Введение к работе
з
Л а; т у а ль н ос тъ проб л е м ы
Значительное число технологических процессов протекает при наличии натяжения обрабатываемого материала, поскольку обработка полос и нитей часто связана с растягивающими напряжениями. Однако натяжение является лишь промежуточной переменной в технологических системах производства полос и нитей. Качество работы в таких технологических системах, в конечном итоге, оценивается отклонениями ширины полосы от заданного значения, отклонениями диаметра кити, ухудшением качества рулона горячекатанного листа, но не тем как стабилизируется величина натяжения при обработке всех этих изделий. В большинстве таких технологических систем из-за трудностей измерения указанных выходных переменных не удается реализовать замкнутую автоматическую систему, работающую но отклонению. В таких условиях на' практике реализуют систему автоматического регулирования натяжения (САРН), которая стабилизирует натяжение материала. При этом предполагается упрощенная модель влияния изменений параметров окружающей среды на ооьект. Однако реальное взаимодействие рассматриваемых объектов с окружающей средой гораздо сложнее: параметры объекта изменяются в зависимости от внешней среды; объект может быть нелинейным, а характеристики нелинейности могут изменяться а зависимости от параметров средьт.нелнпеГшый объект может иметь несколько устойчивых состояний, а переход из одного состояния в другое происходит при нменении параметров среды. Поскольку существующие САРН в таких условиях не позволяют получить требуемое качество выпускаемой продукции, то переход от стабилизации натяжения к управлению величиной натяжения в зависимости от влияния окружающей среды на параметры объекта и разработка принципов построения систем автоматического управления (САУ) натяжением, обеспечивающих повышение качества продукции, является актуальной проблемой.
Цель и задачи исследования
Целью работы является разработка прикладной теории и схег. эффективных систем автоматического управления величиной натяженш полос и нитей в технологических объектах со сложной структурой И ( учетом влияния внешней среды на параметры объекта. Поставленна! цель работы определила основные ее задачи:
разработка аналитических методов оценки эффективности управлснш величиной натяжения для многосвязанного объекта и формулировка основных условий, выполнение которых обеспечивает зффективності системы автоматического управления величиной натяжения;
развитие моделей процессов взаимодействия натяжения и механизмої технологических объектов со сложной структурой с учетом воздействш окружающей среды, выделение основных возмущений, определяющие качество продукции;
разработка прикладной теории систем автоматического управление величиной натяжения с использованием адаптивных методог получения информации о параметрах нелинейных, многосвязанньи объектов и объектов с переменными параметрами;
применение разработанных методов получения информации прі-создании новых способов и устройств автоматического управление натяжением в сложных объектах производства листового проката хлопчатобумажных и стеклянных нитей;
оценка эффективности разработанных систем автоматического управления.
Методика выполнения исследований Исследования базируются на использовании аппарата оптимизации, теории чувствительности, теории цепных дробей, теории устойчивости. Проводились моделирование и экспериментальные исследования.
Научная новизна
В диссертации разработаны алгоритмы оптимального, с точки
зрения получения минимума отклонения размеров продукции, управления величиной натяжения. В отличии от существующих алгоритмов управление натяжением предусматривается осуществлять лишь на участках полосы, для которых наблюдается положительная корреляция между отклонениями ширины и толщины полосы or заданных значений.
Разработаны алгоритмы определения эффективности управления величиной натяжения полосы непрерывного стана, отличающиеся от известных тем, что они позволили выявить те межклетевые промежутки прокатного стана, где целесообразно управлять натяжением, и оценить потенциальные возможности такого управления.
Предложена концепция получения информации о значении параметров объекта с использованием пробных колебании натяжения для нелинейных и многосвязанных объектов, отличающаяся тем. что для информационных каналов используются сигн.шы скорости и тока лвигателей приводов, обеспечивающих получение натяжения .
Предложен подход, на основании которого решена проблема использования пробных колебаний в системе, состоящей из нескольких подсистем, позволяющий оценить изменения коэффициента перепали каждой отдельной подсистемы.
Предложен и исследован новый тип адаптивных систем: система с пробными колебаниями и с выходом на границу устойчивости.
