Автореферат (Повышение точности позиционирования каретки бесштокового пневмоагрегата)

23ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Пневмоагрегаты получили широкое применениепри автоматизации производственных процессов. Пневматические устройстваиспользуются в качестве приводов зажимных и транспортирующих механизмов,в контрольно-измерительных приборах, при автоматизации машин и устройств,работающих в агрессивных средах, в условиях пожаро- и взрывоопасности, радиации, при значительных вибрациях и высоких температурах.Однако пневмоагрегаты имеют и недостатки: развивают меньшие усилияпри равных габаритах с гидравлическими двигателями, утечки воздуха понижают их КПД, заданные законы движения не могут быть выполнены ими с достаточной точностью. Несмотря на эти недостатки, пневмоагрегаты с успехомприменяют в тех случаях, когда наиболее существенное значения приобретаютих преимущества.Развитие автоматизации производственных процессов, прогресс в областинауки и техники повлекли за собой существенное усложнение пневматическихсистем.

Часто при обслуживании одной машины используется несколько пневматических цилиндров, которые могут составлять систему, если связаны друг сдругом функционально. Как правило, эти системы обладают очень сложной кинематикой, и решение задач управления усложняется.В результате литературного поиска было установлено, что существуют алгоритмы управления пневмоцилиндром, при отработке которых точность позиционирования достигает 0,2-0,4% от общей длины хода [9]. Но, как правило, втаких системах позиционирования в качестве управляющей части используетсяболее одного пневматического распределителя, что существенно удорожает такую систему.В данной работе рассмотрен вопрос о разработке и исследовании законауправления бесштоковым пневмоагрегатом на базе нечеткой логики с целью повышения точности позиционирования каретки пневмоцилиндра.Основой повышения точности позиционирования пневмоцилиндра являетсяиспользование интеллектуальных систем управления.Цель работы заключается в экспериментальном и расчетно-теоретическомисследовании влияния гибридного закона управления бесштоковымпневмоагрегатом, построенного на базе нечеткой логики и ПИД-регулятора, наточность позиционирования каретки пневмоцилиндра.Основными задачами работы являются: изучение возможности повышения точности позиционирования кареткибесштокового пневмоагрегата при управлении системой позиционирования,состоящей из одного пропорционального клапана;4 экспериментальные и расчетно-теоретические исследования влияния«мертвых» объемов в полостях пневматического цилиндра на качествоматематического моделирования; экспериментальныеирасчетно-теоретическиеисследованияинтеллектуальных и гибридных алгоритмов управления, построенных на базенечеткой логики; оценка точности позиционирования выходного звена пневматических цилиндров разных типоразмеров при использовании в качестве алгоритма управления гибридного регулятора.Методы исследования.

В работе использован полученный автором опытматематического моделирования и управления бесштоковым пневмоагрегатом.В процессе решения поставленных задач в работе широко использованы экспериментальные и математические методы исследования, компьютерные технологии и программные средства. Исследования осуществлялись на реально сконструированных и изготовленных лабораторных установках. При проведении расчетов использовались современные программные комплексы MATLAB, VisualStudio и другие.

Достоверность разработанных подходов подтверждена результатами численных и натурных экспериментов.Научная новизна работы состоит в следующем: проведены исследования «мертвых» объемов полостей бесштоковогопневмоцилиндра; выполнено сравнение результатов численного и физическогомоделирования позиционирования каретки пневмоагрегата при использованиигибридного алгоритма управления на базе нечеткой логики и ПИД-регулятора; установлена зависимость точности позиционирования кареткипневмоагрегата от изменения таких параметров нечеткого регулятора какколичество правил в базе знаний, виды термов и методы дефаззификации; проведены исследования силы трения бесштокового пневмоцилиндраDGPL-25-500-PPVA; выполнено сравнение результатов численного и физическогомоделирования зависимости силы трения в парах гильза – поршень, каретканаправляющая.Практическая ценность работы заключается в следующем: в рамках данной работы подтверждено повышение точностипозиционирования каретки бесштокового пневмоагрегата при управлении однимпропорциональным клапаном при использовании гибридного алгоритмауправления на базе нечеткой логики и ПИД-регулятора;5 осуществлены исследования влияния размера базы знаний, видов термови методов дефаззификаций на точность позиционирования кареткипневмоагрегата; осуществлены расчетно-теоретическиеисследования точностипозиционирования каретки пневмоагрегата как однокоординатных, так имногокоординатных систем.

