Алгоритм управления процессом изготовления полимерного композиционного материала | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №21 (155) май 2017 г.

Дата публикации: 23.05.2017

Статья просмотрена: 31 раз

Библиографическое описание:

Бояркин А. В. Алгоритм управления процессом изготовления полимерного композиционного материала // Молодой ученый. — 2017. — №21. — С. 100-104. — URL https://moluch.ru/archive/155/43705/ (дата обращения: 20.09.2018).



Авиационная промышленность невозможна без применения композиционных материалов (КМ). Из композиционных материалов в настоящее время изготавливаются наиболее важные части и детали различных форм и размеров. Качество и постоянность параметров при массовом выпуске таких частей летательных аппаратов во многом зависит от качества выполнения как отдельных работ, так и всей цепочки процесса изготовления [1]. Единственным средством для обеспечения бесперебойной работы и качественного результата — автоматизация наиболее важных, ответственных и сложных работ. Возможность управления свойством материалов — основное преимущество КМ, позволяющее создать изделие с заданными характеристиками [2].

Методика производства элементов из полимерных композиционных материалов (ПКМ), обширно применяемых в авиастроительном производстве, заключается в последующем. С пропитанных особыми связывающими материалами стекло — и угле тканей вырезают очертание будущего компонента. Многослойную конструкцию кладут в оснастку с целью придания требуемой фигуры, поверх накрывают герметичным слоем и подключают к вакуумной линии. Конструкцию помещают в емкость и загружают в автоклав, в котором она подвергается многостадийной температурной обработке с прибавлением давления (рис. 1). В следствии процесса формования (ПФ) выходит конструкция с большими прочностными качествами.

Рис. 1. Автоклавное формование: 1 — оснастка; 2 — деталь (многослойная конструкция из ПКМ); 3 — герметичная пленка; 4 — уплотнители; 5 — емкость; 6 — рельсы; 7 — автоклав

В настоящее время управление ПФ реализуют с применением традиционных систем автоматического регулировки в основе стандартных ПИ- и ПИД-регуляторов (для контуров регулирования давления и температуры в соответствии с этим). Но их использование никак не предоставляет неплохих итогов из-за особенности контролируемого предмета: нелинейности его внутренних взаимосвязей, нестационарности и неопределенности характеристик, наличия неконтролируемых возмущений. В имеющейся практике качество процессов управления ПФ находится в зависимости от выбора опций характеристик типовых регуляторов, значения которых устанавливают операторы, опираясь на собственные познания и опыт. А для процессов управления ПФ, проходящих в условиях неопределенности, нередко необходимы грамотные своевременные мероприятия по поднастройке и перенастройке характеристик стандартных регуляторов. При данных основных требованиях, предъявляемых к таким системам управления, считается минимизация отклонений технологических параметров с эталонных, в том числе и в динамических режимах [5].

ПФ проводится в отсутствии использования эталонных значений, отражающих заданные траектории управления режимами, т. е. сохранение температуры и давления в принятых границах, кроме того темпы нарастания и сброса режимных характеристик в автоклаве задает диспетчер в соответствии с научно-техническим регламентом. Присутствие этого индивидуального фактора, зависящего от квалификации и навыка оператора, приводит в практике отклонения от эталонной траектории управления режимами ПФ и, как результат, браку формуемых элементов, а кроме того к значимым энергетическим утратам и временным издержкам из-за малоэффективного применения оснащения.

Дефекты, образующиеся в формуемых деталях при несоблюдении технологического режима температуры и давления, тщательно рассмотрены в труде Лютова А. Г., Закурдаевой Е. А. «Анализ влияния автоклавных режимов формования многослойных конструкций на физико-механические свойства деталей» [6].

Система управления ПФ заключается в 3-х взаимосвязанных контурах — согласно температуре, давлению и разрежению при формовании. Задающие воздействия в контуры управления идут от оператора, отвечающего за ПАФ. По причине того, что контур разрежения никак не требует изменения управляющих воздействий в ходе формования элементов, алгоритмизация ПФ нужна только для контуров управления, согласно температуре и давлению.

В данной статье рассматривается процесс ПФ для контуров согласно температуры.

Функционально системы автоматического регулирования температуры формования элемента складывается из симисторного регулятора мощности (СРМ), трубчатых электронагревателей (ТЭН), измерителей температуры. Мощность, подаваемая в ТЭНы, регулируется СРМ, который управляется сигналом ошибки. Температуру воздуха по всему объему автоклава возможно рассматривать постоянно, благодаря однородному распределению вентилятором тепловых струй воздушных масс. В итоге исполняется конвективный нагрев неглубоких слоев формуемых элементов. В глубину элемента термическая энергия переходит из-за теплопроводности слоев формуемого ПКМ.

