РЕГУЛИРОВАНИЕ КООРДИНАТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРОКАТНОГО СТАНА НА ОСНОВЕ НАБЛЮДАТЕЛЯ УПРУГОГО МОМЕНТА
DOI:
https://doi.org/10.14529/power210212Ключевые слова:
двухмассовая электромеханическая система, координаты, упругий момент, скорость, наблюдатель, прокатный стан, динамические нагрузки, регулирование, система, разработка, моделирование, экспериментальные исследования, рекомендацииАннотация
Рассматривается электромеханическая система реверсивной клети толстолистового прокатного
стана 5000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК»). В результате экспериментальных исследований переходных процессов в режиме захвата металла валками установлены недопустимые динамические нагрузки, имеющие колебательный характер, и потеря управляемости электропривода. Это подтверждает актуальность разработки способов управления, обеспечивающих ограничение моментов двигателя и шпинделя. Отмечено, что известные системы управления скоростными режимами электропривода, обеспечивающие снижение упругого момента за счет предварительного замыкания угловых зазоров, по своей сути являются разомкнутыми системами задания скорости. Это не позволяет обеспечить контролируемое регулирование координат в динамических режимах. В качестве перспективного направления предложена разработка замкнутой системы автоматического регулирования
координат двухмассовой электромеханической системы с наблюдателем момента упругого вала и скорости второй массы.
Разработан наблюдатель неизмеряемых параметров двухмассовой системы прокатного стана, обеспечивающий косвенное определение (восстановление) скорости валка и момента шпинделя в onlineрежиме. В его основу положена система уравнений в пространстве состояний. Путем сопоставления
восстановленных и экспериментально полученных переходных процессов подтверждена удовлетворительная точность результатов. На основе предложенного наблюдателя разработана система автоматического регулирования (САР) скорости валка с подчиненными контурами упругого момента вала, скорости и момента двигателя. Обоснована настройка регуляторов замкнутых контуров. Рассмотрены переходные процессы моментов и скоростей при ударном приложении нагрузки при увеличенном быстродействии контура регулирования скорости второй массы. В результате анализа ЛАЧХ и ЛФЧХ подтверждена устойчивость разработанной системы в частотном диапазоне. На основе анализа экспериментальных данных констатирован вывод о влиянии углового зазора на точность восстановления упругого
момента в режиме захвата металла валками. Отмечены перспективы внедрения разработок на стане 5000
и других прокатных станах, работающих с ударным приложением нагрузки.
Скачивания
Библиографические ссылки
Sugiura, K. Vibration Suppression in 2- and 3-Mass System Based on the Feedback of Imperfect Derivative
of the Estimated Torsional Torque / K. Sugiura, Y. Hori // IEEE Trans. on Industrial Electronics. – 1996. – Vol. 43, no. 2. – P. 56–64. DOI: 10.1109/41.481408
Ji, J.K. Kalman Filter and LQ Based Speed Controller for Torsional Vibration Suppression in a 2-Mass Motor Drive System / J.K. Ji, S.K. Sul // IEEE Trans. on Industrial Electronics. – 1995. – Vol. 42, no. 6. – P. 564–571. DOI: 10.1109/41.475496
Szabat, K. Vibration Suppression in Two-Mass Drive System using PI Speed Controller and Additional
Feedbacks – Comparative Study / K. Szabat, T. Orłowska-Kowalska, // IEEE Trans. on Industrial Electronics. 2007. –Vol. 54, no. 2. – P. 1193–1206. DOI: 10.1109/41.475496
Технологические схемы управления электроприводами чистовой группы широкополосного стана горячей прокатки / А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, И.Ю. Андрюшин и др. // Труды VII конгресса прокатчиков. Т.1. (Москва 15–18 октября 2007 г.). – М., 2007. – С. 71–75.
Совершенствование автоматизированных электроприводов и диагностика силового электрооборудования / И.А. Селиванов, А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов и др. // Известия вузов. Электромеханика. –
– № 1. – С. 5–11.
