Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

“ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ СТРІЧКОПРОВІДНИХ СИСТЕМ

РОТАЦІЙНИХ МАШИН

Хмельницька Ірина Миколаївна

УДК 681.5.015+62.52

01.05.02 - математичне моделювання

та обчислювальні методи

Львів - 2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Українській академії друкарства Міністерства освіти і науки України, м. Львів

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Дурняк Богдан Васильович,

Українська академія друкарства,

завідувач кафедри “Автоматизації та комп'ютерних технологій”

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Матвійчук Ярослав Миколайович,

Національний університет

“Львівська політехніка”,

професор кафедри “Теоретична радіотехніка і радіовимірювання”

доктор технічних наук, професор

Пальчевський Богдан Олексійович,

Луцький державний технічний університет,

завідувач кафедри “Пакування і автоматизації виробничих процесів”

Провідна установа: Державний науково-дослідний інститут інформаційної інфраструктури

Міністерства транспорту і зв'язку України та НАН України, відділ інформаційних технологій і систем, м. Львів

Захист відбудеться 1 березня 2007 р. о 1400 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.05 у Національному університеті "Львівська політехніка" (79013, Львів-13, вул. С.Бандери,12).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету "Львівська політехніка" (79013, Львів, вул. Професорська,1)

Автореферат розісланий 30 січня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, доктор технічних наук, професор Бунь Р.А.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

моделювання ротаційний друкарський машина

Актуальність теми. Стрічкопровідні системи широко застосовуються у папероробній, текстильній, хімічній, поліграфічній та інших галузях промисловості для пакування твердих, м'яких, сипучих, рідких виробів, тощо. Такі лінії, машини та апарати є ротаційного типу, завдяки чому мають просту конструкцію і будуються як багатосекційні машини. При русі на стрічковому матеріалі послідовно виконуються різні технологічні операції, тому стрічкопровідна система є складним, багатовимірним, багатоканальним, із взаємними зв'язками, об'єктом керування.

Різке зростання вимог на ринку конкуруючих технологій, матеріалів і готової продукції ставить нову задачу підвищення робочих швидкостей машини, вимог до якості готової продукції та створили науково-технічну проблему підвищення ефективності існуючих і розроблення нових ефективних систем автоматичного управління стрічкопровідними системами.

Існуючі моделі стрічкопровідних систем побудовані при певних припущеннях, тому є неповними, особливо для прецизійних стрічкопровідних систем при описі зміщення технологічних операцій, виконаних на стрічці на різних технологічних секціях.

Відсутність точних математичних моделей унеможливлює створення нових ефективних систем керування і розрахунку оптимальних параметрів, проведення порівняльного аналізу та оцінки ефективності існуючих систем автоматичного керування, їх вибір та налагодження, що погіршує якість продукції та веде до зменшення робочих швидкостей машини. Тому задача моделювання стрічкопровідних систем та синтезу систем керування ними для забезпечення ефективності ротаційних друкарських машин є актуальною, має наукове і практичне значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася, як складова частина досліджень, що проводилися в Українській академії друкарства (УАД) згідно угоди №491-2004, РК 0105V000922 на тему “Розробка базових компонентів інформаційної технології захисту зображень бланків цінних паперів на основі нейромережі” (2004 - 2005рр.), в якій автором розроблено математичні моделі прецизійних систем суміщення фарб, а також науково-дослідних робіт УАД в рамках наукового напряму кафедри “Автоматизації та комп'ютерних технологій” “Моделювання, аналіз та синтез технологічних процесів і систем на базі інформаційних технологій”, де автором розроблено методи моделювання та комп'ютерного симулювання стрічкопровідних систем.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є розроблення математичних моделей, відповідних засобів моделювання стрічкопровідних систем і синтез систем керування ними для забезпечення підвищення ефективності ротаційних машин, ліній та апаратів.

Для досягнення мети розв'язано такі задачі:

– проаналізовано математичні моделі видовження і натягу ділянки рухомої стрічки;

– розроблено математичні моделі окремих елементів, пристроїв і стрічкопровідної системи, досліджено вплив параметрів на видовження та натяг стрічки на ділянках;

– побудовано моделі зміщення фарб на ротаційних друкарських машинах, досліджено вплив параметрів і регулюючої дії на зміщення фарб;

– розроблено математичні моделі зміщення фарб як багатовимірного багатоканального об'єкту регулювання;

– синтезовано автономну багатовимірну багатоканальну систему автоматичного керування суміщенням фарб;

– розроблено програмні засоби для моделювання стрічкопровідних систем.

