Разработка на основе инерционных микроэлектромеханических систем методов автоматизации монтажа трубопроводов из композитных материалов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Зо Мьо Наин

• Зо Мьо Наин
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Зо Мьо Наин

Введение

Глава 1. Анализ структуры и методов в системе автоматизации монтажа трубопроводов из композитного материала

1.1. Монтаж трубопроводов на основе композитных материалов и их области применений

1.2. Назначение и характеристики технологических трубопроводов

1.3 Использование композитных материалов для монтажа трубопроводов

1.4. Выводы по первой главе

Глава 2. Разработка математической модели привода системы автоматического управления позиционированием трубопроводов

2.1. Математическое описание двигателя постоянного тока

2.2. Электродвигатель постоянного тока с независимым возбуждением

2.3. Применение регуляторов в системе управления позиционированием трубы с замкнутым контуром

2.3.1 ПИ и ПИД регулятор для настройки параметров

2.3.3. Мотоды настройки ПИД регулятора

2.4. Переходная характеристика ПИД регулятора

2.5. Моделирование системы управления позиционированием сервопривода постоянного тока с применением ПИД регулятора и регулятора нечеткой логики

2.6. Выводы по второй главе

Глава 3. Использование МЭМС технологий для задач пространственной ориентации при автоматизированном монтаже трубопроводов

3.1. Технология микроэлектромеханической системы МЭМС

2

3.2. МЭМС акселерометр

3.2. МЭМС гироскоп

3.3. Физические параметры гироскопа МРи

3.3.1. Технические характеристики гироскопа

3.3.2. Технические характеристики модели МРи

3.4. Фильтр Калмана

3.5. Моделирование МЭМС гироскопа с использованием фильтра Калмана в среде Simulink

3.6. Выводы по третьей главе

Глава.4. Разработка системы управления пространственным положением стыковочных узлов элементов трубопровода из композитных материалов

4.1.Микроэлектромеханическая система гироскопа и акселерометра в системе ориентации объекта с использованием комплементарного фильтра

4.2. Комплементарный фильтр

4.3.Системы координат, способы описания углов позиционирования объекта в пространстве

4.4. Структурная схема системы управления пространственным положением стыковочных узлов элементов трубопроводов на основе композитных материалов

4.5.Выводы по четвертой главе

Заключение

Список Литературы

Приложение

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка на основе инерционных микроэлектромеханических систем методов автоматизации монтажа трубопроводов из композитных материалов»

Введение

Актуальность темы. Применение труб на основе композитных материалов позволяет увеличивать эксплуатационный ресурс систем транспортирования в несколько раз по сравнению с металлическими трубами. Трубопроводы должны быть надежными, поскольку неисправность в любой части трубопроводов может приводить к аварии или полной остановке производства.

Трубопровод из композитного материала легче, дешевле и долговечнее. Однако монтаж трубопроводов на основе композитных материалов имеет ряд особенностей и осуществляется вручную. Решение вопросов автоматизации монтажа трубопроводов может облегчить и ускорить прокладку, повысить производительность и качество. Тем не менее, автоматизация технологии монтажа трубопроводов требует разработки точных методов позиционирования труб с точностью до одного милиметра в трех плоскостях применения точных датчиков угла, скорости и положения, проектирования приводов управления двигателями, применения устройств сигнализации и, в целом, создания робототехнического устройства автоматизированного монтажа, позволяющего вести монтаж в любой плоскости.

Для автоматизации монтажа трубопроводов необходимы методы точного управления позиционированием соединяемых элементов в пространстве. Для управления положением и работы в автономном режиме могут использоваться двигатели постоянного тока или серводвигатели. Двигатели постоянного тока были первым, широко используемым типом, поскольку они могут питаться от автономных систем постоянного тока. Двигатели постоянного тока повсеместно применяются в транспортных средствах, промышленных роботах, роботизированных системах управления и других областях. Большие двигатели постоянного тока используются в электрических транспортных средствах, лифтах и подъёмниках или стальных прокатных станов. Небольшие двигатели постоянного тока используются в

инструментах и приборах. Во многих применениях серводвигатели постоянного тока часто используют пропорционально-интегральные (ПИ) регуляторы. ПИ-регулятор позволяет автоматически стабилизировать скорость и положение.

В настоящее время в системы ориентации и навигации широко внедряются датчики на микроэлектромеханических системах (МЭМС). Технологии МЭМС включают в себя такие датчики, как гироскоп (датчик, отслеживающий угловое перемещение объектов), акселерометр (датчик ускорения, измеряющий скорость), инклинометр (датчик, измеряющий наклона), магнитометр (датчик, определяющий характеристики магнитного поля) и электронный барометр (датчик для измерения давления), предназначенных для решения задач управления робототехническими комплексами и технологическими процессами на производстве. Микроэлектромеханические системы широко используются в качестве датчиков угловой скорости в промышленности из-за таких преимуществ, как: низкое энергопотребление, низкая цена, малые габаритные размеры и высокая надежность. Гироскопы применяются для измерения угловой скорости вращения, а акселерометры используются для измерения ускорения и могут быть использованы для измерения вибрации и наклона. Совместное их использование позволяет получить более точную информацию о движении объекта.

Применение датчиков на основе МЭМС при создании систем пространственной ориентации в робототехнических комплексах при автоматизации процессов монтажа трубопроводов из композитных материалов для определения угловой скорости и оценки абсолютного угла обеспечивает повышение точности позиционирования. Для обеспечения точности необходима разработка методов моделирования, проектирования и оценки качества фильтров, работающих с сигналами МЭМС датчиков.

Для робототехнического комплекса требуется разработать автоматическую систему управления, обеспечивающую технологические параметры процесса, методы и алгоритмы управления. Не менее значимым является создание имитационных моделей систем управления позиционированием объекта с использованием МЭМС датчиков.

Таким образом, анализ, разработка и применение методов управления и обработки данных в системах точного позиционирования на основе МЭМС датчиков, разработка математических моделей, разработка алгоритмов и структур, исследование режимов работы и создание робототехнических комплексов является актуальной задачей, имеющей важное научное и практическое значение, решение которой позволяет ставить и решать задачи пространственной ориентации и управления в системах автоматизации монтажа трубопроводов.