Автоматическая коррекция скоростей электроприводов клетей стана 2000 при прокатке трубной
заготовки / И.Ю. Андрюшин, В.В. Галкин, В.В. Головин и др. // Известия вузов. Электромеханика. – 2011. –
№ 4. – С. 31–35.
Головин, В.В. Оценка эффективности применения тиристорного электропривода с автоматическим изменением координаты, регулируемой по цепи возбуждения / В.В. Головин, А.С. Карандаев,
В.Р. Храмшин // Известия вузов. Электромеханика. – 2006. – № 4. – С. 40–45.
Khramshin, V.R. Constraining the Dynamic Torque of a Rolling Mill Stand Drive / V.R. Khramshin,
V.R. Gasiyarov, A.S. Karandaev et al. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2018. – Т. 18, № 1. –
С. 101–111. DOI: 10.14529/power180109
Модель отказов шарниров универсальных шпинделей по критерию износостойкости бронзовых
вкладышей / А.В. Анцупов (мл), А.В. Анцупов, М.В. Налимова и др. // Фундаментальные исследования. –
– № 4 (часть 1). – С. 9–12.
Обоснование способов ограничения динамических нагрузок электромеханических систем клети
прокатного стана / А.Г. Шубин, Б.М. Логинов, В.Р. Гасияров, Е.А. Маклакова // Электротехнические системы и комплексы. – 2018. – № 1 (38). – С. 14–25. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-1(38)-14-25
Снижение динамических нагрузок в универсальных клетях прокатного стана / В.Р. Храмшин,
А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов и др. // Металлург. – 2015. – № 4. – С. 41–47.
Математическое моделирование взаимосвязанных электромеханических систем непрерывной
подгруппы клетей прокатного стана. Часть 1. Разработка математической модели / А.А. Радионов,
А.С. Карандаев, А.С. Евдокимов и др. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2015. – Т. 15. № 1. –
С. 59–73. DOI: 10.14529/power150108
Алгоритм расчета скоростных и нагрузочных режимов электроприводов клетей прокатного
стана при прокатке толстых полос / В.В. Галкин, А.С. Карандаев, В.В. Головин и др. // Известия ТулГУ.
Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. – Ч. 2. – С. 12–17.
Limiting Dynamic Loads in the Main Line of a Rolling Mill through an Automated Drive / V.R. Khramshin, A.S. Karandaev, V.R. Gasiyarov et al. // International Russian Automation Conference (RusAu-toCon). –
– P. 1122–1126. DOI: 10.1109/RusAutoCon49822.2020.9208087
Constraining the Dynamic Torque of a Rolling Mill Stand Drive / V.R. Khramshin, V.R. Gasiyarov,
A.S. Karandaev et al. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». – 2018. – Т. 18, № 1. – С. 101–111. DOI:
14529/power180109
Implementation of telemetric on-line monitoring system of elastic torque of rolling mill line of shafting /
A.A. Radionov, V.R. Gasiyarov, M.M. Tverskoi et al. // 2017 2nd International Ural Conference on Measurements
(UralCon). – 2017. – P. 450–455. DOI: 10.1109/URALCON.2017.8120750
Krot, P.V. Nonlinear Vibrations and Backlashes Diagnostics in the Rolling Mills Drive Trains / P.V. Krot //
Proc. of 6th EUROMECH Nonlinear Dynamics Conference (ENOC 2008), IPME RAS. – St. Petersburg. – June 30–
July 4. – 2008. DOI: 10.13140/2.1.3353.1840
Разработка и внедрение интеллектуальных систем диагностирования технического состояния
электрического оборудования / С.И. Лукьянов, А.С. Карандаев, С.А. Евдокимов и др. // Вестник МГТУ
им. Г.И. Носова, 2014. – № 1. – С. 129–136.