Об'єкт дослідження - стрічкопровідні системи ротаційних машин і ліній.

Предмет дослідження - математичні моделі стрічкопровідних систем та синтез систем управління ними.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на використанні основних положень математичного моделювання і теорії автоматичного керування. Методи прикладного програмування використані для програмної реалізації побудованих моделей стрічкопровідних систем. Щоб підтвердити достовірність теоретичних досліджень використано методи комп'ютерного та фізичного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. В роботі на основі виконаних досліджень розв'язано нову науково-технічну задачу створення математичних моделей стрічкопровідних систем і синтезу багатовимірних багатоканальних систем автоматичного керування суміщенням фарб на ротаційних друкарських машинах. При цьому отримано такі нові наукові результати:

1. Вперше розроблено і обґрунтовано новий метод моделювання стрічкопровідних систем, який описує динаміку стрічкопровідних систем рулонних ротаційних машин і ліній на підставі інтегрування приросту швидкості стрічки на обмеженому інтервалі часу, що дозволяє більш повно і адекватно їх описувати, порівняно з існуючими моделями.

2. Удосконалено математичні моделі стрічкопровідних систем та їх структурні схеми, шляхом врахування впливу окремих параметрів на динаміку видовження, натягу стрічки та точність виконання технологічних операцій.

3. Отримало подальший розвиток моделювання прецизійних стрічкопровідних систем та їх представлення у вигляді структурних схем, які є зручні для цифрового моделювання в пакеті MATLAB-Simulink і дозволяють розв'язувати практичні задачі їх аналізу та синтезу.

4. Удосконалено моделі регулювання зміщення фарб на рулонних друкарських машинах шляхом виділення власних та взаємних передавальних функцій і подання їх як багатовимірного багатоканального об'єкту регулювання із взаємними зв'язками та побудовано його структурну схему.

5. Вперше синтезовано автономну багатовимірну багатоканальну систему автоматичного керування суміщенням фарб на рулонних друкарських машинах та побудовано структурну схему, яка забезпечує роздільне управління окремими каналами системи.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено метод, математичні моделі, їх структурні схеми та відповідні програмні засоби моделювання стрічкопровідних систем, що забезпечують:

· дослідження динаміки стрічкопровідних систем при наявності збурень і регулюючих впливів в пакеті MATLAB-Simulink;

· вибір оптимальних параметрів елементів стрічкопровідної системи;

· встановлення допуску на точність виготовлення діаметрів циліндрів та випередження швидкості;

· синтез ефективної автономної багатовимірної системи автоматичного управління суміщенням фарб;

· вибір оптимальних параметрів налагодження існуючих систем автоматичного управління стрічкопровідними системами;

· підвищення ефективності роботи ротаційних машин, ліній та апаратів.

Запропоновані теоретичні засади побудови математичних моделей стрічкопровідних систем доцільно використовувати під час викладання відповідних дисциплін у вищих навчальних закладах відповідного профілю. Створені моделі, структурні схеми і програмні засоби придатні для використання в науково-дослідних інститутах та проектних організаціях для синтезу стрічкопровідних систем, проектування та експлуатації ротаційних машин, ліній та апаратів. Здійснено впровадження результатів роботи при розробці системи автоматичного регулювання натягу у ВАТ “УкрНДІСВД” (м. Київ), використано для налагодження існуючих систем суміщення фарб на Поліграфічному комбінаті “Україна” (м. Київ), а також використано в навчальному процесі Української академії друкарства.

Обґрунтованість і вірогідність роботи. Розроблений метод моделювання, моделі стрічкопровідних систем та розв'язок задачі синтезу автономної багатовимірної багатоканальної системи автоматичного керування суміщенням фарб використовують фундаментальні закони механіки, теорію автоматичного керування та математичне моделювання. При опрацюванні методу моделювання і аналізу стрічкопровідних систем сформульовані чіткі припущення та обґрунтування.

