НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

ДЕЙНЕКА Ростислав Михайлович

УДК 681.847.2

СТАБІЛІЗАЦІЯ ШВИДКОСТІ ГНУЧКОГО НОСІЯ ІНФОРМАЦІЇ В АПАРАТУРІ МАГНІТНОГО ЗАПИСУ

Спеціальність 05.02.09 - динаміка та міцність машин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Національному університеті „Львівська політехніка”

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: | кандидат технічних наук, доцент

Пархоменко Анатолій Леонтійович,

Національний університет „Львівська політехніка”,

доцент кафедри „Прилади точної механіки”.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, доцент

Сокіл Богдан Іванович,

Національний університет „Львівська політехніка”

Міністерства освіти і науки України,

професор кафедри „Теоретична механіка”;

кандидат технічних наук, доцент

Гладьо Юрій Богданович,

Тернопільський державний технічний університет

ім. Івана Пулюя,

доцент кафедри „Теоретична механіка”.

Провідна установа - | Національний технічний університет

„Харківський політехнічний інститут”, кафедра

„Динаміка і міцність машин”

Міністерства освіти і науки України (м. Харків).

Захист відбудеться „1” жовтня 2003р. о 15 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.06 у Національному університеті „Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. Cт. Бандери, 12, ауд. 226 головного корпусу.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Національного університету „Львівська політехніка” за адресою: 79013, м. Львів-13, вул. Професорська 1.

Автореферат розісланий „ 30 ” серпня 2003р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Форнальчик Є.Ю.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Високі вимоги до якості сучасної аудіо-, відео-, кіно- та спеціальної апаратури магнітного запису передбачають використання високоефективних автоматизованих методів її проектування, діагностування та виготовлення.

Однією з основних складових процесу проектування таких об’єктів є розрахункова компонента, яка грунтується на відповідному алгоритмі, що випливає з прийнятої математичної моделі, яка з певним рівнем адекватності описує динамічні явища у системі приводу гнучкого носія в режимах запису та відтворення інформації. Необхідною умовою якісної реалізації вказаних процесів є стабільність швидкості руху носія інформації у робочій зоні механізму транспортування. Крім цього, враховуючи те, що сучасний ринок насичений різними типами апаратури магнітного запису, актуальною є необхідність розробки діагностичних тестів для встановлення якості нової та технічного стану чинної апаратури. У зв’язку з цим зауважимо, що запропонована комплексна математична модель може бути використана для визначення частот і амплітуд періодичних складових вихідного інформаційного сигналу як діагностичних показників, що однозначно пов’язані із структурними параметрами об’єкту діагностування.

Запропонована методика аналізу системи приводу гнучкого носія інформації дає можливість шляхом цілеспрямованого уникнення резонансно небезпечних зон не тільки встановлювати оптимальні значення параметрів її елементів, але й формувати менш жорсткі вимоги до точності їх виготовлення. Отже, дослідження динаміки систем приводу є визначальною умовою їх раціонального проектування, ефективного діагностування та встановлення вимог до точності виготовлення.

Зв‘язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконувалась згідно з напрямками науково-технічних держбюджетних та договірних розробок кафедри „Прилади точної механіки” НУ „Львівська політехніка”, а саме: КПТМ-1 №01870097971 “Динамика лентопротяжного механизма, приборов и устройств” (1991р.); №5135 “Разработка параметров и точностных характеристик лентопротяжных механизмов малогабаритных магнитофонов с обратной связью” (1990р.); №5198 “Розробка методів розрахунку і проектування трьохмоторних стрічкопротягуючих механізмів і науково обгрунтованого вибору їх параметрів” (1991р.); №6582 “Аналіз динаміки механізму з гнучкою ланкою як системи з розподіленими параметрами з автоматичним регулюванням швидкості” (1999р.)

Мета і задачі досліджень. Мета роботи: визначення впливу варіації параметрів системи „стрічкопротягуючий механізм (СПМ) – двигун – регулятор” на стабільність швидкості транспортування гнучкого носія інформації методом побудови адекватної математичної моделі і її дослідження в частотній області.

