[go: up one dir, main page]

RU2523032C1 - Rolling mill drive - Google Patents

Rolling mill drive Download PDF

Info

Publication number
RU2523032C1
RU2523032C1 RU2013122503/07A RU2013122503A RU2523032C1 RU 2523032 C1 RU2523032 C1 RU 2523032C1 RU 2013122503/07 A RU2013122503/07 A RU 2013122503/07A RU 2013122503 A RU2013122503 A RU 2013122503A RU 2523032 C1 RU2523032 C1 RU 2523032C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
speed
sensor
electric drive
Prior art date
Application number
RU2013122503/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович Малафеев
Владимир Игоревич Коняшин
Original Assignee
Сергей Иванович Малафеев
Владимир Игоревич Коняшин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Иванович Малафеев, Владимир Игоревич Коняшин filed Critical Сергей Иванович Малафеев
Priority to RU2013122503/07A priority Critical patent/RU2523032C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2523032C1 publication Critical patent/RU2523032C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Direct Current Motors (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electric drive of a roll mill includes angular velocity setter (1) of independent-excitation DC motor (13), scaling amplifier (2), two comparator elements (3, 4), two nonlinear functional converters (5, 6) performing functions listed in the invention, controller switch element (7), limiting unit (8), speed and current controllers (9, 10), power amplifier (11), current and voltage sensors (12, 14), motor angular velocity and rolling speed sensors (15, 16); result is achieved by damping of oscillation caused by nonlinear dependency of rolling momentum from angular velocity of electric drive, and operating point shift in the electric drive to stable operation zone, which is performed by connection of constant signal U0 to input signal of current controller at critical angular velocity of motor rotation when oscillation evolves, in order to ensure controlled speed change and respective shift of operating point to stable zone.
EFFECT: improved quality of speed regulation in electric drive.
3 dwg

Description

Изобретение относится к автоматизированному электроприводу и предназначено для использования в составе промышленных технологических комплексов прокатного производства.The invention relates to an automated electric drive and is intended for use as part of industrial technological complexes of rolling production.

Известны электроприводы прокатных станов, содержащие электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, якорная обмотка которого через датчик тока подключена к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом регулятора тока, подключенного суммирующим входом к выходу регулятора скорости, а вычитающим входом к выходу датчика тока, задатчик и датчик угловой скорости двигателя, выходы которых подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам элемента сравнения, выход которого соединен с входом регулятора скорости, и датчик напряжения, подключенный к якорной обмотке двигателя (патент РФ №2065660. Опубл. 20.08.96, Бюл. №23, МПК H02P 5/06; Тиристорные электроприводы постоянного тока / А.Г.Иванов и др. - Электротехника, 2001, №2, с.10-15, рис.3; Пiвняк Г.Г., Бешта О.С., Фiлькiн М.П. Автоматизировании електропривод у прокатному виробництвi. - Днiпропетровськ, Нацiональний гiрничий унiверситет. - 2008, с.121, рис.4.11).Known electric drives of rolling mills containing a direct current electric motor of independent excitation, the anchor winding of which is connected through a current sensor to the output of a power amplifier, the input of which is connected to the output of a current regulator connected by a summing input to the output of the speed controller, and by a subtracting input to the output of the current sensor, the master and engine angular velocity sensor, the outputs of which are connected respectively to the summing and subtracting inputs of the comparison element, the output of which is connected to the input speed, and a voltage sensor connected to the armature winding of the motor (RF patent No. 2065660. Publ. 20.08.96, Bull. No. 23, IPC H02P 5/06; Thyristor DC drives / A. G. Ivanov et al. - Electrical Engineering , 2001, No. 2, pp. 10-15, Fig. 3; Pivnyak G.G., Beshta O.S., Filkin M.P. Automation of an electric drive in a rolling virobnosti. - Dnipropetrovsk, National University. - 2008, p. .121, Fig. 4.11).