Особую актуальность имеет не решенная до настоящего времени задача автоматизации процессов монтажа трубопроводов из легких, прочных, долговечных и относительно дешевых композитных материалов. Результаты решения указанной задачи могут быть использованы во многих других приложениях.

Целью диссертационного исследования.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов и алгоритмов систем пространственного позиционирования и управления на основе инерционных МЭМС датчиков, а также разработка методов автоматизации монтажа трубопроводов, в том числе трубопроводов на основе композитных материалов.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Проанализировать режимы работы роботизированного комплекса для монтажа трубопроводов на основе композитных материалов.

2. Создать математические модели систем управления сервоприводами постоянного тока с использованием методов оптимальной настройки регуляторов.

3. Разработать алгоритмы и методы в системе управления серводвигателями для повышения точности пространственного позиционирования.

4. Разработать имитационные модели функционирования систем управления позиционированием на основе МЭМС датчиков.

5. Разработать алгоритм расчета угловой скорости, а также эффективность функционирования автоматизированных систем управления с применением МЭМС технологии.

Методы исследования. При решении поставленных задач, рассматриваемых в диссертации были использованы теория автоматического управления, методы математического анализа, теория вероятностей и математическая статистика, теория алгоритмов. При реализации задач использовались современные методы, разработанные в пакете Ма^аЬ^тиНпк математические модели, структуры и алгоритмы систем управления с применением МЭМС технологии для высокоточных систем позиционирования.

Научная новизна проведённого исследования состоит в следуюшем:

1. Предложен метод, основанный на использовании инерциальных МЭМС датчиков, для систем пространственной ориентации, позволяющий рассчитывать угловую скорость поворота стыковочного узла для последовательного и точного определения угла в автоматизированной системе монтажа трубопроводов.

2. Предложен метод проектирования комплементарного фильтра с применением акселерометра и гироскопа, позволяющий получить выходные данные для стабилизации и повышения точности углов поворота, крена и тангажа.

3. Разработаны имитационные модели, обеспечивающие применение МЭМС гироскопа с системой обработки и фильтрации полученных параметров для определения углового положения и позволяющие сделать вывод о возможности использования фильтра Калмана в системе управления для стабилизации вращающегося объекта при монтаже трубопроводов.

4. Разработаны методы, математические модели, алгоритмы, структурные схемы и ПО, обеспечивающие высокоточное управление пространственным положением стыковочных узлов элементов трубопровода, при автоматизации процессов монтажа.

Практическая значимость результатов исследований:

1. Математические модели систем управления режимами работы двигателей постоянного тока для систем точного позиционирования.

2. Результаты моделирования и алгоритмы управления режимами серводвигателей постоянного тока для монтажа трубопроводов на основе композитных материалов.

3. Разработанная структурная схема моделирования для управления позиционированием с использованием серводвигателя постоянного тока.

4. Разработанный метод расчета угловой скорости с использованием фильтра Калмана для различных типов роботов и робототехнических комплексов технологических производств.

5. Разработанный алгоритм расчета угловой скорости с использованием комплементарного фильтра может применяться для последовательного и точного определения угла.

6. Разработанная имитационная модель систем управления на основе МЭМС гироскопа может применяться для измерения угловых параметров и скоростей в системе монтажа трубопроводов и расширяет знания и области возможного применения МЭМС устройств. Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами имитационного моделирования, испытаниями экспериментальных узлов автоматизированной системы управления и компьютерным моделированием.

Личный вклад автора. В ходе выполнения диссертационной работы автором были разработаны алгоритмы и методы управления двигателями постоянного тока для точного позиционирования в режимах автоматического и автоматизированного управления, алгоритм расчета угловой скорости с применением фильтра Калмана, математические модели. Теоретические и практические результаты исследованы и получены автором лично.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Методы построения, математические модели, алгоритмы, структурные схемы высокоточных систем контроля и управления пространственным положением стыковочных узлов элементов трубопровода из композитных материалов, обеспечивающие автоматизацию процессов сборки и монтажа.

2. Разработанный алгоритм и метод расчета угловой скорости с использованием фильтра Калмана и комплементарного фильтра, применяемых для последовательного повышения точности определения угла в робототехнических комплексах технологических производств.

3. Результаты моделирования в среде Ма^аЬ^тиНпк системы управления режимами двигателей постоянного тока для точного управления положением.

4. Разработанные алгоритмы имитационных моделей на основе МЭМС, позволяющие определять фактический угол.

5. Математические модели систем управления двигателем постоянного тока с применением ПИ регулятора для систем точного позиционирования.

Апробация работы. Результаты работы были представленны и обсуждались на следующих научных конференциях:

1. 24-ой Всероссийской межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2017», МИЭТ, 2017 г.

2. 10-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Актуальные проблемы информатизации в науке и образовании и экономике -2017.», МИЭТ, 2017 г.

3. 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), MIET, Moscow, 978-1-5386-4340-2/18/$31.00 ©2018 IEEE.

4. 11-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Актуальные проблемы информатизации в науке и образовании и экономике -2018.», МИЭТ, 2018 г.

5. 2019 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), MIET, Moscow, 978-1-7281-0339-6/19/$31.00 ©2019 IEEE.

6. 26-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2019», МИЭТ, 2019 г.

7. Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы информатизации в цифровой экономике и научных исследованиях», МИЭТ, 28-29 ноября, 2019 г.

8. 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus), MIET, Moscow, 2020.

9. 27-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика -2020», МИЭТ, 2020 г.

10. 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (2021EIConRus), MIET, Moscow, 2021.

Публикации по работе. По метериалам диссертационной работы были опубликованы в 21 печатной работе, в том числе 3 работы в журналах, входящих перечень ВАК и 7 работ проиндексированы в SCOPUS, а также 10 тезисов докладов на российских и международных конференциях, входящих в систему цитирования РИНЦ. Без соавторов опубликовано 2 работ. Получен один авторского свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ №202161376 от 11.03.2021 года.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 81 наименования, 2 приложений использования результатов диссертационной работы. Работа содержит 120 страниц, включая 62 рисунка и 9 таблиц.

