. They are formed on the basis of program data and take info concideration the peculiarities of functioning of the number-analogical and analogy-number transformers.

The synthes of algorythms of functionning regemes of the work of the printing machines was carried out according to theory of algebra of the algorythms-sequences, taking info account the pealiarities of functioning of sheet and roll printing machines and numbered systems of ruling.

The optimization of algorithms was carried out according to the criteria of the quanfity of operators.

The construction of mathematical models was conducted in the measures of the theory of algebra of algorythms-sequenses. Modeling and researching of mathematical models was done on the basis of a method of mathematical induction, in the result of which the fruth of the algorythms is set up.

The mathematical simulation is executed and on the basis of a method of a mathematical induction the established reliability of algorithms of preparatory operations, creation of refuelling speed, dispersal of the engine, maintenance of speed, switching of working speeds and braking of the engine, which has supplied validation their operation even to practical realization and approbation.

The applied mathematical models of signals of management of the system of input - conclusion for want of to operation of the microprocessor system of management have confirmed theoretical results about reliability of their operation.

The constructed microprocessor system of management, in which program also is hardware realized and approbation mathematical models of algorithms. The executed verification of scientific results, which introduced on production and in educational process. On the basis of the executed researches the developed methodical instructions.

The application package is developed has allowed to conduct accounts of the function of escalating of power of management for different significances of loads.

Programs for operation of the engine in a mode of preparatory operations, dispersal of the engine, creation of refuelling speed, operation of the engine in a mode of the task of speed, braking of the engine also are developed.

Keywords: a mathematical model, algorithm, microprocessor system, electric drive, digital control system, research of a model.

Загальна характеристика роботи

Актуальність проблеми. Математичне моделювання та обчислювальні методи широко застосовуються в практиці досліджень різноманітних явищ та процесів друкарства і спрямовані на розв'язання як фундаментальних так і прикладних задач.

Вдосконаленням відомих та розробкою покращених нових математичних моделей алгоритмів, оптимізацією за вибраними критеріями, моделюванням з метою виявлення та виправлення допущених при синтезі алгоритмів помилок, їх реалізацією та впровадженням в цифрових системах керування друкарських машин в цілому та їх окремих вузлах, зокрема електроприводі, забезпечує автоматизацію процесу налагодження машин на випуск нової продукції, вивід на робочу швидкість за оптимальний час, переключення робочих швидкостей, зменшення апаратурних і програмних затрат, автоматичне виконання кольороподілу і виготовлення електронної друкарської форми, збільшує оперативність випуску друкованої продукції, а тим самим підвищує ефективність роботи друкарських машин.

На сьогодні, крім розповсюдженого офсетного друку, широкого розвитку в галузі поліграфії набуває розвиток друкарських машин для оперативного випуску малих накладів. Перспективним стає цифровий друк, оскільки при такому друці скорочується час на його підготовлення, а сам процес друку забирає менше часу, ніж підготування до нього. Для реалізації такого друку необхідно впроваджувати цифрові технології у керування друкарською машиною.

Однак для ефективного мікропроцесорного керування електроприводом друкарських машин крім традиційної синхронізації його функціонування з частотою мережі живлення потрібно враховувати додаткові сигнали відбору і видачі інформації, яка повинна обчислюватися за відповідними аналітичними залежностями, що впливає на алгоритми керування режимами функціонування друкарських машин.

Підвищення ефективності функціонування друкарської машини досягається шляхом застосування оптимізованих та досліджених на вірогідність алгоритмів. Звідси синтез, оптимізація, побудова моделей і моделювання алгоритмів керування режимами роботи електропривода друкарської машини з відбором інформації в моменти часу, які залежать від частоти мережі живлення і часу приходу імпульсів запуску із забезпеченням жорстких механічних характеристик електропривода, що підвищувало б ефективність функціонування друкарських машин, є актуальною науковою задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Роботу виконано в рамках науково-технічних досліджень, які проводяться на кафедрі автоматизації та комп'ютерних технологій Української академії друкарства Міністерства освіти і науки України.

