Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОЖИДАЕМОГО ЭФФЕКТА ОТ ВНЕДРЕНИЯ САУ ПРИ ЛИНТЕРОВАНИИ ХЛОПКОВЫХ СЕМЯН

Хуайер Абдулла Фарадж 1 Растеряев Н.В. 1 Маслова Е.Е. 1 Гривенко А.В. 1
1 Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова
Проведена оценка качества регулирования процессом линтерования хлопковых семян при применении САУ с устройством, позволяющим избавиться от неоднозначности при контроле выходного технологического параметра – опушенности. Построены два варианта модели в среде MathLab Simulink для двух случаев управления: путем приложения задания по одному и по двум каналам. Оценка качества регулирования проведена по интегральному критерию качества переходного процесса, который вычислен путем численного интегрирования в среде MathCad. Приведены численные оценки уменьшения количества некондиционной продукции при автоматическом регулировании по сравнению с регулированием с применением лабораторного метода определения опушенности. Рассмотрена возможность вычисления отношения в линии обратной связи при перемене мест делимого и делителя. Сделан вывод, что эта задача требует отдельного рассмотрения.
качество регулирования
линтерование
модель
система
автоматическое управление
хлопок
семена
опушенность
1. А.с. о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015661038. Автоматизация процесса линтерования / Безуглов Д.В. [и др.]. – № 2015617672; дата регистрации 21.08.15.
2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. – СПб.: Профессия, 2003. – С. 752.
3. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. – М.: Машиностроение, 1987. – С. 606.
4. Калашникова Е.А., Газиева Р.Т., Хуайер Абдулла Фарадж САУ процессом линтерования при подготовке технических хлопковых семян // Наука в епоху дисбалансiв: сб. Мiжнародна конференцiя, 2-я часть. – Киев: Центр научных публикаций «Велес», 2016. – С. 38–40.
5. Хуайер Абдулла Фарадж, Газиева Р.Т., Маслова Е.Е., Гривенко А.В., Байдюк А.П., Безуглов Д.В. Исследование САУ линтерования хлопковых семян на управляемость и наблюдаемость // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 5–1. – С. 76–80.

В настоящее время заключительная стадия процесса первичной обработки хлопка (ПОХ) – линтерование – ведется либо без средств автоматизации, либо с весьма ограниченным применением таковых. Имеющиеся разработки, например, для мониторинга отдельных стадий (ПОХ) требуют более совершенных средств контроля и автоматизации отдельных составляющих сложного разветвленного процесса. Так для мониторинга и автоматизации процессов сушки и джинирования разработана автоматизированная система управления, которая, однако, имеет ограниченное применение вследствие трудности контроля заключительной стадии ПОХ.

Что касается этой стадии – линтерования, то к конечной продукции этого процесса предъявляются различные требования в зависимости от назначения выходного материала. Выходным контролируемым технологическим параметром на этой стадии является, как правило, опушенность. Применяемый в соответствии с ГОСТами метод требует длительного времени и для оперативного управления может быть применим только с большой задержкой. За это время при современной производительности линтерных машин (при первом линтеровании от 3500 до 5000 кг/ч) большой объем конечной продукции будет некондиционным, что ведет как к финансовым потерям, так и перерасходу ресурсов и опосредованно к ухудшению экологических показателей, нарушающих требования ГОСТов семейства ISO 14000.

Для исправления этого недостатка была разработана САУ линтерования, которая позволяет вести линтерование в автоматическом режиме.

Целью статьи является исследование процесса линтерования на качество переходного процесса при различных структурах системы автоматического управления и в сравнении с существующими вариантами управления по визуальному контролю и по данным лабораторного анализа опушенности семян лабораторным методом.

Экспериментальная часть

Согласно [4] обратная связь в САУ линтерованием представляет собой некоторую подсистему, включающую в себя два фотоэлемента и вычислительное устройство, выполняющее функцию сравнения сигналов, поступающих с чувствительных элементов, путем деления одного сигнала на другой.

