Технические науки / отраслевое машиностроение

Скачков В.А., Иванов В.И., Егоров Ю.П., Болюк С.В.

РАЗРАБОТКА РЕГРЕССИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА НАГРЕВА ПРИ АВТОКЛАВНОМ ОТВЕРЖДЕНИИ УГЛЕПЛАСТИКОВЫХ ЗАГОТОВОК

Запорожская государственная инженерная академия

При производстве изделий из композитов на основе феноло-формальдегидных смол одним из важнейших этапов технологического процесса является автоклавное отверждение углепластиковых заготовок.

Установлено, что на температуру отверждаемой заготовки существенное влияние оказывают температура и давление в рабочем объеме автоклава, а также значительная тепловая инерционность нагрева заготовки.

Для описания процесса нагрева заготовки в автоклаве может быть предложена модель в виде соотношения

, (1)

где Т_и(t), T_a(t) - соответственно температура заготовки и температура в рабочем объеме автоклава на момент времени t; А(Р) - регрессионный коэффициент, зависящий от давления Р в рабочем объеме автоклава; k(t-t) - функция влияния предыстории нагрева автоклава на температуру заготовки.

Функция k(t-t) по своему физическому смыслу является монотонно убывающей и при значении аргумента, стремящегося к бесконечности, стремится к нулю. Такими свойствами обладает функция вида

, (2)

где В, К - эмпирические константы.

Анализ кривых распределения температуры в рабочем объеме автоклава показывает, что наиболее удобным способом их представления является линейная аппроксимация на локальных временных интервалах

, (3)

где a_i, b_i - параметры аппроксимации; N - количество участков процесса нагрева при аппроксимации; t_N - суммарное время до конца N-ого участка.

После подстановки соотношений (2) и (3) в уравнение (1) и несложных преобразований можно записать

. (4)

Значение параметров А, В(Р) и К уравнения (4) вычисляют с использованием регрессионных методов.

Энергетическое обеспечение процесса отверждения заготовки определяется величинами электрического тока и напряжения, подводимыми к роторному нагревателю автоклава. Величину мощности W_a(t), необходимой для создания в рабочем объеме автоклава температуры T_a(t), можно рассчитать с использованием модели, которая отвечает уравнению (1):

(5)

где ; V, R, w - опытные константы.

Параметры V, R и w вычисляют по методике, аналогичной расчету коэффициентов А, В(Р) и К.

Зная температуру автоклава T_a(t_N), определяют необходимую мощность W_a(t_N), обеспечивающую в данном агрегате расчетную температуру в его рабочем объеме и расчетную температуру заготовки .

В случае постоянства параметров, определяющих тепловой баланс автоклава расчетное значение равно заданной величине . Изменение внутренних и внешних факторов процесса отверждения, обеспечивающих соблюдение теплового баланса автоклава, сопровождается появлением невязки :

(6)

Если величина невязки превышает допустимую погрешность, то ее необходимо компенсировать. Для этого предусмотрен алгоритм адаптивного управления, основанный на уточнении значений коэффициента А(Р). При адаптивном управлении коэффициент А(Р) вычисляют по формуле

. (7)

Алгоритм управления процессом автоклавного отверждения заключается в следующем. В память ПЭВМ вводят закон изменения температуры отверждения заготовки и величину допустимого отклонения температуры заготовки от заданного значения. Вычисляют коэффициенты уравнения (3), а, следовательно, и температуру . Далее рассчитывают значение мощности, которая обеспечивает в рабочем объеме автоклава температуру . После реализации системой управления автоклавом сформированного сигнала определяют значение невязки . Если ее величина больше допустимого значения, то осуществляют адаптивное изменение коэффициентов модели и последующее вычисление температуры в рабочем объеме автоклава и необходимой мощности для следующего отрезка времени. Выполняя указанную процедуру для всех отрезков времени, получают полный процесс управления автоклавным отверждением заготовки.

Практическую реализацию управления процессом нагрева заготовок при автоклавном отверждении, основанного на соотношениях (1)-(4), представлено в виде программы для ПЭВМ. Исходными данными для проведения управления данным процессом являются давление в рабочем объеме автоклава; точность задания температуры заготовки; температура заготовки и в рабочем объеме автоклава на каждом участке времени; количество участков времени на графике нагрева заготовок; их длительность, а также коэффициенты модели.