Bu tədqiqat böyük dəqiqlikli üfüqi emal mərkəzlərində yataq, sütun, tir və irəliləmə sistemləri arasında yaranan bir-biri ilə əlaqəli temperatur dəyişikliklərini fəal şəkildə tarazlaşdırmaq üçün hazırlanmış çoxzonalı termal idarəetmə sistemini araşdırır. Sistem temperatur xətası yarandıqdan sonra yalnız rəqəmsal kompensasiya tətbiq etmək əvəzinə dəzgah gövdəsinin temperatur sahəsinə birbaşa müdaxilə edir.

Tədqiqatçılar əsas konstruktiv zonalara S formalı daxili axın kanallarına malik səkkiz alüminium temperatur idarəetmə lövhəsi yerləşdirmiş və T1–T5 temperatur nöqtələrindən alınan məlumatlardan istifadə etməklə çoxgirişli–çoxçıxışlı termal model yaratmışlar. İdarəetmə arxitekturası üç əsas mexanizmi birləşdirir: zonalar arasındakı çarpaz termal qarşılıqlı təsirləri azaltmaq üçün irəli ötürməli dekouplinq, gələcək temperatur davranışını və fiziki klapan məhdudiyyətlərini nəzərə almaq üçün Model Predictive Control (MPC) və qalan sabit vəziyyət xətasını azaltmaq üçün PID idarəetməsi.

Müqayisəli sınaqlarda MPC–PID hibrid sisteminin T1, T2, T3 və T4 temperatur nöqtələrindəki orta temperatur dəyişmə sürətlərini klassik irəli ötürməli PID dekouplinqinə nisbətən müvafiq olaraq %31,47, %14,56, %16,06 və %44,86 azaltdığı bildirilmişdir. Bu nəticə təklif olunan yanaşmanın sınaqdan keçirilən eksperimental platformada temperatur sahəsini daha sabit etdiyini göstərir.

Lakin tədqiqat spindle driftini, konstruktiv termal deformasiyanı, həndəsi mövqe xətasını və ya real detal emalının dəqiqliyini birbaşa ölçməmişdir. Təcrübələrdə real yonqarçıxarma əvəzinə idarə olunan elektrik istilik mənbələri ilə ekvivalent termal yük yaradılmışdır. Buna görə nəticələr temperaturun sabitləşdirilməsi baxımından qiymətləndirilməlidir; emal dəqiqliyinin eyni nisbətlərdə artdığı göstərilməmişdir.

Dəzgahlarda Termal Xəta Niyə Vacibdir?

Dəqiq dəzgahlarda mühərriklər, irəliləmə vintləri, yataqlar, spindle sistemi, sürtünən hərəkət elementləri və mühit temperaturu davamlı olaraq istilik yaradır və ya dəzgaha istilik ötürür. Bu istilik dəzgah gövdəsinin bütün nöqtələrində bərabər paylanmır.

Sütunun bir tərəfinin digərindən daha isti olması, hərəkətli tirin müxtəlif zonalarında fərqli temperatur yaranması və ya yataq boyunca temperatur qradiyentinin formalaşması metal konstruksiyanın qeyri-bərabər genişlənməsinə səbəb ola bilər.

Nəticədə yalnız hissələrin ölçüsü dəyişmir; əyilmə və burulma kimi konstruktiv deformasiyalar da yarana bilər. Alət ucu ilə iş parçası arasındakı nisbi həndəsi mövqe dəyişdikdə dəqiq emal performansı təsirlənə bilər.

Mənbə yüksək dəqiqlikli CNC dəzgahlarında termal deformasiyanın ümumi emal xətalarının təxminən %40–75-ni təşkil edə bildiyini bildirir. Buna görə temperatur təsirini yalnız sonradan proqram təminatı ilə düzəltmək əvəzinə, istilik qeyri-tarazlığını yaranma mərhələsində idarə etmək mühüm mühəndislik yanaşmasıdır.

Aktiv Termal İdarəetmə ilə Ənənəvi Termal Xəta Kompensasiyası Arasında Fərq Nədir?

Ənənəvi termal xəta kompensasiyasında temperatur və ya həndəsi xəta ölçülür, sonra idarəetmə proqramı yaranmış xətanın alət trayektoriyasına təsirini düzəltməyə çalışır. Bu yanaşma əsasən sonradan düzəltmə üsuludur.

Aktiv termal idarəetmə isə temperatur sahəsinin özünə müdaxilə edir. Dəzgahın müəyyən zonalarına yerləşdirilmiş soyutma lövhələrindən dövr edən mayenin axın sürəti dəyişdirilərək isti zonalar birbaşa tarazlaşdırılmağa çalışılır.

