Ushbu tadqiqot katta aniqlikdagi gorizontal ishlov berish markazlarida stanina, ustun, to‘sin va surish tizimlari o‘rtasida yuzaga keladigan o‘zaro bog‘langan harorat o‘zgarishlarini faol ravishda muvozanatlash uchun ishlab chiqilgan ko‘p zonali issiqlik boshqaruvi tizimini o‘rganadi. Tizim harorat xatosi paydo bo‘lgandan keyin faqat raqamli kompensatsiya qilish o‘rniga dastgoh korpusining harorat maydoniga bevosita ta’sir ko‘rsatadi.

Tadqiqotchilar asosiy konstruktiv zonalarga S shaklidagi ichki oqim kanallariga ega sakkizta alyuminiy harorat boshqaruv plastinasini joylashtirib, T1–T5 harorat nuqtalaridan olingan ma’lumotlar asosida ko‘p kirishli–ko‘p chiqishli issiqlik modelini yaratgan. Boshqaruv arxitekturasi uchta asosiy mexanizmni birlashtiradi: zonalar orasidagi kesishma issiqlik ta’sirlarini kamaytirish uchun feedforward decoupling, kelajakdagi harorat xatti-harakati va fizik klapan cheklovlarini hisobga olish uchun Model Predictive Control (MPC), hamda qolgan turg‘un holat xatosini kamaytirish uchun PID boshqaruvi.

Taqqoslama tajribalarda MPC–PID gibrid tizimi T1, T2, T3 va T4 harorat nuqtalaridagi o‘rtacha harorat o‘zgarish tezligini klassik feedforward PID decoupling bilan solishtirganda mos ravishda %31,47, %14,56, %16,06 va %44,86 ga kamaytirgani bildirilgan. Bu natija taklif etilgan yondashuv sinovdan o‘tkazilgan eksperimental platformada harorat maydonini barqarorroq qilganini ko‘rsatadi.

Biroq tadqiqot spindle drift, konstruktiv issiqlik deformatsiyasi, geometrik joylashuv xatosi yoki real detalga ishlov berish aniqligini bevosita o‘lchamagan. Tajribalarda haqiqiy qirindi olish o‘rniga boshqariladigan elektr issiqlik manbalari bilan ekvivalent issiqlik yuki hosil qilingan. Shu sababli natijalar haroratni barqarorlashtirish nuqtai nazaridan baholanishi kerak; ishlov berish aniqligi ayni nisbatlarda oshgani ko‘rsatilmagan.

Dastgohlarda Issiqlik Xatosi Nima Uchun Muhim?

Aniq dastgohlarda dvigatellar, surish vintlari, podshipniklar, spindle tizimi, ishqalanadigan harakat elementlari va atrof-muhit harorati doimiy ravishda issiqlik hosil qiladi yoki dastgohga issiqlik uzatadi. Bu issiqlik dastgoh korpusining barcha nuqtalarida bir xil taqsimlanmaydi.

Ustunning bir tomoni ikkinchisidan issiqroq bo‘lishi, harakatlanuvchi to‘sinning turli zonalarida turli harorat yuzaga kelishi yoki stanina bo‘ylab harorat gradientining rivojlanishi metall konstruksiyaning notekis kengayishiga olib kelishi mumkin.

Natijada faqat qismlarning o‘lchami o‘zgarmaydi; egilish va buralish kabi konstruktiv deformatsiyalar ham paydo bo‘lishi mumkin. Asbob uchi bilan ish detalining nisbiy geometrik holati o‘zgarganda aniq ishlov berish ko‘rsatkichlariga ta’sir qilishi mumkin.

Manbada yuqori aniqlikdagi CNC dastgohlarida issiqlik deformatsiyasi umumiy ishlov berish xatolarining taxminan %40–75 ini tashkil qilishi mumkinligi aytiladi. Shu sababli harorat ta’sirini keyinchalik faqat dasturiy ta’minot bilan tuzatish o‘rniga, issiqlik nomutanosibligini paydo bo‘lish bosqichida boshqarish muhim muhandislik yondashuvidir.

Faol Issiqlik Boshqaruvi bilan An’anaviy Issiqlik Xatosini Kompensatsiyalash O‘rtasidagi Farq Nima?

An’anaviy issiqlik xatosini kompensatsiyalashda harorat yoki geometrik xato o‘lchanadi, so‘ng boshqaruv dasturi hosil bo‘lgan xatoning asbob yo‘liga ta’sirini tuzatishga harakat qiladi. Bu yondashuv asosan keyingi tuzatish usulidir.

