Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Электромеханические системы главных линий прокатных
станов 11
Динамические нагрузки в электроприводах прокатных станов. 11
Влияние технологического нагружения и зазоров передач на величину динамических нагрузок 16
Динамические нагрузки электромеханических систем главных приводов стана 2000 21
Оптимизация и адаптация управления главных электроприводов
прокатных станов 26
Глава 2. Поисковая оптимизация пиковых динамических нагрузок элементов
электромеханических систем черновых клетей прокатных станов...33
Анализ способов многопараметрического поиска 33
Синтез способа адаптивной поисковой оптимизации пиковых динамических нагрузок элементов электромеханических систем черновых клетей прокатных станов 41
Исследование эффективности разработанного способа поисковой оптимизации и адаптации его параметров 48
Оптимизация пиковых динамических нагрузок элементов приводной линии черновой клети №1 стана 2000 57
Глава 3. Адаптивная идентификация зависимости динамических нагрузок
элементов электромеханических систем черновых клетей прокатных
станов от настроек регуляторов 71
3.1. Анализ способов адаптивной идентификации 71
3.2. Синтез способа адаптивной идентификации зависимости динамических нагрузок элементов электромеханических систем черновых клетей прокат
ных станов от настроек регуляторов 78
Исследование разработанного одношагового набросового способа адаптивной идентификации 85
Идентификация зависимости динамических нагрузок элементов приводной линии черновой клети №1 стана 2000 от настроек регуляторов 90
Глава 4. Система оптимального адаптивного управления главными электроприводами черновых клетей прокатных станов 102
Структура аппаратной части системы управления 102
Алгоритм функционирования системы управления 109
Экспериментальное исследование системы управления 122
Заключение 132
Литература 134
Приложение 1 143
Приложение 2 151
Приложение 3 153
Введение к работе
Актуальность темы. Интенсификация производственных процессов неизбежно ведет к росту нагруженности агрегатов, возрастанию механических напряжений в элементах машин, ускорению темпов износа деталей и сокраш,е- нию сроков их службы. Работа прокатных станов (в том числе и непрерывных) характеризуется цикличностью. Наряду с установившимися режимами работы здесь имеют место интенсивные переходные процессы. Особую опасность представляют переходные процессы в начальной стадии прокатки - явления, во многом напоминаюш;ие удары и вызывающие возникновение динамических нагрузочных моментов, в несколько раз превышающих статические нагрузки. Согласно статистическим данным 90% разрушений деталей машин носят усталостный характер и происходят в результате действия переменных динамических нагрузок. Анализ литературных источников показывает, что оптимизация динамических нагрузок элементов приводных линий прокатных станов путем настройки параметров электропривода способствует значительному снижению динамических моментов в переходных процессах.
Вследствие интенсивного износа технологического оборудования прокатных станов и целого ряда других причин реальная электромеханическая система (ЭМС) приводной линии является существенно нестационарным объектом, свойства которого с течением времени значительно изменяются. Причем наряду с относительно плавным дрейфом параметров, имеют место и резкие скачкообразные изменения характеристик системы. Помимо этого, на ЭМС прокатных станов воздействует спектр внешних возмущений, характер которых также варьируется от плавных и непрерывных до резких и скачкообразных. Все это позволяет сделать вывод, что реальные ЭМС прокатных станов, наряду с ярко выраженной нестационарностью, являются еще и стохастическими объектами. Существует необходимость в разработке структуры и эффективных алгоритмов функционирования оптимальной адаптивной системы автоматического управления главными электроприводами прокатных станов с целью обеспечения непрерывной оптимизации динамических нагрузок элементов приводных линий независимо от характера нестационарности ЭМС прокатных станов и воздействия на них внешних возмуп];ающих факторов.
Работа выполнена на кафедре электропривода Липецкого государственного технического университета в соответствии с планом научно- исследовательских работ по теме «Исследование систем программного управления технологическими процессами».
Цель работы состоит в синтезе оптимальной адаптивной системы автоматического управления главными электроприводами прокатньк станов для осуществления непрерывной оптимизации динамических нагрузок элементов электромеха- вических систем прокатньк станов независимо от характера их нестационарности и воздействия внешних возмущающих факторов.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
Разработан способ поисковой оптимизации пиковых динамических нагрузок элементов ЭМС прокатных станов с нормальным распределением слзАай- ных шагов и адаптацией вероятностных свойств распределения направления случайных шагов.
