Щербина Ю.В. Автореферат - Методология исследования и проектирования автоматизированных систем управления в рулонных печатных машинах

Подождите немного. Документ загружается.

















pxpBpФpX



, (41)

где













pAIpФ





- матрица красочного аппарата.

Вектор передаточных функций определяется выражением:













pBpФpW





(42)

Компонентами этого вектора являются передаточные функции





по

входу

x и выходам

(

k,...,2,1j



). Найдена передаточная функция по

выходному каналу

















2/epAIdet/CpW

kk1k





, где

алгебраическое дополнение соответствующего элемента матрицы









pAI











pAIdet



- определитель матрицы









pAI



. В качестве примера

рассмотрен упрощенный красочный аппарат, включающий семь

последовательно расположенных краскопередающих пар, для которого

функциональная матрица

)

(

имеет вид:





















02/e0000

2/e02/e000

02/e02/e00

002/e02/e0

0002/e02/e

00002/e0

)p(A

pTpT

6545

5434

4323

3212

(43)

где

T - время движения краски по цилиндру от точки

к точке j .

В данном случае:

 

 





 

p)tt(p)tt(p)tt(p)tt(p)tt(p)tt(

)pttt(ptpt

646362524142

64265

eeeeee

eeeee

1pAIdet











(44)

64/eeC

p)TTTTTT(pT

65544332210101





(45)

Здесь:

21122

TTt





;

32233

TTt





;

43344

TTt





;

54455

TTt





;

65566

TTt





периоды вращения 2-ого, 3-его и т.д. до 6-ого цилиндров.

На рис.33 представлены переходные характеристики упрощенного

красочного аппарата.

Рис. 33. Переходные характеристики упрощенного красочного аппарата

Получено выражение для точной передаточной функции красочного

аппарата:





pW

 



























16/eeeeee

64/e4/eeeee1

p)tt(p)tt(p)tt(p)tt(

p)tt(p)tt(

)pttt(ptptptptpt

64636252

4142

64265432

, (46)

Здесь





0Wk



- коэффициент передачи,

6554433221010

TTTTTT  -

время чистого запаздывания упрощенного красочного аппарата.

Предложена методика определения приближенного выражения для

передаточной функции

)p(W

, с помощью замены экспоненциальных

слагаемых отрезками ряда Тейлора, например:

pt1e





. В результате

получена приближенная непрерывную модель:





k)p(W









, (47)

где







=0,337с;













6426543265432p0

tttt3t2t2t2t34ttttt16kT









=0,6 с

На рис.34 показаны графики точной





от

и приближенной





от



переходных характеристик выходного канала красочного аппарата. Видно, что

они имеют высокую степень соответствия друг другу. Показано, что точное

функциональное уравнение динамики упрощенного красочного аппарата имеет

вид:

t,c





























от





























            

   

thth

thththththth4

ththththth16th64

013от

12от11от10от8от7от5от

9от6от4от3от2от1от

































(48)

Здесь:



(

,...,



)- времена движения потоков краски

(например

6554433221011

TTTTTT  , где

T - время движения красочного

потока между точками «0» и «1»,

T - время движения красочного потока

между точками «1» и «2» и т.д.).





- толщина слоя краски на дукторном

цилиндре,





от

- толщина слоя краски на оттиске.

Рис.34. Графики точной и приближенной переходных характеристик

упрощенного красочного аппарата

Предложена методика определения дискретной приближенной модели

красочного аппарата за счет выбора интервала квантования выходного сигнала

таким образом, чтобы остатки от деления T/

 (i=1,2,…,13) были достаточно

малыми. При этом можно воспользоваться приближенными соотношениями

 и получить приближенное рекуррентное уравнение:

 

)t(h)Tnt(h

)Tnt(h)Tnt(h)Tnt(h)Tnt(h)Tnt(h)Tnt(h4

)Tnt(h)Tnt(h)Tnt(h)Tnt(h)Tnt(h16

)Tnt(h64

013от

12от11от10от8от7от5от

9от6от4от3от2от

1от











(49)

В результате z-преобразования уравнения динамики (49) найдена

приближенная дискретная передаточная функция красочного аппарата:

 

   

1211

1087596

nnnnnnnnnnnnn

zzzzzzz4zzzzz16z64





(50)

t,c





от





от



Определена дискретная амплитудно-частотная характеристика

 





Tj*

eWA



 .

