Оптимальное управление тепловым режимом газовой сушильной камеры для сушки древесины

Для проверки результатов теоретических исследований на модульном принципе создана экспериментальная установка для исследований процессов пиления и фрезерования различными механизмами резания в условиях саморегулирования режимов обработки.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлены основные факторы, влияющие на процесс пиления с саморегулированием режимов обработки круглыми, цепными, ленточными пилами:

1) диаметр лесоматериала (высота пропила), 2) начальная скорость подачи пильного механизма, 3) ширина пропила, 4) начальный крутящий момент на центробежной муфте оцепления механизма подачи, 5) контурный угол резания, 6) угол боковой заточки; а также факторы, влияющие на процесс фрезерования с саморегулированием режимов обработки лесоматериалов: 1) скорость резания, 2) скорость подачи, 3) кривизна профиля фрезы, 4) диаметр лесоматериала, 5) глубина фрезерования.

С помощью регрессивного анализа результатов исследований определены зависимости энергосиловых параметров и стойкости инструмента от значимых факторов при пилении и фрезеровании с саморегулированием режимов обработки лесоматериалов основных пород: сосна, ель, береза, осина.

Проведено сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований (отмечена сходимость результатов) и разработаны рекомендации по использованию полученных зависимостей для:

- определения влияния изменения исходных параметров механизма резания и предмета труда на показатели, характеризующие процесс пиления, фрезерования в условиях саморегулирования режимов обработки;

- выявления чувствительности системы взаимодействия механизма резания с предметом труда в зависимости от конструкции станка с саморегулированием режимов обработки;

- распознавания состояния предмета труда по изменяющимся факторам процессов пиления и фрезерования;

- обоснования параметров деревообрабатывающего оборудования с саморегули-руемым приводом;

- разработки технической и конструкторской документации на изготовление деревообрабатывающих станков с саморегулированием режимов обработки.

Использование результатов исследований в деревообрабатывающих производствах позволит:

- снизить затраты на обработку и переработку древесины, особенно в условиях межотраслевого лесопользования;

- обеспечить равномерное качество обработки древесины при достаточной пропускной способности станков и технологических линий;

- рационально использовать древесину с учетом ее естественного роста и изменения физико-механических свойств в процессе роста и лесоиспользования.

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ ГАЗОВОЙ СУШИЛЬНОЙ КАМЕРЫ ДЛЯ СУШКИ ДРЕВЕСИНЫ

B.C. ЗАКИРНИЧНЫЙ, д. т. н., профессор, Санкт-Петербургская Государственная Лесотехническая академия,

C.М. МОЛОКОВСКИЙ, магистр,

Д.В. МАУРЕР, магистр

Качественные показатели очень важного и широко используемого для производства мебели и как строительного материала

- фанеры в значительной степени зависят от

управления технологическими операциями, одной из которых является сушка шпона, которая производится в роликовых газовых сушильных камерах.

В работе по энергетическому признаку (по методу сообщения тепла шпону) принята во внимание не только конвективная составляющая в процессе сушки, но и составляющая передачи тепла путем излучения. Направленность тепловых потоков будет зависеть от абсолютной температуры поверхностей и объемов. Поэтому, очень важно заранее знать, от каких поверхностей тепло передается излучением, а какие поверхности его поглощают.

Наибольшей температурой обладают дымовые газы (являющиеся тепловым объектом) и от них тепловой поток направлен к древесине (шпону), стенкам камеры, роликам. Далее следует рассматривать температуру стенок камеры, которая мало отличается от дымовых газов, поэтому тепловой поток будет направлен от стенок к роликам и древесине (шпону). Лучистым теплообменом между древесиной и роликами можно пренебречь.

Температурное поле внутри сушильной камеры неравномерно. Поэтому, всю камеру следует разделить на несколько участков, в которых характер и закономерность изменения температуры являются детерминированными.

В зависимости от конструктивных особенностей каждого типа камеры таких участков может быть несколько (порядка пяти).

Поэтому модель температурного поля, рассматриваемая внутри каждого участка как объект с сосредоточенными параметрами по числу переменных: дымовые газы, стенки камеры, древесина - шпон, роликовый транспортер - будет четвертого порядка или будет эквивалентна тепловому объекту, который по своей природе обладает распределенными параметрами, и имеет модель инерционного звена с запаздыванием.