Faol issiqlik boshqaruvi esa harorat maydonining o‘ziga ta’sir qiladi. Dastgohning ma’lum zonalariga joylashtirilgan sovitish plastinalari orqali aylanadigan suyuqlik sarfi o‘zgartirilib, issiq zonalarni bevosita muvozanatlashga harakat qilinadi.

Bu ikki yondashuv bir-birining majburiy muqobili emas. Faol harorat boshqaruvi issiqlik deformatsiyasining tub sababini kamaytirishga urinadi, geometrik xato kompensatsiyasi esa qolgan og‘ishlarni alohida tuzatishi mumkin.

Uch Qatlamli Boshqaruv Tizimi Qanday Ishlaydi?

Taklif etilgan tizim sezish → qaror → fizik ijro ko‘rinishidagi uch qatlamli yopiq kontur arxitekturasidan iborat.

1. Haroratni sezish qatlami

PT100 harorat sensorlari dastgohning muhim konstruktiv zonalari va atrof-muhit haroratini real vaqt rejimida o‘lchaydi. Xom o‘lchovlar filtrlab olinadi, chet qiymatlar tozalanadi va turli kanallar orasidagi vaqt kechikishlari moslashtiriladi.

Manbada beshta harorat nuqtasi belgilangan:

Manbaning keyingi tajriba bayonida T1 bir joyda Z o‘qi sensori deb atalgan. Bu ifoda yuqoridagi batafsil usul tavsifi bilan mos kelmagani uchun Verianla izohida sensor identifikatorlari usul bo‘limidagi batafsil joylashuv asosida berilgan.

2. Boshqaruv va decoupling qatlami

Bu qatlam ikki yo‘ldan foydalanadi.

Feedforward yo‘li, joriy issiqlik yuki va atrof-muhit haroratidan kelib chiqib, turli harorat zonalarining bir-biriga ta’sirini harorat xatosi kattalashishidan oldin kompensatsiyalashga harakat qiladi.

Teskari aloqa yo‘li esa maqsadli harorat bilan o‘lchangan harorat o‘rtasidagi farqdan foydalanadi. MPC kelajakdagi harorat rivojini bashorat qiladi va klapanlar uchun optimal buyruqlarni hisoblaydi; PID esa model nuqsonlari sababli qolgan turg‘un holat xatolarini kamaytiradi.

3. Fizik ijro qatlami

Hisoblangan buyruqlar elektr sharli klapanlarga yuboriladi. Klapan ochilish darajasi o‘zgartirilib, sovitish suvi sarfi tartibga solinadi va alyuminiy plastinalar orqali dastgoh korpusi bilan faol issiqlik almashinuvi amalga oshiriladi.

S Shaklidagi Harorat Boshqaruv Plastinalarining Vazifasi Nima?

Faol boshqaruvning fizik elementi dastgoh korpusining turli zonalariga biriktirilgan ichi bo‘sh alyuminiy plastinalardir. Plastinalar ichida aylanadigan suv dastgoh konstruksiyasi bilan issiqlik almashadi.

Alyuminiy tanlanishining ikkita asosiy sababi bor: yuqori issiqlik o‘tkazuvchanligi va misga nisbatan pastroq zichligi. Shu orqali tez issiqlik javobi hamda yengilroq tizim olishga harakat qilingan.

Nega to‘g‘ri kanal o‘rniga S kanal?

Ichki oqim kanali S shaklidadir. Maqsad oqimni turbulent holga keltirish va shu orqali plastina bilan suv o‘rtasidagi konvektiv issiqlik almashinuvini oshirishdir.

Dastgohda jami sakkizta fizik boshqaruv plastinasi ishlatilgan. Manba ularning batafsil U1–U8 joylashuvi bilan keyingi umumiy guruhlashni bir-biriga to‘liq mos holda bermagani sababli, plastina guruhlarining aniq joylari bu yerda qayta talqin qilinmaydi.

Feedforward Decoupling Nima Uchun Kerak?

Metall dastgoh konstruksiyasida harorat zonalari bir-biridan mustaqil emas. Bir sovitish plastinasi sarfini oshirish nafaqat uning yaqinidagi sensorga, balki metalldagi issiqlik o‘tkazilishi sababli boshqa zonalarga ham ta’sir qilishi mumkin.

Shuning uchun tizim klassik bitta kirishli–bitta chiqishli tuzilishdan farq qiladi. Matematik jihatdan bu ko‘p kirishli–ko‘p chiqishli tizim:

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

Bu yerda U(s) boshqaruv kirishlarini, Y(s) harorat chiqishlarini, G(s) esa har bir kirishning har bir harorat nuqtasiga dinamik ta’sirini o‘z ichiga oluvchi uzatish funksiyalari matritsasini ifodalaydi.

