авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Адаптивные быстродействующие устройства контроля магнитных параметров изделий для систем управления их производством

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Наракидзе Нури Дазмирович

Адаптивные Быстродействующие Устройства контроля магнитных параметров изделий для систем управления их производством

Специальность: 05.13.05 – Элементы и устройства вычислительной

техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новочеркасск – 2009

Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная и медицинская техника» ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Горбатенко Николай Иванович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки и техники РФ Самойлов Леонтий Константинович доктор технических наук, профессор Лачин Вячеслав Иванович
Ведущая организация: ФГУП «Научно-исследовательский институт специальных информационно-изме-   рительных систем (г. Ростов-на-Дону)

Защита диссертации состоится «26» февраля 2010 г. в 1000 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.304.02 при ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в аудитории № 107 главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской обл., ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)». С текстом автореферата можно ознакомиться на сайте ЮРГТУ (НПИ) www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан «___» января 2010 г.

Ученый секретарь совета,

профессор, кандидат технических наук А.Н. Иванченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Непрерывное расширение области применения изделий из ферромагнитных материалов (ФММ) и повышение требований к разрабатывае­мым на их основе устройствам предопределяют необходимость совершенствования технологи­ческих процессов изготовления. Исключительная роль технологии объясняется сильной зави­симостью магнитных свойств изделий от состава мате­риала, его структуры и видов обра­ботки. Эта зависимость неизбежно приводит к разбросу магнитных свойств изде­лий, обу­словленному несовершенством техноло­гического оборудования. В этих усло­виях традици­онный подход, ориентированный на идентичность технологических ре­жимов для всех из­делий, приводит к значи­тельной доле брака. Повысить качество из­делий из ФММ по­зво­ляет адаптивный подход к управлению технологическим процес­сом их изготов­ления. Его осуществление возможно с помощью автоматизированной подсистемы управления качест­вом изделий, реализующей метод контроля, который по­зволяет повысить техно­логическую точность путем компенсации влияния случайных факторов на разных стадиях производства.



Важными элементами комплекса технических средств подсистемы управления каче­ством являются устройства контроля магнитных характеристик материала изде­лий перед операциями термической, механической обработки и сборки. Существующие в настоящее время устройства не обеспечивают требуемой точности и производительно­сти определения наиболее информативных магнитных характеристик материала заго­товок, из­делий из них и объективности контроля, а значит, не соответствуют в полной мере требо­ваниям серийного производства. В этой связи становится актуальным реше­ние задачи раз­работки адаптивных быстродействующих устройств контроля магнитных характеристик материала из­делий, позволяющих реализовать эффективные подсистемы управления качеством этих изделий.

Работа выполнена в соответствии с приоритетным направлением развития науки, технологий и техники РФ «Информационно-телекоммуникационные технологии и элек­троника» (утверждено указом Президента РФ от 30.03.02 г.); научным направле­нием Южно-Российского государственного технического университета (НПИ) «Теория и прин­ципы построения информационно-измерительных систем и систем управления» (утвер­жденно решением ученого совета университета от 25.01.03 г. и переутвержден­о 1.03.06 г.); договором о сотрудничестве в области образования, науки и техники между ЮРГТУ (НПИ) и Техническим университе­том Ильменау (Германия) от 14.12.2001 г.

Цель работы. Разработка адаптивных быстродействующих устройств контроля магнитных параметров, позволяющих повысить выход годных изделий путем управления процессом их производства. Для достиже­ния по­ставленной цели в рамках диссертационной работы решались следующие основ­ные задачи разработки:

– метода испытаний изделий из ФММ;

– метода измерения напряженности магнитного поля на поверхности ФММ, по­зво­ляющего получать характеристики ФММ в полуразомкнутых магнитных системах (МС);

– адаптивных быстродействующих устройств контроля магнитных характеристик материала изделий из ФММ для системы управления их производством на основе предложенных методов.

Методы исследований: методы теории автоматического управления, математи­че­ской статистики, теории вероятностей, теории измерений, математического модели­рования с использованием пакетов прикладных программ STATISTICA, MATLAB, MathCAD, Maple, Micro-Cap, ORCAD, Femm.

