Адаптивный регулятор для непрерывного стана холодной прокатки

 

Союз Советских

Социалистических

ОП ИСАНИ Е

И ЗОБ РЕ ТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >494207

Республик с 1

I (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.07.73 (21) 1945112/22-2 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 05.12,75. Бюллетень № 45

Дата опубликования описания 26.05.76 (51) М. Кл. В 21b 37/02

Государственный комитет

Сонета Инннстрэв СССР ло делам изобретений н открытий (53) УДК 621.771 237-503. 51.531.7 (088.8) (72) Автор изобретения (71) Заявитель

Б. С. Бройдо

Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт «Цветметавтоматика» (54) АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР

ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО СТАНА

ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ

Изобретение относится к прокатному производству.

Известно устройство для автоматического регулирования толщины полосы на непрерывном стане, содержащее системы управления скорости прокатных двигателей, измеритель отклонения толщины в одном из межклетевых промежутков и блок регулируемого запаздывания, соединенный с каналами согласованного воздействия на скорости предыдущих относительно указанного измерителя толщины клетей, а также дополнительные каналы, соединенные через дополнительные, соответствующие каждой клети, блоки регулируемого запаздывания с блоками управления скоростью всех предыдущих и одной последующей клети.

Недостатки известного устройства следующие.

Измерение толщины осуществляется в одном из межклетевых промежутков, что не позволяет учитывать влияние неизмеряемых возмущений (условия смазки, температурное расширение валков, колебание механических свойств полосы) на отклонение толщины в последующих клетях, и, следовательно, снижает точность регулирования.

Не используются регулирующие воздействия на растворы между валками, что ограничивает диапазон регулирования толщины.

Отсутствует контроль за фактическим значением межклетевых натяжений, что может привести к ухудшению качества или даже обрыву полосы.

Запаздывания между измерителем толщины в одном из первых межклетевых промежутков и выходными клетями стана велики, что снижает точность реализации этих запаздываний и работы регулятора в целом.

Не предусмотрена автоматическая настройка всех параметров каналов регулирования по возмущению в зависимости от сортамента прокатки, что снижает точность работы регулятора.

Цель изобретения — повышение точности прокатки.

Для этого адаптивный регулятор для kклетьевого стана содержит измерители отклонений натяжения и толщины полосы перед каждой i-ой клетью и соответствующие каждой i-ой клети два сумматора, выходы которых подключены соответственно к входам систем управления скоростью приводного двигателя и раствором между валками этой клети, а также один матричный преобразователь, каждый из которых содержит (k — +1) параллельных канала преобразования; выходы указанных измерителей отклонения натяжения и толщины каждой клети подключены соответственно непосредственно и через блок, »оделирующий запаздывание от измерителя тол3 шины до следующей за ним клети, к входам соответствующего этой 1-ой клети матричного преобразователя, а выходы ка((алов преобразования последнего — к входам указан:(ых су1к))аторов 1-ой и всех предыдущих клетей, причем указаш(ые ка:(алы преооразова - ия содержат вычнсл)(тельные блоки..которые моделируют передаточные функции клетей и электроприводов, соответствующпе задаш)ом режиму прокатки в сочета((ии, обеспечива)ощем инвариантность выходной толщины 11 переднего натяжения каждой кл"Tи по отношеншо к отклонениям входной толщины, заднего натяжения и неизмеряемых возмушеIIIIÉ на ГхОдах В ех предшествуlо!цих кл тей.

С цель;о дальнейшего повышеш)я точ;(ости регулирова толщины и натяжения полосы при изменении сортамента, режима и скороCTrl ПРОКатКИ ПРЕДУСМОТРЕНО ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ вычислительное устройство, корректируюш:. коэффициенты и параметры передаточных функций вычислительных блоков матричных преобразователей и блоков регулируемого загаздывания в зависимости от сортамента, режима и скорости прокатки в соответствии с данными, заложенными в память и/или поступаю;цими от датчиков технологических параметров прокатки. объединением одноименных входов ",ñåõ входящих в пего вычислительн(ых блоков 29 — 88.

Одноименные выходы вычислительных блоков каждого матричного преобразозателя подключены соответственно к входам сумматоров

89 — 42 11 48 — 4б одной последующей и всех предыдущих клетей, выходы сумматоров 89—

42 — к входам систем 5 — 8 управления раствором, а выходы суммaTOpOB 48 — 46 — к входам систем управления с <оростью 9 — 12.