Связь д и есер т а ц и и с п л an о н ы м и р а й о т а м и Исследования автора выполнялись п соответствии с постановлением ГКНТ СССР, решением ВПК СССР, программой фундаментальных работ "Информатика, управление и вычислительная техника" министерства образования Республики Казахстан, а также в соответствии с ішановой тематикой Казахского Национального технического
университета и Алматинского энергетического института: "Разработка и изготовление приборов и устройств САРН стана 1700 КМК" (1969-1974 г.г. N гос. регистрации 69045448), "Разработка и изготовление системы автоматического регулирования натяжения для стана 2000 НЛМЗ" (1973-1975 г.г. N гос. регистрации 72000110), "Исследование механизмов моталок стана 2000 НЛМЗ с целью повышения качества смотки" (1976-1979 г.г. N гос. регистрации 76050507), "Разработка системы автоматической стабилизации параметров шлихтования" (1981-1982 г.г. N гос. регистрации 81015973), "Внедрение системы автоматической коррекции параметров шлихтования" (1982-1984 г.г. N гос. регистрации 01822031802), "Разработка и исследование системы автоматического регулирования вытяжки полосы в чистовой группе непрерывных широкополосных станов горячей прокатки" (1983 г.г. N гос. регистрации 01830018482 ), "Исследование и разработка системы автоматического управления "формообразованием рулона горячекатанной полосы" (1985 г.г. N гос. регистрации 01850010214), "Разработка системы автоматического управления процессом вытяжки оптических волокон (1985-1988 г.г. специальное постановление), "Разработка датчика продольной жесткости основы и исследование зависимости продольной жесткости шлихтованной основы от параметров шлихтования" (1989 г. N гос. регистрации 01890024991), "Исследование методов автоматического регулирования размеров полосы изменением межклетевого натяжения" (1989 г.г. N гос. регистрации 01890006538), "Разработка системы автоматической настройки и управления параметрами процесса вытяжки оптических волокон" (1990 г. специальное постановление), "Математические модели процесса вытяжки" (1990-1991 г.г. N гос. регистрации 01900033111), "Разработка и исследование оптических волокон для линий связи" (1993 г. субподряд КарГУ).
Реализация и внсдрспи с рс з у ль та т о в
Предложенные в работе методы, модели, подходы и алгоритмы
были использованы при разработке структурных и принципиальных схем систем автоматического управления величиной натяжения для чистовой группы прокатного стгна, моталок прокатного стана, шлихтовальной машины, для установки вьп'яжки оптических волокон. Разработаны, изготовлены и испытаны элементы САУ натяжением.
Проведены промышленные испытания САУ натяжением полосы в чистовой группе непрерывного стана горячей прокатки 2000 па Ново-Липецком металлургическом заводе.
Проведены промышленные испытания САУ натяжением полосы на моталках непрерывного стана горячей прокатки 2000 на Ново-Липецком металлургическом заводе.
Проведены опытно-промышленные испытания САУ натяжением нитей на шлихтовальной машине Алмаптекого хлопчатобумажного комбината. Предложенные алгоритмы были приняты для внедрения на шлихтовальных машинах нового поколения, разрабатываемых МНТК 'Текстиль ".
Проведены промышленные испытания САУ натяжения на установке вытяжки оптическою волокна института технического стекла. Система работает в режиме прямою цифровою управления с ЦВМ в контуре.
Экономический эффект внедрения указанных выше систем
автоматического управления натяжением подтверждается
соогветс:ьуюшпми актами.
Л пробаци я риботы
Материалы по теме диссертации докладывались и получили
одобрение на Всесоюзных и Международных научно-технических
конференциях. В частности: на Всесоюзной научно-технической
конференции "Автоматизация технологических процессов легкой
промышленности", МТИЛП, Москва, 1982г; на 2-ой Всесоюзной научно-
технической конференции "Повышение эффективное
тепломассобменных и гидродинамических процессов в текстильной
промышленности и производстве химических волокон", МТИ, Москва
1985г; щ Всесоюзной научно-технической конференции "Создание
автоматизированных систем управления технологическими процессами і
легкой промышленности на 12 пятилетку", ЦНИИТЭИ легпром, Москва.
1986г; на Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка и
внедрение АСУТП в прокатном производстве"
ЦНИИТЭИприборостроения, 1987г; на Всесоюзной научно-технической
конференция "Современное состояние, проблемы и перспективы
энергетики и технологии в энергостроении (4-ые Бернардосозские
чтения)л Иваново, 1989г: на 4-ой научно- технической конференции
"Автоматизированный электропривод прокатных станов", Свердловск,
1990г; на Международной .конференции по физике солнечно-земных
связей, Алматы, 1994г; на 3-ей Международной конференции "Измерения,
контроль и автоматизация производственных процессов" (ИКАПП - 94),
Барнаул, 1994г. Материалы диссертации докладывались также на
семинарах в различных институтах: в институте технического стекла (г.
Москва), в институте ВНИИМЕТМАШ (г. Москва), в институте
Автоматики (г.Киев), в институте ВНИИачермет (г.Москва), на
заседании кафедры ОМД Липецкого политехнического института.
Публикации
Основные результаты, выполненых исследований, опубликованы в
60 работах , из них 30 авторских свидетельств на изобретения. Кроме
того, материалы работы отражены в отчетах по научно-
исследовательским работам.
9 Структура и объем работы
Работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка
использованной литературы, и приложений (всего _3УО страниц)