Мета роботи та основні задачі дослідження Метою роботи є синтез, оптимізація, побудова математичних моделей і моделювання алгоритмів на основі теорії алгебри алгоритмів-секвенцій, які б підвищували ефективність функціонування систем керування друкарських машин. Для досягнення мети роботи необхідно вирішити такі задачі:

аналізом літературних джерел виявити і дослідити моделі на яких базуються системи керування електропривода сучасних друкарських машин та встановити недоліки цих моделей;

синтезувати, оптимізувати за кількістю операторів, побудувати математичні моделі і виконати математичне моделювання алгоритмів для здійснення мікропроцесорною системою керування електроприводом друкарських машин в залежності від величин заданої швидкості, зворотних зв'язків за швидкістю і навантаженням, із здійсненням відбору і видачі інформації в моменти часу, обумовлені сигналами переходу через нуль та запуску тиристорів у тиристорному перетворювачі;

програмно-апаратурно реалізувати та здійснити практичну апробацію математичних моделей алгоритмів мікропроцесорної системи керування електроприводом.

Загальні методи дослідження. Для створення математичних моделей алгоритмів застосовано теорію алгоритмів. Дослідження математичних моделей проводилися засобами алгебри впорядкувань на основі методу математичної індукції. Апаратурне керування виконано методами проектування комп'ютерної та мікропроцесорної техніки. Застосовано теорію автоматичного керування при проектуванні та налагоджуванні апаратурної частини. Застосовано теорію електротехніки та автоматизованого електропривода при дослідженні об'єкта керування.

Наукова новизна роботи

1. Встановлено аналітичні вирази для обчислення напруги керування з врахуванням відбору і видачі інформації в моменти часу, які залежать від частоти в мережі живлення і, на відміну від інших, враховують імпульси запуску тиристорів, реалізація яких у мікропроцесорній системі керування забезпечила жорсткість електромеханічних характеристик електропривода.

2. Синтезовано алгоритми налагоджувальних операцій, формування заправної швидкості, розгону двигуна, переключення робочих швидкостей, гальмування двигуна, які враховують встановлені аналітичні залежності, та оптимізовано ці алгоритми за кількістю операторів.

3. Побудовано математичні моделі і на основі методу математичної індукції виконано моделювання алгоритмів налагоджувальних операцій, формування заправної швидкості, розгону двигуна, підтримання швидкості, переключення робочих швидкостей, гальмування, чим встановлено їх вірогідність, а тим самим забезпечена перевірка їх правильності ще до практичної реалізації та апробації.

4. Синтезовано та оптимізовано за кількістю операторів загальний алгоритм функціонування мікропроцесорної системи за модульним принципом, який забезпечує роботу друкарської машини в шести традиційних режимах на основі цифрового керування.

5. Розроблено математичні моделі сигналів керування системи введення - виведення, які формуються на базі створеного програмного забезпечення і враховують особливості функціонування елементної бази та узгоджують функціонування мікропроцесорної системи з електроприводом.

Практичне значення одержаних результатів

- спроектовано, реалізовано і впроваджено в навчальний процес мікропроцесорну систему керування електроприводом друкарської машини;

- на основі мікропроцесорної системи розроблено експериментальний стенд для проведення науково-технічних досліджень;

- розроблено пакети прикладних програм мікропроцесорного керування режимами роботи друкарської машини;

- розроблено методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дослідження цифрової системи керування електропривода друкарської машини з навчальних дисциплін: "Проектування комп'ютерних систем" і "Проектування мікропроцесорних систем".

Реалізація результатів роботи

- результати теоретичних та експериментальних досліджень впроваджено у відкритому акціонерному товаристві "Львівський автобусний завод";

- розроблені в дисертації математичні моделі впроваджено в навчальний процес в Українській академії друкарства;

- випущено методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дослідження цифрової системи керування електропривода друкарської машини для навчальних дисциплін "Проектування комп'ютерних систем" і "Проектування мікропроцесорних систем";

- реалізовано стенд для виконання вказаних лабораторних робіт;

