Жукова Н.В. Енергетичний метод управління неперервним технологічним процесом виробництва порошкового дроту для позапічної обробки металургійних розплавів. Збірник наукових праць за підсумками 12-ої міжнародної науково -практичної конференції "Сучасні інформаційні та енергозберігаючітехнології життезабезпечення людини". Видав. Київський національний університет технологій та дизайну. №12: Київ, 2002.

УДіК 621.771.06:83-5

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ МЕТОД УПРАВЛІННЯ НЕПЕРЕРВНИМ ТЕХНОЛОГІЧНИМ ПРОЦЕСОМ ВИРОБНИЦТВА ПОРОШКОВОГО ДРОТУ ДЛЯ ПОЗАПІЧНОЇ ОБРОБКИ МЕТАЛУРГІЙНИХ РОЗПЛАВІВ

Вступ. Технологічний процес (ТП) виробництва порошкового дроту (ПД) для позапічної обробки металургійних розплавів характеризується відсутністю виміру основних силових технологічних параметрів процесу: сили прокатки і натяги дроту в міжклітьових проміжках (МКП). Аналіз існуючих систем автоматизації родинних ТП виробництва зварювальної ПД із застосуванням прямоточних волочильних станів показав, що ці системи працюють за принципом саморегулювання. Основний смисл принципу саморегулювання складається в зниженні жорсткості механічних характеристик багатозв'язних електроприводів, що беруть участь у безупинному ПТ. Якість роботи багатозв'язних електромеханічних систем (ЕМС) при цьому тільки поліпшується. Однак при використанні існуючих систем управління виникають проблеми з появою жорстких функціональних обмежень між маршрутом деформування дроту й електромеханічних параметрів багатозв'язної ЕМС, що приводить до зниження якісних показників технології. Крім цього, система управління профілегібочним станом не повинна залежати від діаметрів валків, що катають, робітників клітей, що підвищує стабільність технології при зносі робочого інструмента і його неупорядкованому переточуванню, що неможливо виконати в існуючих системах при наявності вищезгаданого функціонального обмеження. Таким чином, для стабілізації технології виробництва ПД необхідна розробка системи автоматизації технологічним процесом, яка б забезпечувала погоджену роботу багатозв'язних електроприводів і проведення безупинної технології профілювання в стаціонарному режимі.

Постановка задачі. ТП виробництва ПД реалізується за допомогою багатозв'язної ЕМС, метою управління якої є приведення останньої до стаціонарного стану, що відповідає закону збереження маси в стаціонарному виді (сталості секундних об'ємів: ) при невідомій інформації про стан робочого тіла як у МКП, так і у вогнищах деформації. Стаціонарний стан визначає стійкий режим технології профілегібки, при якому стаціонарні по всіх переділах технологічні параметри процесу: міжклітьового натягу, швидкість, площі поперечних переріз дроти, а також електромеханічні параметри електроприводів.

У розробленому методі синтезу структури координат багатозв'язної ЕМС на нижньому рівні управління [1] використаний принцип саморегулювання. Лінійна модель міжклітьових пружних зв'язків і нормоване приведення кінематики ЕМС дозволили формалізувати метод синтезу структури регульованих координат багатозв'язної ЕМС на нижньому рівні управління.

З використанням методу синтезу, виявлена однорідна структура регульованих координат по електромеханічних потужностях на нижньому рівні управління.

Проведено моделювання динаміки багатозв'язної ЕМС із найбільше часто застосовуваною структурою координат ЕМС (швидкість-момент-момент-момент) і із синтезованої по потужностях. Результати моделювання показали, що при використанні структури координат (швидкість-момент-момент-момент) на нижньому рівні управління, безупинний процес профілювання можна реалізувати тільки при вимірі межклетевьгх чи натягів при обов'язковому петлестворюванні, що неможливо для розглянутого об'єкта.

Отже, потужність є інваріантною величиною стосовно застосовуваного механічного й електричного устаткування, а залежить тільки від енергоємності конкретної технологічної операції і її продуктивності.

Таким чином, за рахунок з'єднання локальних електроприводів, керованих по потужності, у загальну однорідну електромеханічну систему, можливі: рішення поставленої задачі автоматизації управління безупинним технологічним процесом профілювання з відсутністю виміру силових параметрів процесу.