Научная новизна работы.

1. Разработан метод испытания изделий из ФММ, отличающийся от известных тем, что для адаптивного управления приращением на­пряженности внешнего магнитного поля для групп ФММ с различными формами кривой размагничивания (КР) определяется функция плотности вероятности нормального распределения и рассчитывается вероятность отнесения измеренной точки к той или иной группе по формуле Байеса.

2. Предложен новый метод классификации КР магнитотвердых материалов (МТМ), отличающийся от известных тем, что впервые был применен метод главных компонент и иерархический кластерный анализ для выделения групп КР.

3. Разработан новый метод измерения напряженности магнитного поля на поверхности изделий из ФММ, отличающийся от известных тем, что измеряется танген­циальная составляющая напряженности в двух точках пространства на заданном расстоянии от образца, градиент магнит­ного поля и полученные значения по предложенной формуле используются для расчета искомого значения напряженности магнитного поля.

4. Разработано устройство для испытания изделий из ФММ, отличающееся тем, что для измерения напряженности магнитного поля используются два преобразователя Холла, с помощью одного из которых дополнительно измеряется градиент магнитного поля, и определение напряженности магнитного поля производится по приведенному выше методу (пат. № 2357265).

5. Разработаны два алгоритма измерения, отличающиеся от известных тем, что оптимизируют приращения перемагничивающего поля таким образом, что на нелинейных участках основной кривой намагничивания (ОКН) проводится максимальное количество измерений. Суть первого алгоритма заключается в кусочно-линейной аппроксимации с задаваемой погрешностью. Во втором алгоритме анализируется модуль второй производной изменения магнитной индукции по напряженности (свид. № 2007610158).

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтвержда­ются корректностью допущений, принимаемых при математическом моделировании и при раз­работке устройств, использованием метрологически аттестованного оборудова­ния при проведении испытаний разработанных устройств, согласованием теоретиче­ских положе­ний с результатами экспериментальных исследований и критическим об­суждением ос­новных результатов работы с ведущими специалистами в области теории систем управле­ния и магнитоизмерительной техники.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Практическая ценность результатов диссертации заключается в том, что разра­ботанные методы и устройства позволяют с заданными быстродействием и погрешностью измерять характеристики ФММ, что увеличивает выход годной продукции. Результаты работы используются (получен ряд актов внедрений) в научно-исследовательской и производственной деятельности ОАО «Магнит» (г. Новочеркасск), НИИ «Электромеханики» ЮРГТУ (НПИ) и в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ).

Основные положения, выносимые на защиту:

– метод испытаний изделий из ФММ в полуразомкнутых МС на основе адаптивного управления процессом перемагничивания;

– метод классификации кривых размагничивания изделий из МТМ;

– адаптивные алгоритмы управления магнитным состоянием изделия из ФММ, по­зволяющие определить минимальное число точек характеристики, достаточное для обеспечения заданной погрешности измерения;

– математические модели распределения напряженности магнитного поля у по­верх­ности изделия из ФММ в полуразомкнутой МС;

– метод измерения напряженности магнитного поля на поверхности изделия из ФММ в полуразомкнутой МС;

– структуры, алгоритмы, конструктивные и схемотехнические решения средств из­мерения и контроля магнитных свойств изделий из ФММ для систем управления процессом их изготовления.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в работе, были доло­жены, обсуждены и одобрены на: научно-технической конференции студентов и аспирантов «Студенческая научная весна» (Новочеркасск, 2003–2005, 2008 г.г.); VI и VII Международных научно-практических кон­ференциях «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики» (Новочер­касск, 2005–2006 г.г.); IV Международной научно-практической конференции «Микро­процессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, тео­рия и вопросы при­менения» (Новочеркасск, 2004 г.); VI и V Всероссийской научно-технической конферен­ции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2004–2005 г.г.); ХV и XVII Международной кон­ференции по постоянным магнитам (Суздаль, 2005, 2009 г.г.); Всероссийском смотре-конкурсе науч.-техн. творчества студ. ву­зов «Эврика» (Новочеркасск, 2005-2006 г.г.); Международной научно-технической конфе­ренции «Металлургия. Машиностроение. Станкоинструмент» («ВертолЭкспо», Ростов-н/Д, 2006 г.); научных семинарах кафедры «Информационно-измерительная и медицин­ская техника» ЮРГТУ (НПИ).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 4 статьи в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень ВАК, 2 патента РФ на изобретения, 2 свидетельства о регистрации программного про­дукта.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, за­ключения, списка литературы из 108 наименований и приложений. Общий объем ра­боты 201 страница, включая 22 страницы приложений и 127 иллюстраций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, изложены цели и задачи диссертаци­онной работы, научная новизна и практическая ценность.