Вірогідність основних наукових положень та отриманих результатів забезпечується коректністю формулювання розглянутих задач, чіткістю прийнятих припущень, строгістю адекватного математичного апарату, апробованими методами аналізу та синтезу теорії управління. Для верифікації результатів, отриманих за допомогою розроблених методів та моделей стрічкопровідних систем використані результати цифрового моделювання та результати експериментальних досліджень.

Особистий внесок здобувача. Всі ідеї, положення та програмні засоби, що складають зміст дисертаційної роботи, запропоновані та опрацьовані автором дисертаційної роботи самостійно. За результатами наукових досліджень по темі дисертаційної роботи опубліковано 10 одноосібних праць. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачеві належить: [5, 12] - розробка математичних моделей, [8] - запропоновано новий підхід до опису ділянки із підпружиненим валиком, [11] - структурна схема моделі зміщення фарб на рулонних друкарських машинах.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на 11-й міжнародній конференції по автоматичному управлінню “Автоматика-2004” (м. Київ), 3-й наук.-техн. конференції ст. і асп. “Друкарство молоде” (м. Київ), 5-й міжнародній конференція з інформаційних технологій друкарства “Друкотехн-2004” (м. Львів).

Публікації. За темою роботи опубліковано 14 наукових праць: в тому числі 11 статей у наукових фахових виданнях, тези трьох доповідей на конференціях; кількість одноосібних праць - 10.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 110 найменувань та 3 додатків. Загальний об'єм роботи 188 сторінок. Основний зміст роботи викладено на 148 сторінках. Робота містить 62 рисунки, 4 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ містить обґрунтування актуальності теми, формулювання мети і задачі дослідження, опис основних наукових результатів, їх новизни, вірогідності та практичної цінності. Наведено відомості про публікації, впровадження, апробацію і структуру роботи.

У першому розділі здійснено огляд і аналіз публікацій, що стосуються розвитку та стану моделювання стрічкопровідних систем, які широко застосовуються на сучасних лініях, машинах і апаратах у різних галузях промисловості. Основним об'єктом обробки та управління є рухомий стрічковий матеріал, на якому послідовно виконуються різні технологічні операції. Доведено, що існуючі моделі стрічкопровідних систем побудовані при певних припущеннях, є неповними в сенсі опису їх, як об'єкту регулювання, що обмежує їхні можливості та унеможливлює розробку ефективних систем автоматичного управління ними.

Застосування класичних методів прикладної математики не є найкращим для побудови моделей стрічкопровідних систем, вимагає розв'язку послідовно складених диференціальних рівнянь, є трудомістким і незручним. Тому при моделюванні застосовано операторну форму запису диференціальних рівнянь, передавальні функції і структурні схеми моделей, які спрощують аналіз, є наочні, зручні для цифрового моделювання та легко адаптуються до симулювання в одному із найбільш популярних для моделювання динамічних систем програмному пакеті MATLAB-Simulink.

У другому розділі обґрунтовано новий метод моделювання стрічкопровідних систем, який ґрунтується на засадах інтегрування приросту швидкості стрічки на обмеженому інтервалі часу.

При побудові математичної моделі зроблено такі основні припущення:

- швидкість другої стрічкопровідної пари циліндрів є більша за швидкість першої (умова натягу стрічки на ділянці);

- відсутнє проковзування стрічкового матеріалу в зонах контакту ведучих пар циліндрів;

- розтяг матеріалу відбувається в межах пружної деформації, яка є лінійною;

- нехтуємо вагою стрічки та її аеродинамічними властивостями на ділянці.

Диференціальне рівняння видовження рухомої стрічки на ділянці, яке враховує процес заміщення деформованої стрічки на ділянці недеформованою, що неперервно надходить на вхід ділянки:

, (1)

де - час проходження стрічкою шляху між двома стрічкопровідними парами, , - абсолютне видовження стрічки на вході та в кінці ділянки, ,  - лінійні швидкості першої та другої стрічкопровідних пар циліндрів,  - приріст швидкості другої стрічкопровідної пари.

Побудовано перехідні характеристики видовження і натягу ділянки стрічки, які є різні для ступеневих приростів натягу та швидкості стрічки, що значно відрізняються від існуючих.

