RU2504447C2 - Automatic control over dc motors of rolling mill master drives - Google Patents
Automatic control over dc motors of rolling mill master drives Download PDFInfo
- Publication number
- RU2504447C2 RU2504447C2 RU2011154361/02A RU2011154361A RU2504447C2 RU 2504447 C2 RU2504447 C2 RU 2504447C2 RU 2011154361/02 A RU2011154361/02 A RU 2011154361/02A RU 2011154361 A RU2011154361 A RU 2011154361A RU 2504447 C2 RU2504447 C2 RU 2504447C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- motor shaft
- motor
- rpm
- speed
- rotation
- Prior art date
Links
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000013024 troubleshooting Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Multiple Motors (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам автоматического управления двигателями постоянного тока в главных приводах клетей прокатного стана, в задачу которых входит циклическое изменение скорости прокатки и поддержании заданной скорости прокатки при изменении момента прокатки.The invention relates to automatic control systems for DC motors in the main drives of the stands of the rolling mill, the task of which is to cyclically change the rolling speed and maintain a given rolling speed when the rolling moment changes.
Известен алгоритм пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) регулирования с обратной связью (описанный в Денисенко В.В. «Компьютерное оделирование ехнологическим роцессом, экспериментом, оборудованием»), который доминирует в сфере управления двигателями главных приводов прокатных станов и описывается выражением:A well-known proportional-integral-differential (PID) control algorithm with feedback (described in VV Denisenko “Computer dressing by technological process, experiment, equipment”), which dominates the control of the engines of the main drives of rolling mills and is described by the expression:
где t - время;where t is time;
K, Ti, Td - пропорциональные безразмерные коэффициенты,K, T i , T d - proportional dimensionless coefficients,
y - регулируемая,y - adjustable
u - выходная величина регулятора.u is the output value of the controller.
В частном случае пропорциональная, интегральная или дифференциальная компоненты могут отсутствовать и такие упрощенные регуляторы называют П, И или ПИ регуляторами.In the particular case, the proportional, integral, or differential components may be absent, and such simplified regulators are called P, I, or PI controllers.
Входом объекта управления является выход регулятора, т.е. величина u, которая имеет ту же размерность, что и рассогласование е, выходная величина y и управляющее воздействие r. Т.е., если объект управляется током или частотой вращения вала, во всех этих случаях управляющей величиной является u, а в модель объекта управления Р следует ввести преобразователь величины и в ток или в частоту вращения вала соответственно. Таким воздействием во всех случаях должна быть величина u (выходная величина регулятора). Однако прокатный стан включает в себя линию прокатных клетей, содержащих валковые системы и системы привода, состоящие из шестеренных клетей, редукторов, шпинделей, валов и муфт, что составляет сложную многомассовую систему, не поддающуюся полноценному математическому описанию, кроме того, существует взаимное влияние прокатных клетей друг на друга через прокатываемую заготовку. Сама заготовка имеет неравномерный по длине нагрев и может иметь различные дефекты структуры. Это приводит к непредсказуемым и неравномерным изменениям усилий прокатки, которые через систему привода передаются на вал двигателя. Несмотря на полученные результаты в области создания современной теории оптимальных САУ практическое применение этой теории для синтеза реальных систем пока еще сравнительно ограничено. Это объясняется тем, что построение на основе указанной теории систем для сложных объектов, у которых система описывается дифференциальными уравнениями высокого порядка или имеет сложный характер ограничений, при нынешнем состоянии средств управляющей и вычислительной техники практически не реализуемо. Поэтому существующие САУ используют приближенные алгоритмы управления (квазиоптимальные), незначительно в смысле избранного функционала, отличающиеся от строго оптимальных, но зато просто реализуемые на практике. При этом получается некоторое отклонение процесса от строго оптимального, однако управляющее устройство системы существенно упрощается. Для определения оптимальных коэффициентов существуют известные аналитические методы, такие как, методы Зиглера-Никольса, CHR (Chien, Hrones и Reswick) метод. Расчет параметров по формулам не может дать оптимальной настройки регулятора, поскольку аналитически полученные результаты основываются на сильно упрощенных моделях объекта. В частности, в них не учитывается присутствующая нелинейность. Кроме того, модели используют параметры, идентифицированные с некоторой погрешностью. Поэтому после расчета параметров регулятора производят его подстройку. Подстройку выполняют на основе правил, полученных из опыта, теоретического