В первой главе «Особенности испытания магнитных свойств изделий и по­ста­новка задачи исследования» приведена классификация ФММ по магнитным свой­ствам, определяющим их важнейшие эксплуатационные характеристики. Разнообразие свойств материалов определяется химическим составом, внутренней структурой и тех­нологией. Рассмотрены особенности технологических операций изготовления и их влияние на маг­нитные характеристики изделий из ФММ. Подсистема управления каче­ством изделий из ФММ, реализующая метод активного контроля приведена рис. 1.

Данная подсистема управ­ления качеством явля­ется состав­ной частью автома­тизиро­ван­ной системы управ­ления технологи­ческим про­цессом изготовления изделий из ФММ и осуществляет обес­печение качества по магнит­ным свойствам на этапах тер­миче­ской (ТО), механической об­ра­ботки (МО) и сборки (СБ). В комплекс технических средств подсис­темы входят устройства измерения и кон­троля (УИК) магнитных свойств изделий и их за­гото­вок, устройства кон­троля параметров технологического процесса (УКПТП) (скорости и тем­пературы нагрева, пара­метров оборудования и др.), устройства управления обору­дова­нием (УУО), устройства ввода вывода (УВВ) информа­ции, кон­троллеры, устрой­ство адаптивного управления (УАУ).





Подсистема управления качеством функционирует сле­дующим образом. УИК «сы­рых» заготовок (не прошедших термообработку) определяет и контролирует маг­нитные харак­теристики материала заготовок и сортирует их на n групп, из которых (n – 1) группа отправ­ляется на следующую операцию. Информация об их магнитных характе­ристиках (вектор магнитных характеристик сырых заготовок Qсз (Qсз1, Qсз2, …, Qсз(n-1))), а также информация о протекании технологического процесса с УКПТП (вектор на­блюдаемых параметров тех­нологического процесса Qптп) через УВВ и контроллер по­ступает в УАУ. Здесь, основыва­ясь на полученных Qсз, Qптп, базе данных и моделях технологических операций, прогнози­руются магнитные свойства материала заготовок Qмз, вычисляются оптимальные режимы термообработки для каждой группы и форми­руются вектор управляющих воздействий uто(Uот – отпуск, Uтмо – термомагнитная обра­ботка, Uс – стабилизация магнитных свойств, Uотж – отжиг), поступающий в УУО для оптимального управления технологическим оборудованием. «Сырые» заготовки, маг­нитные свойства которых не позволяют получить заданные магнитные характеристики, образуют n-ю группу, считаются браком и отправляются на шихтовку. Аналогичные процессы происходят и на последующих этапах МО и СБ, где для формирования век­торов управляющих воздействий uмо(Uмо, Uомо – окончательная МО), uсб(Uсб) использу­ются соответственно вектор магнитных характеристик заготовок, прошедших термооб­работку Qмз, и вектор магнитных характеристик изделий прошедших механическую об­работку Qмо, прогнозируются магнитные свойства изделий Qи и собранных МС Qмс.

Важным элементов подсистемы управления качеством является УИК. Сформу­лированы основные требования, предъявляемые к разрабатываемым УИК. Внедрение подсистем управления качеством изделий сдерживается тем, что существующие УИК не позволяют в системах с не полностью замкнутой магнитной цепью с погрешностью не более ± 5 % и высокой производительностью (сотни изделий в час, в зависимости от типоразмера и массы) определять на разных этапах производства наиболее информативные характеристики, позволяющие судить о каче­стве изделий характеристики B(H) материала изделий. Учитывая это, были опреде­лены задачи, подлежащие решению в данной работе.