- результати досліджень використовуються в курсовому і дипломному проектуванні та для науково-технічних досліджень в Українській академії друкарства на кафедрі автоматизації та комп'ютерних технологій.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що всі положення, які становлять суть дисертації, були сформульовані та вирішені самостійно. У публікаціях, які написано у співавторстві, здобувачу належить: [3] - синтез, оптимізація основного алгоритму роботи мікропроцесорної системи та дослідження алгоритму розгону двигуна; [8] - проектування мікропроцесорної системи керування; [9] - розроблення функціональної схеми мікропроцесорної системи, принципової схеми пульта керування та автоматичний режим роботи мікропроцесорної системи; [11] - аналіз відомих алгоритмів систем керування друкарських машин; [16] - побудова математичної моделі алгоритму автоматичного гальмування.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались і обговорювались на: 1. Всеукраїнській науковій конференції "Розробка та застосування математичних методів у науково-технічних дослідженнях", присвяченій 70-річчю від дня народження професора П.С. Казімірського, м. Львів, 1995 р.; 2. Міжнародній конференції "Комп'ютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи "Друкотехн-96" (м. Львів, 1996); 3. Третій Всеукраїнській міжнародній конференції "Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів Signal Image Processing and Pattern Recognition" УкрОБРАЗ-96 (м. Київ, 1996); 4. Четвертій конференції "Автоматика - 97" м. Черкаси, 1997 р.; 5. II Міжнародній науково-технічній конференції "Математичне моделювання в електротехніці та електроенергетиці" (м. Львів, "Львівська політехніка", 1997 р); 6. Звітних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, наукових працівників і аспірантів Української академії друкарства м. Львів, 1995 - 2000 рр.; 7. III Міжнародній виставці "Світ друку-98", м. Львів; 8. Конференції "Комп'ютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи "Друкотехн-98" (м. Львів, 1998).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 17 праць, з яких 12 - одноосібних, у т. ч. 9 - наукових статей у фахових виданнях, тези 7 доповідей, та методичні вказівки.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та додатків. Матеріал викладений на 205 сторінках машинописного тексту, який містить 30 рисунків та 6 таблиць, у бібліографії наведено 134 найменування літературних джерел на 12 сторінках і 5 додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, визначено основні задачі та методи дослідження, показано наукову новизну і практичну цінність наукових результатів. Висвітлено питання реалізації, апробації та впровадження наукових результатів.

У першому розділі розглянуто тенденції розвитку поліграфічного виробництва. Показано, що перспективним залишається традиційний офсетний та стрімкого розвитку набуває цифровий способи друку.

Проаналізовано традиційні режими функціонування офсетних друкарських машин стосовно головного електропривода: режим налагоджувальних операцій, режим формування заправної швидкості, режим підтримання робочих швидкостей, режим переключення робочих швидкостей та режим гальмування.

При застосуванні цифрової системи керування виявлено низку особливостей, які необхідно врахувати для безперебійного функціонування друкарської машини. Так, системи керування, які побудовані без зворотних зв'язків чи з одним зворотним зв'язком, не забезпечують жорсткості механічних характеристик. Тому застосовуємо двоконтурну систему керування із зворотними зв'язками за швидкістю та моментом двигуна.

З огляду літературних джерел, для підтримання швидкості електропривода в мікропроцесорній системі керування вказується на необхідності здійснення синхронізації мікропроцесорної системи з електроприводом при переході через нуль анодних напруг у мережі живлення. Але при застосуванні двоконтурної системи керування зі зворотними зв'язками за швидкістю та струмом синхронізація сигналу переходу через нуль анодних напруг є недостатньою.

У режимі налагоджувальних операцій мікропроцесорна система має забезпечувати малі значення швидкостей, що дорівнюють 0.1w_n (w_n - номінальна швидість електропривода), у режимі формування заправної швидкості 0.15 - 0.2 w_n. Режим гальмування повинен здійснюватися з прискоренням, яке дорівнює прискоренню в режимі налагоджувальних операцій.

Розглянуто принцип роботи, напрями розвитку машин цифрового друку. У машинах електрографічного методу відтворення зображення покращення якості відбитків можна досягти збільшенням показника точності регулювання швидкості електропривода.