анализа и численных экспериментов.The input of the control object is the controller output, i.e. quantity u, which has the same dimension as the mismatch e, the output quantity y, and the control action r. That is, if the object is controlled by the current or the shaft speed, in all these cases, the control quantity is u, and in the model of the control object P, a value converter must also be introduced into the current or the shaft speed, respectively. In all cases, such an effect should be the value of u (the output value of the controller). However, the rolling mill includes a line of rolling stands containing roll systems and drive systems consisting of gear stands, gearboxes, spindles, shafts and couplings, which is a complex multi-mass system that cannot be fully described mathematically, and there is a mutual influence of the rolling stands each other through the rolled billet. The preform itself has heating uneven in length and may have various structural defects. This leads to unpredictable and uneven changes in the rolling forces, which are transmitted through the drive system to the motor shaft. Despite the results obtained in the field of creating a modern theory of optimal self-propelled guns, the practical application of this theory for the synthesis of real systems is still relatively limited. This is explained by the fact that the construction on the basis of this theory of systems for complex objects in which the system is described by high-order differential equations or has a complex character of limitations is practically not feasible in the current state of control and computer technology. Therefore, the existing self-propelled guns use approximate control algorithms (quasi-optimal), insignificant in the sense of the chosen functional, differing from strictly optimal ones, but simply implemented in practice. In this case, a certain deviation of the process from strictly optimal is obtained, however, the control device of the system is significantly simplified. To determine the optimal coefficients, there are well-known analytical methods, such as the Ziegler-Nichols methods, the CHR (Chien, Hrones and Reswick) method. Calculation of parameters by formulas cannot give an optimal regulator setting, since analytically obtained results are based on highly simplified object models. In particular, they do not take into account the present non-linearity. In addition, the models use parameters identified with some error. Therefore, after calculating the parameters of the regulator, it is adjusted. Adjustment is performed based on the rules obtained from experience, theoretical analysis and numerical experiments.
Они сводятся к следующему:They come down to the following:
- увеличение пропорционального коэффициента увеличивает быстродействие и снижает запас устойчивости;- an increase in the proportional coefficient increases speed and reduces the margin of stability;
- с уменьшением интегральной составляющей ошибка регулирования с течением времени уменьшается быстрее;- with a decrease in the integral component, the control error decreases faster with time;
- уменьшение постоянной интегрирования уменьшает запас устойчивости;- a decrease in the integration constant decreases the stability margin;
- увеличение дифференциальной составляющей увеличивает запас устойчивости и быстродействие.- an increase in the differential component increases the stability margin and speed.
Несмотря на эффективность и широкую распространенность ПИД-регуляторы имеют ряд недостатков. Контуры ПИД-регулирования трудно настраивать, их поведение не всегда предсказуемо, не всегда удается достичь требуемого быстродействия, затруднен поиск неисправностей. Кроме того, поскольку в формировании управляющего сигнала используется значение ошибки в цепи обратной связи форма управляющего сигнала не является идеальной, а «размывается» во времени (линии управляющего (2) и выходного (4) сигналов на фиг.2). Наиболее близким к заявленному изобретению является способ автоматического управления двигателями постоянного тока главных приводов прокатных станов, описанный в SU №1026870 А1, кл. В21В 37/46, 07.07.1983, устройство для управления главным электроприводом клети непрерывного прокатного стана.Despite the effectiveness and widespread use of PID controllers, there are a number of disadvantages. PID control loops are difficult to tune, their behavior is not always predictable, the required performance is not always possible, and troubleshooting is difficult. In addition, since the error value in the feedback circuit is used in the formation of the control signal, the shape of the control signal is not ideal, but is “blurred” in time (lines of the control (2) and output (4) signals in figure 2). Closest to the claimed invention is a method for automatic control of DC motors of the main drives of rolling mills described in SU No. 1026870 A1, class. ВВВ 37/46, 07/07/1983, a device for controlling the main electric drive of the stand of a continuous rolling mill.