Выбрано значение частоты дискретизации 

3200рад/с, которой

соответствует период

/T  =9,981





с.

Рис.35. Непрерывная







A и дискретная







A АЧХ упрощенного красочного

аппарата

Графики амплитудно-частотных характеристик, рассчитанные по

дискретной





и непрерывной





передаточной функции транспортного

объекта, приведены на рис.35. Видно, что в данном диапазоне частот,

непрерывная и дискретная амплитудно-частотные характеристики полностью

совпадают. Небольшие различия могут быть выявлены на частотах, близких к

частоте дискретизации

 .

Предложена методика построения компьютерных моделей реальных

красочных аппаратов, с помощью которых можно рассчитать их динамические

характеристики и исследовать различные алгоритмы работы

автоматизированных систем управления подачей краски, например в режимах

суперкоррекции или предварительной закатки валиков накатной группы на

этапах их конструкторской разработки и проектирования.

Основные результаты диссертационного исследования

Получены следующие результаты, определяющие научную новизну и

практическую значимость выполненной диссертационной работы.

1. Разработана классификация систем управления натяжением ленты и

выделены три типовые структурные схемы, в основу которых положены тип

амортизатора и способ измерения усилия натяжения ленты.

2. Определено, что при отсутствии амортизатора в системах управления

натяжением ленты возникают слабозатухающие колебания, частота которых













с/рад



обратно пропорциональна текущему радиусу рулона. Предложен

проектировочный параметр – критическая скорость печати, значение которой

зависит от физико-механических параметров запечатываемого материала:

модуля упругости, объемной плотности, толщины и длины пути ленты.

3. Изучено влияние амортизаторов на свойства динамической системы

«рулон-амортизатор-лента» и предложена методика их настройки

обеспечивающая эффективное подавление параметрических колебаний

натяжения ленты.

4. Исследованы особенности динамики типовых систем управления

натяжением ленты и показано, что наибольшим быстродействием обладают

системы со свободно плавающим валиком. Показано, что наименьшим

быстродействием обладают устройства с датчиком положения пружинно-

масляного амортизатора.

5. Исследованы стационарные режимы типовых систем управления

натяжением при наличии овальности и эксцентриситета рулона. Получены

графики зависимостей амплитуды колебаний натяжения, позволяющие

осуществлять их проектирование с учетом качества работы лентопитающего

устройства при различных значениях настроечных параметров.

6. На основе теоретических исследований разработаны математические

модели систем управления натяжением, учитывающие их нелинейные и

нестационарные свойства и проведен вычислительный эксперимент, который

выявил резонансные явления, возникающие при изменении скорости печати и

наличии внешних гармонических возмущений.

7. Проведены теоретические исследования динамики систем управления

совмещением красок на оттисках в многокрасочных рулонных машинах, и

выведено нелинейное интегральное уравнение приводки, которое позволяет

связать его статическую характеристику и непрерывную динамическую часть.

8. С помощью линеаризованных математических моделей выполнено

исследование частотных и динамических характеристик приводки и показано,

что наилучшими свойствами обладают способы измере6ния ошибок по второй

или третьей базовым краскам.

9. Исследованы динамические свойства процессов продольной приводки

с помощью нелинейной математической модели и выявлено, что на

стационарном режиме работы в автоматизированной системе управления

приводкой могут возникать существенные низкочастотные колебания

совмещения красок. Для подавления этих колебаний предложен адаптивный

алгоритм работы цифрового управляющего устройства.

10. Разработана математическая модель системы управления приводкой,

учитывающая вязко-упругие свойства бумажной ленты, проявляющиеся при

нанесении на нее влаги и краски. Исследованы ее переходные характеристики

при действии ступенчатых, импульсных и гармонических воздействий, а также

процессы стабилизации проводки с помощью цифровых управляющих

устройств.

