Синтез автоматизованих систем дворівневого керування технологічними процесами прокатки

При частковому завантаженні ефективність використання енергії може істотно знижуватися. У системі векторного керування двигуном є два канали керування: швидкістю або моментом обертання і потокозчепленням ротора. Сигналами завдання виступають вектори струму статора і потокозчеплення ротора, за допомогою яких регулюється частота обертання або кут повороту ротора електропривода. Для досягнення максимального коефіцієнта корисної дії електроприводу сигнали керування для заданого значення кута повороту ротора формуються за оптимальним законом. Розроблені алгоритми оптимального керування електромеханічними системами з частотно-керованими двигунами змінного струму за критерієм максимуму коефіцієнта корисної дії споживаної енергії шляхом ослаблення потоку двигуна.

На рис. 10 показані залежності коефіцієнта корисної дії від коефіцієнта навантаження при різних методах керування потоком: 1 - оптимальне керування коефіцієнтом корисної дії; 2 - оптимальне керування моментом; 3 - квазіоптимальне керування моментом; 4 - постійний потік ротора для двох значень швидкості: а) =150 рад/с; б) =50 рад/с. При використанні такої системи векторного керування в режимах, відмінних від номінальних, виграш в коефіцієнті корисної дії може сягати 20%.

У додатках наведені схеми моделювання лінійних та нелінійних електромеханічних систем в середовищі SIMULINK, алгоритми приведення в дію систем автоматичного керування швидкістю головного приводу із зворотним зв'язком за змінними стану, результати досліджень технологічних режимів для традиційної і розробленої систем керування петлею і натягом смуги, приклади вирішення завдань початкової настройки прокатних станів, алгоритми керування електромеханічними системами з частотно-регульованими двигунами змінного струму, основні положення аналізу і синтезу електромеханічних систем з двигунами змінного струму, принципи побудови нелінійних спостерігачів, а також акти про впровадження досліджень в практику проектування систем керування та в навчальний процес.

Висновки

У дисертаційній роботі дано рішення науково-практичної проблеми підвищення показників якості автоматизованого керування технологічними процесами прокатки на основі розробленої концепції синтезу автоматизованого керування технологічними процесами прокатки, заснованої на математичних моделях і методах дворівневого оптимального керування. Основні отримані наукові та практичні результати дозволяють сформувати наступні висновки.

1. Проведено аналіз методів синтезу систем автоматизованого керування технологічними процесами прокатки широкосмугових прокатних станів і виявлено перспективні можливості концепції синтезу автоматизованого керування технологічними процесами прокатки на основі математичних моделей і методів дворівневого оптимального керування, що дозволяють підвищити ступінь наукової обґрунтованості технічних проектів по удосконаленню систем керування технологічними процесами прокатки і на їх основі підвищити показники якості автоматизованого керування технологічними процесами прокатки.

2. Сформульовано основні положення концепції синтезу автоматизованого керування технологічними процесами прокатки на основі синтезу дворівневого оптимального керування, яка на нижньому рівні передбачає виконання синтезу оптимальних регуляторів систем керування положенням натискних гвинтів, положень петлетримачів смуги і швидкостей обертання головних приводів окремих прокатних клітей, а на верхньому рівні виконання синтезу оптимальних регуляторів системи автоматичного регулювання товщини, натягу і петлі смуги багатоклітьових прокатних станів.

3. На основі співвідношень, які зв'язують енергосилові параметри однієї прокатної кліті: початкової та кінцевої товщині смуги, повного зусилля прокатки, моменту прокатки, величини випередження, заднього і переднього натягу смуги, величини міжвалкового зазору, механічних властивостей металу, що прокочується, і величини коефіцієнта зовнішнього тертя у осередку деформації отримала подальший розвиток математична модель багатоклітьового прокатного стану як об'єкта керування системи автоматичного регулювання товщини, натягу і петлі смуги широкосмугового прокатного стану.