Заявлено изобретение, характеризующееся тем, что позволяет решить задачу оптимального управления двигателем постоянного тока, то есть обеспечить выход на заданное значение скорости прокатки за минимальное время при минимальной диаграмме изменения тока якоря, не допуская перегрева двигателя и избежать указанных выше недостатков за счет формирования прямоугольного импульса напряжения в момент возникновения отклонения частоты вращения вала двигателя от заданной. Подобное отклонение возникает в момент изменения заданной частоты вращения, за счет инерционности двигателя и всей системы привода прокатной клети в целом, а так же, в момент изменения усилия прокатки (вход и выход заготовки из клети, неравномерность прогрева заготовки по длине и т.д.).The claimed invention is characterized by the fact that it allows to solve the problem of optimal control of a DC motor, that is, to achieve a predetermined rolling speed in a minimum time with a minimum diagram of the armature current, avoiding overheating of the motor and avoiding the above disadvantages due to the formation of a rectangular voltage pulse at the moment of occurrence of a deviation of the engine shaft rotation frequency from the preset one. A similar deviation occurs at the moment of changing the set rotation speed, due to the inertia of the engine and the entire drive system of the rolling stand as a whole, as well as at the time of changing the rolling force (input and output of the workpiece from the stand, uneven heating of the workpiece along the length, etc. )
Для определения оптимального управляющего воздействия строится математическая модель двигателя постоянного тока независимого возбуждения, которая описывается следующей системой дифференциальных и алгебраических уравнений:To determine the optimal control action, a mathematical model of a DC motor of independent excitation is constructed, which is described by the following system of differential and algebraic equations:
где u - напряжение на якорной обмотке,where u is the voltage at the armature winding,
е - ЭДС якоря,e - EMF of the anchor,
i - ток якоря,i is the armature current,
Ф - поток создаваемый обмоткой возбуждения,F is the flow created by the excitation winding,
М - электромагнитный момент двигателя,M is the electromagnetic moment of the engine,
Мс - момент сопротивления движению,M s - moment of resistance to movement,
ω - угловая частота вращения вала двигателя,ω is the angular frequency of rotation of the motor shaft,
R - активное сопротивление якорной цепи,R is the active resistance of the anchor chain,
L - индуктивность якорной цепи,L is the inductance of the anchor circuit,
J - момент инерции якоря и привода,J is the moment of inertia of the armature and drive,
Сω - коэффициент связи между угловой частотой вращения и ЭДС,With ω is the coupling coefficient between the angular frequency of rotation and EMF,
CM - коэффициент связи между током якоря и электромагнитным моментом.C M is the coupling coefficient between the armature current and the electromagnetic moment.
Для получения передаточных функций к уравнениям применяется преобразование Лапласа при нулевых начальных условиях. Уравнение (2) дает функцию, связывающую ток якоря и падение напряжения на якоре:To obtain transfer functions, the Laplace transform is applied to the equations under zero initial conditions. Equation (2) gives a function connecting the armature current and the voltage drop across the armature:
Уравнение (3) дает функцию, связывающую динамический момент и угловую частоту вращения:Equation (3) gives a function connecting the dynamic moment and the angular frequency of rotation:
Схема модели двигателя приведена на фиг.1.A diagram of the engine model is shown in figure 1.
Для формирования оптимального управляющего воздействия составляется таблица зависимости значений выражения
- максимально допустимое напряжение, подаваемое на якорь двигателя;- the maximum allowable voltage supplied to the motor armature;
- максимально допустимая перегрузка по току якоря двигателя (линия 1 на фиг.3);- the maximum allowable current overload of the motor armature (
- инерционность многомассовой системы, ограничивающей максимальное ускорение;- the inertia of a multi-mass system that limits maximum acceleration;
- время обработки сигналов существующими АСУ ТП. Предлагаемый способ управления двигателем можно реализовать на- signal processing time by the existing process control systems. The proposed engine control method can be implemented on
существующих ПИД контроллерах. Для этого полученное значение величины управляющего импульса вводится как коэффициент усиления пропорциональной составляющей, а по истечении необходимого времени регулирования данный коэффициент приравнивается к единице, до возникновения следующего отклонения. Интегральная и дифференциальная составляющие равны 0. На вход регулятора подается заданное значение частоты вращения, а значение отклонения используется для определения времени начала импульса.existing PID controllers. For this, the obtained value of the value of the control pulse is introduced as the gain of the proportional component, and after the necessary regulation time, this coefficient is equal to one, until the next deviation occurs. The integral and differential components are equal to 0. The setpoint value of the rotation frequency is supplied to the input of the controller, and the deviation value is used to determine the pulse start time.
Предлагаемый способ позволяет изменять параметры регулирования в широком диапазоне для достижения различных задач (учитывая указанные выше ограничения):The proposed method allows you to change the regulation parameters in a wide range to achieve various tasks (given the above limitations):
- максимально быстрый выход привода на заданную частоту вращения;- the fastest output of the drive to a given speed;
- минимизация токовых нагрузок;- minimization of current loads;
- исключение колебательных процессов перерегулирования;- the exclusion of oscillatory processes of overshoot;
- оптимизация управления по совокупности времени достижения заданной частоты вращения при минимальном токе якоря.- optimization of control over the aggregate time to reach a given speed with a minimum armature current.
