Идентификация многофакторной модели

Технологического процесса

Примером использования ПФЭ может служить определение оптимального технологического режима для суперфинишной обработки колец подшипников.

Операция суперфиниширования является финишной при обработке поверхностей качения колец подшипников. Она выполняется после операции шлифования, которая обеспечивает размерную точность и другие макрогеометрические параметры точности дорожки качения. Суперфиниширование направлено на улучшение микрогеометрических параметров точности поверхностей качения и относится к операциям доводки мелкозернистыми брусками (размер зерна М3…М20), упругоприжатыми к обрабатываемой поверхности. Бруски совершают возвратно-поступательные или колебательные перемещения относительно вращающейся обрабатываемой поверхности.

Операция суперфиниширования направлена на решение следующих задач: снижение в 3…5 раз волнистости поверхности (до 0, 2…0, 5 мкм); снижение в 5…7 раз шероховатости поверхности (до R_a = 0, 08…0, 16 мкм); обеспечение съема припуска не менее 8…12 мкм для того, чтобы удалить дефектный слой, возникающий при шлифовании; сохранение или улучшение некоторых макрогеометрических параметров поверхности качения, например, выпуклости профиля дорожки в продольном сечении у колец роликовых подшипников.

В качестве примера использования МПЭ для оптимизации технологического режима приведем процесс суперфиниширования на автомате МДА-92 [24]. Многобрусковый косоугольный способ суперфиниширования на этом станке отличается тем, что бруски совершают не колебательные перемещения, а вращаются вместе с инструментальной головкой, ось вращения которой расположена под некоторым углом к оси вращения обрабатываемого кольца.

Параметром оптимизации Y является величина R_a – шероховатость поверхности качения кольца после суперфиниширования, которая должна стремиться к минимуму, а в качестве факторов процесса установлены: x₁ – усилие прижатия брусков к обрабатываемой поверхности, x₂ –время обработки, x₃ –исходная шероховатость поверхности после операции шлифования (до процесса суперфиниширования). Число опытов – 8. Диапазон варьирования факторов приведен в табл. 3.

Верхнее значение фактора x₁ ограничено с «металлизацией» брусков, т.е. переносом металла с обрабатываемой поверхности кольца на инструмент, что приводит к браку последующих обработанных колец. Верхнее значение фактора x₂ определяется практическим прекращением съема металла, а фактора x₃ – допустимым значением шероховатости поверхности после операции шлифования по техническим условиям.

Таблица 3

Верхний и нижний уровни факторов при проведении ПФЭ

Фактор	-	+
x₁	40 Н	120 Н
x₂	4 с	15 с
x₃	0, 25 мкм	0, 60 мкм

Нижние значения факторов x₁ и x₂ определяются необходимостью съема минимального припуска (рис. 8), а фактора x₃ – минимальной шероховатостью поверхности, получаемой после операции шлифования.

Рис. 8. Зависимость съема припуска и конусности поверхности качения кольца

от времени обработки на суперфинишном станке МДА-92

Уравнение процесса записывается в форме:

Y = b₀+ b₁x + b₂x + b₃x + b₁₂x₁x₂ + b₁₃x₁x₃ + b₂₃x₂x₃. (59)

Для большинства реальных измерений колец подшипников величина шероховатости Y линейно зависит от факторов x_i, так как коэффициенты b_ij обычно незначимы. Знаки перед коэффициентами b_i различны, что свидетельствует о различном характере влияния факторов x_i на величину Y. Оптимальные значения параметров техпроцесса, определенные методом крутого восхождения, равны:

x₁ = 60 Н, x₂ = 10 с, x₃ = 0, 25 мкм. (60)

Полученные значения реальных технологических параметров, которыми можно управлять, рекомендованы для процесса суперфиниширования поверхностей качения колец роликовых подшипников на автоматах МДА-92 в ОАО «Саратовский подшипниковый завод». Это позволило при высоком качестве обработанных деталей обеспечить и высокую производительность суперфинишных станков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренные основы теории идентификации ОУ, являющейся разделом современной теории автоматического управления, позволяют установить целесообразный метод идентификации при решении большинства задач как при исследовании, так и при управлении различными объектами, тем более, что практическое приложение методов достаточно разнообразно (табл. 1).

Автоматическое управление. Для реализации процесса движения различных технических объектов в автоматическом режиме, например, самолета, ракеты, автомобиля, сборочного конвейера, процесса поддержания температурного режима в помещениях, печах и других объектах, управления работой станков, роботов, необходимо иметь модель объекта, причем наиболее точные ее параметры получаются только при выполнении идентификации. В ряде случаев первостепенное значение приобретает постоянное обновление информации об объекте. Модели САУ техническими объектами в настоящее время разрабатываются как на основе классических методов ТАУ для одномерных ОУ, использующих понятия передаточной и частотной функций, так и на основе метода пространства состояний для многомерных ОУ, оперирующего с временными функциями. Уточнение моделей осуществляется на основе рассмотренных в данном курсе методов идентификации.