11. Разработан векторно-матричный метод определения передаточных

функций красочного аппарата. Показано, что уравнения динамики красочного

аппарата относятся к классу функциональных уравнений. Они не содержат

производных и для их исследования не подходят классические методы решения

линейных дифференциальных уравнений.

12. На основе векторно-матричного метода впервые разработана

аналитическая методика расчета толщин слоев краски в красочных аппаратах с

учетом коэффициента заполнения формы, которая может быть использована

для проектирования и настройки системы управления подачей краски в

печатных машинах.

13. Разработана аналитическая методика получения приближенной

линейной модели красочного аппарата в виде звена чистого запаздывания и

линейной инерционной части первого или второго порядка, которая позволяет

исследовать динамические свойства красочного аппарата на этапах

конструкторского проектирования.

14. Исследованы амплитудно-частотные характеристики красочного

аппарата. Показано, что они имеют периодический характер, содержат

локальные и глобальные максимумы на частотах, характеризующих процессы

синхронизации входных гармонических сигналов на краскопередающих

валиках и цилиндрах.

Публикации по теме диссертации:

Статьи в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ для

публикации результатов докторских диссертаций

1. Щербина, Ю.В. Динамические свойства систем управления натяжением бумажной

ленты / Ю.В. Щербина // Изв.ВУЗов. Проблемы полиграфии и издательского дела, 2003. -

№4. - С.34-67 (1,62 п.л.).

2. Щербина, Ю.В. Исследование системы регулирования натяжения со свободно

плавающим валиком при биениях рулона (Часть 1). // Изв.ВУЗов. Проблемы полиграфии и

издательского дела, 2004. - №2.- С. 22-39 (0,86 п.л.).

3. Щербина, Ю.В. Исследование системы регулирования натяжения со свободно

плавающим валиком при биениях рулона (Часть 2) / Ю.В. Щербина // Изв.ВУЗов. Проблемы

полиграфии и издательского дела. – 2004. - №3. – С.21-34 (0,78 п.л.).

4. Щербина, Ю.В. Аналитический метод исследования динамики красочных аппаратов

печатных машин / Ю.В. Щербина //. Изв.вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела.

– 2007. - №1. - С. 3-15 (0,68 п.л.)

5. Щербина, Ю.В. Методика аналитического исследования статических режимов

работы красочных аппаратов с учетом коэффициента заполнения формы / Ю.В. Щербина //

Изв.вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2008. – №3. – С. 25-32 (0,65 п.л.).

6. Щербина, Ю.В. Линеаризованная математическая модель процесса продольной

приводки красок в рулонной печатной машине / Ю.В. Щербина; Моск. гос. ун-т печати //

Изв. Вузов. Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2010, №1 (0,5 п.л.). – С. 60-66.

7. Щербина, Ю.В. Аналитический метод исследования процесса раскатывания вязкого

материала в многозвенных валково-цилиндрических аппаратах / Ю.В. Щербина, В.И.

Солонец; Федер. агентство по образованию. Санкт-Петербургский государственный

политехнический университет // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Наука и

образование. – 2010. - № 1(95). - С. 270 – 274 (0,5 п.л.)

8. Щербина, Ю.В. Сравнение методов измерения ошибок продольной приводки на

рулонных печатных машинах / Ю.В. Щербина; Моск. гос. ун-т печати // Изв. Вузов.

Проблемы полиграфии и издательского дела. – 2010. – №2 – С. 38-49 (0,6 п.л.).

9. Щербина Ю.В. Развитие полиграфии на основе автоматизации / Ю.В. Щербина.

Моск. гос. ун-т печати // Высшее образование в России. – 2010. – № 6. – С. 113-116 (0,3 п.л.).

10. Щербина, Ю.В. Исследование непрерывных быстродействующих оптимизаторов

при наличии запаздывания в объекте управления / Ю.В. Щербина // Изв. вузов.

Приборостроение. - 1978. - №5. - С. 23-28 (0,4п.л.).

11. Казакевич, В.В. О построении непрерывно-дискретных систем экстремального

регулирования, устойчивых при действии низкочастотных возмущений / В.В.Казакевич,

Ю.В.Щербина // Автоматика и телемеханика. - 1979. - №2. – С.72-78 (0,5 п.л.).