На підставі запропонованого методу побудовано математичні моделі і структурні схеми моделей основних елементів (стрічкоживильного і намотувального пристрою, ділянки з підпружиненим валиком, ділянки з обвідними валиками), виконано їх аналіз. Побудовано графічні моделі в програмному середовищі MATLAB-Simulink і здійснено цифрове моделювання основних елементів для прецизійних стрічкопровідних систем, проаналізовано їх динамічні властивості та вибрано оптимальні параметри налагодження, які показують можливості побудованих моделей та їх практичну цінність.

У третьому розділі розглянуто задачу створення математичних моделей стрічкопровідних систем на підставі запропонованого методу, що підвищує рівень адекватності моделей видовження та натягу стрічки на ділянках, виконано їх аналіз і цифрове моделювання.

Модель простої стрічкопровідної системи, що складається із послідовності стрічкопровідних циліндрів, які приводять в рух стрічковий матеріал, на підставі рівняння (1), подано у вигляді системи диференціальних рівнянь видовження стрічки на ділянці в операторній формі запису:

, (2)

де - відносне видовження стрічки на ділянці і збурення видовження на вході, - лінійна швидкість стрічки, - довжина ділянки стрічки, - оператор Лапласа, - операторне зображення інтегрування приросту швидкості стрічки на обмеженому інтервалі часу .

Припустивши, що стрічковий матеріал є пружним, для якого справедливий закон Гука, із рівняння (2) одержимо систему диференціальних рівнянь для натягу стрічки на ділянках:

, (3)

де - натяг стрічки на ділянці і збурення натягу на вході, - модуль пружності стрічки.

На підставі системи рівнянь (2) і (3) побудовано структурні схеми моделей видовження та натягу стрічки при наявності основних збурень і виконано їх аналіз. Наприклад, залежність натягу на довільній ділянці від приросту швидкості :

. (4)

Здійснено аналіз, цифрове моделювання та побудовано перехідні характеристики видовження і натягу стрічкопровідних систем при ступеневих діях приросту видовження і швидкості, які кількісно та якісно значно відрізняються від існуючих.

Побудовано моделі стрічкопровідних систем, які враховують жорсткі зв'язки між стрічкопровідними циліндрами і точність виготовлення їх діаметрів, які подані у вигляді системи диференціальних рівнянь:

, (5)

де - кутова швидкість привідного валу машини, - радіус циліндра.

На підставі системи рівнянь (5) побудовано структурні схеми моделей і виконано їх аналіз. Наприклад, залежність видовження стрічки на довільній ділянці від приросту радіуса другого циліндра :

. (6)

На рис.1. подано структурну схему моделі натягу стрічкопровідної системи для аналізу впливу точності виготовлення діаметрів циліндрів на натяг, яка є підставою для вибору допуску на точність виготовлення діаметрів стрічкопровідних циліндрів, де - відносний приріст радіуса циліндра (коефіцієнт випередження).

Результати цифрового моделювання при лінійній швидкості 10м/с у вигляді перехідних характеристик натягу стрічки на ділянках подані на рис.2.

Як видно із рис. 2, неточне виготовлення діаметра циліндра викликає усталене значення натягу на суміжній ділянці і перехідну зміну натягу на наступних ділянках.

Побудовано модель і структурну схему моделі, яка враховує випередження швидкості у стрічкопровідній системі, та виконано її аналіз. Наприклад, залежність видовження стрічки на ділянках від випередження при однакових параметрах ділянок ():

, (7)

яка є підставою для вибору потрібного випередження, щоб забезпечити гарантований натяг на всіх ділянках при наявності збурень.

Зона обробки стрічкового матеріалу, яка складається із послідовності направляючих валиків та елементарних ділянок, є складним багатовимірним об'єктом регулювання натягу із перехресними зв'язками. Побудовано модель зони обробки стрічкового матеріалу і структурну схему моделі, яку подано на рис.3.

У поданій схемі - передавальні функції елементарних ділянок і направляючих валиків:

,

де - коефіцієнт, що характеризує технологічні зміни видовження стрічки на суміжних елементарних ділянках, - коефіцієнт пропор-ціональності, що враховує силу опору технологічних навантажень, тертя в опорах валиків,  - сталі часу направляючих валиків. Коефіцієнт визначається експериментально.

Для прикладу визначимо залежності видовження стрічки на виході першої елементарної ділянки від видовження на вході для зони обробки, яка містить п'ять елементарних ділянок:

(8)

де - визначник структурної схеми моделі.