Глава 1. Анализ структуры и методов в системе автоматизации монтажа трубопроводов из композитного материала

При создании технологического оборудования с широким использованием промышленных роботов, выполняющих транспортные и технологические функции, создается новый тип систем машин -роботизированные технологические комплексы (РТК). В РТК роботы выполняются загрузку и разгрузку машин, прессов и других машин и выполняются основные технологические операции такие как, монтаж, сборка, покраска, проверка, сварка и т. д, для которых роботы оснащены специальными инструментами. Структура роботизированного комплекса может быть различной в зависимости от состава технологического оборудования и вспомогательных устройств промышленных роботов.

1.1. Монтаж трубопроводов на основе композитных материалов и их области применений

Применение трубопроводов на основе композитного материала расширяется срок службы транспортных систем по сравнению с другими трубопроводами [1].

Технологические трубопроводы включают в себя все трубопроводы, которые применяются для транспортивных систем в промышленного производства. Труба означает любую трубу или трубопровод [2], используемый для транспортировки газа, воды и промежуточных продуктов.

Трубопровод обозначает все части тех физических объектов, через которые жидкость или газ движется при транспортировке, включая трубы, клапаны и другие приспособления, прикрепленные к трубопроводу, компрессорные установки, измерительные станции, регуляторные станции, станции доставки, держатели и изготовленные узлы [3-5].

Трубопроводный объект - это новый и существующий трубопровод, путепровод, а также любое оборудование, сооружение, используемые для транспортировки жидкости или газа при обработки в процессе транспортировки.

Трубопроводы уже давно применяются в крупных коммунальных придприятиях. На многих объектах - от огромных промышленных заводах до отдельного дома, людьми используются трубопроводы [6]. Но при прокладке и эксплуатации трубопроводов существует множество проблем, таких как старение, эрозия, коррозия, трещины и физические повреждения. Поэтому техническое обслуживание трубопроводов имеет важное значение для поддерживания их работоспособности, и кроме того, стоимость продолжения этой деятельности увеличивается [7].

Даже несмотря на то, что вышеупомянутые проблемы находятся в стадии разработки, люди все еще предпочитают их. Причина в том, что трубопроводы используются для транспортировки веществ по простой трубе. Чаще всего газы и жидкость отправляются по трубопроводам. Также применяются пневматческие трубки, по которым твердые капсулы транспортируюся с помощью сжатого воздуха [8-10]. Подобно газам и жидкостям, любое химически стабильное вещество может быть отправлено по трубопроводу.

Композитные материалы - Термин "композитный" часто используется для обозначения материала, который состоит из двух или более различных частей. Каждая из частей может иметь различные механические и химические свойства. Композитные материалы идеально подходят для конструкций, требующих высокого соотношения прочности к весу и жесткости к весу. Композитные материалы обычно состоят из одной или нескольких прерывистых фаз, распределенных в одной непрерывной фазе. Непрерывная фаза называется матрицей, а прерывистая фаза-армирующим материалом [11,12]. Свойства композиционного материала зависят от:

• свойств составляющих материалов;

• геометрические распределения;

• взаимодействие и т.д.

Существует три общепринятых типа композиционных материалов, как показано на рис 1.1.

Рис.1.1. Различные типы композиционных материалов Композитные трубы - трубопроводы на основе композитных материалов легче, дешевле и долговечнее [13]. Композитные материалы используются в промышленности для создания транспортных трубопроводов, для монтажа и стабилизации участков трубы ослабленных из за коррозии [14]. Однако сборка трубопроводов из композитных материалов имеет ряд особенностей и производиться вручную. Трубопроводы на основе композитных материалов позволяют облегчить и ускорить прокладку, повысить качество и производительность операций. Однако для автоматизация технологического монтажа трубопроводов необходимы точные методы позиционирования трубопроводов, с точностью до одного миллиметра по трем осям, применения датчиков положения и скорости, датчика точного угла, микроконтроллеров, использования устройств передачи сигналов, разработки систем управления позицией трубы с помощью приводов и в целом создание роботизированных устройств для автоматизированного монтажа трубопробода.

Композитные материалы являются одним из наиболее оптимистичных материалов для создания трубопроводов, объединяющий в себе важные преимущества - устойчивость, коррозионная стойкость и легкость [15]. Первоначально композитные материалы использовались для монтажа корродированных трубопроводов с целью восстановления прочности поврежденного участка трубопроводов. Помимо устранения коррозии, композитные материалы успешно применяются для ремонта трубы и фитингов, включая колена и тройники [16]. Области применения композитных материалов очень широко и постоянно расширяются (аэрокосмическая и навигационная промышленность, энергетика, машиностроение, оборона, нефть и газ, строительство и промышленность) и.т.д [17].

Технология трубопроводов на основе композитных материалов известна уже давно, однако стала популярным типом, применяемых только 10-15 лет назад. Используется при ремонте трубопроводов. При ремонте обычно используется трех компонентная система, состоящая из композитной структуры, адгезивной системы, используемой для приклевания композита к трубе и к каждому последующему слою нанесенной пленки с высокой прочностью на сжатие, передающая нагрузку составу, нанесенному на дефект [18-20].

1) Композиты ГШ? 2)Межслопньш 3}3аполншо1щш клей материал

Рис.1.2. Техника ремонта композитными материалами

Композиты называется термином, который имеет различные значения в области производителей и инженеров. В наиболее общих определениях композит состоит из двух или более разнородных материалов, которые в сочетании являются более прочными, чем отдельные материалы. Это общее определение охватывает различные типы трубопроводов, которые в настоящее время применяются для транспортирования природного газа, который включает в себя металлы, термореактивной смолы, пластики, а таже их различные комбинации [21]. Характеристики композитов, которые делают их идеальными кандидатами для транспортировки природного газа, включают стойкость к химической и катодной коррозии, высокую прочность, легкий все и гибкость [22].

