Construction of the automatic control system of a single-screw extruder

Abstract

The purpose of the work is to build the rational system for regulating technological parameters of the single-screw extruder using the frequency-regulated electric drive with limited use of sensors. This goal is achieved by the way of solving the following problems: development the method for controlling the technological parameters of the extruder with a controllable electric drive; development of a structural diagram of a model for estimating the speed of rotation a rotor of the engine without the use of velocity-type transducers; development of a functional diagram of the vector frequency-regulated electric drive with an observer that is built on the basis of a voltage equation corresponding to the main magnetic flux; development of a simulation model of the system of adjustable electric drive of the extruder and carrying out simulations with using the Matlab software package in the environment of Simulink. The most significant results of the researches are: the proposed algorithm for controlling the technological parameters (dynamic viscosity and pressure) by the way of calculating of the electrical power parameters of the adjustable electric drive of the extruder without the use velocity-type transducers; the functional diagram of the vector frequency-regulated electric drive of the single-screw extruder with the observer that was built on the basis of balance of the reactive capacity provides the necessary values of the technological parameters of the extruder. Changes in dynamic viscosity and pressure in the material, provides flexible adjustment without the use of speed sensors and rational use of electricity.

Scopul lucrării este de a construi sistemul rațional de reglare a parametrilor tehnologici ai extruderului cu un singur șurub, folosind unitatea electrică reglată în frecvență cu utilizare limitată a senzorilor. Acest scop este atins prin modalitatea de rezolvare a următoarelor probleme: dezvoltarea metodei de control al parametrilor tehnologici ai extruderului cu acționarea electrică reglabilă; elaborarea unei diagrame structurale a unui model pentru estimarea vitezei de rotație a unui rotor al motorului fără utilizarea traductoarelor de tip viteză; elaborarea unei scheme funcționale a acționării electrice vectoriale reglate în frecvență cu un observator care este construit pe baza unei ecuații de tensiune corespunzătoare fluxului magnetic principal; elaborarea unui model de simulare a sistemului de antrenare electrică reglabilă a extruderului și realizarea de simulări cu utilizarea pachetului software Matlab în mediul Simulink. Cele mai semnificative rezultate ale cercetărilor sunt: algoritmul propus pentru controlul parametrilor tehnologici (vâscozitate dinamică și presiune) prin modul de calcul al parametrilor de putere electrică ai antrenării electrice reglabile a extruderului fără utilizarea traductoarelor de tip viteză; Schema funcțională a acționării electrice vectoriale reglate în frecvență a extruderului cu un singur șurub cu observatorul care a fost construită pe baza echilibrului capacității reactive oferă valorile necesare ale parametrilor tehnologici ai extruderului. Modificările vâscozității dinamice și ale presiunii din material oferă o reglare flexibilă fără utilizarea senzorilor de viteză și utilizarea rațională a electricității.

Целью работы является построение рациональной системы регулирования технологических параметров экструдера одношнекового средствами частотно-регулируемого электропривода с ограниченным использованием датчиков. Поставленная цель достигается путём решения следующих задач: разработка способа управления технологическими параметрами экструдера с регулируемым электропри-водом; разработка структурной схемы модели для оценки скорости вращения ротора электродвигателя без использования датчиков скорости; разработка функциональной схемы векторного частотно-регулируемого электропривода с наблюдателем, построенным на основе уравнения напряжений, соответствующих основному магнитному потоку; разработка имитационной модели системы регулируемого электропривода экструдера и проведение моделирования с использованием программного комплекса Matlab в среде Simulink. Наиболее значимыми результатами исследований являются: предложенный алгоритм контроля технологических параметров (динамическая вязкость и давление) путем расчетов электроэнергетических параметров регулируемого электропривода экструдера без использования датчиков скорости; функциональная схема векторного частотно-регулируемого электропривода одношнекового экструдера с наблюдателем, построенным на основе баланса реактивной мощности, обеспечивает необходимые значения технологических параметров экструдера. Изменениях динамической вязкости и давления в материале, обеспечивает гибкую регулировку без использования датчиков скорости и рациональное использование электроэнергии.