Исследование биологических объектов. Из-за большой сложности биологических объектов, трудностей непосредственного измерения существенных параметров, необходимости точных диагнозов, идентификация таких объектов весьма важна. Примером этого с точки зрения ТАУ является взаимодействие человека-оператора с технической системой (самолет, автомобиль, станок и т.п.), т.е. ЧМС. Важно учесть в модели усталостные явления (изменение динамических характеристик), адаптационные свойства (реакция на неожиданные изменения, поломки, отказы и т.п.), характеристики сигналов в ЧМС, влияние окружающей среды, уровень тренированности и квалификацию оператора, влияние определенных медицинских препаратов и др. Среди других приложений следует отметить моделирование процессов кровообращения, мышечной активности и анализ электрокардиограмм.

Экономические системы. Специалисты по экономике, обобщая данные о развитии тех или иных отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта и т.д., строят модели их функционирования и прогнозируют возможные их характеристики в будущем ( краткосрочные, среднесрочные и долгосрочные прогнозы). В этой области основой для моделей в ряде случаев служат временные ряды из значений тех или иных показателей, что позволяет достаточно точно идентифицировать процессы и достоверно спрогнозировать качественные и количественные экономические показатели.

Управление точностью при металлообработке. Повышение требований к точности обработки деталей для авиа- и ракетной техники, электронной, приборостроительной, автомобильной и подшипниковой промышленности обусловливает необходимость управления точностью обработки. Помимо управления динамическим состоянием станков с использованием классических понятий ТАУ, применяются методы управления размерной точностью деталей, основанные на идентификации модели точности обработки с помощью временных рядов. В качестве ВР рассматриваются отклонения размеров от номинального для последовательно обработанных деталей. Идентификация модели точности, например, по методу АРПСС, позволяет осуществлять прогнозирование изменения размеров последующих обработанных деталей и реализовать автоматическое управление точностью по соответствующему алгоритму.

Гибкое техническое обслуживание автоматизированных станков. Организация гибкой СТОиПР станков базируется на идентификации модели надежности каждого станка индивидуально, причем исходной информацией служит статистическая информация об отказах станков и процессах их восстановления в условиях эксплуатации. Сбор информации осуществляется тремя путями: автоматически – из системы контроля и диагностирования станков; автоматизированно – посредством ввода в ЭВМ верхнего уровня оператором или наладчиком соответствующего кода операции с конкретного станка; вручную – наладчиком или ремонтником после завершения операций по его наладке или ремонту. Хранение и обработка указанной информации по специальному алгоритму осуществляются в ЭВМ верхнего уровня. В основе алгоритма лежат идентификация моделей законов распределения отказов и восстановлений каждого станка и прогнозирование моментов выхода регламентированных показателей надежности и точности за установленные границы. Основное отличие гибкой СТОиПР от регламентированной заключается в организации технического обслуживания станков не через определенные промежутки времени, а в зависимости от технического состояния каждого станка, что позволяет повысить показатели их надежности и эффективности эксплуатации в автоматизированном производстве (коэффициенты готовности и технического использования).

В той или иной степени методы идентификации применяются для исследований и организации эффективного управления в других областях науки и техники, что отражено в современной научно-технической литературе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Балакирев В.С. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления / В.С. Балакирев, Е.Г. Дудников, А.М. Цирлин. М.: Энергия, 1977. 232 с.

2. Боднер В.А. Оператор и летательный аппарат / В.А. Боднер. М.: Машиностроение, 1976. 224 с.

3. Бокс Д. Анализ временных рядов: прогноз и управление / Д. Бокс, Г. Дженкинс. М.: Мир, 1979. 406 с.

4. Бржозовский Б.М. Оптимизация эксплуатационной надежности станочных модулей в гибкой технологии: учеб. пособие / Б.М. Бржозов-ский, В.В. Мартынов. Саратов: Сарат. политехн. ин-т, 1991. 51 с.

5. Гроп Д. Методы идентификации систем / Д. Гроп. М.: Мир, 1979. 304 с.

6. Дейч A.M. Методы идентификации динамических объектов / А.М. Дейч. М.: Энергия, 1974. 240 с.

7. Игнатьев А.А. Основы теории идентификации динамических объектов: учеб. пособие / А.А. Игнатьев. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. 60 с.

8. Игнатьев А.А. Управление формообразованием на прецизионных автоматизированных металлорежущих станках: учеб. пособие / А.А. Игнатьев, М.В. Виноградов. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. 60 с.

9. Игнатьев А.А. Оценка точности измерительных устройств: учеб. пособие / А.А. Игнатьев. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. 64 с.