Feedforward decoupling maqsadi, masalan, U1 ning T2 da yuzaga keltiradigan nomaqbul issiqlik ta’sirini boshqaruv buyrug‘i ichida oldindan kompensatsiyalashdir. Shu tariqa o‘zaro bog‘langan fizik zonalar boshqaruv algoritmi nuqtai nazaridan yanada mustaqil ishlashga majbur qilinadi.

Issiqlik Modeli Qanday Olingan?

Tadqiqotchilar model koeffitsientlarini faqat kompyuter simulyatsiyasidan olmagan; fizik platformada qadam javobi sinovlarini o‘tkazgan.

Har bir boshqaruv kanalida klapan burchagi 20 darajaga o‘zgartirilgan, boshqa klapanlar o‘zgarmas qoldirilgan va T1–T5 sensorlaridan harorat:

• har 10 soniyada,
• 7200 soniya davomida,
• sakkizta aktuator uchun

qayd etilgan.

Shu tariqa jami 8 × 5 ta harorat javobi ma’lumotlar to‘plami hosil qilingan va birinchi tartibli, sof kechikishli uzatish funksiyalari moslashtirilgan.

Manbada namunaviy model uchun:

RMSE = 0,021 °C

va

R² = 0,987

keltirilgan.

Bu natija model ushbu sinov qurilmasidagi harorat o‘tish xatti-harakatiga yuqori moslik ko‘rsatishini qo‘llab-quvvatlaydi. Biroq modelning mosligi bilan dastgohning haqiqiy geometrik xatosini bashorat qilish aniqligi bir xil tushuncha emas.

MPC, PID Boshqaruviga Qanday Qobiliyat Qo‘shadi?

PID boshqaruvi mavjud xato paydo bo‘lgandan keyin javob beradi. MPC esa dinamik modeldan foydalanib harorat kelajakda qanday rivojlanishini bashorat qiladi va boshqaruv harakatini shu kelajak xatti-harakatiga ko‘ra optimallashtiradi.

Ushbu tadqiqotda MPC ayniqsa uchta muammoni nishonga olishi qayd etiladi:

• taxminan yuzlab soniyalik issiqlik kechikishi,
• zonalar orasidagi kesishma issiqlik uzatilishi,
• elektr klapanlarining fizik harakat cheklovlari.

10 soniyalik boshqaruv siklida 8,7 ms optimallashtirish vaqti ishlatilgan sanoat kompyuterida real vaqt rejimida ishlash hisoblash nuqtai nazaridan mumkinligini ko‘rsatadi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

MPC–PID Tizimi Harorat Tebranishini Qanchaga Kamaytirdi?

Tadqiqotning asosiy taqqoslanishi klassik feedforward PID decoupling boshqaruvi bilan feedforward decoupling + MPC + PID gibrid boshqaruvi o‘rtasidadir.

Eng katta yaxshilanish T4 zonasida kuzatilgan. Mualliflar buni ushbu zonada yuqoriroq issiqlik kechikishi va kuchliroq kesishma issiqlik ta’siri mavjudligi bilan bog‘laydi.

Tajribalar taqqoslanadigan sharoitlarda o‘tkazilganmi?

Tadqiqotchilar tajriba kunlari orasidagi atrof-muhit harorati farqini kamaytirish uchun laboratoriyaning doimiy harorat tizimini sinovdan 12 soat oldin ishga tushirgan.

Ikki tajribadan oldin dastgohning boshlang‘ich haroratlari ±0,3 °C oralig‘ida saqlangan, bir xil simulyatsiya qilingan kesish issiqlik yuklari va bir xil spindle/surish harakati parametrlari qo‘llangan, shuningdek har bir boshqaruv usuli turli sanalarda uch martadan takrorlangan.

Bu choralar taqqoslashning ishonchliligini oshiradi; biroq haqiqiy ishlab chiqarish muhitidagi uzoq muddatli o‘zgaruvchanlikni to‘liq takrorlamaydi.

Dinamik muvozanat holatida qaysi haroratlar kuzatilgan?

Manbadagi MPC dinamik muvozanat misolida atrof-muhit harorati taxminan 21,8 °C bo‘lganda surish vali va to‘sin taxminan 20,2 °C, o‘ng va chap ustunlar esa taxminan 22,5 °C darajasida ushlab turilgan.

Bu qiymatlar bitta eksperimental muvozanat holatining natijalari; barcha dastgohlar uchun universal ideal haroratlar sifatida talqin qilinmasligi kerak.

Tizim Energiya Sarfini ham Kamaytirdimi?