Во второй главе «Теоретический анализ и разработка метода контроля изделий из ФММ» проведенный анализ условий и способов испытания ФММ показал, что существуют предпосылки для разработки эффективного метода испытания ФММ, позволяющей решить поставленные в диссертации задачи.

При анализе способов управления внешним размагничивающим полем сделан вывод, что оптимальным способом изменения внешнего магнитного поля, является при­менение непрерывно-ступенчатого метода с рассчитываемыми приращениями напря­женности магнитного поля в зависимости от формы КР испытуемого ФММ. Причем, приращения напряженности внешнего магнитного поля должны быть такими, чтобы погрешность аппроксимации измеренной характеристики была не более допустимой. На основе вышесказанного автором предлагается высокопроизводительный метод испытания изделий из ФММ для подсистемы управления их качеством, позволяющий определять характеристики из­делий из ФММ при их испытаниях в полуразомкнутых МС. Суть метода заключается в следующем.

1. Изделие из ФММ помещается в полуразомкнутую МС, где производится его перемагничивание по адаптивно-ступенчатому алгоритму, базирующемуся на байесов­ском подходе, позволяющем учесть форму КР и обеспечить максимальную скорость перемагничивания изделия.

2. В процессе такого перемагничивания магнитная индукция В в центральном се­чении изделия из ФММ измеряется с помощью индукционной катушки.

3. Определение напряженности магнитного поля на поверхности изделия из ФММ осуществляется путем измерения напряженности Hi в двух точках пространства на некоторых расстояниях от изделия из ФММ вдоль оси х и градиента dH/dx, характе­ризующего наклон характеристики Н(х), и экстраполяции измеренных значений к по­верхности изделия (пат. № 2357265).

Для управления приращением напряженности внешнего магнитного поля при ис­пытании ФММ, разработан адаптивно-ступенчатый алгоритм на основе байесовского подхода, суть которого заключается в том, что для групп ФММ с различными формами КР определяется функция плотности вероятности нормального распреде­ления и при измерении каждой точки КР рассчитывается вероятность отне­сения измеренной точки к той или иной группе по формуле Байеса.

На рис. 2 представлена обобще­нная структурная схема устройства, реализующего предложенный метод испытаний изделий из ФММ. Управляемый источник тока (УИТ) и полуразомкнутая намагничивающая система (ПНС) под управлением устройства управле­ния (УУ) обеспечивают заданный ре­жим изменения напряженности внеш­него магнитного поля Hвн, воздей­ствующего на испытуемое изделие: Hвн = Wпнс(Wуит (Uупр)), где Uупр – сигнал управления работой УИТ; Wпнс, Wуит – функции преобразования ПНС и УИТ.

Преобразователи магнитной индукции (ПИ) и напряженности магнитного поля (ПН) обеспечивают преобразование из­менения магнитного состояния испытуемого изделия (ИИ) B(H) в электрические сигналы или коды и , пропорцио­нальные изменениям во времени индукции B(t) и напряженности H(t) магнит­ного поля в объемах, занимаемых преобразовате­лями ПИ и ПН: = Wпи (B(H), t); = Wпн(B(H), t), где Wпи, Wпн функции преоб­разования ПИ и ПН.

Сигнал с ПН поступает в устройство моделирования (УМ), где производится оп­ределение напряженности магнитного поля на поверхности изделия из ФММ. Уст­ройство обработки информации (УОИ) преобразует поступающие на его входы сигналы и в магнитные характеристики ИИ.

На вход УУ подается сигнал адаптивного приращения внешнего перемагничи­вающего поля с устройства моделирования испытуемого изделия (УМ ИИ), в котором моделируется процесс адаптивно-ступенчатого перемагничивания ИИ на ос­нове байесовского подхода. Чтобы реализовать структурную схему (рис. 2) были разра­ботаны УМ для определения напряженности магнитного поля на поверхности ИИ и УМ ИИ процесса перемагничивания.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.