Каждый вычис IIITQльный олок матричног0 преобразователя может быть реализован, и» пример, в виде аналогового вычислительного устройства, собранного на операционных усилителях, как это показано на фиг. 2. Опер",ционные усилители 47, к входу которых по:,— ключены пассивные двухнолюснш.и 48, а в цепь обратной связи — двухполюсники 49, моделируют требуемые передаточные функции матричного преобразователя по соответствующему каналу.

Вход 50 блока подключе:» к входам двух двухполюсников 48 непосредственно, а к входу 51 блока, подключенному к входам двух остальных двухполюсников, присоединен выход упомянутого блока регулируемого запаздываш)я 21 (22 — 24). Выходы усил:.)телей 47 подключены попарно к входам двух сум;IaTOров 54 и 55, выходы которых 52 и 58 являются выходами вычислительного блока. Двухполюсники 48-и 49 и блоки 21 — 24, моделируюшие запаздывание, имеют дополнительные входы 5б, подключенные к выходу корректирующего вычислительного устройства 54, с по35 мощью которых параметры указа)шых двухполюсников и блоков известным способом могут изменяться в соответствии с сортаментом, режимом и скоростью прокатки по сигналам датчиков технологических параметров и/или

40 программного устройства, подключе)шых к входам 55, 5б вычислительного устройства 54.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого регулятора для k-клетевого непрерывного стана (k = 4); на фиг. 2 — один из вариантов реализации вычислительного блока матричного преобразователя в виде аналогового вычислительного устройства.

Регулятор содержит четыре клети 1 — 4 стана, системы управления раствором между валками 5 — 8 и скоростью приводных двигателей 9 — 12. На выходе из клетей 2 — 4 и па входе стана установлены измерители 18 — 1б отклонения толщины и натяжен:)я 17 — 20.

Указанные измерители толщины подключены через блок 21 — 24 регулируемого запаздывания, а измерители натяжения непосредственно подключены к входам матричных преобразователей 25 — 28. Каждый матричный преобразователь содержит (k — i+1) параллельных канала преобразавания 29 — 82, 88 — 85, 86 — 87 и 88 соответственно. Каждый из указанных каналов содержит вычислительный блок с двумя входами и двумя выходами, который содержит элементы, моделирующие передаточные функции клетей и электроприводов стана. Каждый из входов каждого матричного преобразователя 28 — 25 образован

Для обоснования структуры и работы устройства рассмотрим систему матричных уравнений для L-изображений приращений переменных, описывающих работу трехклетевого непрерывного стана, при нулевых начальных условиях:

При работе регулятора сигналы отклонеHHH толщины илп натяжения полосы на входе

45 стана и в любом межклетевом промежутке вызывают такое изменение растворов и скоростей последующей и всех предыдуших клетей, чтобы скомпенсировать возникшее отклонение на выходе последующей клети.

В() Z,, В,Z2 (1) в,,z (1) (2) + -)- В) 1 (2\ тВ22 ; — 1 — В21 11 1 — В22) (1) (2) (2)

+ Вз2 Z + Âçç Z4 -, — Вз, 1, + В, V2 + В„,, У2 (1) (1), (2) (2) r (2)

Z1,—— В1Х1 г = В2Х2 г„.= в,х„

494207

0 0 з2 Dзз

D(l) о, = D(l) о1 D(1) З1 (10) y = Р1 (+ gk) + Р2 1 (",=р)(, где (0

==Z

,Х, Х=,Х2 ХЗ

У1 :, У,Уз =1г: О

ZI (13) 40 — составные векторы

В2) 0 3

Вз2 Взз (l ) (1) .В, 0

О, В() II

В 12) В

З1 В"

11 = в",, (1) ЛЗ1 о о

)" =

1 (2) (2) Вз Взз

0 О, B20

Вз (6) 1.1 1 + 26 1 = О, б1 12 )1 откуда (9) где

Х;= (ЛН1;, ЛТ,;) г — вектор регулируемых переменных;

У;+1 — — (ЛН„, ЛТ„) г — вектор измеряемых возмущений;

У,= (Ли:, Лд;)г — вектор управляющих переменных;

ЛН, ЛТ, Лп, hd — приращения толщины полосы межклетевого натяжения, скорости приводного двигателя и раствора между валками:

i= (1, 2, 3) — номер клети;

0,1 — гп(дексы сторон входа и выхода клети;

В,."), В(, .) — матрицы размером 2Х2, элементами которых являются передаточные функции клетей и электроприводов;

81=diag(е,1) — диагональная матрица, содержащая оператор запаздывания.

Появление добавочных слагаемых в каждой последующей строке (1) отражает, как известно, наличие обратных связей между смежными клетями через скорость входа в последующую клеть.