Manba o‘zgaruvchan sarfli faol boshqaruv sovitish klapanlarini doim to‘liq ochiq qoldiradigan doimiy sovitish yondashuviga nisbatan umumiy sovitish energiyasi sarfini taxminan %22–28 kamaytirishi mumkinligini bildiradi.

Biroq bu qiymat to‘g‘ridan-to‘g‘ri keng qamrovli elektr energiyasi hisoblagichlari bilan o‘tkazilgan mustaqil energiya samaradorligi tajribasi sifatida taqdim etilmagan. Mualliflar tejash miqdorini klapan ish ma’lumotlaridan olingan statistik hisob-kitob asosida keltiradi.

Shu sababli natija tizim energiya jihatidan istiqbolli ekanini ko‘rsatadi; ammo korxona darajasida tasdiqlangan sof energiya tejami uchun qo‘shimcha uzoq muddatli elektr sarfi o‘lchovlari zarur.

Tadqiqot Haqiqiy Ishlov Berish Aniqligi Oshganini Isbotlaydimi?

Yo‘q. Ushbu tadqiqot bevosita harorat maydonining barqarorlashishini sinaydi.

Manbada quyidagi natijalar bevosita o‘lchanmagan:

• spindle ning issiqlik joylashuv siljishi,
• stanina yoki ustunning mikrometr miqyosidagi geometrik deformatsiyasi,
• asbob uchi–ish detali nisbiy joylashuv xatosi,
• haqiqiy ish detalining o‘lcham aniqligi,
• sirt sifati yoki geometrik tolerantlikning yaxshilanishi.

Shuning uchun T4 da harorat o‘zgarish tezligining %44,86 ga kamayishi “ishlov berish xatosi %44,86 ga kamaydi” deb talqin qilinishi mumkin emas.

Fizik kutilma shuki, haroratning yanada bir tekis taqsimlanishi notekis issiqlik kengayishini kamaytirishi mumkin. Biroq buning haqiqiy geometrik aniqlikka qanchalik aylanishi alohida tajribalar bilan tasdiqlanishi kerak.

Haqiqiy kesish bajarilganmi?

Yo‘q. Manba haqiqiy qirindi olish sinovlari o‘rniga spindle zonasiga joylashtirilgan elektr isitgichlar bilan kesish paytida yuzaga kelishi mumkin bo‘lgan yig‘ma issiqlik yukini taqlid qilgan.

Bu tanlov tajriba sharoitlarini takrorlanuvchan qiladi; biroq haqiqiy qirindi, kesish suyuqligi, asbob–ish detali kontakti, spindle yuki va o‘zgaruvchi jarayon parametrlarining barchasini ifodalamaydi.

Modelning cheklovlari

Mualliflar to‘rtta asosiy cheklovni aniq ko‘rsatadi:

1. Haqiqiy kesish o‘rniga ekvivalent elektr isitishdan foydalanilishi.
2. Issiqlik deformatsiyasi, spindle drift va geometrik xato bevosita o‘lchanmaganligi.
3. MPC modelining murakkab taqsimlangan issiqlik xatti-harakatini past tartibli yig‘ma-parametr model bilan taxminan ifodalashi.
4. O‘nlab soatlik uzoq muddatli uzluksiz tajriba ma’lumotlari mavjud emasligi.

Kelajakdagi tadqiqot nimalarni maqsad qiladi?

Tadqiqotchilar kelajakda:

• o‘zini sozlovchi adaptiv MPC,
• onlayn modelni tuzatish uchun raqamli egizak,
• haqiqiy kesish tajribalari,
• spindle drift va konstruktiv deformatsiyani bevosita o‘lchaydigan siljish sensorlari,
• geometrik aniqlik va ishlov berish ko‘rsatkichlarini miqdoriy tasdiqlash

ustida ishlash rejalashtirilganini bildiradi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan xulosalar

• Katta aniqlikdagi gorizontal ishlov berish markazlarida ko‘p zonali harorat maydonlari bir-biri bilan kuchli bog‘langan bo‘lishi mumkin.
• S shaklidagi suyuqlik bilan sovitiladigan alyuminiy plastinalar orqali dastgoh konstruksiyasiga faol issiqlik ta’siri ko‘rsatish mumkin.
• Eksperimental qadam javoblaridan ko‘p zonali issiqlik uzatish funksiyasi modeli yaratish mumkin bo‘lgan.
• Feedforward decoupling zonalar orasidagi kesishma issiqlik ta’sirini kamaytirish uchun ishlatilishi mumkin.
• MPC katta kechikish, kesishma ta’sir va klapan cheklovlarini oldindan hisobga olishi mumkin.
• PID qolgan turg‘un holat xatosini kamaytirishda to‘ldiruvchi vazifa bajaradi.
• Ko‘rib chiqilgan sinov qurilmasida MPC–PID gibrid tizimi T1–T4 harorat o‘zgarish tezliklarini klassik feedforward PID tizimiga nisbatan kamaytirgan.
• Boshqaruv hisob-kitobi ishlatilgan sanoat kompyuterida real vaqt chegaralaridan ancha past muddatda yakunlangan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan xulosalar

