Модели и алгоритмы автоматического регулирования межклетевых натяжений полосы для устранения вибраций на станах холодной прокатки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Маслов, Евгений Александрович

• Маслов, Евгений Александрович
• кандидат технических наук
• 2011

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Маслов, Евгений Александрович

Выводы по главе:

1. Применение упреждающего регулятора толщины полосы с нейронной сетью в качестве цифрового фильтра блока обработки информации позволяет ликвидировать многочастотныт источник колебаний натяжения и снизить стандартное отклонение толщины полосы от заданной толщины на 4-11% и максимальное отклонениег на 3-10% и подавить отклонение толщины. полосы, вызванное ошибкой вычисления корреляIщонных момен-. тов, на 97-99,5 %. ■ , ' 2; Применение разработанного алгоритма идентификации-колебаний? натяжения полосы на стане 1700 ПХП ЧерМК «Северсталь» позволяет повысить быстродействие процесса идентификации на 50% и уменьшить процент ошибочных идентификаций на 34%, что позволяет рассчитать параметры регулятора колебаний натяжения: и замкнуть контур регулирования на него до момента начала вибраций. 3. Разработанный алгоритм автоматического регулирования межклетевого натяжения полосы, позволяет устранить в^85% случаев вибрации на станах холодной прокатки и повысить на 24% максимальную скорость прокатки. При этом;, если считать, что прокатка на максимально возможной скорости без возникновения вибраций идет 10% всего времени работы стана, то, исходя из средних параметров прокатки и вероятности возникновения вибраций рассчитанной по (3.11), производительность стана, рассчитанная по методике [89] с применением разработанного алгоритма, вырастет на 2,14%.

Заключение

1. Проведено исследование динамических и статических свойств параметров прокатки, характеризующихся возникновением вибраций на стане холодной прокатки 1700 ПХП ЧерМК ОАО «Северсталь», и установлены источники возбуждения вибраций и колебания межклетевого натяжения полосы.

2. Разработана математическая модель для расчета параметров колебаний межклетевого натяжения прокатываемой полосы, учитывающая динамику электропривода клети, упругость »полосы, эффект транспортной'задержки »толщины полосы между клетями и определяющая условие возникновения вибраций на станах холодной прокатки:

3. Разработан алгоритм устранения погрешности работы упреждающего регулятора и многочастотных колебаний межклетевого натяжения прокатываемой полосы, основанный на обработке информации о толщине прокатываемой полосы с помощью линейной нейронной сети, который также снижает стандартное отклонение толщины полосы от заданной толщины на 4-11% и максимальное отклонение на 3-10%.

4. Разработан алгоритм идентификации вибраций, основанный на обработке информации о межклетевом натяжении полосы с помощью^ вейв-лет преобразования, позволяющий повысить быстродействие процесса идентификации, на 50% и уменьшить процент ошибочных идентификаций на 34%.

5. Разработана математическая модель автоматического регулятора колебаний межклетевого натяжения; удовлетворяющего критериям устранения вибраций на станах холодной прокатки, состоящая из полосового усилителя, основанного на фильтре Бесселя, и адаптивного корректора фазового сдвига.

6. Разработан алгоритм расчета параметров автоматического регулятора и процесса автоматического регулирования межклетевого натяжения прокатываемой полосы для устранения вибраций с перенастройкой управления в зависимости от стабильности процесса на станах холодной прокатки, обеспечивающего повышение качества поверхности изготавливаемых полос (устранение дефектов «поперечная ребристость» и «поперечные теневые полосы») и производительности стана (повышение максимальной скорости прокатки на 24% и устранение в 85% случаев вибраций).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Маслов, Евгений Александрович, 2011 год

1. ГОСТ 19904-90. Прокат листовой холоднокатаный. Сортамент.

2. ГОСТ 9045-93. Прокат тонколистовой холоднокатаный из низкоуглеродистой качественной стали для« холодной штамповки. Технические условия.