12. Казакевич, В.В. Синтез экстремальных систем, устойчивых при произвольном

полиномиальном дрейфе / В.В.Казакевич, Ю.В.Щербина // Автоматика и телемеханика. –

1985. - №10. - С.82-89 (0,5п.л.).

Монографии

13. Щербина, Ю.В. Динамические свойства процессов управления движением бумаги

и краски в рулонных печатных машинах: монография / Ю.В. Щербина - М. : МГУП, 2003. –

269 c. (15,69 п.л.)

14. Щербина, Ю.В. Теоретические основы и математическое моделирование

лентопроводных и краскопитающих устройств рулонных печатных машин как объектов

управления: монография / Ю.В. Щербина. – М. : МГУП, 2009. – 320 с (18,6 п.л.).

Статьи в отраслевых изданиях и научных сборниках

15. Казакевич, В.В. Исследование систем экстремального регулирования с

непрерывно-дискретным синхронным детектированием / В.В.Казакевич, Ю.В.Щербина //.

Приборостроение и авт. контроль. Вып. 3. – М. : Машиностроение, М, 1986. - С. 74-104

(1,92п.л.)

16. Шахмундес, Л.А. Разработка информационно-управляющей подсистемы местной

подачи краски для печатно-отделочной линии / Л.А. Шахмундес, Ю.В.Щербина //

Информационная и микропроцессорная техника в полиграфии. - М.: МПИ 1992. С. 85-91

(0,5п.л.).

17. Щербина, Ю.В. Архитектура микропроцессорной системы управления печатным

процессом / Ю.В. Щербина // Информационная и микропроцессорная техника в полиграфии. -

М.: МПИ, 1992. - С. 107-115 (0,5п.л.).

18. Щербина, Ю.В. Исследование линеаризованной системы автоматического

управления натяжением бумажного полотна с пружинно-масляным амортизатором / Ю.В.

Щербина // Управление и информатика в технических системах: межведомственный сборник

научных трудов. - М.: МГУП, 2003. - С. 80-93 (1,2 п.л.).

19. Щербина, Ю.В. Моделирование цифровой системы управления продольной

приводкой красок при действии возмущений / Ю.В. Щербина // Управление и информатика в

технических системах: межведомственный сборник научных трудов. - М.: МГУП, 2003. - С.

128-138 (0.8 п.л.).

20. Щербина, Ю.В. Исследование линеаризованной системы автоматического

управления натяжением бумажного полотна с плавающим валиком / Ю.В. Щербина //

Управление и информатика в технических системах: межведомственный сборник научных

трудов. - М.: МГУП, 2003. - С. 94-128 (1 п.л.).

21. Романюк, И.А. Специализированные контроллеры натяжения ленточного

материала / И.А.Романюк, В.П.Скворцов, Ю.В. Щербина //. Приборы+Автоматизация. –

2005. - №3. - С. 23-31. (0,9 п.л.).

22. Щербина, Ю.В. Компьютерная модель лентопроводящей системы рулонной

печатной машины / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. – 2005. - №3. - С. 7-28

(2,0 п.л.).

23. Щербина, Ю.В. Компьютерное моделирование процесса приводки красок с учетом

вязкоупругих свойств бумажной ленты / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. –

2005. - №3. - С.28-78 (3,7 п.л.).

24. Щербина, Ю.В. Компоненты типовых схем управления натяжением бумажной

ленты / Ю.В.Щербина, И.А.Романюк, В.П. Скворцов // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -

2005. - №3. - С.134-157 (1,4 п.л.).

25. Щербина, Ю.В. Специализированные контроллеры натяжения бумажной ленты //

Ю.В.Щербина, И.А.Романюк, В.П.Скворцов // Вестник Моск. гос. ун-та печати. 2005. - №3. -

С. 158-171. (1,5 п.л.).

26. Щербина, Ю.В. Исследование установившихся режимов красочных аппаратов

печатных машин векторно-матричным способом / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та

печати. -2006. - №9. - С.54-63. (0,9 п.л.).

27. Щербина, Ю.В. Компьютерный анализ лентопитающего устройства с цифровым

регулятором и тензометрическим датчиком натяжения / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос.