Для досягнення мети розвязувались такі задачі:

1) обгрунтування і побудова динамічної моделі механізму транспортування гнучкого носія інформації як лінійної дискретної багатомасової сильнодемпфованої коливної системи;

2) розробка методики теоретико-експериментального визначення параметрів триелементної реологічної моделі, яка відтворює фізико-механічні властивості високополімерних матеріалів міжінерційних елементів звязку механізму транспортування;

3) створення (на основі побудованої динамічної моделі) математичної моделі на макрорівні та алгоритму її частотного аналізу ;

4) математичне моделювання системи приводу гнучкого носія інформації як комплексної динамічної структури, що містить механізм транспортування, двигун та регулятор;

5) аналіз внутрішніх збурюючих чинників стрічкопротягуючого механізму як генераторів змінних сил та швидкостей;

6) розроблення програмного забезпечення та дослідження на його основі впливу варіації параметрів системи транспортування носія інформації на її частотні властивості, а також ефективності дії різних типів регуляторів на стабілізацію швидкості стрічки;

7) створення експериментальної установки, розробка методик проведення натурного експерименту, алгоритму і програмної реалізації числового експерименту, а також проведення порівняльного аналізу їх результатів.

Обєкт дослідження — електромеханічна регульована система транспортування гнучкого носія інформації в апаратурі магнітного запису.

Предмет дослідження — коливний рух гнучкого носія в робочій зоні магнітної головки.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження виконувались з використанням аналітичних методів теорії коливань, методів структурних схем та змінних стану, апарату матричного числення (QR-, QL- алгоритми знаходження власних значень) і числових методів лінійної алгебри. Експериментальні дослідження виконувались на прототипі СПМ серійного зразка з використанням спеціального контрольно-вимірювального комплексу на базі детонометра-аналізатора моделі 23ИМ і генератора сигналів спеціальної форми Г6-28, а також обчислювальної техніки з відповідним прикладним програмним забезпеченням.

Наукова новизна отриманих результатів роботи полягає в наступному:

а) побудована графоаналітична векторно-матрична математична модель системи транспортування гнучкого носія інформації апарату магнітного запису як єдиної динамічної структури „двигун – СПМ - регулятор” і виконаний її аналіз у частотній області;

б) розроблена методика теоретико-експериментального визначення параметрів триелементної реологічної моделі, яка відтворює високополімерні матеріали міжмасових елементів зв’язку механізму транспортування стрічки;

в) створена математична модель та алгоритм її частотного аналізу із застосуванням апарату матричного числення;

г) розроблено програмне забезпечення та досліджено на його основі вплив варіації параметрів системи транспортування носія інформації на її частотні властивості та оцінка ефективності дії різних типів регуляторів на стабілізацію швидкості стрічки.

Практичне значення отриманих результатів. Практична цінність роботи полягає в тому, що: розроблена методика ідентифікації механічних властивостей в‘язко-пружних елементів кінематичних зв‘язків за єдиною реологічною моделлю дає можливість уніфікувати моделювання гнучких ланок і фрикційних пар, виготовлених з високополімерних матеріалів при дослідженні динамічних властивостей механізмів транспортування гнучких носіїв; розроблені математичні моделі, алгоритми та комп‘ютерні програми дають змогу підвищити рівень адекватності оцінки впливу коливань в робочих режимах реєструючої апаратури із стрічковими носіями інформації та підвищити її експлуатаційні характеристики; запропоновані рекомендації щодо конструювання апаратури магнітного запису дають змогу забезпечити задані частотні властивості транспортуючого механізму застосуванням методу параметричного синтезу, а також використати його для розроблення інших типів механізмів з гнучким робочим тілом, аналіз і синтез яких потребує дослідження багатомасових коливних систем; розроблено комп’ютерні програми для дослідження руху стрічкового носія у тракті СПМ з використанням різних типів регуляторів швидкості в режимі запису-відтворення.

Практичні рекомендації, які базуються на результатах аналітичних і експериментальних досліджень, використано у ДП “Львівприлад” на етапах проектування реєструючої апаратури. Використання запропонованого алгоритму з визначення сукупності конструктивних параметрів та їх оптимальних числових значень для серійної моделі стрічкопротягуючого механізму дало можливість зменшити коливання швидкості носія інформації на 18% порівняно з промисловим зразком.