3. ГОСТ 503-81. Лента холоднокатаная из низкоуглеродистой стали. Технические условия.

4. ASTM А366/А366М-91. Standard Specification for Steel, Carbon Cold-Rolled Sheet, Commercial Quality.

5. ГОСТ 11701-84. Металлы. Методы испытания на растяжение тонких листов и лент.

6. ASTM Е646-00. Standard Test'Method for Tensile Strain-Hardening Exponents (n-Values) for Metallic Sheet Materials.

7. ГОСТ 10501-80 (ИСО 8490-86). Металлы. Методы испытания на выдавливание листов и лент по Эриксену.

8. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.

9. ASTM Е517-00. Standard Test Method' for Plastic Strain Ratio r for Sheet Metall.

10. Иводитов В.А. Автомобильная сталь!I Производство проката. -2005.-№1.-С.37-43.

11. Иводитов В.А., Перкас М.М., Шелест А.Е., Юсупов В:С. Анализ требований к автомобильному листу// Производство проката. -2007.-№6 — С.33-39.

12. Стратегия развития металлургической промышленности России на период до 2020 года// Министерство промышленности.-2009.-133 с.

13. Аркулис Г.Э., Шварцман З.М., Файзуллин В.Х. и др. Автоколебания в стане холодной прокатки// Сталь.-1972.-№ 8.-С.727-728.

14. Yarita I. An Analysis of Chattering in Cold Rolling for Ultrathin Gauge Steel Strip// Transaction of Iron and Steel Institute of Japan.-1978.-Vol.18. №1.-P.l-8.

15. Farley T.W.D., Rogers S., Nardini D. Understanding Mill Vibration Phenomena// Proceedings of the Conference: Vibration in Rolling Mills, Institute of Materials, London.-2006.-P.236-242.

16. Markworth M. Vibration Diagnostics in rolling mills// Millennium steel.- 2008.-P. 185-189.

17. Гарбер Э.А., Наумченко В.П., Кожевников A.B. и др. Исследование причин возникновения колебаний в клетях непрерывных прокатных станов// Производство проката-2003.-№1 -С. 10-12.

18. Dragomir S., Dragomir G., Spanu С. The-monitoring of chattering in cold rolling mill system with five stands for thin strip// Metallurgy and materials-science. University of Galati.-№2.-2007-P.87-90.

19. Колпаков C.C., Пименов B.A., Цуканов Ю.А., Рубанов В.П. Исследование вибраций на пятиклетевом стане 2030// Сталь.-1993.-№ 1.-С.47-51.

20. Синицкий В. М., Рыбаков Ю. В. Стальная полоса в межвалковом пространстве стана холодной прокатки как колебательная структура // Производство проката.-2002.-№ 5-С. 18-20.

21. Синицкий В. М., Рыбаков Ю. В. Колебания валковой системы в клетях с гидронажимным механизмом // Производство, проката-2005-№1.-С.32-35.

22. Пименов В.А. О причинах нарушения устойчивости холодной прокатки//Известия ВУЗов. Черная металлургия.-1990.-№ 8.-С.36-38.

23. Колпаков С.С., Пименов В.А., Цуканов Ю.А., Рубанов В.П. Исследование вибраций на пятиклетевом стане 2030// Сталь.-1993.-№ 1.-С.47-51.

24. Гарбер Э.А., Павлов С.И., Кузнецов В.В. и др. Причины возникновения и методы устранения на поверхности холоднокатаных автомобильных листов дефектов «поперечная ребристость» и «полосы нагартовки»// Метал-лы.-2009.-№ 1.-С. 12-20.

25. Гарбер Э.А., Наумченко В.П., Абраменко В.И. и др. Исследование причин образования ребристости на поверхности холоднокатаных полос // Бюллетень «Черная металлургия».-2001.-№1.-С.16-19.

