ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 9 1 АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ НАМОТКИ И ВЫКЛАДКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОБОСНОВАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫХ К НИМ .................................................................................................................... 26
1.1 Электротехнические системы с упругостями второго рода ................ 26
1.2 Анализ тенденций развития электротехнических систем с упругостью второго рода для изготовления изделий из композиционных материалов ..... 28
1.3 Технологический процесс изготовления композиционных изделий. Особенности работы электроприводов в механизмах изготовления композиционных изделий .................................................................................. 32
1.3.1 Метод “сухой” намотки ......................................................................... 32
1.3.2 Метод “мокрой” намотки ...................................................................... 36
1.3.3 Метод выкладки изделий ....................................................................... 38
1.4 Основные качественные показатели изделий из композиционных материалов .......................................................................................................... 43
1.5 Обзор современных электротехнических систем намотки .................. 45
1.6 Задачи развития теории и практики создания электротехнических систем для изготовления изделий из композиционных материалов ........................... 50
1.7 Систематизация изделий, изготавливаемых методом намотки из композиционных материалов, в зависимости от их геометрической формы ................................................................................................................. 57
1.8 Методика обоснования требований к электротехническим системам натяжения по точности отработки заданного закона намотки ........................ 63
2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УПРУГОЙ “СУХОЙ” И “МОКРОЙ” ЛЕНТЫ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НАТЯЖЕНИЯ .................................... 75
2.1 Разработка и исследование математической модели “сухой” ленты .. 75
2.1.1 Разработка математической модели упругой “сухой” ленты ................. 75
2.1.2 Линеаризация разработанного математического описания упругой “сухой” ленты ..................................................................................................... 80
2.1.3 Исследование зависимости коэффициентов линеаризации разработанного математического описания упругой “сухой” ленты от значения параметров технологического процесса изготовления изделий ...... 85
2.2 Разработка и исследование математической модели “мокрой” ленты 87
2.2.1 Разработка математическая модель упругой “мокрой” ленты ............... 87
2.2.2 Линеаризация разработанного математического описания упругой “мокрой” ленты .................................................................................................. 91
2.3.3 Исследование зависимости коэффициентов линеаризации разработанного математического описания упругой “мокрой” ленты от значения параметров технологического процесса изготовления изделий ...... 94
3 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НАТЯЖНЫХ УСТРОЙСТВ ............. 97
3.1 Натяжные устройства, используемые при “сухой” намотке и выкладке ................................................................................................................. 97
3.2 Анализ натяжных устройств и исполнительных механизмов, используемых при “сухой” намотке................................................................ 104
3.2.1 Тормозные устройство с механическими фрикционными тормозами . 104
3.2.2 Сматывающее и натяжное устройства с ферропорошковым электромагнитным тормозом .......................................................................... 107
3.2.3 Сматывающее и натяжное устройства с двигателем постоянного тока . ............................................................................................................... 110
3.2.4 Сматывающее и натяжное устройства с асинхронным двигателем .. 112
3.2.5 Сматываемые и натяжные устройства с синхронным двигателем ....... 118
3.2.6 Сматывающее и натяжное устройства с вентильно-индукторным двигателем ........................................................................................................ 122
3.2.7 Методика выбора мощности привода натяжного устройства при “сухой” намотке ............................................................................................... 131
3.2.8 Разработка обобщенной структурной схемы электротехнического преобразователя натяжного устройства при “сухой” намотке ...................... 144
3.3 Анализ натяжных устройств и исполнительных механизмов, используемые при “мокрой” намотке ............................................................. 145
3.3.1 Натяжные устройства, используемые при “мокрой” намотке .............. 145
3.3.2 Анализ вариантов приводов, используемых в исполнительных механизмах при “мокрой” намотке ................................................................. 162
3.3.3 Методика расчёта мощности двигателя натяжного устройства при “мокрой” намотке ............................................................................................. 165
3.3.4 Разработка обобщенной структурной схемы электротехнического преобразователя натяжного устройства при “мокрой” намотке ................... 170
3.4 Анализ натяжных устройств активного шпулярника ......................... 172
3.5 Анализ натяжных устройств, используемых при выкладке .............. 174
4 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И СТУКТУРНЫХ СХЕМ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НАТЯЖЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ПРИ ЕГО НАМОТКЕ И ВЫКЛАДКЕ ..................................................................................................... 178