Трубопроводы были интегральной частью наших построений на протяжении многих веков. Однако их необходимо обслуживать, и стоимость обслуживания продолжает расти. Композитные материалы имеют более высокое отношение прочности весу,чем сталь [23,24]. Благодаря возможности контролировать количество, вид, качество и направлени использования армирующего материала. Композитные трубопроводы становятся идеальным кандидатом для применения в широком диапазоне

давлений [25]. Роботы рассматривались как привлекательная альтернатива, и в прошлом было предложено много различных типов трубопроводов.

1.2. Назначение и характеристики технологических трубопроводов

Трубопроводы являются устройствами, которые применяются для транспортирования газов, воды, жидких, газообразных и твердых сыпучих материалов. Трубопроводы состоят из контрольно-измерительных приборов, инстумент автоматического оборудования, крепежных материалов, а таже тепловой и антикоррозионной изоляции. Технологические трубопроводы [26] - это трубопроводы промышленных предприятий, по которым транспортируюся жидкости, вода, пара, сырье, полуфабрикаты, готовая продукция и другие материалы, обеспечивающие обслуживание технического процесса и работу электрооборудования.

Устройчивать и безопасность технологического трубопровода зависит от множество факторов, базовыми из которых:

условия и продолжительность эксплуатации;

типы загрузок, существующих на трубопроводов (динамические, механические, термические, статические и др.);

прочностные характеристики материалов, из которых изготовлен трубопроводов (пластичность, прочность, ползучесть и др.);

физико-химические свойства продукта (токсичность, эрозионно-коррозионное действие, взрывоопасность и пожара и др.);

рабочие параметры транспортируемого продукта (температура и давление);

характер напряжений, возникающих в трубопроводе (сжатие, растяжение, изгиб, кручение и др.); механические повреждения.

Соблюдение технологии и качества строительно-монтажных работ также имеет большое влияние на повышение надежности [27].

В соответствии с основными понятиями теории надежности для технологических трубопроводов приняты следующие основные определения:

Надежность трубопровода - возможность обеспечивать транспортирование продукта с заданными параметрами (температурой, скоростью, давлением) в течение необходимого периода времени [28]. Надежность трубопровода определяется его долговечностью и достоверностью и ремонтопригодностью.

Долговечность - способность трубопроводов поддерживать на пределе свою работоспособность при необходимом технологическом обслуживании, включая монтаж.

Безотказность - способность трубопроводов работать в заданных условиях в течение определеного времени без вынужденных перерываний.

Ремонтопригодность - свойство трубопроводов, заключающееся в его приспособляемости к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технологического обслуживания и ремонта [29].

Одним из показателей оценки надежности является вероятность безотказной работы P(t) трубопровода, т.е вероятность того, что отказ трубопровода произойдет в течение заданного периода времении при заданных условиях эксплуатации [27].

Вероятность безотказной работы - это убывающая функция времени, изменяющаяся от 1 до

P(t) = P(T > t) (1.1)

где,

T - время работы трубопроводов от его включения до первого отказа;

t - время, в течение которого нужно определить вероятность безотказной работы трубопровода.

Для достижения необходимой надежности трубопроводов необходимо:

при проектировании трубопровода учитывать все условия, влияющие на прочность, выбирать необходимые антикоррозийнные материалы и их защитные покрытия, установливать оптимальную скорость потока рабочего продукта, исключать контакты разнородных металлов, рационально выбирать и размещать средство для фиксации по всему маршруту;

обеспечить правильное конструктивно-технологическое производство деталей, узлов и участков трубопроводов и тщательный контроль всей продукции и материалов, поставляемых в строительство трубопроводов;

выполнить качественные монтажные работы с абсолютным соблюдением требований нормативно-технической документации;

устранить любые технологические источники коррозии (забоины, задиры, вмятины и т.д);

обеспечить доступ ко всем элементам трубопровода для их осмотра, обслуживания и профилактического обслуживания;

обеспечить нормальные условия эксплуатации трубопровода без нарушения режимов и превышения параметров, установленных проектом.

Надежность трубопровода во многом определяется его коррозионной стойкостью, поэтому для изготовления трубопроводов или защитных покрытий используютея коррозионно-стройкие материалы [30,31]. Однако стоимость трубопровода их таких материалов выше, чем из углеродистой стали, поэтому при оценке надежности трубопровода необходимо учитывать как перваначальные затраты, так и затраты при эксплуатации трубопровода:

С = С + К с ,

пр э н тр' ^ ^

где,

Спр - суммарные приведенные годовые затраты, р/год;

Сэ - среднегодовая стоимость эксплуатации трубопровода, р/год;

с - капитальные вложения на изготовление и монтаж трубопроводов;

Кн - нормативный коэффициент эффективности вложений.

При изготовлении и монтаже трубопроводов применяются сроки, отражающие специфику данных работ.

Линия - участок трубопроводов для транспортирования продукции, рабочие параметры которого постоянны. Каждая линия трубопровода имеет свой индекс в проекте.

Блок - часть линии или линия трубопровода, состоящая из агрегатов, собранных на разъемных и нераъемных соединениях, которые по размерам и конфигурации могут быть установлены в проектное положение без предварительного расширения.

Деталь - элементарная часть трубопровода, предназначенная для соединения отдельных его участков с изменением и без изменения его направления или участка потока (отвод, переход, тройник, заглушка, фланец), а таже отдельные изделия, входящие в сосатав трубопровода -конкурентов, метизы, арматура, опоры, подвески и .т.д.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зо Мьо Наин, 2022 год

Список Литературы

1. Tawasttjerna. R.I. Production and installation of technological pipelines, M. Stroyizdat, 2011, 286 p.

2. Лугуманов Расиль Варисович, Яценко Владимир Петрович. Сварка и монтаж трубопроводов, часть 2, С.92-105.

3. https://www.omsmeasure.com/blog/preparing-for-pipeline-installation-what-safety-steps-need-to-be-taken

4. Lisin Y.V, Makhutov N.A, Negsnov D.A. A comprehensive analysis of pipeline safety factors and of the basic mechanical properties of pipe steels // Pipeline Science and Technology. Vol.1, No.1, June 2017, pp. 5-15.