4. Сформульовано і розв'язано задачу синтезу оптимальних систем керування геометричними параметрами прокату багатоклітьових прокатних станів як задачу нелінійного програмування. Синтезовані оптимальні регулятори, за допомогою яких мінімізується критерій якості, що включає дисперсії подовжньої різнотовщинності та дисперсії відхилень натягу смуги від їх номінальних значень в міжклітьових проміжках. Показано, що застосування концепції синтезу автоматизованого керування технологічними процесами прокатки на основі математичних моделей і методів дворівневого оптимального керування дозволило зменшити дисперсії різнотовщинності прокату в 1,27 рази, зменшити дисперсію відхилень натягу смуги в міжклітьових проміжках в 1,41 рази. В синтезованій системі в порівнянні з традиційною системою перерегулювання за швидкістю головних приводів зменшене з 30% до 5%, а час регулювання зменшений з 0,3 с до 0,1 с.

5. Виконано синтез нелінійної системи керування положенням натискних гвинтів регулювання товщини на основі лінеаризації системи зворотним зв'язком. При цьому початкова нелінійна система за допомогою алгебри Лі перетворена в еквівалентну лінійну систему, для якої виконаний синтез оптимального лінійного регулятора стану. Для відновлення безпосередньо невимірюваних змінних стану нелінійної системи на основі нелінійного перетворення за допомогою алгебри Лі синтезується нелінійний спостерігач стану. В результаті проведених досліджень динамічних характеристик синтезованих систем показано, що системи мають малу чутливість до зміни параметрів люфту, оскільки варіації люфту призводять до незначних змін характеристик системи, замкненої через регулятор і спостерігач. При зміні люфту синтезована система має більше перерегулювання, ніж при номінальному значенні люфту. Зміна кутової швидкості двигуна практично забезпечує збіг із квазіоптимальним за часом проходженням люфту. Запропонована система нелінійного керування натискними гвинтами з люфтами і нелінійним тертям дозволяє підвищити динамічні показники якості керування з високою точністю в сталому режимі. Для відновлення усіх змінних стану системи використовується нелінійний спостерігач. Врахування нелінійного тертя при синтезі спостерігача дозволяє додатково підвищити точність спостереження кутової швидкості приводу.

6. Синтезовані нелінійні регулятори положення петлетримача на основі лінеаризації зворотним зв'язком за допомогою перетворень алгебри Лі, що є одним з сучасних підходів до проектування нелінійних систем. Розраховані перехідні процеси в двомасовій системі з оптимальними регуляторами, замкненими через оптимальні спостерігачі стосовно керування кутом повороту столу петлетримача широкосмугового прокатного стану. Проведено всебічне моделювання синтезованої системи і виконано порівняння динамічних характеристик синтезованої і традиційної систем. Показано, що величина перерегулювання положення петлетримача зменшилося з 52-63% до 8,9-9,4% і при цьому час регулювання зменшився із 0,5-0,7 с до 0,15-0,2 с залежно від режимів роботи системи. Величина перерегулювання питомого натягу зменшилася з 38% до 19%, час перехідного процесу зменшився з 1,28 с до 0,38 с.

7. Розроблений метод початкової настройки прокатного стану, який базується на заміні статичних рівнянь зв'язку між технологічними параметрами еквівалентною системою диференціальних рівнянь процесу керування, що дозволило звести задачу вибору допустимих значень технологічних параметрів до рішення задачі оптимального керування класичними методами варіаційного обчислення. Наведені приклади розрахунку початкової настройки прокатного стану.

8. Розроблені принципи побудови електромеханічних систем з частотно-регульованими двигунами змінного струму та виконано порівняння динамічних характеристик векторного керування частотно-регульованими двигунами змінного струму з прямим керуванням моментом і регулюванням за потокозчепленням ротора. Виконаний синтез систем керування швидкості обертання з урахуванням нелінійностей люфту і тертя для різних умов роботи системи і проаналізовані динамічні характеристики синтезованих систем. Показано, що застосування ПІ-регулятора стану у порівнянні із класичним ПІ-регулятором дозволяє зменшити перерегулювання по швидкості з 40% до 5% та одночасно зменшити кидок моменту двигуна більше ніж у два рази при однаковому часі перехідних процесів за швидкістю.