Сформульовано наукову задачу дослідження, яка полягає в синтезі, оптимізації та моделюванні алгоритмів, завдяки яким підвищується ефективність функціонування друкарських машин.

Другий розділ присвячено синтезу та оптимізації структур алгоритмів за кількістю операторів для забезпечення функціонування мікропроцесорної системи керування електроприводом.

Синтез алгоритмів проводиться у два етапи. На першому етапі синтезуються секвенції, а на другому синтезуються елімінування.

Для забезпечення жорсткості електромеханічних характеристик розробено аналітичні залежності напруги керування для цифрових систем керування. Якщо U_v(t) - напруга зворотного зв'язку за швидкістю, для мікропроцесорної системи вона є вхідною напругою; U_m(t) - напруга зворотного зв'язку за струмом, яка пропорційна моменту чи навантаженню, прикладеному на валі двигуна; U_k(t) - напруга керування, яку відпрацьовує мікропроцесорна система; U_z - напруга задавання, яка задається користувачем; s - коефіцієнт навантаження; s_q - граничне значення навантаження, то аналітичні залежності мають вигляд:

де DU(t), DU₁(t), DU₂(t) - функції нарощування напруги; U_p - напруга первинного перетворювача при заданні швидкості; С, j - константи; D - функція наявності сигналу дозволу обчислень; n - кількість повторень програми у вітках нарощування DU₁(t), чи DU₂(t). Сигнал дозволу обчислюється виразом:

де t - поточне значення часу; V(t) - сигнал переходу через нуль мережі живлення; r - поточне значення часу при надходженні сигналу "запуск" тиристорів у тиристорному перетворювачі R(r); T - період формування сигналу U_k(t), тобто час між двома імпульсами переходу через нульове значення мережі живлення; Ъ, & - знаки логічних операцій "Або" та "І".

Структуру синтезованого алгоритму, в якій реалізуються аналітичні залежності напруги керування, описано виразом (2), де S₁ - алгоритм завантаження початкових даних; S₂ - алгоритм виведення нульових значень у вихідний канал системи керування; s₃ - змінна кількості повторень алгоритму; S₄ - блок синхронізації системи керування електропривода з мережею живлення; S₅ - алгоритм введення аналогового сигналу напруги, пропорційного швидкості обертання двигуна; S₆ - алгоритм часових затримок; S₇ - перетворення введеного аналогового сигналу в цифрову форму; S₈ - алгоритм введення аналогового сигналу напруги, яка пропорційна моменту навантаження; S₉ - алгоритм накладання масок; S₁₀¹, S₁₀², S₁₀³, S₁₀⁴ - формування аналітичних залежностей напруги керування; S₁₁ - алгоритм підрахунку відхилення між напругою завдання та напругою зворотного зв'язку; S₁₂ - алгоритм виведення опрацьованого цифрового коду у вихідний канал системи керування з перетворенням його в аналоговий сигнал додатної чи від'ємної полярності; V - ознака кінця алгоритму.

У першій зліва секвенції формули (2) виконуються алгоритми S₁ - S₉, далі опрацьовується мікропроцесором алгоритм S₁₀¹, у якому реалізується функція нарощування DU₁(t), оскільки напруга перетворювача заданої швидкості U_p є більшою за напругу зворотного зв'язку за швидкістю на величину С:

DU(t) = D Ч----DU₁(t), якщо |Up - Uv (t)| < C .

У цьому ж алгоритмі функції нарощування присвоюється додатний знак, оскільки j = 2 та відбувається сумування з напругою задання:



На основі властивостей операцій алгебри алгоритмів-секвенцій виконано оптимізацію структури за кількістю операторів.

Також синтезовано і оптимізовано алгоритми налагоджувальних операцій, формування заправної швидкості, підтримання швидкості, переключення робочих швидкостей, гальмування двигуна. Результати оптимізації за критерієм кількості операторів наведено в табл. 1.

У третьому розділі описана побудова та дослідження математичних моделей алгоритмів налагоджувальних операцій, формування заправної швидкості, розгону двигуна, підтримання робочих швидкостей, переключення робочих швидкостей, гальмування двигуна. Математична модель структури алгоритму будується шляхом заміни його змінних операторів термінальними і заданням області визначення для змінних та області значень для термінальних операторів.