Нежелательное соответствие реального значения температуры элемента с эталонным считается следствием 1-го или нескольких возмущающих воздействий:

– невысокая теплопроводимость ПКМ;

– излишнее повышение либо падение температуры в следствии воздействия изохорного процесса;

– воздействие температуры воздуха, поступающего по трубопроводу с ресивера, на температуру воздуха в автоклаве.

Основным требованием, предъявляемым к таким системам автоматического регулирования ПФ, является минимизация отклонений технологических параметров от эталонных, в том числе и в динамических режимах, которые должны быть согласованы во времени.

Фактор неудовлетворительной работы имеющихся систем управления ПФ связан с отсутствием их всесторонней алгоритмической проработки. Алгоритмизация считается важным шагом перехода с ручного управления, в основе технологического регламента, к формированию алгоритмов автоматического управления ПФ. В таком случае время алгоритмизация считается основой к дальнейшему построению нечеткого управления ПФ, в частности к цели формирования нечетких законов.

В соответствии с рис.3 метод управления температурой в автоклаве разбит в 5 участков:

1) задание первоначальных параметров температурного режима; прямолинейное нарастание температуры в промежутке [t0; t1] (рис. 2);

2) стабилизация температуры в участке предварительного отверждения в интервале [t1; t2] (рис. 3);

Рисунок%202.jpeg

Рис. 2. Задание начальных параметров температурного режима; линейное нарастание температуры на интервале [t0; t1)

Схема%202.jpeg

Рис. 3. Стабилизация температуры участка предварительного отверждения на интервале [t1; t2]

3%20%20(1).jpg

Рис. 4. Линейный сброс температуры на интервале (t4; t5]

3) линейное нарастание температуры на интервале (t2; t3) (аналогично рис. 2);

4) стабилизация температуры на участке полимеризации на интервале [t3; t4] (аналогично рис. 3).

5) Линейный сброс температуры на интервале (t4; t5] (рис. 4)

Разработанные алгоритмы направлены на совершенствование и модернизацию СУ ТП комплекса при производстве деталей из ПКМ. Для реализации нечеткого управления на основе разработанных выше алгоритмов необходима организация периодического измерения температуры формуемой детали внутри автоклава в определенные дискретные моменты времени. При этом частота дискретизации измерений должна быть согласована с динамикой и необходимой точностью регулирования температуры и давления ПФ.

Решены задачи алгоритмизации управления режимами ПФ деталей из ПКМ в контурах температуры с учетом их взаимосвязи и динамики в условиях действия внутренних и внешних возмущений процесса. Алгоритмизация является основой для перехода от ручного управления на основе технологического регламента к формированию алгоритмов автоматического управления ПФ, обеспечивающего требуемые показатели.

Литература:

  1. Тугов В. В., Акимов И. А. Построение математической модели процесса полимеризации при изготовлении изделий из композиционных материалов /Компьютерная интеграция производства и ИПИ-технологии: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции.- Оренбург,2015.- с 228–231
  2. Тугов В. В., Акимов И. А. Исследование влияния погрешностей технологий на эксплуатационные характеристики авиаконструкций из композиционных материалов/ Научно-технический вестник Поволжья.- № 1. — 2016.- с. 58–61
  3. Берлин А. А., Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология/ Профессия, СПб, 2009.- с560
  4. Ерофеев А. А. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Политехника, 2003. — 302 с.: ил.
  5. Теория автоматического управления / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. — Изд. 4-е, перераб. и доп. — СПб.: Изд-во «Профессия», 2004. — 752 с. — (Серия: Специалист)
  6. Экспериментальное построение переходной характеристики ТП полимеризации лонжерона лопасти // Грачева Л. Н., Тюков Н. И., Закурдаева Е. А. Республиканская научно-практическая конференция, Уфа, 2004.
Основные термины (генерируются автоматически): автоклав, режим, ручное управление, система управления, стабилизация температуры, температура, температура воздуха, температурный режим, технологический регламент, предварительное отверждение, нечеткое управление, автоматическое управление, давление, интервал, контур управления, линейное нарастание температуры, Линейный сброс температуры, минимизация отклонений, многослойная конструкция, формирование алгоритмов.


Похожие статьи

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Задать вопрос