Передавальна функція зони обробки як об'єкту регулювання натягу має високий порядок і, як показало цифрове моделювання, при ступеневій управляючій дії швидкості виникають великі перепади натягу на ділянках, що може призвести до обриву стрічки, тому регулююча дія на зону не повинна бути форсованою.

У четвертому розділі розглянуто задачу побудови математичних моделей зміщення фарб на рулонних друкарських машинах і синтезу автономної багатовимірної багатоканальної системи автоматичного суміщення фарб. Запропонований метод моделювання видовження стрічки став основою для моделювання зміщення фарб.

Побудовано математичну модель зміщення фарб на суміжних друкарських секціях та встановлено залежності зміщення фарб відносно основних впливів видовження стрічки і приросту швидкості :

, (9)

де - зміщення фарб.

Результати цифрового моделювання у вигляді перехідних характеристик зміщення фарб подано на рис.4,а. Перехідна характеристика 1 - зміщення фарб в існуючій моделі при подачі на вхід ступеневого видовження стрічки , 2 і 3 - перехідні характеристики запропонованої моделі.

Як видно із рис.4,а, запропонована модель зміщення фарб (перехідна характеристика 3) суттєво відрізняється якісно і кількісно від існуючої (перехідна характеристика 1).

Побудовано модель зміщення фарб на суміжних секціях багатофарбової рулонної друкарської машини у вигляді системи диференціальних рівнянь відносно основних впливів:

(10)

де - абсолютне видовження стрічки на вході.

Побудовано структурну схему моделі і здійснено цифрове моделювання, результати якого подано на рис.4,б.

На підставі рівняння (9) побудовано модель зміщення фарб у випадку,

коли за базу відліку прийнята перша фарба. Структурна схема моделі приведена на рис.5.

Встановлено залежності зміщення фарб відносно різних впливів. Наприклад, залежність зміщення п'ятої фарби відносно першої при наявності приросту видовження стрічки на всіх входах ділянок:

(11)

На рис.6,а подано перехідні характеристики зміщення фарб на рулонній багатофарбовій друкарській машині. Досліджено вплив видовження стрічки на вході першої ділянки , на динаміку зміщення фарб відносно першої друкарської секції.

Як видно з перехідних характеристик, чим далі розміщена друкарська секція машини, тим більше зміщення фарб.

Побудовано математичні моделі зміщення фарб при регулюючих діях на стрічку, створених різними способами (поворотом формного циліндра або створена регістровим валиком). На рис.7 побудовано структурну схему моделі зміщення фарб для регулюючої дії, створеної поворотом формного циліндра.

Встановлено залежності зміщення фарб від регулюючої дії, прикладеної до різних секцій, та виконано їх аналіз. Наприклад, залежність зміщення фарб на суміжних секціях при наявності регулюючої дії на вході:

. (12)

Перехідні характеристики зміщення фарб при одиничній ступеневій регулюючій дії подано на рис.6,б. Зауважимо, що регулююча дія створена поворотом формного циліндра додатково викликає стале зміщення на наступній друкарській секції, тому обов'язково повинна компенсуватись.

В кінці розділу розглянуто задачу синтезу автономної багатовимірної системи автоматичного суміщення фарб на рулонних друкарських машинах. Для автономності системи введено додатково канали, які створюють компенсуюче управління , де - передавальна матриця компенсуючого каналу, - вектор регулюючої дії на об'єкт, який формує регулятор за принципом зворотного зв'язку за виходами. Визначена матричну передавальну функцію замкнутої системи:

, (13)

де ,  - відповідно, матричні передавальні функції об'єкта і регулятора.

Визначено передавальні функції компенсуючих каналів і побудовано структурну схему синтезованої автономної багатовимірної системи суміщення фарб на багатофарбових ротаційних друкарських машинах, яку подано на рис.8.

Структурна схема чітко відображає структуру компенсаційних каналів, що полегшує їх реалізацію. Введення компенсуючих каналів значно підвищує ефективність системи в сенсі підвищення якості друкованої продукції та зменшення кількості браку при налагодженні та пуску машини.

У додатках подано розроблені моделі стрічкопровідних систем рулонних ротаційних друкарських машин у програмному пакеті MATLAB-Simulink, які дозволяють розв'язувати практично важливі задачі аналізу впливу основних факторів, моделювати перехідні процеси в системі, вибирати оптимальні параметри окремих елементів стрічкопровідних систем, здійснювати синтез систем автоматичного управління та оцінювати їх якість.