• Ishlov berish geometrik xatolari %14–45 oralig‘ida kamaygani ko‘rsatilmagan.
• Spindle issiqlik driftining bevosita kamaygani o‘lchanmagan.
• Haqiqiy detalni kesishda o‘lcham aniqligi oshgani isbotlanmagan.
• Tizim barcha CNC dastgohlariga bir xil parametrlar bilan qo‘llanishi mumkinligi ko‘rsatilmagan.
• Uzoq muddatli ishlab chiqarish sharoitlarida o‘nlab soatlik barqarorlik tasdiqlanmagan.
• %22–28 energiya tejami bevosita keng qamrovli elektr energiyasi o‘lchovi bilan tasdiqlangan korxona ma’lumoti emas.
• Manbada o‘zaro mos kelmaydigan ayrim U1–U8 va T1 joylashuv ifodalari bo‘lgani sababli ushbu nuqtalarning barcha joylashuv tafsilotlarini bahssiz qabul qilib bo‘lmaydi.

Manba va Usul Izohi

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

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

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

Jurnal:Machines.

Yil / jild / maqola raqami: 2026, 14, 690.

Nashr sanasi: 15-iyun 2026.

DOI: 10.3390/machines14060690.

Tadqiqot turi: Eksperimental boshqaruv va mexatronika / dastgoh issiqlik boshqaruvi tadqiqoti.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Asosiy apparatura: PT100 harorat sensorlari, sakkizta fizik sovitish bloki, S-kanalli alyuminiy plastinalar, elektr sharli klapanlar, aylanma sovitish qurilmasi, Modbus RTU ulanishi va sanoat boshqaruv kompyuteri.

Asosiy boshqaruv usullari: feedforward decoupling, PID va Model Predictive Control (MPC).

Boshqaruv modeli: eksperimental qadam javoblaridan aniqlangan first-order-plus-dead-time uzatish funksiyalari va ulardan tuzilgan decoupled state-space modeli.

Asosiy eksperimental taqqoslash: feedforward PID decoupling bilan feedforward decoupling + MPC + PID gibrid boshqaruvi.

Asosiy ishlash natijasi: T1–T4 harorat o‘zgarish tezligida mos ravishda %31,47, %14,56, %16,06 va %44,86 kamayish.

Muhim usul cheklovi: Haqiqiy qirindi olish o‘rniga elektr isitish orqali ekvivalent kesish issiqlik yuki hosil qilingan.

Muhim natija cheklovi: Tadqiqot haroratni barqarorlashtirishni o‘lchagan; spindle drift, geometrik deformatsiya yoki haqiqiy ishlov berish aniqligini bevosita o‘lchamagan.

Manba ichidagi izchillik izohi: U1–U8 sovitish plastinalarining batafsil joylashuv tavsifi bilan undan keyingi guruh xulosasi o‘rtasida va T1 sensorining usul hamda tajriba tavsifi o‘rtasida joylashuv nomuvofiqliklari mavjud. Bu nuqtalar Verianla matnida manba nomidan qayta talqin qilinmagan yoki jimgina tuzatilmagan.

Moliyalashtirish: Mualliflar tashqi moliyalashtirish olinmaganini bildiradi.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Mualliflar manfaatlar to‘qnashuvi yo‘qligini bildiradi.

Ma’lumotlarga kirish: Tadqiqotga oid original hissalar maqola ichida keltirilgani, qo‘shimcha savollar mas’ul muallifga yo‘naltirilishi mumkinligi bildirilgan.

Verianla usul izohi: Ushbu mazmun manba maqolaning paragrafma-paragraf tarjimasi emas. Maqoladagi boshqaruv arxitekturasi, eksperimental identifikatsiya usuli, issiqlik plastinasi dizayni, MPC–PID parametrlari, taqqoslama natijalar va cheklovlar mustaqil o‘quv tuzilmasida qayta tashkil etilgan. Manba bevosita o‘lchamagan geometrik va ishlov berish aniqligi xulosalari chiqarilmagan; manba ichidagi texnik nomuvofiqliklar ham ochiq holda saqlangan.