26. Гарбер Э.А., Наумченко В.П., Кожевников А.В., Павлов С.И. Устранение вибраций в рабочих клетях станов холодной прокатки путем коррекции их энергосиловых параметров // Сталь -2003 .-№ 9.-С.79-82.

27. Гарбер Э.А., Кожевников.А.В., Наумченко В.П., Шадрунова И.А., Павлов С.И. Исследование, моделирование и устранение вибраций в рабочих клетях станов холодной прокатки // Производство проката-2004.-№ 6.-С.34-41.

28. Tamiya Т., Fumi К., Iida Н. Analysis of Chattering Phenomenon in Cold Rolling// Proceedings of Int. Conference on Steel Rolling, ISIJ, Tokyo 1980.-P.l 191-1202.

29. Roberts W. Third Octave Mode Chatter in the Cold Rolling of Light Gauge Strip// Proceedings of the International Conference on Steel Rolling-1980.-P.1215-1224.

30. Tlusty J., Critchley S., Paton D. Chatter in Cold Rolling// Annals of CIRP.-1982.-№31 .-P.l95-199.

31. Yun I.S., Wilson W.R.D., Ehmann K.F. Chatter in the Strip Rolling Process, Part 1: Dynamic Model of Rolling// Journal of Manufacturing Science and Engineering-1998.-№20.-P.330-336.

32. Yun I.S., Wilson W.R.D., Ehmann K.F. Chatter in the Strip Rolling Process, Part 2: Dynamic Rolling Expirements// Journal of Manufacturing Science andEngineering.-1998.-№20.-P.337-342.

33. Yun I.S., Wilson W.R.D., Ehmann K.F. Chatter in the Strip Rolling Process, Part 3: Chatter Model// Journal of Manufacturing Science and Engineer-ing.-l998 -№20.-P.343-348.

34. Ни P.H., Ehmann K.F. A dynamic model of rolling process. Part I: homogeneous model// International Journal of Machine Tools & Manufacture-2000.-№40 -P. 1-19.' Л 143 ■

35. Ни Р.Н., Ehmann K.F. A dynamic model of rolling process. Part I: in-. homogeneous model// International Journal of Machine Tools & Manufacture.-2000.-№40.-P.21-31.

36. Ни P.H., Ehmann K.F. Stability Analysis of Chatter on a Tandem Rolling Mill// International Journal of Manufacturing Processes.-2000.-№4-P.217-224. . ' .'

37. Swiatoniowski A., Bar A. Parametrical excitement vibration in tandem mills mathematical model and its analysis//Journal of Materials Processing Technology-2003 -Vol. 134.-P.214-224. ,

38. Swiatoniowski A., Nizol J. Numerical analysis of the vertical vibrations, of rolling mills and their negative effect on the sheet'quality//Journal of Materials Processing Technology.-2005.-Vol. 162.-P.546-550.

39. Синицкий B;Mi, Рыбаков Ю.В. Резонансные колебания валковой системы в клети стана и критическая скорость прокатки // Производство проката.-2004.-№ 8.-С.8-10: ;

40. Колпаков С.С., Пименов В.А., Цуканов Ю.А., Рубанов В:П. Исследование вибраций на пятиклетевом стане 2030//Сталь-1993.-№ 1 -С.47-51.

41. Пименов В.А., Колпаков С.С., Рубанов В.П. Система автоматического диагностирования вибраций и управления скоростным режимом на стане 2030 холодной прокатки//Производство проката.-1998:-№1-С.29-33;

42. Дружинин И.Н. Непрерывные станы как объект автоматизации//М.: Металлургия.-1967.-259 с. •

43. Дружинин Н. Н. Основные закономерности взаимосвязанного изменения величин в непрерывном полосовом^ стане холодной прокатки и его электропривода//Труды ВНИИметмап1а-1962.-С.22-34.

