Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра технологии полиграфического производства и защиты информации

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Методы оптимального проектирования систем защиты информации»

Выполнил: студент гр. 632272

Кузьмин А.А.

______________

(подпись)

Проверил: д.т.н., профессор

Н.Е. Проскуряков

______________

(подпись)

Тула - 2011

Оглавление

Задание 4

Введение 5

1. Общие положения и динамика пневмопривода. 5

2. Проведение эксперимента и статистическая обработка его результатов 8

Выводы: 13

Заключение 14

Приложение 1 16

clf 16

%whitebg 16

a1=-40; 16

a2=40; 16

da=(a2-a1)/100; 16

b1=-40; 16

b2=40; 16

db=(b2-b1)/100; 16

% 16

% dp do 16

[x7,x8] = meshgrid(a1:da:a2,b1:db:b2); 16

% x1,x2 16

% dp - переход к безразмерным величинам 16

x1=(x7-30)/10 ; 16

% do - переход к безразмерным величинам 16

x2=(x8-30)/10; 16

% 16

F1=+0.61123+x1.*0.10507+x2.*0.29458+x1.*x2.*0.074175; 16

F2=-x1.*x1.*0.022045+x2.*x2.*0.0078721; 16

% 16

Z1=F1+F2; 16

% 16

[ymax]=max(max(Z1)) 16

[ymin]=min(min(Z1)) 16

% 16

% 16

% dp do 16

mesh(x7,x8,Z1); 16

% 16

set(gca,'FontName','Courier'); 16

set(gca,'FontSize',14); 16

set(gca,'FontWeight','bold'); 16

set(gca,'FontAngle','normal'); 16

%axis([a1 a2 b1 b2 0 1.1]); 16

title(' Пневмопривод '); 16

xlabel(' d_п_д, мм '); 16

ylabel(' d_о_т, мм '); 16

zlabel(' V '); 16

az = 75; 17

el = 5; 17

view([az,el]); 17

pause 17

[c,h] = contour(x7,x8,Z1,'k-'); 17

clabel(c,h,'fontsize',12,'fontweight','bold','color','k','rotation',0),grid; 17

set(h,'LineWidth',3); 17

%set(gca,'FontName','Times'); 17

set(gca,'FontName','Courier'); 17

set(gca,'FontSize',14); 17

set(gca,'FontWeight','bold'); 17

set(gca,'FontAngle','normal'); 17

title(' Пневмопривод '); 17

Xlabel(' d_п_д, мм '); 17

ylabel(' d_о_т, мм '); 17

Приложение 2 18

Приложение 3 18

Приложение 4 19

Задание

Провести оптимизацию двустороннего пневмопривода с использованием методов теории планирования эксперимента.

Исходные данные - основные размеры и параметры пневмопривода:

Диаметр поршня цилиндра, мм D_n = 63,

Диаметр штока цилиндра, мм d_шт = 25,

Ход поршня, мм S = 200,

Масса подвижных частей, кг m = 15,

Технологическая нагрузка, Н N_тех = 400.

Введение

Цель исследования: подбор таких размеров d_пд и dот, которые дали бы оптимальное время срабатывания пневмопривода - прямая задача.

Обратная задача: определение d_пд и d_от, когда задано время срабатывания пневмопривода.

В лабораторной работе все опыты, проводимые для изучения механизма явления и процессов, происходящих в двустороннем пневмоприводе, а также опти­мизация его параметров носят характер машинного эксперимента, т.е. осуществ­ляются: путем решения нелинейных дифференциальных уравнений движения поршня с помощью ЭВМ.

Получена и проанализирована вторичная математическая модель (ВММ) пневмопривода в виде полинома второго порядка.

Приводятся особенности пневмопривода, его схема и описывается принцип действия. Схема простейшего пневмопривода представлена на рис.1.

Расчеты по моделированию пневмопривода выполнены на ЭВМ, результаты представлены в распечатке.

1. Общие положения и динамика пневмопривода.

