Том 30, № 2 (2022)

Рассматривается проблема управления процессом косвенного индукционного нагрева вязких неэлектропроводных жидкостей в процессе их транспортировки по трубопроводной системе. Объект управления характеризуется сложными нелинейными процессами, протекающими в системе «индукционный нагреватель – металлическая стенка трубы – поток жидкости». Ввиду сложности процесса и невозможности получения передаточных функций в аналитической форме для оценки динамических свойств объекта в работе используются переходные функции, полученные расчетным путем с помощью численной модели. Задача реализации качественной системы управления усложняется наличием существенных технологических ограничений, наложенных на параметры процесса. К таким ограничениям относится, прежде всего, ограничение на максимальную температуру пограничного слоя жидкости, контактирующей с теплопередающей поверхностью трубы. Реализация технологических требований возможна только в многосекционном нагревателе с автономными источниками питания. Существенно неравномерное распределение температуры потока жидкости вследствие низкой теплопроводности обусловливает необходимость распределенного контроля для оценки средней температуры в контролируемом сечении потока. Исследование динамических свойств нагревателя проводится относительно температуры жидкости в определенных фиксированных точках поперечного сечения потока на выходе из каждой секции. Отмечено, что для адекватной оценки средней по сечению температуры потока достаточно иметь четыре точки контроля, для которых определены параметры передаточных функций. Для вычисления средней по сечению потока температуры экспериментально полученная зависимость аппроксимируется кусочно-линейной функцией, состоящей из отрезков прямых с концами в точках измерения температуры. В работе представлена структурная модель объекта, состоящего из трех нагревательных секций. Структурная схема каждой секции объекта управления представляет собой совокупность элементарных звеньев – апериодических и звеньев запаздывания. Для исследования динамических свойств системы автоматического регулирования многосекционным нагревателем использовалась динамическая модель системы, реализованная в среде технологических расчетов, – Matlab^®, а также сопутствующей системы для моделирования динамических нелинейных систем – Simulink^®.

Процесс компаундирования, смешивания нескольких видов топлива для получения продуктов заданного качества позволяет получать бензин с требуемыми свойствами. Традиционно приготовление бензинов происходит в резервуарах. В качестве компонентов выступают высокооктановые присадки, компоненты бензина с технологических установок и компоненты из других резервуаров. Компаундирование является завершающим процессом приготовления бензинов, поэтому подготовка и проведение его определяют качество товарной продукции. Существующий способ компаундирования на производстве является многоступенчатой операцией, включающей определение количества смеси компонентов в резервуаре, подбор количества присадок, перемешивание всех компонентов и присадок, лабораторный анализ и выдачу паспорта качества на резервуар. Этот способ может быть оптимизирован за счет исключения ряда операций и осуществления расчета требуемого количества компонентов до их направления в резервуар. Задача компаундирования может быть сформулирована так: требуется в конкретном резервуаре с известным качеством и количеством остатка приготовить необходимое количество товарного бензина. Кроме того, в процессе разработки рецептуры товарного бензина и технологии его приготовления желательно наиболее полно использовать все имеющиеся бензиновые фракции при минимальном использовании самой дорогой части товарного бензина – присадок. Задача оптимизации компонентного состава товарных бензинов решается в работе методом линейного программирования и основывается на показателях качества имеющихся компонентов и задании заводу по выпуску отдельных марок бензинов. Приведены примеры определения наиболее целесообразного и экономически выгодного соотношения компонентов для некоторых партий бензина. Сформулирована и решена задача выбора конкретного резервуара, в котором при текущих ограничениях можно приготовить продукт требуемого качества при минимальном потреблении присадки. Сделан вывод, что для прозрачности и точности учета осуществление конкретных производственных операций приготовления товарных бензинов необходимо производить по методике пооперационного учета. Рекомендовано применение методики пооперационного учета при компаундировании товарных нефтепродуктов, что позволяет значительно повысить качество производственного учета.

Моментный двигатель находит широкое применение в устройствах с ограниченным углом поворота ротора. Существует достаточно много конструктивных решений, направленных на повышение эксплуатационных характеристик. Беспазовый моментный двигатель с обмоткой кольцевого типа позволяет получить стабильный момент в пределах рабочего угла поворота ротора, что весьма востребовано в электроприводах угловой стабилизации высокой точности. При этом с целью снижения люфтов сопряжение управляемого механизма с моментным двигателем осуществляется в едином корпусе с использованием прямого привода. Отличительной особенностью двигателей этого типа является наличие относительно большого немагнитного зазора, включающего в себя воздушный зазор и витки обмотки статора. В качестве источников поля в такой конструкции наиболее целесообразно использование высококоэрцитивных постоянных магнитов, за счет применения которых улучшаются массогабаритные показатели и исключаются узлы, связанные с подведением тока к вращающимся частям машины. Наибольшее распространение в последнее время в качестве магнитных материалов получили сплавы NdFeB, магнитные свойства которых существенно зависят от температуры. Таким образом, актуальным становится вопрос определения температурного состояния моментного двигателя на этапе выбора марки используемых постоянных магнитов.

Анализ конструкции моментного двигателя, исполнительного механизма и условий его эксплуатации дает основания предполагать существенное влияние на тепловое состояние машины краевых эффектов, элементов конструкции, схемы питания. В статье с использованием методов численного 3D-моделирования магнитного поля уточнена величина и распределение магнитных потерь в стали и потерь на вихревые токи в постоянных магнитах в результате питания обмоток от широтно-импульсного преобразователя. Оценено влияние найденных потерь на тепловое состояние двигателя. Моделирование температурного поля осуществлялось в трехмерной постановке с целью определения степени влияния конструктивных элементов на величину максимальной температуры обмоток и постоянных магнитов. В качестве сравнительного эксперимента было осуществлено плоскопараллельное моделирование с целью определения его применимости в рамках исследования аналогичных моментных двигателей.

В статье рассматривается цифровой следящий электропривод переменного тока, структурное построение которого отличается от традиционных систем подчиненного регулирования. Приведена структурная схема электропривода при переходе к дискретным передаточным функциям. Определены передаточные функции цифровых регуляторов с учетом предполагаемого алгоритма их работы. Приведена расчетная модель для программы «Matlab Simulink» позволяющая построить график переходного процесса по управляющему воздействию в разработанном цифровом следящем электроприводе переменного тока при реализации регуляторов на программируемой логике с учетом разных периодов дискретизации. Получены передаточные функции асинхронного электродвигателя совместно с силовым преобразователем и экстраполятором нулевого порядка. Найдена дискретная передаточная функция замкнутого следящего электропривода с учетом разных периодов дискретизации в регуляторах. Натурные эксперименты проводились в экспериментальной установке на базе поворотного стола модели СК36-1202, оснащенного синхронным двигателем 1FK70605AF71 с частотным преобразователем Simovert Masterdrives Motion Control. Производится сравнение результатов компьютерного моделирования с натурными экспериментами.