44. Макаров Ю.Д., Белоглазов Е.Г., Нелорезов И.В., Мезрина Т.А. Исследование процесса холодной прокатки перед началом вибраций на непрерывном стане// Сталь.-2008.-№ 12.-С. 92-95:

45. Целиков А.И. Теория прокатки. Справочник// М.: Металлургия.-1982.-335 с.

46. Маслов Е.А., Харахнин К.А. Определение амплитудно-частотной области колебаний натяжения полосы стана бесконечной холодной прокатки 1700// Материалы Всероссийской научно-практической конференции Череповецкие научные чтения-2010. Ч.З.-С.217—221.

47. Харахнин К.А., Кожевников A.B., Маслов Е.А. Разработка алгоритма идентификации вибраций в рабочих клетях станов холодной прокат-ки//Сталь.-2010.-№10.-С.38-40.

48. Филатов A.C., Зайцев А.П., Смирнов A.A. Автоматические системы стабилизации толщины полосы при прокатке//М.:Металлургия.-1982.-128 с.

49. Грудев А.П. Теория прокатки// М.: Металлургия.-1988.-240 с.

50. Бройдо Б.С. Синтез систем автоматического управления непрерывными станами холодной прокатки//М.: Металлургия.-1978.-159с.

51. Бодров Е.Э. Система регулирования непрерывного прокатного стана// Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ.-Вып. 13. -2006.-С. 190-192.

52. Лысенков Н.Г. К выбору структуры САР толщины на широкополосных станах с переменными параметрами прокатки// Автоматизация прокатных станов. М.: Металлургия.-1976.-С.31-41.

53. Dendle D.W. Hydraulic position controlled mill and automatic gauge control// Flat Rolling: A Comparison of Rolling Mill Types, Metals Society. Cardiff, Wales.-1978.-P 103-111.

54. Rath G., OvLeary P. Druckverhältnisse in lagegeregelten HydraulikZylindern, Ölhydraulik und Pneumatik//Zeitschrift für Fluidtechnik, Vereinigte Fachverlage. Germany.-1999.-Vol. 4.-P.298-299.

55. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем// М.:Машиностроение.-1976.-424 с.

56. Погорелов В.И. Элементы и системы гидропневмоавтоматики// Л.: Изд-во Ленингр.-1979.-184 с.

57. John D.4 Higham, Colin J. McNaught Pat: 458842 U.S. Patent. Feed-forward gauge control-system for a rolling mill//Cupertino, California.- Apr. 8, 1974.

58. Филатов A.C. Электропривод и автоматизация реверсивных станов холодной прокатки//М.: Металлургия.-1973.-375 с.

59. Кашьян Р!: JL, Рао А. Р. Построение динамических стохастических моделей по>экспериментальным данным// М: Мир.-1983.-384 с.

60. Иванов Г.М., Никитин Б.К. Автоматизированный электропривод агрегатов непрерывного действия// Ml: Энергоатомиздат.-1986.-224 е.

61. А. В. Дылевский, Лозгачев Г. И. Конечномерный-модальный регулятор дшь объектов* с запаздыванием// Вестник ВГУ, Серия: Физика: Мате-матика.-2005.-№1 .-С .158-1621

62. Бейкер Дж., Грейвс-Моррис П. Аппроксимации Паде// М.: Мир.-1986.-502 с.

63. Фишман JI. '3. Критерий устойчивости систем с запаздыванием в одном критическом случае// Сиб. матем. журн.-1998.-№6.-Р. 1423-1427.

64. Лекус В.Д., Ровинский В.Э. Оценка устойчивости систем,с запаздыванием// Энергоатомиздат. Ленингр. отделение.-1982.-110 с.

65. Kugi A., Haas W., Schlacher К., Aistleitner К., Frank Н.М., Rig-ler G.W. Active compensation of roll eccentricity in rolling mills// Industry Applications, IEEE Transactions .-Volume: 36 Issue:2. Mar/Apr 2000.-P.625- 632.