Особистий внесок здобувача. Всі основні роботи, висновки та рекомендації виконані автором самостійно. У працях, опублікованих у співавторстві дисертанту належать: аналітичне забезпечення і проведення експериментального дослідження з наступним числовим опрацюванням для визначення еквівалентних параметрів реологічної моделі заміщення гнучких зв‘язків механізму як часовим, так і частотним методами [1]; дослідження характеристик внутрішніх і зовнішніх чинників, які впливають на стабільність швидкості стрічки в тракті запису [3]; створення методик і алгоритмів побудови різнотипних математичних моделей і їх поєднання для спектрального аналізу систем транспортування носіів інформації [7]; експериментальні та теоретичні (на основі розроблених математичних моделей) дослідження коливних режимів роботи стрічкопротягуючого механізму [10]; теоретичний аналіз і побудова математичних моделей існуючих електромеханічних систем приводу магнітного носія [11].

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на: 2-му і 3-му Міжнародних симпозіумах українських інженерів-механіків у Львові, (1995р., 1997р.); опорній кафедрі з теоретичної механіки вищих навчальних закладів західного регіону України, (2000р.); наукових семінарах кафедри „Прилади точної механіки” (1996р.-2001р.); об’єднаному семінарі кафедр „Прилади точної механіки”, ”Деталі машин”, „Теоретична механіка” і "Зварювальне виробництво, діагностика та відновлення металоконструкцій" НУ „Львівська політехніка”, (2002р.); науковому семінарі кафедри „Динаміка і міцність машин та опір матеріалів” НТУУ „Київський політехнічний інститут”, (м.Київ, 2003р.); ХІ міжнародній науково-практичній конференції „Microcad’2003”, НТУ „ХПІ”, (м.Харків, 2003р.); VI міжнародній науковій конференції „Математичні проблеми механіки неоднорідних структур”, Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача, (м.Львів, 2003р).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 11 наукових праць, із яких 6 статей - у наукових фахових виданнях України, 2 статті - депоновано в ДНТБ України, 3 - у матеріалах тез і доповідей конференцій.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел із 125 найменувань та додатків на 34 сторінках. Основний текст налічує 173 сторінки, в т. ч. 75 рисунків та 11 таблиць. Загальний обсяг роботи 202 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність роботи, показано її звязок з тематикою наукових досліджень кафедри „Прилади точної механіки” НУ „Львівська політехніка”, висвітлено наукове та практичне значення досліджень. Наведено дані про реалізацію та впровадження результатів роботи, її апробацію, особистий внесок автора у публікаціях.

У першому розділі роботи викладено зміст проблем, які мають місце в апаратурі реєстрації і відтворення інформації на гнучких магнітних носіях, вказано на специфічні вимоги до тракту транспортування, викликані необхідністю забезпечення стабільності швидкості стрічки в зоні запису-відтворення.

Наведено огляд літературних джерел і проаналізовано існуючі розв’язки проблеми стабілізації швидкості руху носія в системах його транспортування, які відображені в роботах Рагульскиса К.М., Мелик-Степаняна А.М., Стрижака В.Я. та ін.

Проаналізовано ефективність способів стабілізації швидкості носія, які базуються, в основному, на використанні механічних фільтрів. Велика увага приділена аналітичному огляду електромеханічних та електронних стабілізаторів частоти обертання ротора двигуна у системі приводу магнітного носія, опису їх принципу роботи і функціонування.

Показана необхідність частотного аналізу і синтезу СПМ як багатомасової електромеханічної коливної системи. Наведено перелік локальних задач, розв’язком яких можна обгрунтувати прийняття спрощуючих припущень у динамічному та математичному моделюванні об’єкту дослідження.

У другому розділі аналізуються високополімерні кінематичні елементи, які застосовуються переважно у стрічкопротягуючих механізмах і з урахуванням специфіки своїх фізико-механічних властивостей істотно впливають на процес стабілізації руху гнучкого носія.

Показано, що найпростішою реологічною моделлю, яка відображає вязко-пружну деформацію високополімерного еластичного елемента є узагальнена модель (рис.1).

Рис.1. Реологічна модель звязку

Така модель поєднує в собі сукупність зосереджених елементів пружності і вязкості (- та -тіл), причому, з огляду на швидкоплинність процесів у режимах запису та відтворення, елементом можна знехтувати. Розглянуто методики визначення параметрів жорсткості , і вязкості з використанням як часового, так і частотного підходів.