ун-та печати. -2006. - №9. – С.64-81. (1,6 п.л.).

28. Щербина, Ю.В. Особенности динамики процесса продольной приводки красок в

рулонной печатной машине / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2007. - №4.

– С.165-181. (1,6 п.л.).

29. Щербина, Ю.В. Методика настройки системы автоматического управления

натяжением ленты с тензометрическим датчиком / Ю.В. Щербина // Вестник Моск. гос. ун-та

печати. -2009. - №11. - С.184-191. (0,4 п.л.).

30. Щербина, Ю.В. Математическая модель лентопитающего устройства с рулонным

тормозом на основе ДПТ / Ю.В. Щербина. // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2010. - №2. -

С. 225-234. (0,6 п.л.).

31. Щербина, Ю.В. Математическое моделирование и настройка красочного аппарата рулонной

печатной машины / Ю.В. Щербина, Е.А. Аборина. // Вестник Моск. гос. ун-та печати. -2010. -

№8. - С. 85-101. (0,9 п.л.).

Тезисы докладов и материалов научных конференций

32. Kazakevich, V.V. Synthesis of Extremal and Information Systems Stable at Any

Polynomial Drift. International federation at Automatic Control / V.V.Kazakevich, J.V.Shcherbina

// 8-th Congress, August, 24-28, 1981, Kyoto, Japan.-Preprint, v. V111. - p. 112-118. (0,5 п.л.)

(статья на англ. яз.)

33. Щербина, Ю.В. Динамика процессов управления лентопитающим и

лентопроводящим узлами рулонной печатной машины / Ю.В. Щербина // Сборник тезисов

докладов. 60 лет МПИ. - М.: МПИ, 1990. - С.38-39. (0,1 п.л.).

34. Щербина, Ю.В Частотный метод расчета лентопитающего устройства рулонной

печатной машины: тезисы докладов / Ю.В. Щербина // Всесоюзное совещание по методам

расчета полиграфических машин – автоматов. – Львов: УПИ, 1991. – С. 34-35 (0,15 п.л.).

35. Щербина, Ю.В. Нелинейная математическая модель процесса продольной

приводки красок в рулонной печатной машине / Ю.В. Щербина // Всесоюзное совещание по

методам расчета полиграфических машин – автоматов. - Львов: УПИ, 1991. - С. 35-36

(0,15п.л.).

36. Щербина, Ю.В. Функциональные принципы построения микропроцессорных систем

управления печатным процессом / Ю.В. Щербина // Информационные технологии в печати: 2-

я Международная конференция. – М.: МГАП, 1995. – С. 5 (0,1п.л.).

37. Щербина, Ю.В. Исследование системы автоматического управления натяжением

бумажной ленты / Ю.В. Щербина // 35-я научно-техническая конференция профессорско-

преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов: тезисы докладов. – М.:

МГАП, 1995. - С 6 (0,03п.л.).

38. Щербина, Ю.В. Математическое моделирование динамических процессов в

красочных аппаратах печатных машин / Ю.В. Щербина // 36-я научно-техническая

конференция профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов

МГАП : тезисы докладов. - М.: МГАП, 1996. – С.3 (0,03 п.л.).

39. Щербина, Ю.В. Статический режим работы красочного аппарата печатных машин /

Ю.В. Щербина // 36-я научно-техническая конференция профессорско-преподавательского

состава, научных сотрудников и аспирантов : тезисы докладов. – М.: МГАП, 1996. С.4

(0,03п.л.).

40. Щербина, Ю.В. Исследование красочного аппарата печатной машины как объекта

управления / Ю.В. Щербина // Международная академия информатизации. Отд.

Информационные технологии в печати. 4 - я Межд. научн. конференция, 24 ноября. – М.:

МГУП, 1997. - С. 39-41 (0,2 п.л.).

41. Щербина, Ю.В. Анализ специализированного человеко-машинного интерфейса

CPTronic фирмы Heidelberg / Ю.В.Щербина, С.А.Беляев // 38 научно техническая

конференция проф.-преп. состава, аспирантов и научных сотрудников МГУП: тезисы

докладов. – М.: МГУП, 1998. - С.32-35. (0,15п.л.).