Сигналы на фотоэлементы в свою очередь подаются один от эталона семян, а второй – от потока семян на выходе линтера. При этом согласно [1] отношение может вычисляться для двух случаев

huayer01.wmf (1)

где Wк – передаточная функция по каналу «выход линтера > выход контрольного преобразователя»; Wэ – передаточная функция по каналу «выходной сигнал эталона > выход эталонного преобразователя». Учитывая динамические свойства линтера и то, что фактически вычисляется отношение двух оригиналов, то это – оригиналы

huayer02.wmf и huayer03.wmf

Так как второй оригинал величина постоянная, не зависящая от контролируемого параметра, то в первом из отношений (1) ε будет описано передаточной функцией Wк.

Для этого в среде MathLab Simulink была построена модель САУ линтерования для обоих способов вычисления отношения ε при управлении, по одному и по двум входам (рис. 1).

pic_46.tif

Рис. 1. Схема модели САУ

При задании по одному входу единичная ступенька подается через блок Step. А при подаче задания по двум единичные ступеньки подаются посредством блоков Step и Step1.

В схеме модели системы присутствует звено чистого запаздывания, которое не оказывает влияния на величину отношения сигналов от эталонной пробы и от контролируемого потока, но его присутствие необходимо для транспортировки семян к контрольной камере устройства обратной связи. Это звено оказывает влияние на качество регулирования (управления), увеличивая показатели колебательности переходного процесса, что приводит к выходу некондиционной продукции.

При выбранных параметрах модели САУ получен колебательный переходной процесс, как для задания по одному входу (рис. 2), так и для подачи задания по двум входам (рис. 3).

В обоих случаях система является статической и, следовательно, имеет некоторую ошибку, которую можно определить из передаточной функции по ошибке

Фx(s) = 1 – Ф(s),

где Ф(s) – главный оператор системы или через оператор дифференцирования x(t) = Фx(s)•g(t) и сравнить ее с ошибкой без регулирования, при ручном управлении, по результатам лабораторного анализа, как это делается в настоящее время. Исходя из этих рассуждений, становится возможным оценить целесообразность введения автоматического управления линтерованием, воспользовавшись интегральным критерием качества процесса регулирования [2]

huayer04.wmf (2)

При задании по одному входу переходный процесс затухает и входит в пятипроцентную трубку допуска примерно через 180 с. Точное значение времени переходного процесса, которое использовалось в дальнейшем, было взято из опции «Workspace» среды MathLab Simulink. Численное значение приведено ниже по тексту.

pic_47.tif

Рис. 2. График переходного процесса при задающем воздействии, подаваемом на вход системы

pic_48.tif

Рис. 3. График переходного процесса при двух задающих воздействиях, подаваемых на вход системы и в цепь обратной связи

При задании и по второму входу, когда в качестве эталонной пробы выбираются семена произвольной заранее известной опушенности (рис. 1) ступеньки в блоках Step и Step1 равны по единице и, соответственно, выходная величина будет иметь значение в два раза большее, чем при управлении по одному входу со ступенчатым воздействием равным 1. Таким образом, и выходная величина на графике (рис. 3) в силу принципа суперпозиции будет иметь удвоенное значение по отношению к значению полученному на графике рис. 2.

Сравнивая полученный результат численного интегрирования кривой на рис. 2 с регулированием при лабораторном анализе даже при минимальной допустимой ошибке в 5 % опушенности и времени, затрачиваемом на проведение анализа, – 2 ч, видно, что автоматическое регулирование почти в 3 раза – 39,073 (рис. 4) против 100 отн. ед. улучшает показатель выхода кондиционного продукта.

На обоих графиках по оси ординат отложено значение съема линта в относительных единицах, что соответствует изменению опушенности Для графика на рис. 1 съем линта, равный соответствует 1,56 отн. ед. На втором графике соответственно – 3,12 отн. ед.