У часовому дослідженні полімерних елементів використано загальне рівняння динаміки, яке описує триланкову модель:

. (1)

Дослідження часових перехідних характеристик зразка матеріалу виконано як прикладанням до нього зосередженого зусилля, так і його деформуванням (тобто методом генератора сили та переміщення). Для наведених варіантів у роботі отримані розрахункові залежності. Так для генераторів:

сили — , ; (2)

переміщення — , (3)

де — поточні значення змінних переміщення і сили відповідно; — початкові значення сили та переміщення.

Маючи значення вхідних параметрів, квазістатичну характеристику та принаймі три точки графіка часової деформації можна знайти постійні часу і , а по них — величини жорсткості , і .

Розроблено експериментальний пристрій і досліджено реальні елементи кінематики методом генератора сили. Зразками були магнітофонна стрічка з аудіокасети типу МК-90-6 на лавсановій основі, шириною 3,81-0.05 мм і товщиною 12 мкм (45) з базовою довжиною 776 мм і гумовий гнучкий зв‘язок (пасик магнітофону, гума 98 ТСЕ гр. НР ТУ 385-1166-64) з поперечним перерізом 2х2 мм, базовою довжиною 30 мм при силі навантаження 1,5Н та 0,5Н відповідно. За результатами було встановлено наступні значення шуканих величини:

- для стрічки (776 мм): |

- для пасика (30 мм):

Використовуючи для опису властивостей прийнятої моделі її механічний імпеданс ,

, (4)

де - амплітуди сили і швидкості відповідно,

запропоновано методику експериментального визначення реологічних параметрів при деформації зразка матеріалу знакозмінними навантаженнями.

На основі комплексного опору реологічної моделі виділено її амплітудну і фазову характеристики, з яких отримано шукані параметри. Показано, що при дослідженні динаміки фрикційних передач істотну роль відіграє пружна характеристика зони контакту обгумованих роликів, для якої в роботі проведена її кількісна оцінка резонансним методом.

У третьому розділі дисертаційної роботи розроблено основні принципи та підходи для частотного моделювання багатомасових лінійних стаціонарних коливальних механічних систем з повною або неповною дисипацією і наведена динамічна модель СПМ, як об’єкта дослідження (рис.2).

Рис.2. Динамічна модель СПМ:

- параметри жорсткості та в’язкості міжінерційних елементів зв’язку відповідно; - моменти інерції та радіуси інерційних елементів відповідно; - узагальнені кутові і лінійні координати; МГ – магнітна головка (робоча зона запису-відтворення).

За запропонованою динамічною моделлю СПМ побудована його математична модель у вигляді системи диференціальних рівнянь другого порядку

де - моменти зовнішніх збурень; - фіктивні маси.

У зв’язку з орієнтацією на машинні методи досліджень у вказаній моделі використовуються умовні фіктивні маси, що спрощує алгоритмізацію та виключає необхідність ручних перетворень.

На прикладі системи з двох інерційних та двох послідовно з’єднаних в’язко-пружних елементів показано адекватність класичного і запропонованого підходів при побудові математичної моделі.

Враховуючи особливість постановки задачі, яка полягає в тому, що точки входу збурюючих чинників і точки відстежування реакцій мають довільну орієнтацію, а сама система має значну кількість інерційних елементів, в роботі запропоновано векторно-матричну форму математичної моделі, побудованої на основі (5) з використанням методу змінних стану

, (6)

де - квадратна матриця стану системи; - вектори-стовпці фазових координат та збурень відповідно; - матриця зовнішніх збурень.

Блочна форма матриці наступна

(7)

де А і В – матриці однакової структури, елементи яких визначаються параметрами системи.

Для досліджуваної моделі матриця А має вигляд:

.

На основі (7) розроблено і програмно реалізовано алгоритм визначення власного спектру СПМ за заданою множиною параметрів системи. Створена програма дає змогу здійснювати ефективний параметричний синтез із значною кількістю змінних величин.

На рис.3 наведена сукупність спектрів власних частот, отриманих за відповідної варіації параметрів елементів СПМ (моментів інерції подаючого вузла і маховика, жорсткостей гнучкого носія інформації, пасика та зони контакту фрикційної передачі). На основі цього встановлено конструктивні засоби ефективного впливу на частотний спектр СПМ з метою уникнення небезпечних резонансних зон.