В известных электроприводах прокатных станов осуществляется регулирование скорости и подчиненное регулирование тока двигателя. При работе электропривода в составе прокатного стана в результате пластической деформации металла происходит изменение нагрузки, приводящее к нарушению устойчивой работы электропривода и возникновению колебаний.In the known electric drives of rolling mills, speed control and subordinate regulation of the motor current are carried out. During operation of the electric drive as part of the rolling mill as a result of plastic deformation of the metal, a change in load occurs, leading to a violation of the stable operation of the electric drive and the occurrence of vibrations.

Следовательно, недостатком известных технических решений является низкое качество регулирования скорости при прокатке металлов.Therefore, a disadvantage of the known technical solutions is the low quality of speed control during rolling of metals.

Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемому по достигаемому результату является электропривод прокатного стана, содержащий двигатель постоянного тока независимого возбуждения, якорная обмотка которого через датчик тока подключена к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом регулятора тока, подключенного первым суммирующим входом к выходу регулятора скорости, а вычитающим входом к выходу датчика тока, выходы задатчика и датчика угловой скорости двигателя подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого элемента сравнения, выход которого через блок ограничения подключен к первому суммирующему входу регулятора скорости и непосредственно соединен с первым входом нелинейного функционального преобразователя, реализующего функциюOf the known technical solutions, the closest to the proposed result is an electric drive of a rolling mill containing an independent excitation DC motor, the anchor winding of which is connected through a current sensor to the output of the power amplifier, the input of which is connected to the output of the current regulator, connected by the first summing input to the output of the regulator speed, and subtracting the input to the output of the current sensor, the outputs of the master and the sensor of the angular velocity of the motor are connected respectively to the summing to it and the subtracting inputs of the first comparison element, the output of which through the restriction unit is connected to the first summing input of the speed controller and is directly connected to the first input of the nonlinear functional converter that implements the function

Figure 00000001
Figure 00000001

где ε, u2 - первый и второй входные сигналы; Ue - напряжение, соответствующее уровню логической единицы, второй вход которого через масштабирующий усилитель подключен к выходу задатчика скорости, а выход соединен с управляющим входом управляемого ключа, присоединенного между суммирующим входом регулятора скорости и выходом второго элемента сравнения, суммирующий вход которого подключен к выходу задатчика скорости, а вычитающий вход соединен с выходом датчика напряжения, подключенного к якорной обмотке двигателя (патент РФ №2254665, МПК 02P 5/06. - Опубл. 20.06.2005, Бюл. №17).where ε, u 2 - the first and second input signals; U e is the voltage corresponding to the level of a logical unit, the second input of which is connected through a scaling amplifier to the output of the speed controller, and the output is connected to the control input of the controlled key connected between the summing input of the speed controller and the output of the second comparison element, the summing input of which is connected to the output of the controller speed, and the subtracting input is connected to the output of the voltage sensor connected to the armature winding of the motor (RF patent No. 2254665, IPC 02P 5/06. - Publish. 20.06.2005, Bull. No. 17).

В известном электроприводе осуществляется регулирование скорости и напряжения на якорной обмотке и подчиненное регулирование тока двигателя. При работе электропривода в составе прокатного стана в результате пластической деформации металла происходит изменение нагрузки, приводящее к нарушению устойчивой работы электропривода и возникновению колебаний.In the known electric drive, speed and voltage are regulated on the anchor winding and subordinate regulation of the motor current. During operation of the electric drive as part of the rolling mill as a result of plastic deformation of the metal, a change in load occurs, leading to a violation of the stable operation of the electric drive and the occurrence of vibrations.

Следовательно, недостатком известного технического решения является низкое качество регулирования скорости при прокатке металлов.Therefore, a disadvantage of the known technical solution is the low quality of speed control during rolling of metals.

Цель предлагаемого изобретения - повышение качества регулирования скорости электропривода путем повышения устойчивости и демпфирования колебаний при прокатке металлов.The purpose of the invention is to improve the quality of regulation of the speed of the electric drive by increasing stability and damping oscillations during rolling of metals.