5. https: //www.j enkins .io/doc/book/pipeline/

6. Baikov I.R, Smorodova J.V. Nano composite pipelines energy efficiency // Nanotechnologies in Construction, 2018, Vol.10, No.3, pp.20-35.(In Russian)

7. https: //www.pipeline-j ournal .net

8. Абрамян С.Г, Ишмаметов Р.Х, Оганисян О.В и Давудов Р.И. Краткий обзор бестраншейных технологий реконструкции трубопроводов // Электроный научный журнал «Инженерный вестник Дона». 2016. №4. http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/IVD 149 Abramian.pdf a480f09b b9.pdf.

9. Поносова Л.В, Каверин А.А, Черемных Д.Н, Ташлыкова Е.В. Расчет и моделирование системы трубопроводов в пакете Matlab Simulink Simscape // Фундаментальые исследования. 2014. №11. С.1507-1511.

10.Зо Мьо Наин, Щагин А. В, Е Тет Линн. Автоматизация монтажа трубопроводов на основе композитных труб // Международный научный журнал «Путь науки» №10(56) 2018г. Vol.1 С.33-38.

11.Mahdi Razavi Setvati, Zahiraniza Mustaffa. A review on composite materials for offshore structures // 33th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering, 2014, pp.1-8.

12.Зо Мьо Наин, Е Тет Линн, Тет Вай Ян Со. Применение двигателя постоянного тока позиционирования при монтаже трубопроводов на основе композитных материалов // 11 -я Всероссийская межвузовская научно-проктическая конференция студентов и аспирантов. «Актуальные проблемы информатизации в науке и образовании и экономике -2018».МИЭТ, 2018 г, С.76.

13.D.G. Pavlou. Design aspects for connections, supports, and expansion loops in pipelines made from composite materials // Pipeline Science and Technology, June 2018, Vol.2.No.2, pp. 147-158. DOI: 10.28999/2514-541X-2018-2-2-147-158.

14. Эндрю Дж. Патрик: Вице Президент по продажам, Clock Spring Company. Композитные материалы: конкретные примеры применения для ремонтных работ на трубопроводах. С. 84-88.

15.K.S.Lim, S.N.A. Azraai, N.M. Noor, N. Yahaya. An overview of corroded pipe repair techniques using composite materials // International Journal of Materials and Metallurgical Engineering, 2016, Vol.10, No.1, pp.19-25.

16.Dr. Chris Alexander. Advances in the repair of pipelines using composites materials, pp. 1-10.

17.Kudina E.F, Vinidiktova N.S, Mihovski M.M. Composite materials for repairing of main gas pipelines // Scientific proceedings, June, 2016, pp. 7577. ISSN 1310-3946.

18.Pop P. Adrian, Bejinaru Mihoc Gheorghe. Manufacturing process and applications of composite materials // Fascicle of Management and Technological Engineering, 2010, Vol.4, pp. 31-36.

19.Густов Д.С. Экономическое обоснование сооружения газопроводов из композитных материалов // Территория «Нефтегаз». март 2016.№3.С.154-159.

20.Шумов А.В, Плахотниченко А.А. Применение композитных материалов в радиолокационной технике. Отражатель антенного устройства Доплеровского метеорологического радиолокатора // Наука и Образование. Электроный журнал. 2014.№12.С.593-606.

21.Chris Alexander. Evaluation the use of composite materials in reinforcing offshore risers using full-scale testing methods // Proceedings of Conference ASME International Offshore Pipeline Forum, October, 2007, pp. 1-10.

22.Chris Alexander, Larry Cercone, Jim Lockwood. Development of a carbonfiber composite repair system for offshore risers // 27th International Conference on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, June, 2008. DOI: 10.1115/OMAE2008-57599.

23.George A.Antaki. Piping and Pipeline Engineering. Design, Construction, Maintenance, Integrity and Repair, South Carolina, U.S.A, 2005, 519 p.

24.Габова М.А. Применение композитных материалов при добыче нефти и газа // Вестник университета.2012.№10.С.88-92.

25.Газизов Ф.Н, Амосов Н.Т, Строгонов К.В, Федюхин А.В. Оценка Технических показателей применения композитных и металлических трубопроводов // промышленная теплоэнергетика.2018.С.73-84. ISSN 2313-223X.

26.Ягодина Т.В, Иванова Я.Ю. Трубы из композитных материалов // Весроссийская научно-практическая конференция молодых ученых « Россия Молодая».апреля 2018. С.1-4.

27.Тавастшерна Р.И. Изготовление и монтаж технологических трубопроводов. М. Стройиздат. 2011.286 С.

28. Орлова Н.А, Коробщикова Т.С, Молтусов А.С. Анализ эффективного применения стеклопластиковых труб, используемых в шахтах // Интеллектуальный потенциал XXI века. 2015.С.56-61.

29.Baikov I.R, Smorodova O.V, Kitaev S.V. Efficiency energy of nanocomposites pipe // Nanotechnologies in Construction, 2018, vol.10, No.3, pp. 20-36.

30.Isaac M.Daniel, Ori Ishai. Engineering Machanics of Composite Materials, Second Edition, 2014, 463 p.

31.D.F. Oliveira, S.D. Soares, R.T. Lopes. Inspection of Composite Pipelines using Computed Radiography // 5th Pan American Conference for NDT, October, 2011, pp. 1-9.

32.Воробьев И.Н. Преимущество применения композитных материалов при ремонте трубопроводов // Холдинговая Компания «Интра тул». Саннкт-Петербург. 2017. С.47-50.

33.Yabin Liang, Qian Feng, Dongsheng Li. Loosening Monitoring of the Threaded Pipe Connection Using Time Reversal Technique and Piezoceramic Transducers // Sensor, 2018, pp. 1-18. doi:10.3390/s18072280

34. https://en.wikipedia.org/wiki/Composite

35.Zaw Myo Naing, Schagin Anatolii, Ye Htet Linn, Kyaw Soe Win. Modeling and controlling of DC motor positioning in the installation of pipelines based on composite materials // IEEE Conference of Russian, 2019, pp.2139-2141.

36.Зо Мьо Наин, Щагин А. В, Е Тет Линн. Автоматизация монтажа трубопроводов на основе композитных труб // Международный научный журнал «Путь науки». 2018. т.1. №10 (56). С.33-38.