Проведено сопоставление с результатамифизического эксперимента.Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов определяются: использованием следующих апробированных методик:- планирования и проведения исследований;- анализа экспериментальных результатов; применением средств измерений необходимой точности; удовлетворительной сходимостью результатов исследований при многократных повторениях; использованием апробированных пакетов расчетно-теоретических исследований динамических процессов, протекаемых в пневмоцилиндре.Результаты исследований внедрены в следующих организациях: ООО «Ай Би Си Солюшнс» при проектировании систем позиционирования выходного звена запорного пневматического элемента. ФГБОУ ВПО НИУ МЭИ (ЦП «ФЕСТО») в виде лабораторного курса «Мехатроника». ООО «ПРИЗМА» при проектировании системы дозировки сыпучих материалов.Акты внедрения результатов исследований прилагаются.Апробация работы.

Основные положения диссертационной работыдокладывались и обсуждались на: Заседаниях кафедры Гидромеханики и гидравлических машин имени В.С.Квятковского НИУ «МЭИ», 2010 – 2014 гг.; Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Гидравлические машины, гидроприводы и гидропневмоавтоматика» в 2010г., Москва, НИУ «МЭИ» 2011., МГТУ им. Н.Э.

Баумана; XVII, XVIII, XX Международных научно-технической конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» 2011 г.,2012 г., 2014 г. Москва, НИУ «МЭИ»; Первой международной школе докторантов (1st DAAAM International Doctoral School) в 2012 г. Хорватия, Университет Задара;6 I–III Открытых чемпионатах Москвы по профессиональному мастерствуWorldSkills (2012 г., 2013 г., 2015 г.); I, II Национальных чемпионатах России по профессиональному мастерству WorldSkills (2013 г., 2014 г.); I Открытом чемпионате Московской области по профессиональному мастерству WorldSkills (2014 г.); IV Европейском чемпионате по профессиональному мастерству EuroSkills(2014 г.).На защиту выносятся: результаты экспериментальных и расчетно-теоретических исследованийточности позиционирования кареток бесштоковых пневматических цилиндровразных типоразмеров при использовании гибридного алгоритма управления набазе нечеткой логики и ПИД-регулятора; результаты экспериментальных и расчетно-теоретических исследованийвлияния «мертвых» объемов полостей пневматического цилиндра наматематическое описание пневмоагрегата; результаты экспериментальных и расчетно-теоретических исследованийсилы трения в парах поршень-гильза, каретка-направляющая пневматическогоцилиндра; результаты исследований влияния размера базы знаний, видов термов иметодовдефаззификацийнаточностьпозиционированиякареткипневмоагрегата.Публикации.

Основные результаты исследования по теме диссертации изложены в 10 научно-технических статьях и материалах конференций, пять из которых [1-5] опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования результатов кандидатских и докторских диссертаций. В работах, выполненных в соавторстве, вклад автора имел определяющее значение.Структура и объем работы. Диссертация изложена на 179 стр., имеет 87рисунков и 14 таблиц, включает титульный лист, содержание, список основныхусловных обозначений, введение, 4 главы, список использованных источников(124 наименования), 16 Приложений.Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры ГГМимени В.С. Квятковского ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ» за постоянное внимание, консультации и обсуждения, за ряд ценных советов, критических замечаний и указаний, высказанных на этапах выполнения работы.7СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо Введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационного исследования, характеризуется степень ее разработанности, определяютсяцели и задачи, осуществляется выбор предмета и объекта исследования, определяются методологические основания исследования, теоретическая и практическая значимость результатов исследования.Первая глава диссертации посвящена анализу проблем, путей и способовповышенияточностипозиционированиякареткибесштоковогопневматического цилиндра.

Автор обращает внимание на то, что технологии,недавно ставшие современными, через короткое время уступают свое местоболее эффективным. Такие тенденции характерны для любой областипроизводства и автоматизации. Системы управления уступили свое местосовершенно новым системам, базирующимся на современных цифровыхтехнологиях.