Szabat, K. Application of the MPC to the robust control of the two-mass drive system / K. Szabat, P. Serkies,
M. Cychowski // 2011 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. DOI: 10.1109/isie.2011.5984448
Колганов, А.Р. Электромеханотронные системы. Современные методы управления, реализации и
применения: учеб. пособие / А.Р. Колганов, С.К. Лебедев, Н.Е. Гнездов. – М.; Вологда: Инфра-Инженерия,
– 256 с.
Лебедев, С.К. Управление движением промышленных манипуляторов: учеб. / С.К. Лебедев, А.Р. Колганов. – Иваново: ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», 2018. – 340 с.
Колганов, А.Р. Современные методы управления в электромеханотронных системах. Разработка,
реализация, применение / А.Р. Колганов, С.К. Лебедев, Н.Е. Гнездов. – Иваново: ФГБОУ ВПО «Ивановский
государственный энергетический университет имени В. И. Ленина», 2012. – 256 с.
Колганов, А.Р. Математические основы теории автоматического управления: учеб. для вузов /
А.Р. Колганов, С.К. Лебедев, А.В. Ханаев. – Иваново: ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», 2010. – 340 с.
Томасов, В.С. Следящие электроприводы систем наведения оптикомеханических комплексов нового поколения. Проблемы и достижения / В.С. Томасов, К.М. Денисов, В.А. Толмачев // Труды V Междунар.
(XVI Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу АЭП-2007. 18–21 сентября 2007. – СПб.,
– С. 175–177.
Васильев, В.Н. Состояние и перспективы развития прецизионных электроприводов комплексов
высокоточных наблюдений / В.Н. Васильев, В.С. Томасов, В.Д. Шаргородский, М.А. Садовников // Известия
вузов. Приборостроение. – 2008. – Т. 51. – № 6. – С. 5–12.
Толмачев, В.А. Математическая модель следящего электропривода оси опорно-поворотного устройства / В.А. Толмачев, И.В. Антипова, С.Г. Фомин // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. –
– № 44.
Коцегуб, П.Х. Цифровой наблюдатель состояния двухмассового электромеханического объекта /
П.Х. Коцегуб, О.И. Толочко, Р.В. Федоряк // Збірник наукових праць Донецького державного технічного
університету. Серія: Електротехніка і енергетика, випуск 41: Донецьк: ДонДТУ, 2002. – С. 146–156. –
http://masters.donntu.org/2004/eltf/tsyb/library/art3.htm (дата обращения: 11.05.2021)
Система подчиненного регулирования скорости с наблюдателем динамического и статического
токов первого порядка / О.И. Толочко, П.Х. Коцегуб, В Ю. Мариничев, П.И. Розкаряка // Проблемы создания новых машин и технологий. Научные труды КГПУ. Вып. 1/2001 (10). – Кременчуг: КГПУ, 2001. –
С. 103–109. http://masters.donntu.org/2004/eltf/cherkasov/library/art1/art1.htm (дата обращения: 11.05.2021)
Толочко, О.И. Параметрический синтез цифровой системы модального управления двухмассовым
электромеханическим объектом / О.И. Толочко, П.Х. Коцегуб, Р.В. Федоряк // Вісник Національного
технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. Збірка наукових праць. Тематичний випуск. – Харків: НТУ ХПІ. – 2003. – Т. 1, № 10. – С. 97–100.
Машины и агрегаты металлургических заводов. Машины и агрегаты для производства проката /
А.И. Целиков, П.И. Полухин, В.М. Гребеник и др. – М.: Металлургия, 1988. – Т. 3. – 680 с.
Ключев, В.И. Теория электропривода: учеб. для вузов / В.И. Ключев. – М.: Энергоатомиздат, 2001. –
с.
Dynamic Torque Limitation Principle in the Main Line of a Mill Stand: Explanation and Rationale for
Use / V.R. Gasiyarov, V.R. Khramshin, S.S. Voronin et al. // Machines. – 2019. Vol. 7 (4), 76. –
https://doi.org/10.3390/machines7040076 (дата обращения: 11.05.2021)
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