Рассмотрим схему простейшего пневмопривода (см. рис. 1).

Рис. 1. Схема двухстороннего пневмопривода

В исходном положении поршень 1 занимает крайнее левое положение. После срабатывания электромагнита происходит переключение распределителя 2, рабочая полость пневмоцилиндра сообщается с магистралью (Р₀) и под давлением сжатого воздуха, поступающего в нее из магистрали через обратный клапан 5, поршень 1 перемещается вправо, сжимая пружину 4 и преодолевая технологическую нагрузку на штоке N_тех

После окончания рабочего хода и отключения распределителя 2 полость рабо­чего цилиндра соединяется с атмосферой через дроссель 3 и поршень 1 возвраща­ется в исходное состояние под действием возвратной пружины 4. Дроссельное устройство 3 применяют для регулирования скорости обратного хода поршня 1.

Уравнение динамики поршневого привода при наполнении и опорожнении рабочей камеры выводят, исходя из следующих допущений:

•температура воздуха в процессе работы пневмопривода остается постоянной (Т = const) - процесс изотермический;

• термодинамический процесс изменения состояния воздуха при прохождении его через отверстия распределителя принимается адиабатическим (рV ⁿ = const), а характер течения воздуха - турбулентный, режим течения воздуха, проходящего через дроссели - квазистациоиарный;

•давление в магистрали атмосферное, давление и коэффициент расхода распределителя - постоянны;

•воздушная волна от распределителя в рабочую зону приходит мгновенно;

•демпфированием и изменением влажности воздуха пренебрегаем;

•время срабатывания золотникового распределителя учитываем отдельно;

•время наполнения и опорожнения полостей пневмоцилиндра определяем по зависимостям течения воздуха для глухих камер.

Схема на рис. 1 позволяет не только наглядно увидеть общее устройство привода, но и понять в целом принцип его работы.

Отсюда можно сделать вывод о том, что добиться необходимой нам плавной работы пневмопривода достаточно при неизменных размерах цилиндра, штока, и поршня, а также при фиксированных технологических параметрах подобрать необходимые размеры (диаметры) отверстий подвода (наполнения) d_пд и отвода (опорожнения) d_от.

Перечисленные параметры напрямую влияют на скорость заполнения и ис­течения воздуха из пневмоцилиндра, а значит и на время этих процессов, которое в свою очередь связано со средней скоростью движения поршня и в основном оп­ределяет время срабатывания привода.

Таким образом, цель исследования состоит в подборе таких размеров d_пд и d_от, которые обеспечили бы оптимальные среднюю скорость движения поршня и время срабатывания пневмопривода.

Достигнув этой цели при необходимости можно решить и обратную задачу, заключающуюся в определении d_пд и d_от, если задано время срабатывания.

В сущности, то, что мы называем здесь «... подбором размеров ...» является на самом деле оптимизацией пневмопривода, а сами размеры отверстий наполнения и опорожнения, как наиболее влияющие на процесс работы пневмопривода - основными факторами.

Необходимость оптимизации пневмопривода связана с проведением большого числа опытов. Так как проведение физического опыта влечет за собой значительные материальные затраты, поэтому целесообразнее, если это возможно, провести ряд машинных экспериментов, результатом которых будет математиче­ская модель пневмопривода, отражающая влияние основных факторов (d_пд и d_от) на параметр оптимизации (средняя скорость движения поршня). Таким образом мы сможем при минимуме затрат добиться необходимого результата, сэкономив время и деньги.

Если требуется осуществить движение поршня, близкое к установившемуся, то определяют, выполняется ли неравенство (1):

(1)

м/с,

где V_ср - средняя скорость движения привода;

т - масса подвижных частей, приведенная к поршню,

P - технологическая нагрузка, действующая на поршень,

s - полный ход поршня,

t_s - время движения поршня.

В нашем случае

 = 0,216

Если неравенство (1) не удовлетворяется, то при заданных параметрах невозможно получить установившийся режим или близкий к нему.

Неравенство (1) удовлетворяется.