Рис.3. Варіація спектрів власних частот СПМ

У четвертому розділі наведено аналітичний огляд внутрішніх чинників збурень швидкості руху гнучкого носія СПМ у режимах запису та відтворення як генераторів змінних сил та швидкостей, а саме: ексцентриситет обертальних елементів; змінна жорсткість гнучкого зв’язку пасикових передач. Показано, що різнотовщинність гнучкого зв’язку пасикової передачі може бути зведена до еквівалентного ексцентриситету її шківів, що суттєво спрощує аналіз впливу вказаного збурюючого чинника. Виконано дослідження „струнного ефекту” і проаналізовано вплив на автоколивний режим руху стрічки характеристики сухого тертя пари ковзання, модуля його швидкості, сили притискання та густини і жорсткості матеріалів пари.

У п’ятому розділі пристрій транспортування гнучкого носія розглядається як єдина динамічна система, що включає СПМ, двигун (як електромеханічний перетворювач із внутрішнім зворотнім звязком за швидкістю) та регулятор частоти обертання якоря двигуна. Відповідна структурна схема, яка дає змогу розглядати обєкт дослідження з єдиних позицій, наведена на рис. 4.

Рис.4. Структурна схема системи регулювання:

— вхідне значення напруги; — передавальна функція відповідного типу регулятора; — узагальнена передавальна функція багатомасової механічної системи; — коефіцієнт зворотнього звязку за швидкістю.

У розгляді впливу збурень з довільними входами визначення часткових передавальних функцій виконується на основі структурної схеми (рис.5). Такий підхід забезпечує можливість формування реакції системи на миттєве значення швидкості носія.

Рис.5. Структура багатомасової системи:

- момент збурення якоря двигуна; - інші вхідні моменти збурень; - передавальні функції заданих виходів-входів СПМ; - передавальні функції по входу якоря двигуна; — передавальна функція зворотнього зв‘язку.

На основі дослідження замкнутої системи регулювання частоти обертання ротора двигуна, виконаного методами структурних схем та змінних стану, отримана залежність для визначення амплітуди змінної складової швидкості обертання якоря двигуна

, (8)

де: — момент збурення одиничної амплітуди; - момент збурення і-го входу; - передавальна функція механізму по і-му входу; — передавальна функція системи по керованих входу і виходу; — значення коливання швидкості при дії тільки на вході керування одиничного моменту (одиничний правий вектор); — момент корекції, вироблений зворотнім зв‘язком на одиничне збурення.

Крім цього, на основі (8) встановлена залежність для визначення амплітуди коливання швидкості носія у довільній точці системи:

, (9)

а значить і коефіцієнта коливання швидкості , що є кількісною оцінкою стабільності швидкості його транспортування.

За отриманими залежностями створено програмне забезпечення побудови амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) системи без регулятора і з регуляторами, які реалізують пропорційний, інтегральний, диференціальний закони регулювання та їх комбінації. Проведено порівняльний аналіз отриманих АЧХ, в результаті якого встановлено, що найдоцільнішим типом регулятора для досліджуваного об’єкту є П-регулятор.

На рис. 6 наведені АЧХ системи приводу (вхід – двигун, вихід – зона відтворення) з П-регулятором (суцільна лінія) і без нього (пунктирна лінія), звідки видно ефективність регулятора швидкості транспортування в області низьких частот. Запропоновані машинні алгоритми дають змогу з достатньою точністю проводити як спектральне тестування і діагностування вже існуючих засобів реєстрації на стрічкових носіях, так і синтезувати на їх основі нові моделі механізмів та систем із заданими динамічними властивостями.

У шостому розділі викладено методику проведення натурного і числового експериментів з дослідження частотних властивостей серійного зразка автомагнітоли „Гродно-302”.

Рис. 6. АЧХ системи приводу з регулятором і без нього

Для натурного експерименту використано комплекс апаратури контролю показників пристроїв магнітного запису на базі детонометра-аналізатора моделі 23ИМ в режимі відображення спектру коливання швидкості і генератор збурення режиму Г6-28. Здійснено аналіз характеру параметричних варіацій спектру на кожному частотному інтервалі. З метою порівняння результатів натурного та числового експериментів при проведенні останнього використано спеціально розроблений алгоритм числових аналогів спектрограм детонометра. На рис.7 наведені амплітудні спектри змінної складової швидкості транспортування носія у натурному (рис.7, а) та числовому (рис.7, б) експериментах.