В результате такого подхода математическая модель сушильной камеры, состоящая из 20 связанных между собой дифференциальных уравнений и имеющая пять управляющих воздействий, является весьма познавательной. С ее помощью можно легко понять взаимодействие тепловых потоков и

излучающих объемов и поверхностей, что всегда полезно при проектировании систем управления.

Большое познавательное значение имеет анализ коэффициентов излучения и теплопередачи. В математической модели все коэффициенты дифференциальных уравнений содержат теплофизические параметры сушильной камеры. Их определение является основной задачей измерений.

Гораздо большую погрешность при определении коэффициентов дифференциальных уравнений вносит усреднение температур излучающих поверхностей. Так, например, для первого участка передача тепла лучеиспусканием в начале и в конце от сушильного агента к древесине различается в 5-6 раз. Поэтому, можно участки раздробить на секции, как это и делается в камере, но тогда резко возрастет количество уравнений (до 70-80) и их решение представляет уже значительные трудности.

Можно предложить и другой путь в построении математической модели - рассмотреть как объект с распределенными параметрами. Но тогда модель будет представлена системой дифференциальных уравнений в частных производных с несколькими управлениями и сложными краевыми и начальными условиями, а решение задачи анализа и оптимального синтеза будет практически неразрешимой задачей даже при современном уровне развития вычислительной математики.

Поэтому, при автоматизации сушильных камер с газовым сушильным агентом приходится идти на компромисс и иметь грубую линейную модель, позволяющие легко анализировать процессы в камере и рассчитывать для нее регуляторы, обеспечивающие оптимальное управление.

Для практических расчетов полученная модель может быть использована в нескольких направлениях. Если ориентироваться на применение микропроцессорной техники для управления температурными режимами, то данная модель имеет весьма неплохие перспективы и важное расчетное значение. Действительно, по предлагаемой

модели при действии любого возмущения можно построить модель температурного поля всей камеры в статическом режиме. По этому температурному полю можно рассчитать расходы топлива на каждом участке, компенсирующие отклонение температуры от заданной.

Сложным остается вопрос о стабилизации температуры на каждом участке из-за многосвязности объекта, переменности его коэффициентов, многочисленности возмущений и т.д.

В этом случае следует сделать попытку применить теорию аналитического конструирования регуляторов с неполной информацией и векторе состояния, применив наблюдателя на основе полученной модели.

Можно пойти традиционным путем конструирования локальных регуляторов. Для этого модель может быть легко преобразована для получения сравнительно точных передаточных функций, учитывающих распределенность параметров сушильной камеры, путем объединения малых постоянных времени в эквивалентное запаздывание.

Сложность построения системы стабилизации температуры всей камеры обусловлено тем, что изменение температуры на одном из участков приведет к изменениям температуры и на других участках. А это в свою очередь отразится на математических моделях этих участков. Таким образом, стабилизация должна осуществляться посредством системы управления с подстраиваемой моделью.

Для такой системы необходимо оперативное выполнение всех стадий управления: получение и обработка информации, расчеты законов управления, формирование алгоритмов и т.д.

В работе поставлена и решена задача разработки законов оптимального управления на основе разделения движений. Синтез системы стабилизации выполнен по методу аналитического конструирования регуляторов в постановке оптимальной стабилизации состояний системы. Метод синтеза отвечает требованиям, предъявляемым к динамическому режиму камеры: обеспечить минимум отклонений переменных состояний с ограничением на управление, т.е. с минимальным расходом топлива (газа).

АДАПТИВНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР С ПЕРЕМЕННЫМ ПЕРИОДОМ ДИСКРЕТНОСТИ

B.C. ЗАКИРНИЧНЫЙ, д. т. н., профессор, Санкт-Петербургская Государственная Лесотехническая академия,

C.М. МОЛОКОВСКИЙ, магистр,

Д.В. МАУРЕР, магистр

Датчики технологических параметров далеко не всегда отвечают требованиям, предъявляемым к «чистоте» контролируемого параметра, т.е. выходной сигнал датчика технологического параметра часто зашумлен паразитными сигналами, чаще всего имеющими случайный характер.

Поэтому, чтобы система (или объект) функционировали с заданными показателями качества, регулирующее устрой-

ство наряду с качественной реализацией алгоритма управления должно еще и эффективно фильтровать (или сглаживать) накладываемый на полезный сигнал помехи, как правило, имеющий случайный характер.

Для этих целей чаще всего используются релейные или релейно-импульсные регулирующие устройства, в том числе реализующие типовые законы управления.