Теорема 1. Структура алгоритму часової затримки має модель.

Доведення виконуємо побудовою математичної моделі.

У моделі алгоритму часової затримки R(r_d, c₀) - оператор завантаження константи c0 у регістр старших розрядів r_d; R(r_a, c₁) - оператор завантаження константи c1 у регістр молодших розрядів r_a; B(r_a', c₂, r_a), B(r_d', c₂, r_d) - оператори обчислення різниці між r_a і c₂ та r_d і c₂ із наступним завантаженням в r_a' та r_d' ; ur_a', ur_d' - умови нульових значень r_a' та r_d'.

Таблиця 1. Результати оптимізації

Назва алгоритму	К-сть операторів до оптимізації	К-сть операторів після оптимізації	Зменшення операторів, разів алгоритм
Алгоритм налагоджувальних операцій	58 22 21,4% 1,27	12 22 21,4% 1,27	4.83
Алгоритм формування заправної швидкості	17	17	1
Алгоритм розгону двигуна	10	10	1
Алгоритм підтримання швидкості	48	14	3.42
Алгоритм переключення робочих швидкостей 33 72,5% 3,6	79 120	18	4.38
Алгоритм гальмування	25	9	2.78
Загальний алгоритм функціонування друкарської машини	100	14	7.14

Моделювання алгоритму проводиться підстановкою значень змінних, враховуючи їх черговість, яка описана в областях визначення та значень операторів. Дослідження моделі проводиться методом математичної індукції. Результатом дослідження є встановлення вірогідності моделі. Вірогідною є така модель алгоритму, для якої в результаті моделювання встановлено відповідність обчислених значень термінальних операторів значенням їх області значень.

Теорема 2. Модель алгоритму часової затримки є вірогідна.

Доведення. Для початкових значень змінних ra та rd, підставивши їх у формулу (4) і виконавши термінальні оператори та операції елімінування, отримаємо:

Отримані значення операторів належать заданим областям, тому для початкових значень модель є вірогідна.

Допустимо, що вона є такою для початкового значення змінної r_d та якого-небудь i-го значення змінної r_a . Тепер встановимо її вірогідність для (i+1)-го значення. Зробивши підстановку та опустивши оператори завантаження константи R(r_d, c₀), R(r_a, c₁), маємо:

Змінні приймають такі значення:

а оператор обчислення різниці B(r_a', 1, r_a) О Q₃. Тому модель є вірогідною для будь-якого значення змінної r_a .

Далі, із припущення вірогідності для будь-якого j-го значення змінної rd встановлюється вірогідність моделі для (j + 1) значення. Так досліджується вірогідність при початковому значенні змінної r_a, потім із припущення її вірогідності для якого-небудь i-го значення змінної r_a, та встановлюється вірогідність формули при (i + 1) значенні змінної r_a. Підставивши у вираз (4)

rd = j + 1, ra = i + 1

та опустивши оператори завантаження констант R(r_d, c₀), R(r_a, c₁), отримаємо:



Змінні приймають такі значення:

а оператори обчислення різниці

Отже, усі значення операторів та змінних належать встановленим областям визначення та значень у вказаному порядку. Модель вірогідна.

Розроблено математичні моделі сигналів керування для забезпечення функціонування системи керування введенням - виведенням інформації, яка узгоджує функціонування мікропроцесорної системи з електроприводом.

Четвертий розділ. Синтезовані, оптимізовані та досліджені алгоритми апаратурно і програмно реалізовано в мікропроцесорній системі керування електроприводом. Встановлені аналітичні залежності напруги керування реалізовано в мікропроцесорній системі.