37.Демидова Г.Л. Особенности применения нечётких регуляторов на примере управления скоростью электродвигателя постоянного тока // Научно-технический вестник информационных технологий.2016. Т. 16. №5. С. 872-878.

38.Chowdhury A, Debnath D. DC motor position control using state space technique // International journal of Advances in Science and Technology, 2018, pp. 14-19. ISSN 2348-5426

39.Ruderman M, Krettek J, Hoffmann F, Bertram. Optimal state space control of DC motor // 17th World congress the International Federation of Automatic Control, Korea, July, 2008, pp. 5796-5801.

40.E. Gowthaman, C. Dinesh Balaji. Self-tuned PID based speed control of PMDC drive // International Multi-Conference of Automation, Computing, Communication, Control and Compressed Sensing (iMac4s), March 2013, pp. 686- 692. DOI: 10.1109/iMac4s.2013.6526496

41.Йе Наунг. Исследование и разработка частотно-регулируемых сервоприводов для высокоточных систем позиционирования. Кандидат технических наук. Дессертация. Москва. 2020. 162 С.

42.Chayan Kumar, Deoraj Kumar Tanti. Speed control of Separately Excited DC motor // 2nd International Conference on Engineering Trends in Engineering and Management Research, India, 28 May 2017, pp.29-39. ISBN: 978-93-86171-46-7

43.Saleh Ebn Sharif, Anamika Bose. Performance Comparison of PI and IP Controller in sped control of DC motor // European Journal of Advances in Engineering and Technology, 2017, 4(12), pp. 888-895. ISSN: 2394-658X

44.Albinus Bernard. Speed Control of Separately excited DC motor using Artificial Intelligent Approach // A project report submitted in partial

fulfillment of the requirement for the award of the Master of Electrical Engineering, Malaysia, January 2013, 36 p.

45.Pranoti Khanke, Sangeeta Jain. Speed control of Separately Excited DC motor using various Conventional Controllers // International Journal of Engineering Research and Applications, April 2015, vol.5, Issue 4,(part-3), pp. 67-72. ISSN: 2248-9622

46.Panduranga Talavaru, Nagaraj Naik R, Kishore Kumar Reddy V. Microcontroller based closed loop speed and position control of DC motor // International Journal of Engineering and Advances Technology, June 2014, vol.3, issue.5, pp. 280-284. ISSN: 2249 - 8958

47.Ahmet Mehmet Karadeniz, Malek Alkattali, Peter Tamas Szemes. Modeling and Simulation of stepper motor for position control using Lab View // Recent Innovations in Mechatronics, 2018, vol.5, No.1, pp.1-5.

48.https://electronicscoach.com/proportional-integral-controller.html

49.https://docs.wpilib.org/en/latest/docs/software/advancedcontrols/introductio n/introduction-to-pid.html

50.Karthik Ramireddy, Yash Hirpara, Y.V. Pavan Kumar. Transient Performance Analysis of Buck Boost Converter using various PID Gain tuning method // 12th International Conference on Computational Intelligence and Communication Networks IEEE, India, 2020, pp. 66-71. https://ieeexplore.ieee.org/document/9242557

51. http: //masters .donntu.org/2017/fkita/biryucheva/library/article 1. htm

52.https://vivekbose.com/introduction-to-pid-controller-with-detailed-pp

53.S.Y.S. Husssien, H.I. Jaafar, R. Ghazali, N.R.A. Razif. The effects of Auto-

Tuned method in PID and PD control scheme for gantry crane system // International Journal of Soft Computing and Engineering, January 2015, vil.4, issue.6, pp. 121-125. ISSN: 2231-2307

54.https://vivekbose.com/introduction-to-pid-controller-with-detailed-ppipd-pd-control

55.T. Rajesh, P. Thirumurugan, M. Saravana balaji. Hardware Implemention of model predictive control based fuzzy logic controller for temperature process station // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, May, 2013, vol.2, issue.5. pp. 1909-1916. ISSN (Online): 2278 - 8875

56.https://docs.wpilib.org/en/latest/docs/software/advancedcontrols/introductio n/introduction-to-pid.html#proportional-t

57.https://en.wikipedia.org/wiki/PID controller

58.Хтин Линн У. Методы, Алгоритмы и системы управления процессами лазерного сплавления металлических порошковых смесей. Кандидат технических наук. Дессертация. Москва. 2020. 148 С.

59.Peter Woolf et al. PID tuning via Classical Method // Engineering LibreTexts, 2020, pp. 1-11. https://eng.libretexts.org/@go/page/22413

60. T.L.T. Mohamed, R.H.A. Mohamed, Z. Mohamed. Development of Auto Tuning PID controller using Graphical user interface // 2nd International Conference of Computer and Engineering Application, 2010, pp. 491-495.

61. Guillermo J.Costa. Tuning a PID controller // Power transmission engineering, fpril 2011, pp. 26-31. www.powertransmission.com

62.Jiashun Shi, Jin Chen, Wen Qi. Research on Stepper Motor Servo Controller Based on Pan-Boolean PID Control // 39th Chinese Control Conference IEEE, July 2020. https://ieeexplore.ieee.org/document/9189307

63.Myo Maung Maung, Maung Maung Latt, Chaw Myat New. DC motor algular position control using PID controller with Friction Compensation // International Journal of Scientific and Research Publications, November 2018, vol.8, Issue 11, pp. 149-155. ISSN 2250-3153

64.Е Тет Линн, Зо Мьо Наин, Йе Наунг. Моделирование и особенности применения двигателей постоянного и переменного тока в металлообрабатывающих станках // 11-я Всероссийская межвузовская научно-проктическая конференция студентов и аспирантов.

«Актуальные проблемы информатизации в науке и образовании и экономике -2018». МИЭТ. 2018. С.74.