9. У зв'язку з тим, що головні електроприводи прокатних станів мають велику потужність 4-6 мВт і більше, розроблені методи енергозбереження засобами електроприводу змінного струму. Більшу частину часу головні електроприводи працюють при їх частковому завантаженні, тому розроблені алгоритми оптимального керування електромеханічними системами з частотно-керованими двигунами змінного струму за критерієм максимуму коефіцієнта корисної дії споживаної енергії шляхом ослаблення потоку двигуна, які на відміну від традиційних систем, дозволяють забезпечити максимальний коефіцієнт корисної дії та заощадити до 20% електроенергії при частковому завантаженні електромеханічних систем змінного струму.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Балюта С.М. Частотнорегульовані електромеханічні системи з інтелектуальним керуванням в системах автоматизації технологічних процесів / С.М. Балюта. - К.: НУХТ, 2005. - 281 с.

2. Балюта С.М. Схема заміщення для розрахунку імпульсних процесів в асинхронних машинах змінного струму з урахуванням дії вихрових струмів / С.М. Балюта // Наукові праці УДУХТ. - К.: УДУХТ, 1998. - № 5. - С. 24-25.

3. Балюта С.М. Математичне моделювання комутаційних перенапружень у високонапругових асинхронних машинах / С.М. Балюта // Наукові праці УДУХТ. - К.: УДУХТ, 1998. - № 6. - С. 25-29.

4. Балюта С.М. Способи схемної адаптації сталої часу ротора, намагнічування при частотному регулюванні асинхронного електропривода / І.М. Богаєнко, С.М. Балюта, Ю.І. Бурляй // Автоматизація виробничих процесів. - 2002. - № 1. - С. 47-55.

Здобувач запропонував спосіб адаптації сталої часу ротора намагнічування при частотному регулюванні асинхронного електропривода.

5. Балюта С.М. Принципи керування частотно-регульованим асинхронним електроприводом / С.М. Балюта, В.І. Васічкін, Ю.І. Бурляй // Автоматизація виробничих процесів. - 2002. - № 2. - С. 39-47.

Здобувачеві належать основні підходи до формулювання принципів керування частотно-регульованим асинхронним електроприводом.

6. Балюта С.М. Визначення та корекція орієнтації магнітного потоку асинхронної машини при бездатчиковому векторному керуванні при малих частотах статора / І.М. Богаєнко, С.М. Балюта // Вісник Технологічного університету «Поділля». - Хмельницький: ДТУ «Поділля», 2003. - № 1. - С. 7-13.

Здобувачеві належить метод визначення вектора магнітного потоку асинхронної машини при бездатчиковому векторному керуванні при малих частотах статора.

7. Балюта С.М. Визначення та корекція орієнтації ротора в бездатчикових системах векторного керування асинхронною машиною для визначення частот статора / І.М. Богаєнко, С.М. Балюта // Вісник Технологічного університету «Поділля». - Хмельницький: ДТУ, 2003. - № 3. - Т.1. - Ч.1. - С. 34-37.

Здобувач запропонував метод визначення вектора магнітного потоку в бездатчикових системах векторного керування асинхронною машиною для визначення частот статора.

8. Балюта С.М. Визначення параметрів асинхронного двигуна в складі частотно-регульованого електроприводу / С.М. Балюта // Механіка та машинобудування. - 2003. - № 1. - Т.1. - С. 62-69.

9. Балюта С.М. Корекція напруги інвертора з широтно-імпульсною модуляцією в схемах векторного керування асинхронним електроприводом / С.М. Балюта // Механіка та машинобудування. - 2003. - №1. - Т. 2. - С. 69-76.

10. Балюта С.М. Основні положення оцінювання надійності бездатчикової системи векторного керування асинхронним електроприводом / С.М. Балюта, К.І. Богаєнко, Ю.І. Бурляй // Автоматизація виробничих процесів. - 2003. - № 1. - С. 14-21.

Здобувач запропонував метод оцінювання надійності бездатчикової системи векторного керування асинхронним електроприводом.

11. Балюта С.М. Оптимізація режимів роботи асинхронного електропривода з векторним керуванням / С.М. Балюта // Автоматизація виробничих процесів. - 2003. - № 2. - С. 37-44.