Таблица значений, графики управляющих и выходных сигналов построены для двигателя МП 7000-115У4 со следующими номинальными параметрами - скорость w=l2.075 с-1, напряжение u=930 В, ток якоря I=7150 А, максимальная перегрузка по току 2.25 отн.ед., поток обмотки возбуждения Ф=0.4258 Вб, индуктивность якорной цепи L=0.000156 Гн, сопротивление якорной цепи R=0.003682 Ом, совокупный момент инерции многомассовой системы привода J=172000 кгм2, коэффициенты Cω=176 и CM=172. Параметры импульсного сигнала приняты исходя из равенства максимального тока в якорной цепи при ПИ и предлагаемом регулировании (фиг.3).A table of values, graphs of control and output signals are constructed for the MP 7000-115U4 engine with the following nominal parameters - speed w = l2.075 s -1 , voltage u = 930 V, armature current I = 7150 A, maximum current overload 2.25 rel. units, field winding flux Ф = 0.4258 W, inductance of the armature circuit L = 0.000156 H, resistance of the armature circuit R = 0.003682 Ohms, the cumulative moment of inertia of the multi-mass drive system J = 172000 kgm 2 , coefficients C ω = 176 and C M = 172. The parameters of the pulse signal are taken based on the equality of the maximum current in the anchor circuit with PI and the proposed regulation (figure 3).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011154361/02A RU2504447C2 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Automatic control over dc motors of rolling mill master drives |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011154361/02A RU2504447C2 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Automatic control over dc motors of rolling mill master drives |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011154361A RU2011154361A (en) | 2013-07-10 |
| RU2504447C2 true RU2504447C2 (en) | 2014-01-20 |
Family
ID=48787436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011154361/02A RU2504447C2 (en) | 2011-12-29 | 2011-12-29 | Automatic control over dc motors of rolling mill master drives |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2504447C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2619746C1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-05-17 | Евгений Витальевич Зубков | Method of expansion of the range of adjustment of acp without loss of sustainability |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2348756A1 (en) * | 1976-04-20 | 1977-11-18 | Westinghouse Electric Corp | TANDEM ROLLER CONTROL INSTALLATION |
| EP0130551A2 (en) * | 1983-06-29 | 1985-01-09 | Hitachi, Ltd. | Control method and apparatus for rolling mill |
| DE4220121C2 (en) * | 1992-06-16 | 1995-06-01 | Elpro Ag | Process for recording the actual tension value for a minimum tension control in a multi-stand continuous rolling mill |
-
2011
- 2011-12-29 RU RU2011154361/02A patent/RU2504447C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2348756A1 (en) * | 1976-04-20 | 1977-11-18 | Westinghouse Electric Corp | TANDEM ROLLER CONTROL INSTALLATION |
| EP0130551A2 (en) * | 1983-06-29 | 1985-01-09 | Hitachi, Ltd. | Control method and apparatus for rolling mill |
| DE4220121C2 (en) * | 1992-06-16 | 1995-06-01 | Elpro Ag | Process for recording the actual tension value for a minimum tension control in a multi-stand continuous rolling mill |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2619746C1 (en) * | 2016-03-24 | 2017-05-17 | Евгений Витальевич Зубков | Method of expansion of the range of adjustment of acp without loss of sustainability |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011154361A (en) | 2013-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9423782B2 (en) | Motor drive device | |
| CN102426417B (en) | PI (Proportional Integral) parameter mixed setting method | |
| KR101223669B1 (en) | Engine bench system control system | |
| CN106020124B (en) | Servo motor control device and collision detection method | |
| EP0884835A1 (en) | Method and apparatus for the field-oriented control of a sensorless asynchronmotor | |
| Pratama et al. | Design and implementation of water level control using gain scheduling PID back calculation integrator Anti Windup | |
| CN104993766A (en) | Two-mass system resonance suppression method | |
| DE112020005865T5 (en) | PROCESSING EQUIPMENT AND METHOD FOR DETERMINING A MODEL FOR CALCULATION OF WINDING TEMPERATURES | |
| RU2504447C2 (en) | Automatic control over dc motors of rolling mill master drives | |
| DE2605689C2 (en) | Procedure for setpoint control of the steam temperature for starting up the turbine and steam generator in block power plants | |
| Kaiser et al. | Fundamentals of servo motion control | |
| CN104971951A (en) | Transmission speed control method and system for reversible mill | |
| WO2012037983A1 (en) | Method for controlling an asynchronous machine having a converter in a manner that is optimal for (copper) loss | |
| JP5278333B2 (en) | Motor control device | |
| RU2446552C2 (en) | Device for automatic control of electromechanical system with viscoelastic kinematic link | |
| Salem et al. | PD controller structures: comparison and selection for an electromechanical system | |
| Mohammed et al. | Comparative Study of PID and FuzzyControllers for Speed Control of DC Motor | |
| Malafeev et al. | Mechatronic simulation of the 300 rolling mill | |
| RU2489797C1 (en) | Direct current electric drive for controlling object with elastic coupling | |
| EP4066375A1 (en) | Method and device for regulating an electric machine | |
| RU2837996C1 (en) | Method of controlling excitation of brushless synchronous generator | |
| Morfin et al. | Super-Twisting Algorithm Applied to Velocity Control of DC Motor without Mechanical Sensors Dependence | |
| RU2721791C1 (en) | Method for power controlling of system gas turbine - generator | |
| Holm et al. | Active control of speed fluctuations in rotating machines using feedback linearization | |
| RU2544483C1 (en) | Automated electric drive of rolling mill |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20151230 |