Bu iki yanaşma bir-birinin məcburi alternativi deyil. Aktiv temperatur idarəetməsi termal deformasiyanın kök səbəbini azaltmağa çalışdığı halda, həndəsi xəta kompensasiyası qalan sapmaları ayrıca düzəldə bilər.

Üçqatlı İdarəetmə Sistemi Necə İşləyir?

Təklif olunan sistem qavrama → qərar → fiziki icra olmaqla üçqatlı qapalı dövrə arxitekturasından ibarətdir.

1. Temperaturun qavranması qatı

PT100 temperatur sensorları dəzgahın kritik konstruktiv zonalarının və mühitin temperaturunu real vaxtda ölçür. Xam ölçmələr filtrlənir, kənar dəyərlər təmizlənir və müxtəlif kanallar arasındakı zaman gecikmələri uyğunlaşdırılır.

Mənbədə beş temperatur nöqtəsi müəyyən edilmişdir:

Mənbənin sonrakı eksperimental təsvirində T1 bir yerdə Z oxu sensoru adlandırılmışdır. Bu ifadə yuxarıdakı ətraflı metod təsviri ilə uyğun gəlmədiyinə görə Verianla izahında sensor identifikasiyaları metod bölməsindəki ətraflı yerləşdirməyə əsasən verilmişdir.

2. İdarəetmə və dekouplinq qatı

Bu qat iki yoldan istifadə edir.

İrəli ötürmə yolu, mövcud istilik yükü və mühit temperaturundan çıxış edərək müxtəlif temperatur zonalarının bir-birinə təsirini temperatur xətası böyüməzdən əvvəl kompensasiya etməyə çalışır.

Əks əlaqə yolu isə hədəf temperaturla ölçülmüş temperatur arasındakı fərqdən istifadə edir. MPC gələcək temperatur inkişafını proqnozlaşdırır və klapanlar üçün optimal əmrləri hesablayır; PID isə model qüsurlarına görə qalan sabit vəziyyət xətalarını azaldır.

3. Fiziki icra qatı

Hesablanmış əmrlər elektrik kürəvi klapanlara göndərilir. Klapan açılışı dəyişdirilməklə soyutma suyunun axın sürəti tənzimlənir və alüminium lövhələr vasitəsilə dəzgah gövdəsi ilə aktiv istilik mübadiləsi həyata keçirilir.

S Formalı Temperatur İdarəetmə Lövhələrinin Vəzifəsi Nədir?

Aktiv idarəetmənin fiziki elementi dəzgah gövdəsinin müxtəlif zonalarına bərkidilən içiboş alüminium lövhələrdir. Lövhələrin içində dövr edən su dəzgah konstruksiyası ilə istilik mübadiləsi aparır.

Alüminiumun seçilməsinin iki əsas səbəbi var: yüksək istilikkeçirmə qabiliyyəti və mislə müqayisədə daha aşağı sıxlığı. Bununla həm sürətli termal reaksiya, həm də daha yüngül sistem əldə etməyə çalışılmışdır.

Niyə düz kanal əvəzinə S formalı kanal?

Daxili axın kanalı S formasındadır. Məqsəd axını turbulent hala gətirmək və bununla lövhə ilə su arasındakı konvektiv istilik mübadiləsini artırmaqdır.

Dəzgahda ümumilikdə səkkiz fiziki idarəetmə lövhəsi istifadə edilmişdir. Mənbə onların ətraflı U1–U8 yerləşməsini və sonrakı ümumi qruplaşdırmanı bir-biri ilə tam uyğun vermədiyinə görə lövhə qruplarının dəqiq mövqeləri burada yenidən şərh edilmir.

Feedforward Decoupling Niyə Lazımdır?

Metal dəzgah konstruksiyasında temperatur zonaları bir-birindən asılı deyil. Bir soyutma lövhəsinin axınını artırmaq yalnız yaxınlıqdakı sensoru deyil, metaldakı istilikkeçirmə səbəbindən digər zonaları da təsirləndirə bilər.

Buna görə sistem klassik tək girişli–tək çıxışlı quruluşdan fərqlənir. Riyazi baxımdan çoxgirişli–çoxçıxışlı sistemdir:

Y(s) = G(s)U(s)

Burada U(s) idarəetmə girişlərini, Y(s) temperatur çıxışlarını və G(s) hər girişin hər temperatur nöqtəsinə dinamik təsirini ehtiva edən transfer funksiyası matrisini ifadə edir.

