REGULATING THE COORDINATES OF THE ELECTROMECHANICAL SYSTEM OF THE ROLLING MILL BASED ON THE ELASTIC TORQUE OBSERVER
DOI:
https://doi.org/10.14529/power210212Keywords:
two-mass electromechanical system, coordinates, elastic moment, speed, observer, rolling mill, dynamic loads, regulation, system, development, modeling, experimental research, recommendationsAbstract
The paper considers the electromechanical system of the reversing stand of the plate rolling mill 5000 of
PJSC “Magnitogorsk Metallurgical Plant” (PJSC “MMK”). The performed experimental studies of transient
processes in the mode of gripping metal by rolls allowed establishing unacceptable dynamic loads of an oscillatory nature and a loss of controllability of the electric drive. This confirms the need for the development of control methods that limit the motor and spindle torques. It is noted that the known control systems for the speed
modes of an electric drive, which decrease the elastic moment due to the preliminary closing of the angular
gaps, are, in essence, open-loop speed control systems. This does not provide for the controlled regulation of
coordinates in dynamic modes. The paper proposes the development of a closed system for automatic control
of coordinates of a two-mass electromechanical system with an observer of the moment of the elastic shaft and
the speed of the second mass.
An observer of the unmeasurable parameters of a two-mass rolling mill system has been developed.
It provides an indirect determination (recovery) of the roll speed and the spindle torque in on-line mode. It is
based on a system of equations in the state space. By comparing the reconstructed and experimentally obtained
transient processes, the satisfactory accuracy of the results has been confirmed. Based on the proposed observer,
the authors developed an automatic control system (ACS) of the roll speed with subordinate contours of
the elastic shaft moment, speed and engine torque. The setting of closed-loop regulators has been substantiated.
Transient processes of moments and velocities are considered at impact application of a load with increased
speed of the second mass speed control loop. The analysis of the LAFC and LPFC confirmed the stability of
the developed system in the frequency range. The analysis of experimental data substantiated a conclusion
about the influence of the angular gap on the accuracy of the elastic moment recovery in the mode of metal capture by rolls. Prospects for the introduction of developments at mill 5000 and other rolling mills operating with
shock load are noted.
Downloads
References
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)
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