ВИСНОВКИ

У дисертації вирішено наукову задачу побудови математичних моделей стрічкопровідних систем та синтезу автономної багатовимірної багатоканальної системи автоматичного керування суміщенням фарб, спрямовану на підвищення ефективності ротаційних ліній, машин та апаратів.

Підвищені вимоги на ринку конкуруючих технологій і готової продукції створили науково-технічну проблему підвищення ефективності існуючих і розроблення нових ротаційних ліній, машин та систем управління ними. Аналіз існуючих моделей стрічкопровідних систем показав, що вони не в повній мірі описують їх динаміку, що унеможливлює розробку ефективних систем управління ними. Тому важливою задачею є розроблення нових методів аналізу та математичного моделювання стрічкопровідних систем і підвищення рівня їх адекватності, потрібного для створення ефективних систем управління ними та налагодження існуючих.

Розроблено новий метод моделювання стрічкопровідних систем, який ґрунтується на засадах інтегрування приросту швидкості стрічки на обмеженому інтервалі часу, що підвищило рівень адекватності моделей видовження і натягу рухомої стрічки та принципово змінило моделі зміщення технологічних операцій, які виконуються на стрічці у послідовних технологічних секціях.

На підставі запропонованого методу побудовано моделі елементів стрічкопровідних систем (стрічкоживильного і намотувального пристроїв, ділянки з підпружиненим валиком, зони обробки стрічки, яка є складним об'єктом і має структуру із перехресними зворотними зв'язками), виконано їх аналіз, здійснено цифрове моделювання та вибрано оптимальні параметри окремих елементів.

Побудовано моделі стрічкопровідних систем, які враховують жорсткі зв'язки між стрічкопровідними циліндрами, точність виготовлення їх діаметрів і випередження швидкості. Доведено, що вони мають своєрідну динаміку натягу стрічки на ділянках відносно приросту швидкості стрічки. Встановлені аналітичні залежності, які є підставою для вибору точності виготовлення діаметрів циліндрів і випередження швидкості, щоб забезпечити гарантований натяг на всіх ділянках при наявності різних збурень.

На підставі запропонованого методу удосконалено моделі зміщення фарб на рулонній друкарській машині та доведено, що зміщення фарб є багатовимірним об'єктом регулювання із взаємними перехресними зв'язками і подано його передавальною матрицею, діагональні елементи якої є власні передавальні функції, а інші елементи - взаємні передавальні функції, які враховують взаємні впливи каналів управління, розроблено структурну схему об'єкту.

Синтезовано автономну багатовимірну багатоканальну систему автоматичного суміщення фарб на рулонних друкарських машинах та визначено передавальні функції компенсаційних каналів, побудовано структурну схему синтезованої системи, яка наочно відображає структуру компенсаційного каналу, що спрощує його реалізацію.

Розроблено комплекс структурних схем моделей видовження і натягу стрічкопровідних систем та їх елементів, а також зміщення фарб на рулонних друкарських машинах. На їх підставі створено програмні засоби в пакеті MATLAB-Simulink, які дають змогу ставити і розв'язувати практично важливі задачі аналізу впливу основних факторів, моделювати перехідні процеси, вибирати оптимальні параметри окремих елементів стрічкопровідних систем, оцінювати їх якість та здійснювати синтез систем автоматичного управління ними.

Результати цифрового моделювання, аналіз експериментальних досліджень, виконаних на рулонній друкарській машині, та результати впровадження підтвердили основні теоретичні положення роботи і ефективність програмних засобів.

9. Результати роботи використані у ВАТ “УкрНДІСВД” (м. Київ) при розробці систем автоматичного регулювання натягу стрічки, впровадженні на Поліграфічному комбінаті “Україна” (м. Київ) для налагодження існуючих систем суміщення фарб та в навчальний процес Української академії друкарства.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Луцків (Хмельницька) І.М. Частотні характеристики процесу зміщення фарб на друкарських машинах // Комп'ютерні технології друкарства.-№6. -Л.: УАД, 2001.-С. 353-357.

2. Луцків (Хмельницька) І.М. Комп'ютерне симулювання зміщення фарб на рулонних друкарських машинах // Комп'ютерні технології друкарства.-№7. -Л.: УАД, 2002.-С. 69-74.