Поставленная цель достигается тем, что в известный электропривод прокатного стана, содержащий двигатель постоянного тока независимого возбуждения, якорная обмотка которого через датчик тока подключена к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом регулятора тока, подключенного суммирующим входом к выходу регулятора скорости, а вычитающим входом к выходу датчика тока, выходы задатчика и датчика угловой скорости двигателя подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого элемента сравнения, выход которого соединен с объединенными входом блока ограничения и первым входом нелинейного функционального преобразователя, второй вход которого подключен через масштабирующий усилитель к выходу задатчика, суммирующий и вычитающий входы второго элемента сравнения подключены к выходам соответственно задатчика скорости и датчика напряжения, а выход через управляемый ключ соединен с одним из входов сумматора, другой вход которого подключен к выходу блока ограничения, а выход соединен с входом регулятора скорости, управляющий вход управляемого ключа соединен с выходом нелинейного функционального преобразователя; вход датчика напряжения подключен к якорной обмотке двигателя, дополнительно введены датчик скорости прокатки и второй нелинейный функциональный преобразователь, реализующий функциюThis goal is achieved by the fact that in the known electric drive of a rolling mill containing a DC motor of independent excitation, the anchor winding of which is connected through a current sensor to the output of the power amplifier, the input of which is connected to the output of the current regulator connected by a summing input to the output of the speed controller, and subtracting input to the output of the current sensor, the outputs of the master and the sensor of the angular velocity of the motor are connected respectively to the summing and subtracting inputs of the first element of comparison, the output to it is connected to the combined input of the restriction unit and the first input of a nonlinear functional converter, the second input of which is connected through a scaling amplifier to the output of the master, summing and subtracting the inputs of the second comparison element are connected to the outputs of the speed master and voltage sensor, respectively, and the output through the controlled key is connected to one from the inputs of the adder, the other input of which is connected to the output of the limiting unit, and the output is connected to the input of the speed controller, the control input is controlled th key connected to the output of the nonlinear function converter; the input of the voltage sensor is connected to the armature winding of the motor, an additional rolling speed sensor and a second non-linear functional converter that implements the function are introduced

Figure 00000002
Figure 00000002

где Ω - входной сигнал датчика скорости; Ω0 и Ω1 - границы диапазона критических угловых скоростей, на которых возникают колебания, U0 - напряжение смещения, Vп - скорость прокатки, а регулятор тока оснащен вторым суммирующим входом, при этом первый и второй входы нелинейного функционального преобразователя подключены к выходам соответственно датчика угловой скорости двигателя и датчика скорости прокатки, а выход подключен к второму суммирующему входу регулятора тока.where Ω is the input signal of the speed sensor; Ω 0 and Ω 1 are the boundaries of the range of critical angular velocities at which oscillations occur, U 0 is the bias voltage, V p is the rolling speed, and the current controller is equipped with a second summing input, while the first and second inputs of the nonlinear functional converter are connected to the outputs, respectively engine angular velocity sensor and rolling speed sensor, and the output is connected to the second summing input of the current regulator.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемый электропривод прокатного стана имеет следующие новые признаки:Compared with the closest similar technical solution, the proposed electric rolling mill has the following new features:

- датчик скорости прокатки.- rolling speed sensor.

- второй нелинейный функциональный преобразователь, реализующий функцию- the second nonlinear functional converter that implements the function

Figure 00000003
Figure 00000003

- регулятор тока оснащен вторым суммирующим входом.- the current controller is equipped with a second summing input.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "novelty."