Рис. 7. Спектрограми натурного експерименту (а) та його числові аналоги (б)

Оцінка результатів натурного експерименту та його числового аналогу виконана по кожному частотному інтервалу. Порівняльний аналіз результатів вказаних експериментів дає можливість встановити їх відповідність за характером зміни рівня амплітуд кожного частотного інтервалу детонометра.

ВИСНОВКИ

1. Існуючі динамічні та математичні моделі, які використовуються при проектуванні апаратури реєстрації інформації на гнучких носіях не завжди забезпечують належний рівень відтворення фізичних процесів, що мають місце при її функціонуванні в робочих режимах. У зв’язку з наведеним запропонована цілісна динамічна і відповідна математична модель системи транспортування гнучкого носія інформації як єдиної багатомасової електромеханічної регульованої структури, що містить двигун, механізм протягування та регулятор. Наведена модель є комплексною, а тому, на відміну від існуючих, забезпечує достатній рівень адекватності опису вказаних процесів і обгрунтованість досліджень впливу варіації параметрів елементів систем транспортування на стабільність швидкості, як основного показника якості апаратури реєстрації.

2. На основі аналізу загального рівняння динаміки триланкової структури розроблена методика теоретико-експериментального визначення параметрів реологічної моделі, яка відтворює властивості високополімерних матеріалів міжінерційних в’язко-пружних елементів зв’язку СПМ.

3. При застосуванні методів змінних стану, структурних схем та апарату матричного числення побудовано лінійну графоаналітичну векторно-матричну математичну модель системи транспортування носія на макрорівні, а також розроблено алгоритм її аналізу в частотній області, як розрахункову компоненту систем автоматизованого проектування.

4. З використанням розробленого алгоритму створено програмне забезпечення для дослідження методом параметричного синтезу впливу варіації параметрів системи регулювання частоти обертання якоря двигуна приводу на її частотні властивості і оцінки ефективності дії різних типів регуляторів на стабілізацію швидкості стрічки. Встановлено, що серед П-, Д-, І- регуляторів і їх відповідних комбінацій найефективнішим типом, який забезпечує задану стабільність швидкості носія в досліджуваному об’єкті є пропорційний.

5. Встановлено, що зміна моментів інерції приймального та подаючого рулонів гнучкого носія в робочих режимах має помітний вплив лише на другу і третю власні частоти СПМ, проте найефективнішим конструктивним параметром впливу на частотний спектр системи транспортування є момент інерції маховика ведучого валу (так, для 9-тимасової моделі експериментального зразка зміна значення останнього на 1% призвела до відхилення першої власної частоти на 0.13%).

6. Зміна жорсткості в’язко-пружного міжінерційного зв’язку „ротор двигуна – маховик” відчутно впливає на зміщення нижньої межі власного частотного спектру, а матеріал основи носія інформації є визначальним чинником впливу на частотний спектр системи транспортування в цілому, що пов’язано з істотним впливом жорсткості міжмасових елементів зв’язку тракту носія на власні частоти. Так, для вказаного в п.5 СПМ, зміна жорсткості стрічки на 1% приводить до зміщення другої та третьої власних частот на 0.46%.

7. Показано, що в практиці проектування засобів реєстрації на гнучких носіях інформації з метою забезпечення заданого рівня стабілізації швидкості їх руху найбільш ефективним є використання варіації інерційних і жорсткісних параметрів ділянки механізму приводу „двигун - ведучий вал”.

Основний зміст дисертаційної роботи викладено в таких публікаціях:

1. Дейнека Р.М., Пархоменко А.Л. Дослідження пружних та демпфуючих властивостей стрічкових носіїв // Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль в машинобудуванні і приладобудуванні: Вісник Держуніверситету “Львівська політехніка”.- 1996.- №303.- С.34-38.

2. Дейнека Р.М. Аналіз стабілізованого електроприводу n-масових механічних систем // Динаміка, міцність та проектування машин і приладів : Вісник Держуніверситету “Львівська політехніка”.- 1997.- №323.- С.109-111.

3. Дейнека Р.М. Коливання швидкості носія в СПМ, викликані струнним ефектом // Динаміка, міцність та проектування машин і приладів : Вісник Національного університету “Львівська політехніка”.- 2002.- № 456.- С.49-54.

4. Дейнека Р.М. Особливості математичної моделі системи приводу стрічкових магнітних носіїв // Вимірювальна техніка та метрологія : Вісник Національного університету “Львівська політехніка”.- 2002.- № 60.- С.70-72.