12. Балюта С.М. Методи визначення вектора магнітного потоку та частоти обертання при бездатчиковому векторному керуванні асинхронним електроприводом / С.М. Балюта // Автоматизація виробничих процесів. - 2003. - № 3. - С. 47-54.

13. Балюта С.М. Застосування методів регресійного аналізу для визначення положення вектора магнітного потоку в асинхронному електроприводі з бездатчиковим керуванням при найменших частотах статора / С.М. Балюта, К.І. Богаєнко, Ю.І. Бурляй // Автоматизація виробничих процесів. - 2003. - № 4. - С. 13-17.

Здобувачем обґрунтовано застосування методу регресійного аналізу для визначення положення вектора магнітного потоку в асинхронному електроприводі.

14. Балюта С.М. Визначення механічних параметрів частотно-регульованого електропривода змінного струму / С.М. Балюта, І.М. Богаєнко // Автоматизація виробничих процесів. - 2004. - № 1. - С. 33-39.

Здобувачем обґрунтовано метод визначення механічних параметрів частотно-регульованого електропривода змінного струму.

15. Балюта С.Н. Автоматическая коррекция толщины полосы / С.Н. Балюта, В.И. Васичкин // Автоматизація виробничих процесів. - 2004. - № 2. - С. 102-107.

Здобувачеві належить метод корекції товщини смуги широкосмугових станів гарячого прокату.

16. Балюта С.М. Автоматическое управление установкой ускоренного охлаждения полосы / И.Н. Богаенко, С.Н. Балюта, В.И. Васичкин // Автоматизація виробничих процесів. - 2004. - № 3. - С. 124-128.

Здобувач запропонував метод синтезу системи керування установкою прискореного охолодження смуги.

17. Балюта С.М. Адаптивне регулювання частоти обертання ротора частотно-регульованих електроприводів змінного струму / С.М. Балюта // Автоматизація виробничих процесів. - 2004. - № 4. - С. 58-62.

18. Балюта С.М. Система автоматического регулирования прокатного стана / И.Н. Богаенко, С.Н. Балюта, В.И. Васичкин // Вісник технологічного університету Поділля. - Хмельницький: ДТУ «Поділля», 2004. - Т.1. - Ч.1. - С. 7-13.

Здобувач запропонував метод синтезу системи автоматичного регулювання геометричних параметрів прокату.

19. Балюта С.М. Оптимізація роботи асинхронного електропривода з векторним керуванням / І.М. Богаєнко, С.М. Балюта // Механіка та машинобудування. - 2004. - № 1. - С. 205-214.

Здобувачем обґрунтовано метод оптимізації роботи асинхронного електропривода з векторним керуванням.

20. Балюта С.М. Методи підвищення надійності бездатчикової системи векторного керування асинхронним електроприводом за потокозчепленням ротора / І.М. Богаєнко, С.М. Балюта // Механіка та машинобудування. - 2005. - № 1. - Т.1. - С. 76-85.

Здобувач обґрунтував принцип підвищення надійності бездатчикової системи векторного керування.

21. Балюта С.М. Система керування асинхронного електропривода з векторним керуванням за магнітним потоком ротора без застосування датчика частоти обертання / І.М. Богаєнко, С.М. Балюта // Механіка та машинобудування. - 2005. - №1. - Т.2. - С. 85-93.

Здобувачеві належить структура системи бездатчикового керування асинхронного електропривода з векторним керуванням.

22. Балюта С.М. Электромеханическая система позиционирования и электрической синхронизации / [И.Н. Богаенко, С.Н. Балюта, В.И. Васичкин, И.А. Опрышко] // Вісник Хмельницького національного університету. - Хмельницький: ХНУ «Поділля», - 2005. - № 4. - Т. 1. - С. 7-12.

Здобувачеві належить структура системи позиціонування і синхронізації системи автоматичного регулювання товщини прокатуємої смуги.

23. Балюта С.М. Регулювання частоти обертання багатомоторних електромеханічних систем змінного струму / І.М. Богаєнко, С.М. Балюта // Вісник Хмельницького національного університету. - Хмельницький: ХНУ «Поділля», 2005. - №4. - Т.2. - Ч.1. - С. 203-206.