İrəli ötürməli dekouplinqin məqsədi, məsələn U1-in T2 üzərində yaratdığı arzuolunmaz termal təsiri idarəetmə əmri daxilində əvvəlcədən kompensasiya etməkdir. Beləliklə bir-biri ilə əlaqəli fiziki zonalar idarəetmə alqoritmi baxımından daha müstəqil davranmağa məcbur edilir.

Termal Model Necə Əldə Edildi?

Tədqiqatçılar model əmsallarını yalnız kompüter simulyasiyasından götürməmiş, fiziki platformada addım cavabı sınaqları keçirmişlər.

Hər idarəetmə kanalında klapan bucağı 20 dərəcə dəyişdirilmiş, digər klapanlar sabit saxlanmış və T1–T5 sensorlarından temperatur:

• hər 10 saniyədən bir,
• 7200 saniyə ərzində,
• səkkiz aktuator üçün

qeydə alınmışdır.

Beləliklə cəmi 8 × 5 temperatur cavabı məlumat dəsti yaradılmış və birinci dərəcəli üstəgəl saf gecikməli transfer funksiyaları uyğunlaşdırılmışdır.

Mənbədə nümunə model üçün:

RMSE = 0,021 °C

və

R² = 0,987

bildirilmişdir.

Bu nəticə modelin bu sınaq qurğusundakı temperatur keçid davranışına yüksək uyğunluq göstərdiyini dəstəkləyir. Lakin model uyğunluğu ilə dəzgahın real həndəsi xəta proqnozunun dəqiqliyi eyni anlayış deyil.

MPC, PID İdarəetməsinə Hansı Qabiliyyəti Əlavə Edir?

PID idarəetməsi mövcud xəta yarandıqdan sonra reaksiya verir. MPC isə dinamik modeldən istifadə edərək temperaturun gələcəkdə necə inkişaf edəcəyini proqnozlaşdırır və idarəetmə hərəkətini bu gələcək davranışa görə optimallaşdırır.

Bu tədqiqatda MPC-nin xüsusilə üç problemi hədəflədiyi bildirilir:

• təxminən yüzlərlə saniyəlik termal gecikmə,
• zonalar arasındakı çarpaz istilik ötürülməsi,
• elektrik klapanlarının fiziki hərəkət məhdudiyyətləri.

10 saniyəlik idarəetmə dövrəsində 8,7 ms optimallaşdırma müddəti istifadə olunan sənaye kompüterində real vaxt rejimində işləmənin hesablama baxımından mümkün olduğunu göstərir.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

MPC–PID Sistemi Temperatur Dalğalanmasını Nə Qədər Azaltdı?

Tədqiqatın əsas müqayisəsi klassik irəli ötürməli PID dekouplinq idarəetməsi ilə feedforward decoupling + MPC + PID hibrid idarəetməsi arasındadır.

Ən böyük yaxşılaşma T4 zonasında müşahidə edilmişdir. Müəlliflər bunu həmin zonanın daha yüksək termal gecikmə və daha güclü çarpaz termal qarşılıqlı təsir yaşaması ilə əlaqələndirirlər.

Təcrübələr müqayisə edilə bilən şəraitdə aparılmışdırmı?

Tədqiqatçılar sınaq günləri arasındakı mühit temperaturu fərqini azaltmaq üçün laboratoriyanın sabit temperatur sistemini sınaqdan 12 saat əvvəl işə salmışlar.

İki sınaqdan əvvəl dəzgahın başlanğıc temperaturları ±0,3 °C aralığında saxlanmış, eyni simulyasiya edilmiş kəsmə istilik yükləri və eyni spindle/irəliləmə hərəkət parametrləri tətbiq edilmiş, həmçinin hər idarəetmə üsulu müxtəlif tarixlərdə üç dəfə təkrarlanmışdır.

Bu tədbirlər müqayisənin etibarlılığını artırır; lakin real istehsal mühitindəki uzunmüddətli dəyişkənliyi tam təkrar yaratmır.

Dinamik tarazlıq vəziyyətində hansı temperaturlar müşahidə edilmişdir?

Mənbənin MPC dinamik tarazlıq nümunəsində mühit temperaturu təxminən 21,8 °C ikən irəliləmə mili və tir təxminən 20,2 °C, sağ və sol sütunlar isə təxminən 22,5 °C səviyyəsində saxlanmışdır.

Bu dəyərlər yalnız bir eksperimental tarazlıq vəziyyətinin nəticələridir; bütün dəzgahlar üçün universal ideal temperatur kimi şərh edilməməlidir.

Sistem Enerji Sərfiyyatını da Azaltdımı?

Mənbə dəyişən axınlı aktiv idarəetmənin soyutma klapanlarını daim tam açıq saxlayan sabit soyutma yanaşması ilə müqayisədə ümumi soyutma enerjisi istifadəsini təxminən %22–28 azalda biləcəyini bildirir.