Мікропроцесорна система керування МПСК регулює швидкість двигуна постійного струму. На керований перетворювач КП надходить сигнал керування двигуном. Двигун відпрацьовує його і в коло зворотного зв'язку за швидкістю на систему керування введенням-виведенням СКВВ надходить напруга зворотного зв'язку. Аналогічно у колі зворотного зв'язку за струмом на СКВВ - напруга U_m. Напруга задавання Uz формується МПСК. Значення напруги задавання у вигляді цифрових кодів задаються у мікропроцесор. Сигнал керування U_к формується МПСК за аналітичними залежностями. Сигнали переходу через нульове значення мережі живлення - V(t) та запуску тиристорів у тиристорному перетворювачі - R(r) надходять у систему керування введенням-виведенням.

Розроблений пакет прикладних програм дозволив провести розрахунки функції нарощування напруги керування для різних значень навантажень.

На основі математичних моделей створено програмне забезпечення, яке реалізоване мікропроцесорною системою керування електропривода постійного струму.

Основні результати роботи та висновки

алгоритм керування друкарський електропривід

У дисертаційній роботі розв'язано наукову задачу синтезу, оптимізації побудови моделей та моделювання алгоритмів мікропроцесорної системи керування електропривода друкарських машин, встановлено аналітичні залежності напруги керування із відбором інформації в обумовлені моменти часу сигналами переходу через нуль анодних гармонік мережі живлення та кута відкривання тиристорів у тиристорному перетворювачі, що забезпечує підвищення ефективності функціонування машин офсетного та цифрового друку.

При цьому отримано такі результати:

1. Обґрунтований вибір алгебри алгоритмів-секвенцій як апарату для аналітичного синтезу, оптимізації за кількістю операторів та дослідження алгоритмів мікропроцесорної системи керування електропривода.

2. Встановлено аналітичні залежності напруги керування двигуна як функції від швидкості обертання та величини навантаження при наявності сигналів переходу через нульове значення у мережі живлення та появи сигналу запуску тиристорів у тиристорному перетворювачі електропривода з відбором інформації в певні моменти часу, що забезпечило жорсткість електромеханічних характеристик.

3. Синтезовано, оптимізовано за кількістю операторів, побудовано математичні моделі та здійснено математичне моделювання алгоритмів налагоджувальних операцій, формування заправної швидкості, розгону двигуна, підтримання швидкості, переключення робочих швидкостей і гальмування двигуна мікропроцесорної системи керування режимами, що підвищує ефективність роботи друкарської машини як аркушевого, так і рулонного типів.

Результатами оптимізації є зменшення кількості операторів для алгоритмів: налагоджувальних операцій в 4.83 рази, підтримання швидкості в 3.42 рази, переключення робочих швидкостей у 4.38 рази, гальмування в 2.78 раза.

4. Синтезовано загальний алгоритм функціонування системи керування, який побудований за модульним принципом і забезпечує роботу друкарської машини в шести режимах на основі цифрового керування. Результатом оптимізації є зменшення кількості операторів у 7.14 рази.

5. Виконано математичне моделювання та на основі методу математичної індукції встановлено вірогідність алгоритмів налагоджувальних операцій, формування заправної швидкості, розгону двигуна, підтримання швидкості, переключення робочих швидкостей і гальмування двигуна, що забезпечило перевірку правильності їх функціонування ще до практичної реалізації й апробації.

6. Математичними моделями сигналів керування системи введення- виведення, які формуються на базі програмних даних і враховують особливості функціонування цифро-аналогових та аналого-цифрових перетворювачів узгоджено функціонування мікропроцесорної системи з електроприводом.

7. Побудовано мікропроцесорну систему керування, в якій програмно та апаратурно реалізовано та апробовано математичні моделі алгоритмів.

8. Виконано верифікацію наукових результатів, які впроваджені на виробництві та в навчальний процес. На основі виконаних досліджень розроблено методичні вказівки.

Публікації з теми дисертаційної роботи

Возна М. Формування закону керування, математичні моделі алгоритмів роботи друкарської машини // Вісник Державного університету "Львівська політехніка" - № 373. - Комп'ютерні системи проектування. Теорія і практика. - Львів, 1999. - С. 22 - 31.

Возна М. Оптимізація алгоритму швидкості друкарської машини // Вісник Державного університету "Львівська політехніка". Технічні вісті, 1999. - № 1(8), 2 (9). - С. 112 - 113.