42. Щербина, Ю.В. Комплексная система цифрового управления печатными

машинами серии Heidelberg “Speedmaster” (концепция CPC-CPTronic-Datacontrol) /

Ю.В.Щербина, Д.А.Железняк // Международная академия информатизации. Отд.

Информационные технологии в печати. 5 - я Межд. научн. конференция, 23 - 24 ноября. М.:

МГУП, 1998. - С.92-98. (0,5 п.л.).

43. Щербина, Ю.В. Современное состояние развития систем цифровой печати /

Ю.В.Щербина, С.Е. Сухобоченков // Международная академия информатизации. Отд.

Информационные технологии в печати. 5 - я Межд. научн. конференция. - М.: МГУП, 1998,

с.99-103. (0,36 п.л.)

44. Щербина, Ю.В. Интегрированные системы управления современными листовыми

печатными машинами / Ю.В. Щербина // Международная академия информатизации. Отд.

Информационные технологии в печати. 6-я Межд. научн. конференция. - М.: МГУП, 1999.

с.68-73. (0,28п.л.)

45. Щербина, Ю.В. Отраслевой формат печатной продукции CIP3 / Ю.В.Щербина,

Д.А.Железняк // Тезисы докладов 39 научно-технической конференции проф.-преп. состава,

аспирантов и научных сотрудников. – М.: МГУП, 1999. с.3-8. (0,5 п.л.)

46. Щербина, Ю.В. Принципы организации информационного обмена в

интегрированной системе печати «РЕСОМ» / Ю.В.Щербина, И.В. Пивоваров // Тезисы

докладов 40 научно-технической конференции проф.-преп. состава, аспирантов и научных

сотрудников, МГУП. – М.: МГУП, 2000, с.12-17. (0,4 п.л.).

47. Щербина, Ю.В. Особенности программного обеспечения распределенных

микропроцессоных АСУТП / Ю.В.Щербина, Н.В. Баландин // Тезисы докладов 40 научно-

технической конференции проф.-преп. состава, аспирантов и научных сотрудников, МГУП.

– М.: МГУП, 2000, с.19-24. (0,4п.л.).

48. Щербина, Ю.В. Комплексная система цифрового управления рулонной офсетной

печатной машиной «М-600» фирмы Хейдельберг / Ю.В. Щербина // Материалы юбилейной

научно-технической конференции «70 лет МПИ-МГАП-МГУП» в 2 ч. Ч1. - М.: МГУП, 2000,

с.14-18. (0,3п.л.)

49. Щербина, Ю.В. Система автоматического управления приводкой для листовых

офсетных печатных машин / Ю.В.Щербина,. Д.А. Железняк // Материалы юбилейной

научно-технической конференции «70 лет МПИ - МГАП - МГУП» в 2 ч., Ч1. – М.: МГУП,

2000б с.65-71. (0,32п.л.)

50. Щербина, Ю.В. Исследование динамических характеристик краскораскатывающих

систем / Ю.В. Щербина // Материалы 42-й научно-техн. конф. преп., сотр. и асп. МГУП. –

М.: МГУП, 2002. - С. 107-109 (0,15 п.л.).

51. Щербина, Ю.В. Компьютерные системы качества печатной продукции / Ю.В.

Щербина, А.В. Зарщиков // – М.: Материалы 42-й научно-техн. конф. преп., сотр. и асп.

МГУП. – М.: МГУП, 2002. - С.109-110 (0,12 п.л.).

52. Щербина, Ю.В. Динамические свойства транспортного объекта управления / Ю.В.

Щербина // Проблемы автоматизации и управления в технических системах. Труды

междунар. научно-техн. конф. – Пенза, Пенз. гос. ун-т , 2004. - С.18-22. (0,38 п.л.).

53. Щербина, Ю.В. Методика компьютерного анализа лентопитающих устройств

средствами пакета Control System Toolbox вычислительной системы Matlab // Материалы

юбилейной 45-й конференции преподавателей, сотрудников и аспирантов Моск. гос. ун-та

печати. - М.: МГУП, 2005. - С.43-44 (0,18 п.л.).