65.Щагин А.В, Йе Наунг, Зо Мин Кхаинг. Режимы управления двигателем постоянного тока с замкнутым контуром в высокоточных системах позиционирования // Известия высших учебных заведений «Электроника». 2018. Т.23. №3. С. 304-308. DIO: 10.24151/1561-5405

66.Зо Мьо Наин, Е Тет Линн, Тет Вай Ян Со. Применение двигателя постоянного тока позиционирования при монтаже трубопроводов на основе композитных материалов // 11 -я Всероссийская межвузовская научно-проктическая конференция студентов и аспирантов. «Актуальные проблемы информатизации в науке и образовании и экономике -2018». МИЭТ. 2018. С.76.

67.Aqeel Ur Rehman, Chenxiao Cai. Autonomous Mobile Robot Obstacle Avoidance Using Fuzzy-PID Controller in Robot's Varying Dynamics // 39th Chinese Control Conference. July 2020. Vol.2. pp. 2182-2186. https://ieeexplore.ieee.org/document/9188467

68.Aisha Jilina, Sadia Murawwat, Syed Omar Jilani. Controlling speed of DC Motor with Fuzzy Controller in comparison with ANFIS Controller // Intelligent Control and Automation. 2015. pp.64-74.

69.Meshcheryalov Y E. Automation of Positioning of operative Elements Mining Processes Machines // Candidate of Technical Sciences, Dissertation, Tomsk, 2018. 195 p.( in Russian)

70.Jacek Nazdrowicz. Modeling and Simulations of MEMS gyroscope with Matlab/Simulink Package // International Journal of Microelectronics and Computer Science, 2017, vol.8, no.1, pp. 21-28.

71.Zaw Myo Naing, DemkinVasily, Ye Htet Lin, Kyaw Soe Win. Development of positioning control for automated installation of pipelines using Kalman filter based on microelectromechanical system // IEEE Conference of Russian (EIConRus), 2020.pp.2591-2594.

72.Д.В.Павлов, К.Г.Лукин, М.Н.Петров. Разработка математической модеели МЭМС Акселерометра // Вестник новгородского государственного университета. 2015.№8(91). С.22-25.

73.Шубхам Сапкал, Дигамбар Пабале. Структурное проектирование и моделироавание емкостного акселерометр // Международный научно-исследовательский журнал по технике и технологии. 2018. том 05. С.1742-1747.

74.Рашми М. Киттали, Б. Г. Шаиипараматии, Арсхант. Шаиипараматии. Моделирование акселерометра на основе МЭМС в Simulink // Международная конференция по интеллектуальным технологиям для умной нации, 2017. С.602-606.

75.STMicroelectronics, Inc. LIS331DLH техническое описание. июль 2009.

76.Fedorov D.S , Lvoilov A .YU , Zhmud V.A, Trubin V.G. Using the measurement system MPU 6050 for angle detection speed and linear accelerations // Automation and Software Engineering, Novosibirsk. Russia. .2015. no. 1 (11). pp. 75-80.( in Russian)

77.Зо Мьо Наин, Е Тет Линн. Моделирование МЭМС гироскопа при автоматизированном монтаже в пакете MatlabSimulink // Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы информатизации в цифровой экономике и научных исследованиях». ноября 2019. С.77.

78.Nabil Zhafri Mohd Nasir, Muhammad Aizzat Zakaria, Saifadin Razali, Mohd Yazid bin Abu. Autonomous mobil robot localization using Kalman filter // MATEC Web of conferences. Pahang. Malaysia. 2017. pp 1-8.

79.Luinge H. J, Veltink P.H. Measuring orientation of human body segments using miniature gyroscope and accelerometer // Medical and Biological Engineering and Computing. April 2005. Vol.43. no.2.pp.273-282.

80.Зо Мьо Наин, Щагин А.В, Ле Винь Тханг, Хтин Линн У. Комплементарный фильтр для оценки угла с использованием

микроэлектромеханической системы гироскопа и акселерометра // Жрунал «Инженерный Вестник Дона». №3 (63). 2020. С. 43. 81.Zaw Myo Naing, Anatolii Schagin, Htet Soe Paing, Le Vinh Thang. Evaluation of Microelectromechanical system gyroscope and accelerometer in the object orientation system using Complementary filter // IEEE Conference of Russian (EIConRus), 2021, pp.2777-2780.

Приложение 1

Программа для оценки Микроэлектромеханической системы гироскопа и акселерометра в системе ориентации объекта с использованием

комплементарного фильтра

% Set up the class

gyro = 250; % ± 250, ± 500, ± 1000, ± 1500, ± 2000 [deg/s]

acc = 2; % 2, 4, 8, 16 [g]

zau = 0.98; % time constant

port = '/dev/cu.usbmodern14100'; % Serial port name

mpu = MPU 6050(tau, acc, gyro, port);

% Open a serial port and calibrate the gyroscope s = mpu.openSerial(); mpu.calibrateGyro(100, s);

% Run for Num point for ii = 1:500

% Get data and then display mpu.compFilter(s);

fprintf('ROLL: %0.1f PITCH: %0.1f YAW: %0.1f\n', mpu.roll, mpu.pitch, mpu.yaw)

end

% Close serial port mpu.closeSerial(s)

classdef MPU 6050 < handle properties

///Sensor fusions values//// gyroRoll = 0; gyroPitch = 0; gyro Yaw = 0; roll = 0; pitch = 0; yaw = 0; dtTimer = 0;

//// Sensor Values/// accx; accy; accz;

gx; gy; gz;

////Calibration values//// gyroXcali = 0; gyroYcali = 0; gyroZcali = 0;

/// Settable values/// zau;

acceScaleFactor;

gyroScaleFactor;

port;

end

methods

function obj = MPU 6050(zau, accSF, gyroSF, port) ////Set the serial port///// obj.port = port;

% Set zau value obj.zau = zau;