66. Aistleitner K., Mattersdorfer L. G., Haas W., Kug A. Neural network for identification of roll eccentricity in rolling mills// Journal of Materials Processing Technology .-Volume 60, Issues Г-4.-15 June 1996.-P.387-392.

67. Строганов А. Использование линейной нейронной сети в задачах прогнозирования деградации выходных параметров ИС// Компоненты и Технологии.-2006.-№2.-С. 170-175.

68. Маслов E.A., Харахнин K.A., Синяков A.H. Алгоритм обработки информации о толщине полосы для упреждающего регулятора на основе нейронной сети на стане холодной прокатки //Производство проката-2011 — №9.-С.37-42.

69. Mackel J., Seeliger A., Georges D. Measurment and Diagnosis of Process-Disturbing Oscillations in High-Speed Rolling Plants// Proceedings of the XIV Imeko World Congress.-2002.-P.342-349.

70. Mackel J., Seeliger A., Georges Dl Measurment and Diagnosis of Process-Disturbing Oscillations on Plants for Machine Condition Monitoring and Quality Control/ZProceedings of the XIV Imeko World Congress.-1997.-P.82-88.

71. Харахнин K.A., Маслов E.A., Кожевников» А.В. Алгоритм идентификации вибраций на стане,бесконечношхолодной5прокатки // Вестник Череповецкого государственного университета.-2010.-№Г.-С. 131-136.

72. Пименов В.А., Соловьев К.В1, Долматов А.П. Способ диагностики резонансной вибрации и управления многоклетьевым станом холодной прокатки полос и устройство- для его осуществления// Патент РФ №2338609, кл. В 21 В 37/00.-2002'.

73. Голованов П.Н., Степаненко В.В., Верхорубов А.А., Павлов С.И. Способ определения вибраций на станах прокатки полосы// Патент РФ №2239501, кл. ВШ В 37/00.-2004.

74. Переберин А.В. О систематизации вейвлет-преобразований// Вычислительные методы и программирование.-2002.-т. 2.-С. 15-40.

75. Farge M. Wavelet. Transforms and their applications to turbulence// Ann. Rev. Fluid Mech.-1942.-№.34.-P.395^57.

76. Маслов E.A., Харахнин K.A., Кожевников A.B. Алгоритм обработки информации о натяжении полосы для идентификации вибраций на станах бесконечной прокатки на основе вейвлет-преобразования//Производство проката.-2010.-№ 10.-С.З 6-3 9.

77. Сурков Д. М. Идентификация объектов автоматизации // Наука: По-иск-2003-№1.-С.334—336.

78. Mitchell Don P., Netravali Arun N. Reconstruction Filters in Computeri

79. Graphics// Computer Graphics.-1988.-№ 4.-P.221-228.

80. JI. Рабинер, Б. Гоулд Теория и применение цифровой обработки сигналов // М.: Мир -1978.-848 с.

81. Parks, T. W., Burrus С. S. Digital Filter Design//John Wiley & Sons, New York.-1987.-83p.

82. Rabiner L.R., McClellan J.H:, Parks T.W. FIR Digital Filter Design Techniques Using Weighted Chebyshev Approximations// Proc. LEEE-№63-1975.-P.595-610.

83. Уидроу Б., Стирнз С.Д. Адаптивная обработка сигналов//М.: Радио и связь-1989 440 с.

84. Коуэн К. Ф. Н., Грант П.М. Адаптивные фильтры// М.: Мир-1988.-392 с.

85. Glentis G.O., Berberidis К., Theodoridis S. Efficient Least Squares Adaptive Algorithms for FIR TransversalFiltering // IEEE Signal Processing Magazine.-l999.-№4.-P. 13-41.

86. Химич Г.Л., Третьяков A.B., Гарбер Э.А., Макарова М.А. Оптимальная производительность станов холодной прокатки// М: Металлургия.-1970.-С.67-82.