3. Луцків (Хмельницька) І.М. Модель натягу стрічки в рулонних друкарських машинах з врахуванням взаємних впливів // Комп'ютерні технології друкарства.-№9. -Л.: УАД, 2002.-С. 211-217.

4. Луцків (Хмельницька) І.М. Аналіз впливу неточності виготовлення діаметрів стрічкопровідних циліндрів на натяг стрічки в рулонних ротаційних машинах // Автоматизація.-№38. -Л.: Національний університет “Львівська політехніка”, 2004.-С. 82-89.

5. Дурняк Б.В., Луцків (Хмельницька) І.М. Модель видовження рухомої стрічки в стрічкопровідних системах із випередженням швидкості ведучих пар рулонних ротаційних машин // Електроенергетичні та електромеханічні системи. Вісник Національного університету “Львівська політехніка”.-№511. -Л.: НУ “Львівська політехніка”, 2004.-С. 33-40.

6. Луцків (Хмельницька) І.М. Моделювання стрічкопровідної ділянки методом інтегрування приросту швидкості стрічки на інтервалі часу // Наукові записки Української академії друкарства.-№7. -Л.: УАД, 2004.-С. 76-82.

7. Хмельницька І. Аналіз стрічкопровідної ділянки з обвідними валиками // Комп'ютерні технології друкарства.-№12. -Л.: УАД, 2004.- С. 84-92.

8. Дурняк Б.В., Хмельницька І.М. Аналіз стрічкопровідної ділянки з підпружиненим валиком // Зб. наук. праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова.-№29. -К.: Вид-во Нац. академії наук України, 2005.-С. 191-201.

9. Хмельницька І. Зміщення фарб на багатофарбових ротаційних друкарських машинах // Комп'ютерні технології друкарства.-№13. -Л.: УАД, 2005.-С. 70-83.

10. Хмельницька І. Моделювання впливу неточності виготовлення циліндрів друкарських пар рулонних друкарських машин на зміщення фарб // Зб. наук. праць Інституту проблем моделювання в енергетиці ім. Г.Є. Пухова.-№28. -К.: Вид-во Нац. академії наук України, 2005.-С. 161-171.

11. Дурняк Б.В., Хмельницька І.М. Модель зміщення фарб на рулонних друкарських машинах із випередженням швидкості циліндрів друкарських пар // Наукові записки Української академії друкарства.-№9. -Л.: УАД, 2006.-С. 49-56.

12. Дурняк Б.В., Луцків (Хмельницька) І.М. Моделювання стрічко-провідних систем із випередженням швидкості ведучих пар ротаційних машин / “Автоматика-2004”: Матеріали 11-ї міжнародної конференції з автоматичного управління.-Т.4.-К.: Нац. університет харч. техн., 2004.-С. 41.

13. Луцків (Хмельницька) І.М. Розподіл натягу в стрічкопровідній системі / Зб. доп. 3-ї наук.-техн. конференції ст. і асп. “Друкарство молоде”. -К.: Вид-во КПІ, 2003.-С. 67-70.

14. Луцків (Хмельницька) І.М. Моделювання впливу неточності виготовлення стрічкопровідних циліндрів на динаміку стрічкопровідних систем / “Автоматика-2004”. Матеріали 11-ї міжнародної конференції з автоматичного управління.-Т.1.-К.: Нац. університет харч. техн., 2004.-С. 76.

АНОТАЦІЇ

Хмельницька І.М. Математичне моделювання стрічкопровідних систем ротаційних машин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 - математичне моделювання та обчислювальні методи. - Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2007.

У дисертаційній роботі розв'язано наукову задачу побудови математичних моделей стрічкопровідних систем та синтезу автономної багатовимірної багатоканальної системи автоматичного суміщення фарб, спрямовану на підвищення ефективності ротаційних ліній, машин та апаратів.

На підставі запропонованого і обґрунтованого методу побудовано математичні моделі стрічкопровідних систем, які враховують вплив основних збурень і параметрів, що підвищило їх рівень адекватності. Виконано аналіз моделей, здійснено цифрове моделювання та подано приклади вибору оптимальних параметрів окремих елементів. Побудовано математичні моделі зміщення фарб як багатовимірного об'єкту регулювання у вигляді матричної передавальної функції. Синтезовано автономну багатовимірну багатоканальну систему автоматичного суміщення фарб шляхом введення в систему додаткового каналу, який створює компенсуюче управління на об'єкт, що забезпечує автономне управління каналами та підвищує ефективність системи.

