Система регулирования автоматического бункерного питателя

Н.С.Кузнецова (Работа выполнена под руководством д.т.н., проф. В.И.Жукова)

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО БУНКЕРНОГО ПИТАТЕЛЯ Н.С.Кузнецова (Работа выполнена под руководством д.т.н., проф. В.И.Жукова)

Под бункерным питанием подразумевается система технических средств, обеспечивающая непрерывным слоем волокнистого материала текстильные машины. Бункерные питатели обладают существенным недостатком – они не обеспечивают постоянство линейной плотности слоя, выходящего из бункера, на больших отрезках. В льняной промышленности квадратическая неровнота по массе рулонов ленты, получаемой с поточных линий как с ПЛ-1-КЛ, так и с более совершенных типа ПЛ-150-П1, составляет 12...18%, а максимальные отклонения могут достигать до 20...25%.

Разработано устройство автоматического слоеформирующего бункера, которое обеспечивает высокую точность формирования заданной величины линейной плотности слоя волокнистого материала. Высокая точность реализуется за счет применения новой системы управления перемещением подвижной стенки бункера в зависимости от толщины выводимого слоя волокнистого материала, определяемой с помощью измерительного валика. Устройство защищено патентом РФ.

Схема автоматического бункерного питателя представлена на рис. 1.

Рис. 1. Рис.1. Автоматический слоеформирующий бункер
(а — принципиальная схема, б — электрическая схема): 1 — вертикальный бункерный питатель (неподвижные стенки бункера), 2 — подвижная стенка бункера, шарнирно закрепленная в верхней части, 3 — измерительный валик; 4 — двуплечий рычаг; 5 — блок переключателей; 6 и 7 — переключатели; 8 — импульсный коммутатор; 9 — электродвигатель; 10 — редуктор; 11 — тяга; 12 — транспортирующее устройство

Если по какой–либо причине будет происходить изменение толщины формируемого слоя волокнистого материала измерительный валик изменит свое положение, повернет двуплечий рычаг в ту или иную сторону, верхним плечом воздействуя на переключатели, которые подают электрический сигнал на импульсный коммутатор. Импульсный коммутатор производит включение электродвигателя на некоторое время, определяемое коммутатором. В результате работы двигателя происходит перемещение стенки бункера в сторону увеличения или уменьшения ширины стенки бункера.

При этом стенка фиксируется в новом положении. Если изменение толщины слоя оказалось недостаточным, переключатели остаются в прежнем состоянии. Импульсный коммутатор через этот интервал времени повторно формирует импульс на включение двигателя в том же направлении. Это приводит к продолжению этапа перемещения стенки бункера. Этап продолжается до тех пор, пока толщина слоя не примет заданное значение.

Чтобы оценить качество работы системы автоматического регулирования, требуется рассчитать передаточную функцию системы автоматического регулирования.

Система автоматического управления бункера образует систему автоматического регулирования (САР), которая включает в себя бункерный питатель, измерительный валик, двуплечий рычаг, блок переключателей, импульсный коммутатор, электродвигатель, редуктор и тягу.

Структурная схема исследуемой САР, имеющей в своем составе цепь отрицательной обратной связи, представлена на рис. 2, где W₀(р) — передаточная функция объекта регулирования — бункерного питателя [4]

W₁(р) — передаточная функция звена чистого запаздывания — бункерного питателя, из теории автоматического регулирования [2] известно, что передаточная функция такого звена имеет вид:

где — время прохождения волокном пути L1 (рис. 1б);

W₂(р) — передаточная функция регулятора, известно, что передаточная функция такого звена имеет вид:

где с — константа, характеризующая скорость перемещения стенки бункера и учитывающая точку приложения перемещения стенки бункера;

Ти — время перемещения стенки бункера.

Рис.2. Структурная схема системы автоматического управления

Из теории автоматического регулирования известно [3,с.32], что передаточная функция САР W(p) имеет вид:

Получим передаточную функцию замкнутой системы

Система автоматического управления обязательно должна быть устойчива. Устойчивость САР можно оценить по виду амплитудно-фазо-частотной характеристики (АФЧХ) системы. Метод проверки устойчивости, разработанный Г. Найквистом, определяет устойчивость замкнутой системы по частотным характеристикам разомкнутой.

Определяется контурная передаточная функция разомкнутой системы в виде (см. рис. 2):

Заменяя , а также аппроксимируя звено чистого запаздывания в виде:

получим

где

Семейство амплитудно-фазовых характеристик контурной передаточной функции имеет вид, изображенный на рис. 3. Построенная АФЧХ, как видно из рисунка, не охватывает критическую точку (-1;j₀) на комплексной плоскости, если коэффициенты Tи и с достаточно малы. Исследуемая замкнутая САР будет устойчива, если время и скорость перемещения стенки бункера будут небольшими, параметры следует настроить так, чтобы выполнялось соотношение:.

Рис. 3. АФЧХ разомкнутой САР

Литература

1. Патент №2253708 от 19.07.2004 г. Опубл. 10.06.2005 Бюл.№16.

2. Бесекерский В. А. Теория систем автоматического управления / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. — СПб. : Профессия, 2004. — 752 с.

3. Гинзбург С. А. Основы автоматики и телемеханики / С.А. Гинзбург, И. Я. Лехтман, В. С. Малов. — М. : Энергия, 1968. — 512 с.

4. Севостьянов А.Г. Моделирование технологических процессов (в текстильной промышленности) : учебник для вузов / А. Г. Севостьянов, П. А. Севостьянов. — М. Легкая и пищевая пром-сть. 1984. — 344 с.