| Программно-перестраиваемые пневматические структуры в системах управления технологическими процессами
Диссертация
Автор: Комков, Андрей Зинурович
Название: Программно-перестраиваемые пневматические структуры в системах управления технологическими процессами
Справка: Комков, Андрей Зинурович. Программно-перестраиваемые пневматические структуры в системах управления технологическими процессами : диссертация кандидата технических наук : 05.13.06 / Комков Андрей Зинурович; [Место защиты: Иркут. гос. ун-т путей сообщения] Иркутск, 2007 154 c. : 61 07-5/4169
Объем: 154 стр.
Информация: Иркутск, 2007
Содержание:
Введение
1 Применение пневмоавтоматики в отраслях промышленности
11 Тенденции развития и современное состояние пневмоавтоматики и пневмоники
12 Анализ принципов построения пневматических средств автоматизации
13 Анализ пневматических средств автоматизации с перестраиваемой структурой
14 Применение пневматических средств автоматизации
15 Постановка задачи исследования
16 Выводы
2 Анализ и моделирование программно-перестраиваемых пневмостру ктур
21 Анализ и обоснование принципов построения матричных пневмоструктур
22 Логическая модель программируемых структур
221 Программно-перестраиваемые модули
222 Анализ логической модели программно-перестраиваемых модулей
223 Графовые модели структурной организации программно-перестраиваемых пневмоматриц
224 Алгоритм определения карт настройки памяти
23 Моделирование пневматических систем управления с перестраиваемой структурой
24 Моделирование и параметрический синтез элементов пневматических систем управления
241 Моделирование информационных линий связи пневмоматрицы
242 Моделирование элементов связи информационных шин пневмоматрицы
26 Выводы
3 Техническая реализация и практические приложения матричных пневмоструктур в управляющих системах
31 Конструктивная реализация программно-перестраиваемой матрицы мембранного типа для пневматических систем управления дискретного действия
32 Конструктивная реализация программно-перестраиваемой матрицы с ниппельными элементами связи
33 Применение матричных пневмоструктур в конструкции пневматического оптимизатора
331 Принципы построения и техническая реализация пневматического оптимизатора
332 Синтез пневматического оптимизатора с применением матричных пневмоструктур
34 Управляющая аппаратура регулирования давления
35 Применение матричных пневмоструктур в робототехнических комплексах
36 Создание пневматических полей памяти на основе матричных структур
37 Реализация устройств автоматики с минорантным резервированием
38 Выводы
Введение:
Автоматизация промышленных предприятий - одно из самых перспективных направлений развития современного производства. Развитие и интенсификация современного производства возможны только на базе полной автоматизации и механизации производственных процессов. Организация таких процессов требует разработки и применения различных автоматических систем, составной частью которых являются элементы и системы пневмоавтоматики.
Область использования пневмоавтоматики очень обширна: нефтехимические производства, космические летательные аппараты, самолето - и ракетостроение, транспортные средства, автоматические линии, роботы и др. Во многих случаях применение высоконадежных элементов и устройств пневмоавтоматики является единственно возможным способом реализовать задачи, возникающих при автоматизации производственных процессов. Целесообразность применения средств пневмоавтоматики на нижнем уровне автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), а также в специальной технике обусловлена такими их свойствами как обеспечение пожаро-и взрывобезопасности, высокие надежностные показатели, стабильная работа в условиях высокого уровня радиации и электромагнитных полей и др.
Большой вклад в развитие теории и практики по созданию пневматических систем управления, разработку новых конструкционных идей, методов моделирования и математического описания элементов и систем пневмоавтоматики, внесли известные отечественные и зарубежные ученые: Айзерман М.А., Баев А.В., Балакирев B.C., Берендс Т.К., Богачева А.В., Бройде Н.Ф., Гликман Б.Ф., Дмитриев В.Н., Ефремова Т.К., Залманзон Л.А., Ибрагимов И.А., Коган И.Ш., Лапшенков Г.И., Лемберг М.Д.,. Мухопад Ю.Ф, Нагорный B.C., Прусенко B.C.,. Сажин Б.В, Тагаевская А.А., Таль А.А., Фарзане Н.Г., Федосеев Р.Ю., Фернер В., Фудим Е.В., Шубин А.Н. и др.
Развитие пневмоавтоматики связано в первую очередь с совершенствованием существующих и созданием новых устройств, а также с развитием схемных решений пневматических систем.