Здобувач запропонував метод регулювання багатомоторних електромеханічних систем змінного струму.

24. Балюта С.Н. Синтез системы автоматического регулирования толщины полосы тонколистового стана горячей прокатки на базе интеллектуальной электромеханической системы переменного тока / С.Н. Балюта, И.Н. Богаенко // Промислова електроенергетика та електротехніка. - 2006. - № 5. - С. 44-52.

Здобувач запропонував метод синтезу системи автоматичного регулювання товщини смуги тонколистового стану гарячого прокату із інтелектуальними електромеханічними системами змінного струму.

25. Балюта С.Н. Управление скоростным режимом чистовой группы клетей широкополосного стана горячей прокатки / С.Н. Балюта, И.Н. Богаенко, В.И. Васичкин // Автоматизація виробничих процесів. - 2006. - № 1. - С. 108-123.

Здобувачеві належить метод синтезу системи керування швидкісним режимом чистової групи клітей широкосмугового стану гарячого прокату.

26. Балюта С.Н. Новая структура АСУ ТП и модель чистовой группы клетей стана горячей прокатки / С.Н. Балюта, В.И. Васичкин // Автоматизація виробничих процесів. - 2006. - № 2. - С. 173-181.

Здобувач запропонував структурну схему автоматизованої системи керування технологічним процесом чистової групи клітей стану гарячого прокату.

27. Балюта С.М. Системи автоматичного керування геометричними параметрами прокату на широкополосних станах гарячої прокатки з виконавчими механізмами з двигунами змінного струму / С.М. Балюта, І.М. Богаєнко // Вісник Хмельницького національного університету. - Хмельницький: ХНУ, 2007. - № 3. - Т. 1. - С. 7-10.

Здобувач запропонував структуру системи керування геометричними параметрами прокату на широкосмугових станах із двигунами змінного струму у якості виконавчих механізмів.

28. Балюта С.Н. Динамические модели прокатки и системы автоматического регулирования межклетевого натяжения полосы / С.Н. Балюта, И.Н. Богаенко. В.И. Васичкин // Промислова електроенергетика та електротехніка. - 2007. -№3. - С. 36-39.

Здобувачем розроблена динамічна модель прокатки і системи автоматичного регулювання натягу смуги між клітями.

29. Балюта С.Н. Система управления петледержателем для широкополосного стана горячей прокатки / С.Н. Балюта, И.Н. Богаенко, В.Д. Йовбак // Промислова електроенергетика та електротехніка. - 2008. - № 5. - С. 21-29.

Здобувач запропонував метод синтезу системи керування петлетримачем для широкосмугового стану гарячого прокату.

30. Балюта С.Н. Синтез системы управления петледержателем широкополосного стана горячей прокатки / С.Н. Балюта // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ», 2009. - № 7. - С. 3-14.

31. Балюта С.Н. Синтез систем управления механизмами широкополосных станов горячей прокатки / С.Н. Балюта // «Електроінформ». Тематичний випуск «Проблеми автоматизованого електроприводу. Теорія и практика». - Львів: ЕКОінформ, 2009. - С. 188-189.

32. Балюта С.Н. Квазистатическая математическая модель задачи управления технологическими параметрами прокатного стана / С.Н. Балюта, О.Н. Безменова // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ», 2009. - № 9. - С. 3-11.

Здобувач запропонував принцип побудови квазістатичної математичної моделі задачі початкової настройки технологічних параметрів прокатного стану у вигляді задачі оптимального синтезу.

33. Балюта С.Н. Синтез системы регулирования толщины, натяжения и петли полосы широкополосного стана горячей прокатки / С.Н. Балюта // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ», 2009. - № 13. - С. 3-13.

34. Балюта С.Н. Исследование динамических характеристик главного электропривода широкополосного стана горячей прокатки как трехмассовой электромеханической системы / С.Н. Балюта // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ», 2009. - №23. - С. 19 - 28.

35. Балюта С.Н. Синтез нелинейного управления положением нажимных винтов системы автоматического регулирования толщины проката с учетом люфтов / С.Н. Балюта // Вісник Національного технічного університету «ХПІ». - Харків: НТУ «ХПІ», 2009. - № 44. - С. 14-24.