Запишем (1) II (2) в виде двух матричных уравнений (3) (4) — блочные матрицы и сформируем вектор управления в соответствии с уравнением =61(+ ) ), (7) где 6I — подлежащий определению оператор.

Решая совместно (3) и (7), находим:

Х= (PI+(2()1) (+ ),) (8)

Из (8) видно, что условие инвариантности х относительно (. и ("1„. может быть записано в виде

Учитывая. определения матриц В(,.-;. и (б) легко показать, что Ь1 — нижняя квазптреугольпая блочная матрица, имеющая впд: где D(!) — матрицы передаточных функций !

/ размером 2Х2, элементы которых могут быть выражены через известные передаточные функции всех клетей и электропрпводов с помощью уравнения (9).

Уравнение (7) можно записать в виде системы матричных уравнений

У, =- В,",Т + ВЯ Лз —, Пйг,, которая подтверждает предложенную структуру матричных преобразователей и пх соединение с сумматорами управляющих переменных. Структура блоков, входящих в матричный преобразователь, легко получается, например, пз первого уравнения (11), в соответствии с которым (11) ) (111() Т (1-) 35 где d(,,"",.!") — элементы матрицы D(",) (дробнорациональные функции оператора Лапласа S), или

Ьп,:=. г ),пЯЛН„, + d(Io (S)ËT„, ЬД1 — d 21 (S)AHP1 1 d2 (5)Ь ТО1

Приращение толщины ЛН„; на в оде в (i-ую) клеть моделируется по сигналу измерителя

4- отклонения толщины на выходе (i + 1)-ой с помощью блока с регулируемым запаздыванием т; — т„;, где т.„; запаздывание от выхода из (i + 1) -ой клети, до установленного за ней измерителя отклонения толщины.

50 Уравнения (11), (13), определяющие структуру матричных преобразователей, могут быть реализованы цифровой вычислительной машиной либо аналогичным вычислительным устройством, показанным на фиг. 2, где

55 передаточные функции d"!, .) (11), определяемые из (9) моделируются операционными усилителями 47. В соответствии с предметом изобретения предусмотрена коррекция коэффициентов и параметров блоков регулируемо60 ro запаздывания и блоков матричного преобразователя при изменении характеристик объекта, зависящих от сортамента, режима и скорости прокатки. Соответствующее корректирующее вычислительное устройство 54 на

65 основе информации о состоянии объекта, либо

494207 фиг.7 заранее заложенной программы вырабатывает сигналы на коррекцию программы, либо параметров блоков матричного преобразователя в соответствии с изменившимися передаточными функциями стана.

Предмет изобретения

1. Адаптивный регулятор для непрерывного стана холодной прокатки, состоящего из клетей или k-клетевой группы, содержащий системы управления скоростью всех клетей, измеритель отклонения толщины в одном из межклетевых промежутков и блоки регулируемого запаздывания, отличаюшийся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона регулирования толщины, он дополнительно содержит системы управления раствором всех клетей, устайзвленные перед каждой i-ой клетью измерители отклонения толщины и натяжения полосы и соответствующие каждой 3-ой клети два сумматора и матричный преобразователь с (k — i+1) параллельными каналами преобразования, каждый пз которых содержит вычислительное устройство, выход каждого измерителя отклонения толщины соединен через блок, моделирующей запаздывание между этим измерителем и последующей клетью, к одному входу матричного преобразователя данной клети, а выход каждого измерителя отклонения натяжения — ко второму входу матричного преобразователя, выходы матричного

5 преобразователя -ой клети подключены к входам сумматоров i-ой и всех предыдущих клетей, а выходы обоих сумматоров каждой клети подключены соответственно к входам систем управления скоростью и раствором

10 этой клети.

2. Адаптивный регулятор по п. 1, отличаюи1ийсл тем, что вычислительные устройства каналов преобразования содержат блоки, моделирующие передаточные функции клетей и

15 электроприводов в сочетании, обеспечивающем инвариантность выходной толщины и переднего натяжения каждой клети по отношению к отклонениям входной толщины и заднего натяжения указанной клети, а также о к неизмеряемым возмущениям на входах всех предшествующих клетей.

3. Адаптивный регулятор по пп. 1 и 2, отличтошийся тем, что он содержит дополнительное вычислительное устройство, входы которого соединены с датчиками технологических параметров и тахогенераторами клетей, а выходы к дополнительным выходам блоков регулируемого запаздывания и вычислительных устройств матричных преобразователей.

494207

Составитель А. Абросимов

Техред М. Семенов

Редактор И. Квачадзе

Корректоры В. Гутман и И. Симкина

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 493/732 Изд. М 188 Тираж 977 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5