Технические науки/12. Автоматизированные системы

управления на производстве.

К.т.н. Жукова Н.В., студент Блохин М. А.

Донецкий национальный технический университет, Украина

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ САУ ПЛАНЕТРНОЙ ТРЕХВАЛКОВОЙ КЛЕТИ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ

Общая характеристика объекта. Планетарная клеть является первым непрерывно работающим агрегатом, в котором уменьшение поперечного сечения материала осуществляется тремя валками за один проход. Валковые механизмы винтовой клети расположены в корпусах, которые могут поворачиваться вокруг своей оси на угол подачи. Валки вращаются вокруг своих осей и вокруг оси прокатки при помощи системы планетарной передачи. Благодаря скрещенному расположению осей валков по отношению к оси прокатки, заготовка протягивается через конический очаг деформации с большим коэффициентом вытяжки до 20 единиц. Планетарное исполнение винтовой клети позволяет осуществлять деформацию металла без его вращения относительно оси прокатки.

Электропривод винтовой клети включает два электродвигателя, которые связанны через систему передач с валковым и корпусным механизмами. Первый двигатель, он главный, используется для вращения валков, этот двигатель выполняет основную работу по деформации металла. Корпус клети с расположенными в нем валками приводится в движение вокруг оси прокатки дополнительным двигателем. Частота вращения корпуса клети регулируется по отношению к частоте вращения рабочих валков таким образом, чтобы устранить вращение проката.

Постановка задачи. Поскольку невозможно точно прогнозировать начальное соотношение частот двух двигателей , при котором не было бы вращения металла, поэтому, поворот металла вокруг оси прокатки всегда будет наблюдаться с какой-то ползучей скоростью, которую необходимо компенсировать [2]. Понятно, что угол поворота проката должен быть ограничен, контролируется с помощью энкодера с идентификацией знака его поворота. В связи с тем, что технологические параметры деформации металла неоднородны, поэтому раскат будет поворачиваться с неоднородной скоростью. С точки зрения технологии, неконтролируемое движение металла вокруг оси прокатки недопустимо. Угловое движение металла должно быть контролируемо и задаваться априори известной периодической функцией, например синусоидальной или линейной в заданных пределах. То есть, проблема может быть решена при помощи организации активного регулируемого рыскания металла вокруг оси прокатки. Для этого при начальном соотношении частот вращения двигателей корпуса и валков , скорость вращения электродвигателя корпуса должна периодически изменяться на величину добавочной скорости с амплитудой колебания , где - угол рыскания проката, - период рыскания, - абсолютная ошибка регулирования скорости управляемого электропривода, составляет 3% от номинальной скорости вращения корпуса. Таким образом, необходимо разработать систему управления электроприводами планетарной трехвалковой клети с целью получения заданного обжима металла с большой вытяжкой и обеспечения возможности совмещения процесса винтовой прокатки с предыдущими и последующими переделами металла продольной прокатки за счет компенсации вращения проката посредством организации активного регулируемого рыскания металла вокруг оси прокатки.

Методика решения задачи. Математическая модель (1) системы управления электроприводами планетарной трехвалковой клети представлена в интегро-дифференциальном виде. В системе уравнений (1) известными функциями времени являются U_В(t), U_К(t) – напряжение питания тиристорного преобразователя (В). и - моменты нагрузок, приведенные к роторам двигателей (Н·м); - функция задания угла рыскания; известными параметрами также являются J₁, J₂ – моменты инерции, приведенные к роторам электродвигателей , R₁, R₂ - активные сопротивления якорей двигателей и тиристорного преобразователя (ТП) (Ом), L₁, L₂ – индуктивности силовых цепей ТП-Д (Гн), – постоянные машины, коэффициенты передачи тахогенератора и ТП, соотношение частот приводов, коэффициенты обратной связи по скорости валков и корпуса, коэффициент нормирующего усилителя скорости рыскания; К_П, Т_и - коэффициенты пропорциональной и интегральной частей ПИ-регулятора. Неизвестными функциями времени являются - скорости вращения двигателей валков, корпуса клети и рыскания металла, - функция угла поворота металла,  - угол рыскания металла, активно регулируемый по ПИ-закону с ошибкой рассогласования между задающим воздействием для угла рыскания проката и полученным углом поворота металла .

Используя (1), построим структурную схему системы управления электроприводами клети (рис.1).

Рис.1 Структурная схема системы управления электроприводами планетарной винтовой клети

Моделирование структурной схемы (рис.1) осуществлялось с помощью пакета прикладных программ Matlab – Simulink 6.5. Полученные в результате моделирования переходные процессы наглядно характеризуют работу системы. Задающее воздействие угла рыскания металла изменяется синусоидально с амплитудой равной (рис.2) и со скоростью (рис.3).

Рис.2 Угол рыскания металла Рис.3 Скорость задания рыскания

металла

Из рис.4 видно, что после переходного процесса длительностью около 1с, амплитуда изменения разности скоростей валков и корпуса клети , равная ±0,766 рад/с, соответствует амплитуде скорости задания рыскания металла (рис.3). Из анализа переходной характеристики угла поворота металла вокруг оси прокатки (рис.5) следует, что движение заготовки на выходе из планетарной винтовой клети сопровождается малым периодическим угловым ее перемещением вокруг оси прокатки.

Рис.4 Разность скоростей валков и корпуса Рис.5 Угол поворота

металла вокруг оси прокатки

Угол поворота заготовки равен ±23°»0,393 рад, что соответствует заданному углу рыскания металла (рис.2). Амплитуда скорости активного рыскания металла (рис.6), равная ±0,766 рад/с, соответствует амплитуде скорости задания рыскания металла (рис.2) и амплитуде скорости вращения электропривода корпуса клети (рис.7).

Рис.6 Скорость активного рыскания металла Рис.7 Скорость вращения

привода корпуса клети

Выводы

1. Объектом управления является технологический процесс поперечно-винтовой прокатки в планетарной винтовой трехвалковой клети. Процесс поперечно-винтовой прокатки в клети планетарного исполнения реализуется посредством двухсвязной электромеханической системы управления электроприводами валков и корпуса клети.

2. Выявлена проблема возникновения ползучей скорости угла поворота металла вокруг оси прокатки из-за неоднородности технологических параметров деформации металла и, как следствие, невозможности точного расчета начального соотношения частот двигателей валков и корпуса клети, при котором не было бы неконтролируемого вращения металла. Указанная проблема решена при помощи организации активного регулируемого рыскания металла вокруг оси прокатки.

Литература:

1. Жукова Н.В., Литвинов В.И., Шепель В.М. Планетарный косовалковый стан, как объект автоматизации. /Збірник наукових праць ДонДТУ. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація, випуск 3 (121). – Донецьк: ДонДТУ, 2007. – С. 6 - 13.