Разработан алгоритм адаптации интенсивности самообучения в процессе поисковой оптимизации пиковых динамических нагрузок элементов ЭМС прокатных станов на основе значения модуля разности производной динамических нагрузок.
~ Разработан алгоритм адаптации величины рабочего шага в процессе поисковой оптимизации пиковых динамических нагрузок элементов ЭМС прокатных станов на основе соотношения удачных и неудачных проб.
Сформулирован критерий окончания поиска, повышающий эффективность поисковой оптимизации динамических нагрузок.
Разработана математическая модель в виде структурной схемы распределенной многомассовой электромеханической системы черновых клетей прокатных станов.
Проведены экспериментальные исследования на математической модели ЭМС черновой клети №1 стана 2000 ОАО Ново липецкого металлургического комбината (НЛМК), подтвердившие высокую эффективность разработанных алгоритмов поисковой оптимизации пиковых динамических нагрузок ЭМС прокатных станов и адаптации его параметров.
Разработан одношаговый набросовый способ адаптивной идентификации зависимости пиковых динамических нагрузок элементов ЭМС прокатных станов от настроек регуляторов системы подчиненного регулирования главных электроприводов прокатных станов.
Разработана несмеш;енная оценка критерия адекватности идентифицированных зависимостей динамических нагрузок от настроек регуляторов, повышающая эффективность процесса адаптивной идентификации.
Проведены экспериментальные исследования на математической модели ЭМС черновой клети №1 стана 2000 ОАО НЛМК, подтвердившие высокую скорость сходимости разработанного алгоритма адаптивной идентификации зависимости пиковых динамических нагрузок ЭМС прокатных станов от настроек регуляторов и высокую точность получаемых моделей.
Разработана структура аппаратной части оптимальной адаптивной системы автоматического управления главными электроприводами ЭМС прокатных станов.
Разработан алгоритм функционирования оптимальной адаптивной системы автоматического управления главными электроприводами ЭМС прокатных станов.
Проведены экспериментальные исследования на математической модели ЭМС черновой клети №1 стана 2000 ОАО НЛМК, подтвердившие высокую эффективность разработанной оптимальной адаптивной системы автоматического управления главными электроприводами ЭМС прокатных станов.
Разработано программное обеспечение для ЭВМ, позволяющее оптимизировать задаваемую аналитически функцию качества (в том числе зависимость пиковых динамических нагрузок элементов ЭМС прокатных станов от настроек регуляторов системы подчиненного регулирования) с возможностью задания ограничений на оптимизацию, точности вычислений и области допустимых значений входньк параметров. Программное обеспечение может являться составной частью системы автоматизированного проектирования оборудования прокатных станов, значительный интерес представляет его использование в научных исследованиях и учебном процессе. Программное обеспечение внедрено в учебный процесс, — Разработано программное обеспечение, позволяющее идентифицировать математические модели нелинейных объектов (в том числе зависимость пиковых динамических нагрузок элементов ЭМС прокатных станов от настроек регуляторов системы подчиненного регулирования) с возможностью ввода экспериментальных данных, задания точности вычислений, выбора структуры синтезируемой модели и вывода синтезированной модели в аналитическом виде. Программное обеспечение может являться составной частью системы автоматизированного проектирования оборудования прокатных станов, значительный интерес представляет его использование в научных исследованиях и учебном процессе. Программное обеспечение внедрено в учебный процесс.
Методы исследования. Задачи, поставленные в ходе исследования, решались с помощью математического моделирования на ЭВМ с применением численных и аналитических методов; использовались положения и методы теории оптимального и экстремального управления; методы адаптивной идентификации; методы моделирования ЭМС с упругими связями и зазорами передач; методы программирования ЭВМ; элементы теории прокатки; экспериментальные данные, полученные на черновой клети №1 стана 2000 ОАО НЛМК.
Научная новизна работы. 1. Разработан способ поисковой оптимизации пиковых динамических нагрузок элементов электромеханических систем главных приводов прокатных станов и алгоритмы его параметрической адаптации, имеющий значительно более высокую скорость сходимости по сравнению с существующими способами.