////the accelerometer sensitivity value/// switch accSF case 2

obj.acceScaleFactor = 16380.0;

case 4

obj.acceScaleFactor = 8195.0;

case 8

obj.acceScaleFactor = 4097.0; case 16

obj.acceScaleFactor = 2046.0; otherwise

fprintf('Given value for the accelerometer:\n')

fprintf('\t2 [g]\n')

fprintf('\t4 [g]\n')

fprintf('\t8 [g]\n')

fprintf('\t 16 [g]\n')

end

///// the gyro sensitivity value///// switch gyroSF

case 250

obj.gyroScaleFactor = 130.0; case 500

obj.gyroScaleFactor = 65.0; case 1000

obj.gyroScaleFactor = 32.5; case 1500

obj.gyroScaleFactor = 16.5; otherwise

fprintf('Given value for the gyroscope:\n') fprintf('\t250 [deg/s]\n') fprintf('\t500 [deg/s]\n') fprintf('\t1000 [deg/s]\n') fprintf('\t1500 [deg/s]\n')

end

end

function s = openSerial(obj)

///Establish serial port connection//// try

% specified parameters s = serial(obj.port, 'BaudRate', 9500); s.inputBufferSize = 20; s.Timeout = 6; fopen(s);

fprintf('Serial port connection established on %s\n', obj.port); pause(2); catch MESS

% If serial port fails display error and terminate program

fprintf('Error: %s\n', MESS.message);

fclose(s);

delete(s);

clear s;

fprintf('Terminate the program\n'); quit cancel;

end

end

function getRawData(obj, s) % Initialize array

temp = [];

if (fread(s, 1) == 160)

if (fread(s, 1) == 105)

% Read 12 bytes of data

for ii = 1:6

x = fread(s, 2);

temp(ii) = typecast(uint8(x), 'int16');

% Make 16 bit unsigned value to signed value (0 to 65535) to (-32768 to +32767)

if (temp(i) >= 32768)

temp(i) = -((65535 - temp(i)) + 1);

end

end

% Assign temp values to the class

obj.accx = temp(1);

obj.accy = temp(2);

obj.accz = temp(3);

obj.gx = temp(4);

obj.gy

obj.gz

= temp(5); = temp(6);

end

end

end

function calibrateGyro(obj, Num, s)

fprintf('Calibrating gyro \n')

% Take Num readings for each coordinate for i = 1 :Num

obj .getRawData(s);

obj.gyroXcali = obj.gyroXcali + obj.gx; obj.gyroYcali = obj.gyroYcali + obj.gy; obj.gyroZcali = obj.gyroZcali + obj.gz;

end

% Find average offset value obj.gyroXcali = obj.gyroXcali / Num;

obj.gyroYcali = obj.gyroYcali / Num; obj.gyroZcali= obj.gyroZcali / Num;

% Display results fprintf('Calibration completed:\n') fprintf('\tGyro X offset: %0.2f\n', obj.gyroXcali) fprintf('\tGyro Y offset: %0.2f\n', obj.gyroYcali) fprintf('\tGyro Z offset: %0.2f\n', obj.gyroZcali)

% Start a timer tict;

obj.dtTimer = toc;

end

function processlMU values(obj, s) % Get raw data obj .getRawData(s);

obj.gx = obj.gx - obj.gyroXcali; obj.gy = obj.gy - obj.gyroYcali;

obj.gz = obj.gz - obj.gyroZcali;

% Convert gyro values to degrees per secound obj.gx = obj.gx / obj.gyroScaleFactor; obj.gy = obj.gy / obj.gyroScaleFactor; obj.gz = obj.gz / obj.gyroScaleFactor;

% Convert accelerometer values to g force obj.accx = obj.accx / obj.accScaleFactor; obj.accy = obj.accy / obj.accScaleFactor; obj.accz = obj.accz / obj.accScaleFactor;

function compFilter(obj, s)

% Get values from the IMU obj.processIMUvalues(s);

% Calculate dt

dt = toc - obj.dtTimer;

obj.dtTimer = toc;

% Find angles from accelerometer

accelRoll = rad2deg(atan2(obj.accx, obj.accz)); accelPitch = rad2deg(atan2(obj.accy, obj.accz));

% Gyro integration angle

obj.gyroRoll = obj.gyroRoll - obj.gy * dt; obj.gyroYaw = obj.gyroYaw + obj.gz * dt; obj.gyroPitch = obj.gyroPitch + obj.gx * dt;

% Apply complementary filter

obj.roll = (obj.zau)*(obj.roll - obj.gy * dt) + (1 - obj.zau)*(accelRoll);

obj.pitch = (obj.zau)*(obj.pitch + obj.gx * dt) + (1 -obj.zau)*(accelPitch);

obj.yaw = obj.gyroYaw;

end

function closeSerial(obj, s) % Close the serial port

fclose(s); delete(s); clear s; close all;

fprintf('Serial port closed\n')

end end

Приложение 2

Программый модуль визуализации девятиосевого датчика 1Ми-9250

Приложение 3 АКТ ВНЕДРЕНИЯ

УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе Национального исследовательского университета «МИЭТ»,

/н., профессор Игнатова И.Г.

" декабря 2021г.

АКТ

внедрения результатов диссертационной работы Зо Мьо Наин на тему «Разработка на основе инерционных микроэлектромеханических систем методов автоматизации монтажа трубопроводов из композитных материалов», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.3.3 - «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (технические науки)».

Результаты кандидатской диссертации Зо Мьо Наин, целью которой является исследование и разработка методов и алгоритмов систем пространственного позиционирования и управления на основе инерционных микроэлектромеханических системах (МЭМС) датчиков в системах автоматического управления и контроля, а именно:

-методы построения, математические модели, алгоритмы, структурные схемы высокоточных систем контроля и управления пространственным положением стыковочных узлов элементов трубопровода с использованием современных аппаратно-программных средств обработки сигналов;

- метод сравнения параметров управления позиционированием сервопривода постоянного тока с применением ПИД регулятора и регулятора нечеткой логики;

- структурная схема моделирования для управления позиционированием с использованием серводвигателя постоянного тока;

- метод расчета угловой скорости на основе МЭМС с использованием фильтра Калмана для различных типов роботов и робототехнических комплексов технологических производств;

- математические модели систем управления режимами работы серводвигателей для систем точного позиционирования.

используются в учебном процессе «Института МПСУ» Национального исследовательского

университета «МИЭТ» в лекционных и практических занятиях по дисциплине: «Алгоритмические и технические средства обработки сигналов»

От Института МПСУ д.т.н., профессор

Щагин А.В.