5. Дейнека Р.М Низькочастотний резонанс ведучого вузла магнітофона // Вимірювальна техніка та метрологія : Вісник Національного університету “Львівська політехніка”.- 2002.- № 61.- С.106-108.

6. Дейнека Р.М. Частотний аналіз електромеханічних систем транспортування гнучкого носія інформації // Наукові нотатки. Міжвузівський збірник. – ЛДТУ, Луцьк. – 2002. – С.132-137.

7. Дейнека Р., Кучмінська Х. Частотне моделювання багатомасових електромеханічних систем транспортування стрічкових носіїв інформації // Математичні проблеми механіки неоднорідних структур. ІППММ ім. Я.С. Підстригача. – Львів. – 2003. – С.388-389.

8. Дейнека Р.М. Експериментальне дослідження реологічних моделей стрічкових носіїв в часовій області // ДУ “Львівська політехніка”, Львів.- Деп. в ДНТБ України 13.04.95 №837-Ук95.- 1995.- 7с.

9. Дейнека Р.М. Експериментальне дослідження реологічних моделей стріч-кових носіїв частотним методом // ДУ “Львівська політехніка”, Львів.- Деп. в ДНТБ України 13.04.95 №836-Ук95.- 1995.- 7с.

10. Пархоменко А.Л., Дейнека Р.М. Аналіз частотного спектру стрічкопротягуючих механізмів мінімагнітофонів // 2-й міжнар. симпозіум українських інженерів-механіків. Тези доповіді. - Львів.- 1995.- С.161-162.

11. Дейнека Р.М., Худоба В.М. Аналіз системи автоматичного керування приводу апаратури магнітного запису // 3-й міжнар. симпозіум українських інженерів-механіків. Тези доповіді. - Львів.- 1997.- С.178-179.

АНОТАЦІЯ

Дейнека Р.М. Стабілізація швидкості гнучкого носія інформації в апаратурі магнітного запису. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.09 — динаміка та міцність машин.— Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2003.

Дисертація присвячена дослідженню динаміки системи транспортування гнучкого носія інформації апаратури магнітного запису з метою встановлення впливу параметрів її елементів та структури на стабільність швидкості руху носія. Запропоновано і обгрунтовано розрахункову схему (динамічну модель) системи транспортування як єдину динамічну комплексну структуру в лінійній постановці, що містить двигун, стрічкопротягуючий механізм та регулятор; при цьому фізико-механічні властивості високополімерних кінематичних міжінерційних елементів зв’язку в механізмі ідентифіковані трьохелементною реологічною моделлю, для якої розроблено методики експериментального визначення числових значень параметрів її елементів.

Розроблена методика моделювання і побудована векторно-матрична математична модель системи транспортування стрічки на макрорівні. З використанням методів змінних стану та структурних схем проведено дослідження вказаної моделі в частотній області, на основі чого встановлено залежність динамічних властивостей системи приводу носія від зміни її параметрів. Крім цього, досліджено вплив різних типів регуляторів (пропорційний, диференціюючий, інтегруючий та ін.) на частотні характеристики системи.

Проведено ряд експериментальних досліджень на базі створеного макету установки контролю робочого режиму пристроїв магнітного запису з використанням детонометра-аналізатора моделі 23ИМ і генератора сигналів зовнішнього збурення моменту двигуна Г6-28, що дозволило отримати спектрограми системи в області частот 0.2-300 Гц. Дослідження розроблених числових аналогів системи підтвердили їх адекватність реальним процесам з достатнім наближенням експериментальних і теоретичних результатів.

Ключові слова: стрічкопротягуючий механізм, реологічна модель, динамічна модель, математична модель, власні значення матриці, параметричний синтез, гнучкий носій інформації, регульована система приводу.

SUMMARY

Deineka R.M The flexible data carrier speed stabilization in magnet-recording apparatus. - Manuscript.

The thesis for scientific degree of the technical sciences candidate by speciality 05.02.09 — dinamics and toughness of mashines. - National University “Lvivska Polytechnica”, Lviv, 2003.