36. Балюта С.Н. Система управления широкополосным станом горячей прокатки / С.Н. Балюта, И.Н. Богаенко, В.Д. Йовбак // Промислова електроенергетика та електротехніка. - 2009. - № 1. - С. 23-29.

Здобувач запропонував структуру системи автоматизованого керування широкосмуговим станом гарячого прокату.

37. Балюта С.Н. Идентификация механических параметров главного привода прокатной клети широкополосного стана горячей прокатки с использованием генетических алгоритмов / С.Н. Балюта // Промислова електроенергетика та електротехніка. - 2009. - № 4. - С. 37-44.

38. Балюта С.М. Информационная система тонколистового стана горячей прокатки / И.Н. Богаенко, С.Н. Балюта, В.И. Васичкин // Міжнародно-практична конференція «Інтелектуальні системи прийняття рішень та інформаційні технології»: тези доповідей. - Чернівці, 2004. - С. 180-181.

Здобувачеві належать принципи побудови інформаційної системи тонкосмугового стану гарячого прокату.

39. Балюта С.М. Синтез электромеханических систем широкополосных станов горячей прокатки / Б.И. Кузнецов, С.Н. Балюта, В.В. Коломиец // Машиностроение и техносфера ХХІ века: сб. тр. ХVI МНТК. - Донецьк: ДНТУ, 2009. - Т. 2. - С. 52-56.

Здобувачем обґрунтовано концепцію синтезу систем керування електромеханічних систем широкосмугових станів гарячого прокату.

40. Балюта С.Н. Синтез систем регулирования геометрических параметров проката широкополосного стана горячей прокатки / С.Н. Балюта // 16 Міжнародна конференція з автоматичного керування «Автоматика-2009»: тези доповідей. - Чернівці: Книга-ХХІ, 2009. - C. 114-115.

АнотаціЇ

Балюта С. М. Синтез автоматизованих систем дворівневого керування технологічними процесами прокату. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - автоматизація процесів керування. - Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2010.

Дисертація присвячена розробці перспективної концепції синтезу систем автоматизованого керування технологічними процесами широкосмугових прокатних станів на основі математичних моделей і методів дворівневого оптимального керування. Розроблена математична модель багатоклітьового прокатного стану як об'єкта керування системи автоматичного регулювання товщини, натягу і петлі смуги. Сформульована і вирішена задача синтезу оптимальних систем керування геометричними параметрами прокату багатоклітьових прокатних станів на основі розробленої математичної моделі багатоклітьового прокатного стану як об'єкта керування. Синтезовані нелінійні системи керування положенням натискних гвинтів та петлетримача на основі лінеаризації зворотним зв'язком за допомогою алгебри Лі. Для відновлення безпосередньо невимірюваних змінних стану нелінійної системи керування положенням натискних гвинтів на основі нелінійного перетворення за допомогою алгебри Лі синтезований нелінійний спостерігач стану.

Розглянуті принципи побудови електромеханічних систем з частотно-регульованими двигунами змінного струму. Сформульовані загальні принципи аналізу і синтезу електромеханічних систем з частотно-регульованими двигунами змінного струму. Розглянуті питання енергозбереження засобами електроприводу.

Ключові слова: прокатний стан, геометричні параметри, системи автоматизованого керування, аналіз і синтез складних систем, дворівневе керування, нелінійне керування, моделювання динамічних систем.

Балюта С. Н. Cинтез автоматизированных систем двухуровневого управления технологическими процессами прокатки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.13.07 - автоматизация процессов управления. - Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, 2010.

Диссертация посвящена разработке перспективной концепции синтеза систем автоматизированного управления технологическими процессами широкополосных прокатных станов на основе математических моделей и методов двухуровневого оптимального управления.