Використання регулятора потужності вже доведено існуючою проблемою узгодження роботи валків в одній кліті. Відомо, що диференціальнії шестеренна кліть (механічниіі дільник потужності) знімає цю проблему і з напівприводної кліті виходить кліть робоча з двома повноправними приводними валками [2]. Об'єднавши відомий спосіб узгодження роботи двох валків однієї кліті і розроблений спосіб за узгодженням роботи приводних клітей між собою, запропонований найбільш кращий варіант технологічної схеми побудови профілегібочного стану (мал.З), що реалізує структуру управління по потужності. Це дає можливість проведення процесу профілювання в погодженому швидкісному й оптимальному силовому режимах, що забезпечує стабілізацію безупинної технології і є найважливішим чинником поліпшення якості продукції, зниження енергетичних втрат і зносу валків.

Реальний об'єкт із реальним робочим тілом, реологічні характеристики якого нелінійні, вимагає верхнього рівня управління. Функціональне призначення верхнього рівня управління - це корекція початкового розподілу потужностей двигунів з метою приведення системи до стаціонарного стану. Оскільки нижній рівень управління побудований по потужностях, то збереженню маси відповідає збереження енергії також у стаціонарному виді без зміни кінетичної енергії системи і відсутності необоротного споживання енергії в МКП. Таким чином, об'єднання основних законів збереження однозначно визначає стаціонарний стан багатозв'язної ЕМС і визначає побудову верхнього рівня управління:

У цьому вираженні константа дорівнює сумарної потужності, вкладеної в систему. Сумарна електромеханічна потужність системи залежить від питомих опорів технологічних операцій і їхній продуктивності П. Тому сумарна потужність формується за допомогою задатчика продуктивності П, її регулятора і «датчика» продуктивності (датчик швидкості на виході з третьої кліті [3].

Критерієм якості управління системою є екстремум (мінімум) сумарної потужності, споживаною технологічною лінією виробництва ПП при заданій продуктивності процесу:

   (1)

Оптимальний розподіл потужностей, що відповідає екстремальному значенню критерія управління системою на верхньому рівні управління знаходиться за допомогою градієнтного методу пошуку теорії екстремального управління. Вектор grad I спрямований убік збільшення (зменшення) функції I. У точці екстремума grad І = 0.

Градієнтний метод пошуку екстремального значення критерія управління для розглянутого об'єкта має особливе трактування [4], що дозволяє ідентифікувати стійкий пружний зв'язок між клітями за рахунок не одночасної, а послідовної варіації керуючих впливів - потужностей двигунів. Фактично, градієнт (1) трансформується в локальні j-ті градієнти:

   (2)

У вираженні (2) локального j-ro градієнта аргументом є варіація j-ої локальної потужності (), а функцією - сума інших потужностей приводів () при і!=j. Таким чином, глобальний екстремум (1) найбільше контрастно виділяється, коли у функції градієнта враховується сума потужностей інших приводів (і!=j) при варіації j-ої локальної потужності.

Ідентифікація компонентів градієнта визначає чотири обмеження [4], що враховуються при реалізації пропонованого енергетичного методу й алгоритми управління на об'єктах даного класу.

Література.

1. Литвинов В.И., Жукова Н.В. Анализ регулируемых координат злектропривода на предмет их использования в системе управления малоинформативным многосвязным злектромеханическим обьектом / ОАО «Завод «Универсальное оборудование» - Донецк, 2001. - 67с. - Рус. - Деп. и ГНТБ Украины 09.04.2001, № 68-Ук 2001 // Реф. в ж. Депонированные научные; работы, 2001.
2. Тришевский И.С., Гатилов Л.С.. Докторов М.Е., Скоков Ф.И. Исследование скоростного режима профилирования /«Теория и технология производства зкономичных гнутых профилей проката», вып.15. - Харьков: УкрНИИмет, 1970.-323-336 с
3. Жукова Н.В. Автоматизированное управление малоинформативными непрерывными технологическими процессами обработки металла давлением // Труды Одесского политехнического университета: Научный и производственно-практический сборник по техническим и естественным наукам. - Одесса, 2001. - Вып. 3(15). - сі6-24.
4. Жукова Н. В. Про використання градієнтного методу пошуку при побудові пошукової системи управління неперервними технологічними процесами обробки металу тиском //Наукові праці Донецького Національного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та авоматизація, випуск 38: Донецьк: РВА ДонДТУ, 2002. - с. 13-19.