The thesis is devoted to the research of the dynamics of flexible data carrier of the magnet recoding apparatus transportation system with the purpose of the influence determination of parameters of the system elements and its structure on the carrier motion stability. The calculator scheme ( dynamic model ) of the transportation system as the unique dynamic complex structure in a linear statement has been proposed and justified. This system includes a motor, a tape drive mechanism and a regulator. Physicomechanical properties of highpolymeric kinematic interinertial connection elements in the mechanism are identified by the three elements reological model, for which methods of the experimental determination of numerical parameters of its elements have been developed.

Simulation methods were developed and the vector-matrix mathematical model of the tape transporting system on macrolevel was constructed. By using the method of variable states and structural one the investigation of this model in the frequency domain was done. On this reason dependence of carrier drive system dynamic properties on its parameter changes was established. In addition the influence of different regulator types (proportional, differentiating, integrating and others ) on the system frequency characteristics was also investigated.

Series of experiments, based on the originated dummy of control installation of magnet recording units operating conditions, which uses the detonometer-analyser of model “23 ИМ” and the external indignation special generator “Г6-28”, were carried out and the system spectrograms in the frequency domain 0.2 – 300 Hz were obtained. Analysis of the system developed numerical analogues has confirmed their adequacy to real processes with the sufficient approximation of experimental and theoretical results.

Keywords: the tape drive mechanism, reological model, dynamic model, mathematical model, matrix eigenvals, parametric synthesis, a flexible data carrier, a control drive system.

АННОТАЦИЯ

Дейнека Р.М. Стабилизация скорости гибкого носителя информации в аппаратуре магнитной записи. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.09 — динамика и прочность машин. - Национальный университет “Львивська политэхника”, Львов, 2003.

Диссертация посвящена исследованию динамики системы транспортирования гибкого носителя информации аппаратуры магнитной записи с целью установления влияния параметров ее элементов и структуры на стабильность скорости движения носителя. Предложена и обоснована расчетная схема (динамическая модель) системы транспортирования как единая динамическая комплексная структура в линейной постановке, включающая двигатель, лентопротяжный механизм и регулятор; при этом физико-механические свойства высокополимерных кинематических межинерционных элементов связи в механизме идентифицированы трехэлементной реологической моделью, для которой разработаны методики экспериментального определения числовых значений параметров ее сосредоточенных элементов упругости и вязкости.

Разработана методика моделирования и построена векторно-матричная математическая модель системы транспортирования ленты на макроуровне. С использованием методов переменных состояния и структурных схем проведено исследование указанной модели в частотной области, и на этом основании установлена зависимость динамических свойств системы привода носителя от изменения ее параметров. Кроме этого исследовано влияние различных типов регуляторов, реализующих пропорциональный, дифференциальный и интегральный законы регулирования на частотные характеристики системы.

На основании исследования замкнутой системы регулирования частоты вращения двигателя, выполненного методами структурных схем и переменных состояния, получена зависимость для определения амплитуды переменной составляющей скорости вращения якоря электродвигателя. Кроме этого установлена зависимость для определения амплитуды колебания скорости в произвольной точке системы.

По результатам теоретических исследований создано программное обеспечение расчетной компоненты метода параметрического синтеза автоматизированого проектирования аппаратуры регистрации на гибких ленточных носителях.

Предложенные вычислительные алгоритмы дают возможность с достаточной точностью проводить как спектральное тестирование и диагностику существующих средств регистрации на ленте, так и синтезировать на их основании новые модели механизмов и систем с заданными динамическими свойствами.

Проведен ряд экспериментальных исследований на созданном макете установки контроля рабочего режима устройств магнитной записи с использованием детонометра-анализатора модели 23ИМ и генератора сигналов внешнего возмущения момента двигателя Г6-28, в результате чего получены спектрограммы системы в области частот 0.2-300 Гц. Исследование разработанных числовых аналогов системы подтвердили их адекватность реальным процессам с достаточным приближением экспериментальных и теоретических результатов. Дана сравнительная оценка результатов натурного эксперимента и его численного аналога, выполненного по каждому частотному интервалу.

На основании исследования частотных свойств электромеханической регулируемой системы привода разработаны рекомендации относительно выбора кинематических, конструкционных и других параметров, обеспечивающих заданный коэффициент колебания скорости гибкого носителя в диапазоне рабочих частот записи.

Ключевые слова: лентопротяжный механизм, реологическая модель, динамическая модель, математическая модель, собственные значения матрицы, параметрический синтез, гибкий носитель информации, регулируемая система привода.