Lakin bu dəyər birbaşa genişmiqyaslı elektrik enerjisi sayğacları ilə aparılmış müstəqil enerji performansı sınağı kimi təqdim edilmir. Müəlliflər qənaəti klapanın işləmə məlumatlarından aparılan statistik hesablamaya əsasən bildirirlər.

Buna görə nəticə sistemin enerji baxımından perspektivli olduğunu göstərir; lakin müəssisə səviyyəsində təsdiqlənmiş xalis enerji qənaəti üçün əlavə uzunmüddətli elektrik istehlakı ölçmələri tələb olunur.

Tədqiqat Real Emal Dəqiqliyinin Artmasını Sübut Edirmi?

Xeyr. Bu tədqiqat birbaşa temperatur sahəsinin sabitləşdirilməsini sınaqdan keçirir.

Mənbədə aşağıdakı nəticələr birbaşa ölçülməmişdir:

• spindle-ın termal mövqe sürüşməsi,
• yatağın və ya sütunun mikrometr miqyaslı həndəsi deformasiyası,
• alət ucu–iş parçası nisbi mövqe xətası,
• real iş parçasının ölçü dəqiqliyi,
• səth keyfiyyəti və ya həndəsi tolerantlığın yaxşılaşması.

Buna görə T4-də temperatur dəyişmə sürətinin %44,86 azalması “emal xətası %44,86 azaldı” kimi təqdim edilə bilməz.

Fiziki gözlənti daha vahid temperatur paylanmasının qeyri-bərabər termal genişlənməni azalda biləcəyidir. Lakin bunun real həndəsi dəqiqliyə hansı dərəcədə çevrildiyi ayrıca sınaqlarla təsdiqlənməlidir.

Real kəsmə aparıldımı?

Xeyr. Mənbə real yonqarçıxarma sınaqları əvəzinə spindle zonasına yerləşdirilmiş elektrik qızdırıcıları ilə kəsmə zamanı yarana biləcək yığılmış termal yükü təqlid etmişdir.

Bu seçim sınaq şəraitini təkrarlana bilən edir; lakin real yonqarı, kəsmə mayesini, alət–iş parçası təmasını, spindle yükünü və dəyişən proses parametrlərinin hamısını təmsil etmir.

Modelin məhdudiyyətləri

Müəlliflər dörd əsas məhdudiyyəti açıq şəkildə bildirirlər:

1. Real kəsmə əvəzinə ekvivalent elektrik qızdırılmasından istifadə edilməsi.
2. Termal deformasiya, spindle drift və həndəsi xətanın birbaşa ölçülməməsi.
3. MPC modelinin mürəkkəb paylanmış termal davranışı aşağı tərtibli yığılmış-parametr modeli ilə təxmini təmsil etməsi.
4. Onlarla saatlıq uzunmüddətli fasiləsiz sınaq məlumatının olmaması.

Gələcək tədqiqat nəyi hədəfləyir?

Tədqiqatçılar gələcəkdə:

• özünü tənzimləyən adaptiv MPC,
• onlayn model düzəlişi üçün rəqəmsal əkiz,
• real kəsmə sınaqları,
• spindle driftini və konstruktiv deformasiyanı birbaşa ölçən yerdəyişmə sensorları,
• həndəsi dəqiqliyin və emal performansının kəmiyyətcə təsdiqi

üzərində işləyəcəklərini bildirirlər.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Böyük dəqiqlikli üfüqi emal mərkəzlərində çoxzonalı temperatur sahələri bir-biri ilə güclü bağlı ola bilər.
• S formalı maye ilə soyudulan alüminium lövhələrlə dəzgah konstruksiyasına aktiv termal müdaxilə mümkündür.
• Eksperimental addım cavablarından çoxzonalı termal transfer funksiyası modeli yaradıla bilmişdir.
• Feedforward decoupling zonalar arasındakı çarpaz termal qarşılıqlı təsiri azaltmaq üçün istifadə edilə bilər.
• MPC böyük gecikməni, çarpaz qarşılıqlı təsiri və klapan məhdudiyyətlərini qabaqcadan nəzərə ala bilər.
• PID qalan sabit vəziyyət xətasının azaldılmasında tamamlayıcı funksiya yerinə yetirir.
• Araşdırılan sınaq qurğusunda MPC–PID hibrid sistemi T1–T4 temperatur dəyişmə sürətlərini klassik feedforward PID sisteminə nisbətən azaltmışdır.
• İdarəetmə hesablaması istifadə olunan sənaye kompüterində real vaxt sərhədlərindən xeyli aşağı müddətdə tamamlanmışdır.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