При реализации предлагаемого изобретения обеспечивается повышение качества регулирования скорости путем демпфирования колебаний, вызванных нелинейной зависимостью момента прокатки от угловой скорости электропривода, смещением рабочей точки электропривода в область устойчивой работы. Смещение рабочей точки при критических угловых скоростях вращения двигателя, на которых появляются колебания, осуществляется путем подключения к входному сигналу регулятора тока постоянного сигнала U0, обеспечивающего контролируемое изменение скорости и, таким образом, перевод соответствующей рабочей точки на устойчивый участок.When implementing the invention, it is possible to improve the quality of speed regulation by damping oscillations caused by the nonlinear dependence of the rolling moment on the angular speed of the electric drive, by shifting the operating point of the electric drive to the area of stable operation. The shift of the operating point at critical angular rotational speeds of the engine, at which the oscillations appear, is carried out by connecting to the input signal of the current controller a constant signal U 0 providing a controlled change in speed and, thus, transferring the corresponding operating point to a stable section.

Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».Therefore, the claimed technical solution meets the requirement of "positive effect".

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и электропривода.For each distinguishing feature, a search is made for well-known technical solutions in the field of electrical engineering, automation, and electric drive.

Известны регуляторы тока, оснащенные несколькими входами (суммирующими и вычитающими) в электроприводах (Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А.Елисеева и А.В.Шинянского. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.246-247, рис.7.34; Тиристорные электроприводы постоянного тока / А.Г.Иванов и др. - Электротехника, 2001, №2, с.10-15, рис.3).Known current regulators equipped with several inputs (summing and subtracting) in electric drives (Handbook of an automated electric drive / Edited by V.A. Eliseev and A.V.Shinyansky. - M .: Energoatomizdat, 1983, p. 246-247, fig. .7.34; Thyristor DC electric drives / A.G. Ivanov et al. - Electrical Engineering, 2001, No. 2, pp. 10-15, Fig. 3).

В известных технических решениях и предлагаемом устройстве регуляторы с несколькими входами выполняют аналогичные функции.In known technical solutions and the proposed device, regulators with several inputs perform similar functions.

Датчики скорости прокатки и нелинейные функциональные преобразователи, реализующие функциюRolling speed sensors and non-linear functional converters that implement the function

F ( Ω ) = { U 0 п р и | Ω | [ Ω 0 ( V П ) ; Ω 1 ( V П ) ] ; 0 п р и | Ω | [ Ω 0 ( V П ) ; Ω 1 ( V П ) ] ,

Figure 00000004
F ( Ω ) = { U 0 P R and | | | Ω | | | [ Ω 0 ( V P ) ; Ω one ( V P ) ] ; 0 P R and | | | Ω | | | [ Ω 0 ( V P ) ; Ω one ( V P ) ] ,
Figure 00000004

в известных устройствах аналогичного назначения не обнаружены.in known devices of similar purpose are not found.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».Thus, these features provide the claimed technical solution according to the requirement of "significant differences".

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема электропривода, на фиг.2 приведены диаграммы зависимости относительного момента прокатки от линейной скорости валков, на фиг.3 показаны процессы при прокатке металлов в предлагаемом электроприводе с коррекцией и без корректирующего воздействия.The essence of the alleged invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the functional diagram of the electric drive, figure 2 shows a diagram of the relative relative moment of rolling from the linear speed of the rolls, figure 3 shows the processes during rolling of metals in the proposed drive with correction and without corrective action.

Электропривод прокатного стана (фиг.1) содержит задатчик 1 угловой скорости двигателя, масштабирующий усилитель 2, первый 3 и второй 4 элементы сравнения, первый нелинейный функциональный преобразователь 5, реализующий функциюThe electric drive of the rolling mill (Fig. 1) contains a motor angular speed adjuster 1, a scaling amplifier 2, first 3 and second 4 comparison elements, a first non-linear functional converter 5 that implements the function

F ( ε , u 2 ) = { U e п р и | ε | | u 2 | ; 0 п р и | ε | < | u 2 | ,

Figure 00000005
F ( ε , u 2 ) = { U e P R and | | | ε | | | | | | u 2 | | | ; 0 P R and | | | ε | | | < | | | u 2 | | | ,
Figure 00000005

второй нелинейный функциональный преобразователь 6, реализующий функциюsecond nonlinear functional Converter 6 that implements the function