Разработан одношаговый набросовый способ адаптивной идентификации зависимости пиковых динамических нагрузок элементов электромеханических систем прокатных станов от настроек регуляторов системы подчиненного регулирования главных приводов прокатных станов, имеющий существенно более высокую скорость сходимости при значительно меньшей погрешности получаемых параметров по сравнению с существующими способами.
Разработана математическая модель в виде структурной схемы распределенной многомассовой электромеханической системы черновых клетей прокатных станов, позволяющая корректно исследовать динамические процессы в системе.
Разработан алгоритм функционирования оптимальной адаптивной системы автоматического управления главными приводами электромеханических систем прокатных станов, позволяющий эффективно минимизировать пиковые динамические нагрузки элементов приводных линий независимо от их нестационарности и воздействия внешних возмущающих факторов.
Разработана компьютерная модель алгоритма функционирования оптимальной адаптивной системы автоматического управления главными электроприводами электромеханических систем прокатных станов.
Разработана компьютерная модель оптимальной адаптивной системы автоматического управления главными электроприводами электромеханических систем прокатных станов.
Разработано программное обеспечение для ЭВМ, позволяющее оптимизировать задаваемую аналитически функцию качества (в том числе зависимость пиковых динамических нагрузок элементов ЭМС прокатных станов от настроек регуляторов системы подчиненного регулирования). Программное обеспечение может являться составной частью системы автоматизированного проектирования оборудования прокатных станов, значительный интерес представляет его использование в научных исследованиях и учебном процессе.
Способ поисковой оптимизации пиковых динамических нагрузок элементов электромеханических систем прокатных станов и алгоритмы его параметрической адаптации.
Одношаговый набросовый способ адаптивной идентификации зависимости пиковых динамических нагрузок элементов электромеханических систем прокатных станов от настроек регуляторов системы подчиненного регулирования главных приводов прокатных станов,
Математическая модель в виде структурной схемы распределенной многомассовой электромеханической системы черновых клетей прокатных станов.
Алгоритм функционирования оптимальной адаптивной системы автоматического управления главными электроприводами электромеханических систем про- катньк станов,
Программное обеспечение для ЭВМ, позволяющее оптимизировать задаваемую аналитически функцию качества (в том числе зависимость пиковых динамических нафузок элементов ЭМС прокатньк станов от настроек регуляторов системы подчиненного регулирования),
Программное обеспечение, позволяющее идентифицировать математические модели нелинейных объектов (в том числе зависимость пиковых динамических нафузок элементов ЭМС прокатньк станов от насфоек регуляторов системы подчиненного регулирования).
Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике», Новочеркасск, 2001;
Научно-технической конференции кафедры электропривода ЛГТУ, Липецк, 1999;
Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах», Новочеркасск, 2000;
Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в проектировании микропроцессорных систем», Тамбов, 2000;
II Международной научно-практической конференции «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы», Новочеркасск, 2001;
Научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия», Липецк, 2001.
Практическая ценность.
4. Разработано программное обеспечение, позволяющее идентифицировать математические модели нелинейных объектов (в том числе зависимость пиковых динамических нагрузок элементов ЭМС прокатных станов от настроек регуляторов системы подчиненного регулирования) Программное обеспечение может являться составной частью системы автоматизированного проектирования оборудования прокатных станов, значительный интерес представляет его использование в научных исследованиях и учебном процессе.
На защиту выносятся.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на:
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 17 работ, отражающих содержание диссертационной работы. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежит: в [2-4, 7, 11-14, 17] - разработка и исследование способа поисковой оптимизации и алгоритмов адаптации его параметров; в [5, 6, 16] - разработка и исследование одношагового набросового способа адаптивной идентификации параметров самонастраивающихся моделей; в [8-10, 15] - разработка и экспериментальное исследование на математических моделях структуры и алгоритма функционирования оптимальной адаптивной системы автоматического управления.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и четырех приложений. Объем работы составляет 155 страниц, в том числе 133 страницы текста, 28 рисунков, 7 таблиц, библиографического списка из 83 наименований, трех приложений на 11 страницах.