• Emalın həndəsi xətalarının %14–45 aralığında azaldığı göstərilməmişdir.
• Spindle termal driftinin birbaşa azaldığı ölçülməmişdir.
• Real detal kəsilməsində ölçü dəqiqliyinin artdığı sübut edilməmişdir.
• Sistemin bütün CNC dəzgahlarına eyni parametrlərlə tətbiq edilə biləcəyi göstərilməmişdir.
• Uzunmüddətli istehsal şəraitində onlarla saatlıq sabitlik təsdiqlənməmişdir.
• %22–28 enerji qənaəti birbaşa hərtərəfli elektrik enerjisi ölçümü ilə təsdiqlənmiş müəssisə məlumatı deyil.
• Mənbədə bir-biri ilə uyğun gəlməyən bəzi U1–U8 və T1 mövqe ifadələri olduğuna görə bu nöqtələrin bütün yerləşmə detalları mübahisəsiz qəbul edilə bilməz.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal başlıq:Multi-Temperature Zone Active Thermal Control Using Feedforward Decoupling Integrated MPC–PID for Machine Tool.

Müəlliflər: Baoying Peng, Chaoran Liang, Kaichun Bo, Ruiqian Zhang, Xingyu Zhao.

Qurum: Mechanical Electrical Engineering School, Beijing Information Science & Technology University, Beijing, China.

Jurnal:Machines.

İl / cild / məqalə nömrəsi: 2026, 14, 690.

Nəşr tarixi: 15 iyun 2026.

DOI: 10.3390/machines14060690.

Tədqiqat növü: Eksperimental idarəetmə və mexatronika / dəzgah termal idarəetməsi tədqiqatı.

Lisenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Əsas avadanlıq: PT100 temperatur sensorları, səkkiz fiziki soyutma vahidi, S-kanallı alüminium lövhələr, elektrik kürəvi klapanlar, dövriyyəli soyuducu, Modbus RTU bağlantısı və sənaye idarəetmə kompüteri.

Əsas idarəetmə üsulları: feedforward decoupling, PID və Model Predictive Control (MPC).

İdarəetmə modeli: eksperimental addım cavablarından müəyyən edilmiş first-order-plus-dead-time transfer funksiyaları və bunlardan yaradılmış dekouplinq edilmiş vəziyyət fəzası modeli.

Əsas eksperimental müqayisə: irəli ötürməli PID dekouplinqi ilə feedforward decoupling + MPC + PID hibrid idarəetməsi.

Əsas performans nəticəsi: T1–T4 temperatur dəyişmə sürətində müvafiq olaraq %31,47, %14,56, %16,06 və %44,86 azalma.

Mühüm metod məhdudiyyəti: Real yonqarçıxarma əvəzinə elektrik qızdırılması yolu ilə ekvivalent kəsmə termal yükü yaradılmışdır.

Mühüm nəticə məhdudiyyəti: Tədqiqat temperaturun sabitləşdirilməsini ölçmüş; spindle driftini, həndəsi deformasiyanı və ya real emal dəqiqliyini birbaşa ölçməmişdir.

Mənbədaxili uyğunluq qeydi: U1–U8 soyutma lövhələrinin ətraflı mövqe təsviri ilə dərhal sonrakı qrup xülasəsi arasında və T1 sensorunun metod ilə eksperiment təsviri arasında mövqe uyğunsuzluqları var. Bu məqamlar Verianla mətnində mənbə adından yenidən şərh edilməmiş və ya səssizcə düzəldilməmişdir.

Maliyyələşdirmə: Müəlliflər xarici maliyyələşdirmə alınmadığını bildirirlər.

Maraqların toqquşması: Müəlliflər maraqların toqquşması bildirmirlər.

Məlumatlara çıxış: Tədqiqata aid orijinal töhfələrin məqalədə yer aldığı, əlavə sualların məsul müəllifə yönəldilə biləcəyi bildirilmişdir.

Verianla metod qeydi: Bu məzmun mənbə məqalənin paraqraf-paraqraf tərcüməsi deyil. Məqalədəki idarəetmə arxitekturası, eksperimental identifikasiya üsulu, termal lövhə dizaynı, MPC–PID parametrləri, müqayisəli nəticələr və məhdudiyyətlər müstəqil öyrədici strukturda yenidən təşkil edilmişdir. Mənbənin birbaşa ölçmədiyi həndəsi və emal dəqiqliyi nəticələri törədilməmiş; mənbə daxilindəki texniki uyğunsuzluqlar da görünən şəkildə qorunmuşdur.