XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

На современном этапе традиционные методы синтеза существующих оптимальных линейных и нелинейных систем управления с ограничением координат неэффективны из-за изменения уровня сложности задач, которые стоят перед автоматизацией производственного процесса. В связи с этим необходимы новые приемы и средства прикладной математики для совершенствования алгоритмического обеспечения систем управления электромеханическими устройствами и подвижными объектами, а также для определения предельных динамических возможностей.

Исследования и улучшения управления автоматически перемещаемым объектом с использованием функции скорости успешно ведутся в нашей стране и за рубежом. За рубежом особенно широко известны успехи фирм: Фанук (Япония), Сименс (ФРГ), Бош (ФРГ), Дженерел Электрик (США), Лукас (Англия) и ряда других [1]. Значительный вклад в теорию автоматизации управления электромеханическими системами и подвижными объектами внесли такие ученые, как A.A. Красовской, В.А. Бесекерский, Е.П. Попов, A.A. Фельдбаум, В.В. Солодовников и многие другие [2].

В качестве объекта исследования данной проблемы нами рассмотрена система автоматического управления процессом перемещения шаттла (тележки) в сборочно-упаковочном цехе при транспортировке стеклянной тары. Повышение эффективности перемещения шаттлов с пустой стеклянной тарой к погрузочному аппарату на определенной скорости напрямую связано с системой управления перемещением при использовании функции скорости

Сегодня существуют нормы потерь от боя стеклянной тары с пищевыми товарами и пустой стеклянной тары при ее хранении, отпуске (продаже), транспортировке, а также инструкции по их применению. Согласно законодательству их необходимо регулярно (не реже одного раза в 5 лет) пересматривать для определения допустимой величины потерь от недостачи или порчи с учетом технологических условий их хранения и транспортировки [3]. В связи с этим решения в области информационных технологий, которые приведут к повышению производительности предприятий, использующих стеклянную тару, посредствам уменьшения потерь времени и повреждения изделий в процессе транспортировки за счет сокращению траектории перемещения в пространстве при помощи совершенствования автоматизированных систем управления технологическим производством, особенно актуальны для современной экономики РФ.

В процессе исследования данной проблемы были решены следующие задачи:

анализ литературных источников и промышленных условий применения существующих систем управления автоматически перемещаемым объектом с использованием функции скорости. На основе данного анализа определены основные причины, которые негативно влияют на работу этих систем управления или задерживают их внедрение в производство;

рассмотрены основные недостатки существующей системы управления для исследуемого объекта и определены технологические условия перемещения шаттла;

исследована возможность использования ПИД-регулятора для создания системы управления автоматически перемещаемым объектом с использованием функции скорости;

синтезирована система автоматического управления и оценено качество ее функционирования.

Для точного прогнозирования динамического расположения шаттла на пути к погрузочному аппарату в системе управления предложено использовать модифицированный ПИД-регулятор, зона нечувствительности которого прямо пропорциональна скорости перемещения объекта. Схема имитационной модели системы автоматического управления перемещением шаттла, рассматриваемая в процессе исследования, приведена на рис.1.

Рис. 1. Схема имитационной модели системы автоматического управления перемещением шаттла

По результатам идентификации объекта управления, приведенного на рис.1 и с учетом принятых входных и выходных данных объекта управления, первая составляющая объекта управления будет иметь вид передаточной функции W_ОУ.1(р):

, (1)

где p - это оператор передаточной функции.

Исследовано повышение эффективности процесса движения за счет использования алгоритмов диагностики и прогнозирования, которые кроме внедрения существующей системы автоматизации своевременно выявляют отклонения, возникающие во время движения шаттла к погрузочному автомату, и предупреждают переход из штатного режима работы в нештатный (остановку). В целом это позволяет избежать столкновения шаттлов, и повреждения стеклянной тары. Также в процессе исследования обнаружены новые закономерности относительно зависимости величины зоны нечувствительности ПИД-регулятора, использованного для решении основной задачи, от величины изменения значения уставки, чтобы при окончании каждого процесса погрузки стеклянной тары новый порожний шаттл уже находился напротив погрузочного автомата.

Проведено анализ существующей системы транспортировки шаттла со стеклянной тарой в сборочно-упаковочном цехе как объекта автоматизации, и по его результатам сформированы требования к качеству функционирования системы автоматического управления перемещением такого шаттла. На основе этих сформулированных требований предложены критерии оценки качества функционирования системы автоматического управления.

Экономический эффект от внедрения предложенной системы автоматизации должен достигаться за счет значительного уменьшения потерь от боя пустой стеклянной тары при ее транспортировке, а также благодаря уменьшению времени, затрачиваемого шаттлом на перемещение к погрузочному автомату и оптимизации траектории движения, что существенно снизит расходы на техническое обслуживание самого шаттла в процессе эксплуатации.

Полученные результаты могут быть использованы в процессе дальнейшего проектирования, разработки и внедрения новых и модернизации существующих систем управления автоматически перемещаемым объектом с использованием функции скорости.

Для практического внедрения в систему модифицированного ПИД-регулятора необходимо определить зависимость между величиной зоны нечувствительности модифицированного ПИД-регулятора и величиной изменения уставки с приемлемой точностью. Причем точность и погрешность данной системы автоматизации необходимо также определить для данного вида объекта отдельно (для шаттла с учетом траектории его движения и скорости).

Список литературы:

1. Яковенко П.Г. Оптимизация управления электромеханическими системами и подвижными объектами: диссертация доктора технических наук: 05.13.07. – Томск, 2000. – 304 с.

2. Красовский A.A. Справочник по теории автоматического управления. – М.: Наука, 1987.

3. Постановление Правительства РФ от 12.11.2002 N 814 (ред. от 26.03.2014) «О порядке утверждения норм естественной убыли при хранении и транспортировке материально-производственных запасов».