Создание пневматических систем управления с перестраиваемой структурой, обеспечивающих инвариантность систем управления, является наиболее передовым направлением в развитии пневматических средств автоматизации. Для реализации таких систем в большинстве случаев программное управление осуществляется на основе микроэлектронных устройств. Существующие пневматические устройства программного управления исполнительными устройствами, имеют значительную конструктивную сложность и ограниченный объем памяти. Поэтому развитие направлений исследований в области создания программно-перестраиваемых пневматических структур и конструкционного исполнения элементов пневматических систем, а также разработка на их основе высокоэффективных пневматических средств автоматизации, является актуальным.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование новых принципов построения пневматических устройств и реализация на их основе программно-перестраиваемых пневмоматриц, а также расширение функциональных возможностей пневматических устройств управления, построенных на базе матричных пневмоструктур.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
1. Создание общей концепции построения программно-перестраиваемых матричных пневмоструктур и разработка на основе новых принципов практических конструкций программно-перестраиваемых пневмоматриц.
2. Разработка эффективного способа формализации матричной структуры на основе математической модели и методики оценки динамических характеристик пневмоматриц.
3. Анализ и синтез пневматических устройств управления с перестраиваемой структурой, базирующихся на программно-перестраиваемых пневмоматрицах.
Основные методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использованы методы, базирующиеся на основных законах аэрогидродинамики, теории автоматического управления, теории графов, теории булевой алгебры, теории надежности, а также метод электрических аналогий и метод подобия.
Достоверность полученных результатов обусловлена корректностью исходных математических положений, аргументированностью принятых допущений, проверкой разработанных принципов на конструктивном уровне, результатами экспертизы Роспатента разработанных конструктивных и схемных решений, а также апробацией результатов диссертационной работы, на научно-технических конференциях.
В диссертационной работе впервые получены, составляют предмет научной новизны и выносятся на защиту следующие результаты:
1. Новые модели и концепция построения матричных пневмоструктур, а также разработанный на их основе подход к построению коммутационных и числовых пневмоматриц.
2. Математическая модель на основе графов, позволяющая формализовать пространственную матричную структуру и сохранить в математическом представлении связи элементов программно-перестраиваемых матриц внутри рабочего объема.
3. Методика моделирования пневматических систем управления с перестраиваемой структурой.
4. Метод программирования матричных пневмоструктур с использованием «карт настройки памяти», а также алгоритм, обеспечивающий возможность построения программ перестройки матричных пневмоструктур.
5. Методы построения и принципы схемной реализации пневматических систем управления с расширенными функциональными возможностями, имеющими инвариантную структуру и базирующихся на программно-перестраиваемых пневмоматрицах.
Практическая ценность результатов работы, полученных в ходе диссертационных исследований, заключается в следующем:
1. Новый подход к конструированию элементов и устройств пневмоавтоматики, основанный на методе построения объемной комбинационной техники, позволит создать ряд новых пневматических устройств.
2. Созданы две оригинальные конструкции программно-перестраиваемых пневмоматриц и определены области их применения.
3. Полезная модель «Управляющая аппаратура регулирования давления в рабочих цилиндрах вагонных замедлителей», является альтернативой устаревшим регуляторам контактного типа и обеспечивает программно-ориентированную настройку аппаратуры. Результаты исследований в данном направлении рекомендованы для внедрения на Восточно-Сибирской железной дороге (ВСЖД).
4. Разработанные пневмоматрицы позволят упростить конструкцию и расширить функциональные возможности пневматического оптимизатора.
5. Целесообразно использование разработанной методики моделирования пневматических систем управления с перестраиваемой структурой на стадии проектирования пневматических инвариантных систем.
6. Основные результаты работы позволяют разрабатывать более эффективные по сравнению с существующими системами пневматические устройства, работающие в жестких условиях эксплуатации (высокие температуры, высокое давление, сильные магнитные и радиационные поля и ДР-)
7. Практическая ценность и новизна подтверждена тремя патентами РФ на полезные модели.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции молодых ученых (г. Новосибирск, 2006г.), XII Байкальской Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Информационные и математические технологии в науке и управлении» (г. Иркутск, 2007г.), а также на научно-технических семинарах кафедры «Управление техническими системами» ИрГУПС (г. Иркутск, 2004-2007 г.г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе одна в научно-техническом журнале «Вестник ИрГТУ» (2006 г.), рекомендованном ВАК для опубликования результатов диссертационных работ, и три патента на полезную модель.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа представлена на 154 страницах, содержит 46 рисунков, 14 таблиц, список литературы из 175 наименований, 5 приложений на 6 страницах.
|