Численное интегрирование проведенное для случая с двумя входами (суммарное входное воздействие равно двум единицам), выполненное в среде MathCad, показано на рис. 5. Интеграл (2) на отрезке времени от начала регулирования до времени 200 с окончания переходного процесса численно равен 146,84 отн. ед.

pic_49.tif

Рис. 4. Скриншот численного интегрирования кривой переходного процесса для случая регулирования по одному входу

Значение времени окончания переходного процесса так же, как и в первом случае, определено из опции «Workspace» среды MathLab Simulink. Сравнивая полученный результат с регулированием при лабораторном анализе при ошибке в 5 % опушенности и времени, затрачиваемом на проведение анализа, – 2 ч, видно, что автоматическое регулирование более чем в 2 раза (146,8 против 360 отн. ед.) улучшает показатель выхода кондиционного продукта. В абсолютных цифрах при производительности одного линтера до 3500 кг/ч по семенам уменьшения выхода некондиционных продуктов снизится до значения не более 1600 кг при условии, что без регулирования вся партия семян становится некондиционной и требуется либо повторное линтерование, либо использование продуктов линтерования по – другому назначению.

На обоих графиках (рис. 4 и 5) синим цветом показана кривая переходного процесса полученная симулированием в среде MathLab Simulink.

pic_50.tif

Рис. 5. Скриншот численного интегрирования кривой переходного процесса для случая регулирования по двум входам

Красным цветом показана аппроксимирующая кривая, полученная в среде MathCad. Аппроксимация проводилась методом наименьших квадратов.

При перемене мест делимого и делителя в устройстве обратной связи отношение сигнала от эталона и выходной величины линтера будет выглядеть как

huayer05.wmf (3)

поскольку yэ(t) = kэОэ, где yэ – выходной сигнал преобразователя камеры с эталонным образцом; kэ – коэффициент преобразования фотоэлемента в этой камере; Оэ – опушенность эталонного образца семян, а yк(t) = L–1{X(s)·Wл(s)}, где yк – выходной сигнал линтера, то есть опушенность семян на выходе из линтера; X(s) – изображение Лапласа входного сигнала линтера; Wл(s) – передаточная функция линтера, и выражение (3) запишется как

huayer06.wmf (4)

где kк – коэффициент преобразования фотоэлемента в контрольной камере, причем kэ = kк и Ок – установившееся значение опушенности семян на выходе линтера, равное требуемому Оэ.

Тогда, если на вход линтера приложен единичный импульс δ(t), изображение которого X(s) = 1, отношение (4) будет равно

huayer07.wmf

или, учитывая, что линтер как объект управления описывается передаточной функцией huayer08.wmf, а оригинал этого изображения

huayer09.wmf

то отношение будет равно

huayer10.wmf (5)

В этом случае оригиналу (5) соответствует изображение

huayer11.wmf

где kл – передаточный коэффициент линтера по каналу управления; Т – постоянная времени линтера.

Таким образом, в системе имеется не минимально фазовое звено. В этом случае, прежде всего, требуется определить: может ли быть такая система в принципе устойчивой [3]. Если существует область устойчивости, то необходимо провести анализ условий устойчивости, т.е. определить границы возможных изменений параметров структурных блоков системы и возможности их конкретной реализации. Это отдельная задача и в этой статье она не рассматривается.

Выводы

Проведенный анализ и сравнение качества регулирования процесса на стадии линтерования показали, что использование автоматической системы позволяет уменьшить количество некондиционной продукции в 2–3 раза в зависимости от выбранного варианта задания в САУ и при производительности современных линтеров максимально может составить от примерно 1600 до 1200 кг/ч на один линтер. Качественные показатели управления улучшаются вследствие замены длительного метода определения опушенности временем транспортного запаздывания необходимого для подачи линтерованных семян под окно контрольной камеры устройства обратной связи [5].

При этом в целях повышения оперативности производства продукции требуемого качества возможно использовать эталонный образец любой опушенности, но с заранее известным коэффициентом отношения величин фото ЭДС генерируемой при отражении от семян с требуемой опушнностью и от семян используемых в качестве эталона.


Библиографическая ссылка

Хуайер Абдулла Фарадж, Растеряев Н.В., Маслова Е.Е., Гривенко А.В. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ОЖИДАЕМОГО ЭФФЕКТА ОТ ВНЕДРЕНИЯ САУ ПРИ ЛИНТЕРОВАНИИ ХЛОПКОВЫХ СЕМЯН // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 9-1. – С. 93-97;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36184 (дата обращения: 19.07.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674