10. Коновалов В.И. Идентификация объектов управления: учеб. пособие / В.И. Коновалов. Томск: Томск. политехн. ин-т, 1981. 90 с.

11. Мельников Г.В. Физические основы преобразователей энергии и информации: учеб. пособие / Г.В. Мельников, Ф.Ф. Юдин. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2003. 62 с.

12. Мониторинг станков и процессов шлифования в подшипниковом производстве / А.А. Игнатьев, М.В. Виноградов, В.А. Добряков и др. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. 124 с.

13. Надежность и диагностика автоматизированных станков: учеб. пособие / Б.М. Бржозовский, А.А. Игнатьев, В.В. Мартынов и др. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. 156 с.

14. Надежность и диагностика технологических систем: учебник / Б.М. Бржозовский, А.А. Игнатьев, В.В. Мартынов, А.Г. Схиртладзе. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2006. 308 с.

15. Растригин Л.А. Введение в идентификацию объектов управления / Л.А. Растригин, Н.Е. Маджаров. М.: Энергия, 1977. 216 с.

16. Сейдж А. Идентификация систем управления / А. Сейдж, Д. Мелса. М.: Наука, 1974. 248 с.

17. Солонин М.С. Математическая статистика в технологии машиностроения / М.С. Солонин. М.: Машиностроение, 1972. 216 с.

18. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А.А. Спиридонов. М.: Машиностроение, 1981. 120 с.

19. Справочник по теории автоматического управления / под ред. А.А. Красовского. М.: Наука, 1987. 712 с.

20. Тимофеев Ю.К. Основы описания динамических систем: учеб. пособие / Ю.К. Тимофеев, О.Ю. Торгашева. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2004. 108 с.

21. Анисимов С.В. Типовые линейные модели объектов управления / С.В. Анисимов, Н.С. Райбман. М.: Энергоатомиздат, 1983. 264 с.

22. Точность и надежность автоматизированных прецизионных металлорежущих станков: в 3 ч. / Б.М. Бржозовский, А.А. Игнатьев, В.А. Добряков, В.В. Мартынов. Саратов: Сарат. политехн. ин-т, 1992. Ч.1. 160 с.

23. Точность и надежность автоматизированных прецизионных металлорежущих станков: в 3 ч. / Б.М. Бржозовский, А.А. Игнатьев, В.А. Добряков, В.В. Мартынов. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1994. Ч.2. 156 с.

24. Точность и надежность автоматизированных прецизионных металлорежущих станков: в 3 ч. / А.А. Игнатьев, М.В. Виноградов, В.А. Добряков и др. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 1999. Ч.3. 124 с.

25. Ферстер Э. Методы корреляционного и регрессионного анализа. Э. Ферстер, Б. Ренц. М.: Финансы и статистика, 1983. 304 с.

26. Хан Г. Статистические модели в инженерных задачах / Г. Хан, С. Шапиро. М.: Мир, 1969. 396 с.

27. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления / П. Эйкхофф. М.: Мир, 1985. 684 с.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………...3

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТОДАХ ИДЕНТИФИКАЦИИ ………..…6

1.1. Понятие о моделях объектов управления …………………………..6

1.2. Классификация методов идентификации ………………………….9

1.3. Типы идентифицируемых объектов …………………………….…12

1.4. Типовые сигналы, применяемые при идентификации …………...14

1.5. Требования, предъявляемые к методам идентификации ………...15

2. ИДЕНТИФИКАЦИЯ объектов МЕТОДАМИ

ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ …………………..16

2.1. Идентификация динамических характеристик объектов

при гармоническом воздействии ………………………………….17

2.2. Идентификация динамических характеристик объектов

по переходным функциям …………………………………………18

3. ИДЕНТИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ОБЪЕКТОВ МЕТОДАМИ

СТОХАСТИЧЕСКОЙ АППРОКСИМАЦИИ …………………………21

3.1. Регрессионные модели ……………………………………………..21

3.2.Идентификация на основе аппроксимации

экспериментальной переходной функции ………………………..24

3.3. Идентификация на основе корреляционных методов …………...26

3.4. Идентификация с использованием спектральных функций ….…28

4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССОВ МЕТОДОМ

ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА …………………………..…...33

4.1. Понятие о планировании многофакторного эксперимента ……..33

4.2. Идентификация многофакторной модели

технологического процесса …………………………………….….36

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………....39

ЛИТЕРАТУРА …………………………………………………………….41

Учебное издание

ИГНАТЬЕВ Александр Анатольевич

Игнатьев Станислав Александрович

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИДЕНТИФИКАЦИИ

ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ

Учебное пособие

Редактор О.А. Луконина

Подписано в печать Формат 60´ 84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 2, 55(2, 75) Уч.-изд.л. 2, 5

Тираж 100 экз. Заказ С

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 910