Овсяк В., Возна М. Синтез, оптимізація і дослідження математичних моделей алгоритмів керування електроприводом друкарської машини // Вісник Державного університету "Львівська політехніка". - № 364. -Прикладна математика. - Львів, 1999. - С. 105 - 110.

Возна М. Математичні моделі алгоритмів апаратурного керування МПСК двигуном постійного струму друкарської машини // Комп'ютерні технології друкарства: Зб. наук. праць. - Львів, 1999. - С. 71 - 78.

Возна М. Адаптивна мікропроцесорна система керування електроприводом друкарської машини // Комп'ютерні технології друкарства: Зб. Наук. праць. - Львів: УАД, 1998. - С. 135 - 136.

Возна М.А. Алгоритмічне і програмне забезпечення мікропроцесорної системи керування електроприводом постійного струму рулонних друкарських машин // Поліграфія і видавнича справа: Наук.-тех. збірник. - Львів: УАД. - 1997. - № 32. - С. 124 - 132.

Возна М.А. Дослідження алгоритму підтримання постійної швидкості електропривода друкарської машини // Поліграфія і видавнича справа: Наук.-тех. збірник. - Львів: УАД. - 1997. - № 33. - С.146 - 152.

Возна М., Маруняк Я. Мікропроцесорна система керування двигуном рулонних друкарських машин // Поліграфія і видавнича справа: Наук.-тех. збірник. - Львів: УАД. - 1997. - № 33. С. 133 - 139.

Возна М.А., Волощак І. А., Овсяк В.К. Мікропроцесорна система керування електроприводом друкарської машини // Поліграфія і видавнича справа: Наук.-тех. збірник. - Львів: Вища школа, 1998. -

№ 34. - С. 200 - 205.

Возна М.А. Математична модель алгоритму "поштовх вперед - поштовх назад" // Поліграфія і видавнича справа: Наук.-тех. збірник. - Львів: Вища школа, 1998. - № 34. - С. 212 - 216.

Возна М., Овсяк В. Аналіз і синтез алгоритмів систем керування електроприводом друкарських машин // Палітра друку. - 1999. - № 6. - С. 31 - 32.

Возна М. Математична модель алгоритму функціонування буферних регістрів // Комп'ютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи: Наук. праці конф. "ДРУКОТЕХН-96"; Львів, 16 - 18 жовтня 1996 року; Тези доп. - Львів: УАД, 1996. - С. 66 - 67.

Возна М. Математичні моделі алгоритмів функціонування мультиплексора і аналого-цифрового перетворювача // Комп'ютерні технології друкарства: алгоритми, сигнали, системи: Наук. праці конф. "ДРУКОТЕХН-96"; Львів, 16 - 18 жовтня 1996 року; Тези доп. - Львів: УАД, 1996. - С. 67 - 68.

Возна М. Математична модель алгоритмів тестових програм // Звітна наук.-тех. конф. проф.-викл. складу, наук. працівників і аспірантів за 1996 рік. Тези доп. - Вип. 3. - Львів: УПІ, 1997. - С. 75.

Возна М. Часові діаграми функціонування мікропроцесорної системи керування електроприводом ротаційної друкарської машини // Звітна наук.-тех. конф. проф.-викл. складу, наук. працівників і аспірантів за 1996 рік. Тези доп. - Вип. 3. - Львів: УПІ, 1997. - С. 64.

Возна М.А., Овсяк В.К. Математична модель алгоритму автоматичного гальмування електропривода друкарської машини // Тези доповіді конференції "Автоматика-97". - Черкаси: ЧІТІ, 1997. - Т. 3. - С. 15.

Возна М.А. Математична модель перетворення аналогового сигналу в системі керування електроприводом постійного струму // Звітна науково-технічна конференція за 1998 р. Тези доповідей. - Вип. 4.- Львів: УАД, 1999. - С. 123.

Проектування комп'ютерних систем. Проектування мікропроцесорних систем: Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дослідження цифрової системи керування електропривода друкарської машини / І. А. Волощак, В.К. Овсяк, Я.С. Маруняк, М.А. Назаркевич. - Львів, 1999. - 37 с.

Размещено на Allbest.ru

...