4.1 Подходы к структурно-параметрическому синтезу электротехнических систем натяжения композиционного материала ............................................ 178
4.2 Разработка функциональных схем электротехнических систем натяжения при “сухой” намотке и выкладке ..................................................................... 179
4.3 Разработка структурных схем электротехнических систем регулирования натяжения при “сухой” намотке и выкладке ........................ 192
4.4 Разработка функциональных схем электротехнических систем натяжения при “мокрой” намотке и обоснование наиболее рациональных схем .......... 204
4.5 Разработка структурных схем электротехнических систем регулирования натяжения “мокрой” композиционной ленты ................................................ 214
5 РАЗРАБОТКА МЕТОДА СИНТЕЗА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НАТЯЖЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОЙ ЛЕНТЫ С УЧЕТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМЫ . 220
5.1 Анализ и сопоставление возможных вариантов к расчету и синтезу электротехнических систем для изготовления изделий из композиционных материалов методом намотки и выкладки ...................................................... 220
5.2 Анализ известных методик синтеза регуляторов электротехнических систем регулирования натяжения при намотке и выкладке .......................... 225
5.3 Разработка методики синтеза регуляторов электротехнических систем натяжения при намотке изделий “Конус” ....................................................... 226
5.4 Разработка методики синтез адаптивных регуляторов электротехнических систем регулирования натяжения намотки изделий “сложной” формы “Кокон” ............................................................................................................. 241
5.5 Синтез регулятора натяжения с прогнозом состояния системы.............. 245
5.5.1 Обоснование критерия оптимальности .................................................. 245
5.5.2 Синтез регулятора электропривода системы регулирования натяжения с прогнозом состояния ........................................................................................ 246
6 ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ................................................................ 252
6.1 Исследования влияния параметров наматываемых изделий на работу натяжных устройств ......................................................................................... 252
6.1.1 Исследование влияния габаритных размеров наматываемого изделия методом “сухой” намотки на эквивалентный момент двигателя .................. 252
6.1.2 Исследование влияния процесса намотки на работу натяжных устройств при “мокрой” намотке .................................................................... 257
6.2 Исследования регуляторов электротехнических систем регулирования натяжения при намотке изделий «Цилиндр” .................................................. 264
6.2.1 Исследования регуляторов электротехнических систем натяжения при намотке изделий «Цилиндр” из “сухой” композиционной ленты ................. 264
6.2.2 Синтез регуляторов электротехнической системы натяжения при намотке изделий “Цилиндр” из “мокрой” композиционной ленты .............. 267
6.3 Синтез электротехнических систем регулирования натяжения при намотке изделий с медленно меняющимися параметрами ............................ 270
6.3.1 Синтез электротехнической системы регулирования натяжения намотки изделий из “сухой” ленты с медленно меняющимися параметрами ............. 270
6.3.2 Синтез электротехнической системы регулирования натяжения намотки изделий из “мокрой” ленты с медленно меняющимися параметрами .......... 274
6.4 Синтез адаптивных регуляторов электротехнических систем .......... 278
6.4.1 Синтез адаптивных регуляторов электротехнической системы натяжения при “мокрой” намотке ................................................................... 278
6.4.2 Синтез адаптивных регуляторов электротехнических систем регулирования натяжения при “сухой” намотке ............................................ 291
6.5 Синтез регулятора электротехнической системы натяжения с прогнозом состояния .......................................................................................................... 305
7. ПРАКТИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ................................................................ 318
7.1 Задачи и условия выбора элементной базы электротехнических систем регулирования натяжения ................................................................................ 318
7.2 Электротехнические системы регулирования натяжения, разработанные, изготовленные и внедренные на намоточном оборудовании ... ............................................................................................................... 323
7.3 Перспективы и направления дальнейшего развития научных исследований .................................................................................................... 335
8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................ 338
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................................ 341
ПРИЛОЖЕНИЕ А ............................................................................................ 370
Акты внедрения результатов диссертационной работы ................................ 370
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ............................................................................................. 374
Акт внедрения результатов диссертационной работы в учебный процесс ЮРГПУ(НПИ) имени М.И.Платова ................................................................ 374
ПРИЛОЖЕНИЕ В ............................................................................................ 376
Расчет бандажа роторов высокоскоростных генераторов из композиционных материалов ........................................................................................................ 376