Ключові слова: стрічкопровідна система, видовження, натяг, зміщення фарб, модель, структурна схема, моделювання.

Хмельницкая И.Н. Математическое моделирование ленто- проводящих систем ротационных машин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.05.02 - математическое моделирование и вычислительные методы. - Национальный университет “Львовская политехника”, Львов, 2007.

В диссертационной работе решена научная задача построения математических моделей лентопроводящих систем и синтеза автономной многомерной многоканальной системы автоматического совмещения красок, направленные на повышение эффективности ротационных линий, машин и аппаратов.

Предложен и обоснован новый метод моделирования лентопроводящих систем, который основан на интегрировании приращения скорости ленты на ограниченном интервале времени, что повысило уровень адекватности моделей удлинения и натяжения ленты и принципиально изменило модели смещения технологических операций, которые выполняются на подвижной ленте на последовательных технологических секциях. На основании предложенного метода построены модели элементов лентопроводящих систем (лентопитающего и намоточного устройств, участка с подпружиненным валиком, зоны обработки ленты, которая является сложным объектом и имеет структуру с перекрестными обратными связями), выполнен их анализ, осуществлено цифровое моделирование и выбрано оптимальные параметры отдельных элементов.

Построены модели лентопроводящих систем, которые учитывают жесткие связи между лентопроводящими цилиндрами, точность изготовления их диаметров и опережения скорости. Доказано, что они имеют своеобразную динамику натяжения ленты на участках относительно приращения скорости. Установлены аналитические зависимости, которые являются основанием для выбора точности изготовления диаметров цилиндров и опережения скорости для обеспечения гарантированного натяжения на всех участках при наличии возмущений.

На основании предложенного метода усовершенствованы модели смещения красок на рулонной печатной машине и доказано, что смещение красок является многомерным объектом регуляции с взаимными перекрестными связями и подано его при помощи передаточной матрицы, диагональные элементы которой являются собственными передаточными функциями, а другие элементы - взаимными передаточными функциями, которые учитывают взаимные влияния каналов управления. Синтезирована автономная многомерная многоканальная система автоматического совмещения красок на рулонных печатных машинах и определены передаточные функции компенсационных каналов. Построена структурная схема синтезированной системы, которая отображает структуру компенсационного канала, что упрощает его реализацию.

Разработан комплекс структурных схем моделей удлинения и натяжения лентопроводящих систем и их элементов, а также смещение красок на рулонных печатных машинах. На их основании созданы программные средства в пакете MATLAB-Simulink, которые дают возможность ставить и решать практически важные задачи анализа влияния основных факторов, моделировать переходные процессы, выбирать оптимальные параметры отдельных элементов лентопроводящих систем, осуществлять синтез систем автоматического управления и оценивать их качество.

Ключевые слова: лентопроводящая система, удлинение, натяжение, смещение красок, модель, структурная схема, моделирование.

Khmelnytska I.M. Mathematical simulation of the ribbonlaing systems of rotary presses. -Manuscript.

Thesis for a candidate's degree on technical science by specialty 01.05.02 -mathematical modelling and numerical methods.- Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2007.

The scientific and technical task of construction of mathematical models of the ribbonlaing systems and synthesis of the off-line multidimensional multichannel system of automatic combination of paints is untied in dissertation work, directed on the increase of efficiency of rotary lines, machines and vehicles.

On the basis of the offered method the mathematical models of the ribbonlaing systems which take into account influencing of basic indignations and parameters are built, that promoted their level of adequacy. The analysis of models is executed, the digital design is carried out and given attach to the choice of optimum parameters of separate elements. The mathematical models of displacement of paints are built as multidimensional object of adjusting as a matrix transmission function. The off-line multidimensional multichannel system of automatic combination of paints is synthesized by introduction to the system of additional channel, which creates compensating the management on an object, which provides the independent control by ducting, that promotes efficiency of the system.

Keywords: ribbonlaing system, lengthening, drew on, displacement of paints, model, flow diagram, design.

Размещено на Allbest.ru

...