Сформулированы основные положения концепции построения автоматизированного управления технологическими процессами прокатки на основе синтеза двухуровневого оптимального управления, позволяющей на нижнем уровне произвести синтез оптимальных регуляторов систем управления положением нажимных винтов, положением петледержателей и скоростей вращения главных приводов отдельных прокатных клетей, а на верхнем уровне выполнить синтез оптимальных регуляторов системы автоматического регулирования толщины, натяжения и петли полосы многоклетьевого прокатного стана. Разработана математическая модель многоклетьевого прокатного стана как объекта управления системы автоматического регулирования толщины, натяжения и петли полосы. Сформулирована и решена задача синтеза оптимальных систем управления геометрическими параметрами проката многоклетьевых прокатных станов на основе разработанной математической модели многоклетьевого стана горячей прокатки как объекта управления.

Выполнен синтез нелинейной системы управления положением нажимных винтов на основе линеаризации обратной связью с помощью алгебры Ли. Для восстановления непосредственно неизмеряемых переменных состояния исходной нелинейной системы управления положением нажимных винтов на основе нелинейного преобразования с помощью алгебры Ли синтезирован нелинейный наблюдатель состояния. В результате проведенных исследований динамических характеристик синтезированной системы показано, что система имеет малую чувствительность к изменению параметров люфта, так как вариации люфта приводят к незначительным изменениям характеристик системы, замкнутой через регулятор и наблюдатель. При изменении люфта синтезированная система имеет большее перерегулирование, чем при номинальном значении люфта. Изменение угловой скорости двигателя практически обеспечивает совпадение с квазиоптимальным по времени прохождением люфта. Предложенная система нелинейного управления нажимными винтами с люфтами и нелинейным трением позволяет достигнуть хорошей динамики управления с высокой точностью в установившемся режиме.

Синтезированы нелинейные регуляторы положения петледержателя на основе линеаризации обратной связью путем алгебраического преобразования динамики исходной нелинейной системы в линейную систему с помощью преобразований алгебры Ли. Рассмотрены принципы построения электромеханических систем с частотно-регулируемыми двигателями переменного тока. Выполнено сравнение динамических характеристик векторного управления частотно-регулируемыми двигателями переменного тока при прямом управлении моментом и регулированию по потокосцеплению. Сформулированы общие принципы анализа и синтеза электромеханических систем с частотно-регулируемыми двигателями переменного тока. Рассмотрены вопросы энергосбережения средствами электропривода. Разработаны алгоритмы оптимального управления электромеханическими системами с частотно-управляемыми двигателями переменного тока по критерию максимума коэффициента полезного действия потребляемой энергии путем ослабления потока двигателя. Ключевые слова: прокатный стан, геометрические параметры, системы автоматизированного управления, анализ и синтез сложных систем, двухуровневое управление, нелинейное управление, моделирование динамических систем.

Balyuta S. N. Synthesis of automated control systems of two level controls of rolling mill technological processes. - Manuscript.

Thesis for a Doctor of sciences degree in Technical Sciences, Speciality 05.13.07 - Automation of processes control. - National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute», Kharkiv, 2010.

The thesis is devoted development of perspective conception of synthesis of the systems of the automated control the technological processes of the rolling mill on the basis of mathematical models and methods of two level optimum control. The mathematical model of the rolling is developed as plant of thickness, pull and loop of bar of automatic control system. Formulated and decided task of synthesis of system optimum control by geometrical parameters of rolling mills on the basis of the developed mathematical model of the rolling mill as plant. The synthesis of nonlinear control system by position of screws is executed on the basis of linearizing by a feed-back by Lee algebra. For renewal of directly immeasurable state of initial nonlinear control the system by position of screws variables on the basis of nonlinear transformation by Lee algebra the nonlinear observer of the state is synthesized. The nonlinear regulators of position are synthesized to the loop of holder on the basis of feed-back linearizing by Lee algebraic transformation of dynamics of the initial nonlinear system to the linear system by Lee algebra transformations.

Construction principles of electromechanics systems with the frequency-control alternating current motor are considered. Analysis and synthesis of the electromechanics systems with frequency-control alternating current motor general principles are formulated. Energy-savings questions of electromechanic systems are considered.

Key words: rolling mill, geometrical parameters, automated control systems, analysis and synthesis of complex systems, two levels control, nonlinear control, modeling of dynamic systems.

Размещено на Allbest.ru