F ( Ω ) = { U 0 п р и | Ω | [ Ω 0 ( V П ) ; Ω 1 ( V П ) ] ; 0 п р и | Ω | [ Ω 0 ( V П ) ; Ω 1 ( V П ) ] ,

Figure 00000006
F ( Ω ) = { U 0 P R and | | | Ω | | | [ Ω 0 ( V P ) ; Ω one ( V P ) ] ; 0 P R and | | | Ω | | | [ Ω 0 ( V P ) ; Ω one ( V P ) ] ,
Figure 00000006

управляемый ключ 7, блок ограничения 8, регулятор скорости 9, регулятор тока 10, усилитель мощности 11, датчик тока 12, двигатель постоянного тока независимого возбуждения 13, датчик напряжения 14, датчик угловой скорости двигателя 15, датчик скорости прокатки 16.controlled key 7, restriction unit 8, speed controller 9, current controller 10, power amplifier 11, current sensor 12, independent excitation DC motor 13, voltage sensor 14, angular speed sensor of the engine 15, rolling speed sensor 16.

В предлагаемом электроприводе якорная обмотка двигателя постоянного тока независимого возбуждения 13 через датчик тока 12 подключена к выходу усилителя мощности 11, вход которого соединен с выходом регулятора тока 10, подключенного первым суммирующим входом к выходу регулятора скорости 9 и вторым суммирующим входом к выходу второго нелинейного функционального преобразователя 6, а вычитающим входом к выходу датчика тока 12, выходы задатчика 1 угловой скорости двигателя и датчика 15 угловой скорости двигателя подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого элемента сравнения 3, выход которого через блок ограничения 8 подключен к первому суммирующему входу регулятора скорости 9 и непосредственно соединен с первым входом нелинейного функционального преобразователя 5, второй вход которого через масштабирующий усилитель 2 подключен к выходу задатчика 1 угловой скорости двигателя, а выход соединен с управляющим входом управляемого ключа 7, присоединенного между суммирующим входом регулятора скорости 9 и выходом второго элемента сравнения 4, суммирующий вход которого подключен к выходу задатчика 1 угловой скорости двигателя, а вычитающий вход соединен с выходом датчика напряжения 14, подключенного к якорной обмотке двигателя постоянного тока независимого возбуждения 13, выход второго нелинейного функционального преобразователя 6 первым и вторым входом подключен к выходам соответственно датчика 15 угловой скорости двигателя и датчика скорости прокатки 16, а выходом подключен к второму суммирующему входу регулятора тока 10.In the proposed electric drive, the anchor winding of the independent excitation DC motor 13 through a current sensor 12 is connected to the output of the power amplifier 11, the input of which is connected to the output of the current regulator 10, connected by the first summing input to the output of the speed controller 9 and the second summing input to the output of the second nonlinear functional converter 6, and by subtracting the input to the output of the current sensor 12, the outputs of the engine angular speed adjuster 1 and the engine angular speed sensor 15 are connected respectively to the sums to the subtracting and subtracting inputs of the first comparison element 3, the output of which through the restriction block 8 is connected to the first summing input of the speed controller 9 and is directly connected to the first input of the nonlinear functional converter 5, the second input of which is connected through the scaling amplifier 2 to the output of the angular speed adjuster 1, and the output is connected to the control input of the controlled key 7 connected between the summing input of the speed controller 9 and the output of the second comparison element 4, summing the input which is connected to the output of the engine angular speed adjuster 1, and the subtracting input is connected to the output of the voltage sensor 14 connected to the armature winding of the independent excitation DC motor 13, the output of the second nonlinear functional converter 6 by the first and second input is connected to the outputs of the engine angular speed sensor 15 and the rolling speed sensor 16, and the output is connected to the second summing input of the current regulator 10.

Электропривод прокатного стана работает следующим образом. Якорная обмотка двигателя постоянного тока независимого возбуждения 13 подключена к выходу усилителя мощности 11. Регулирование скорости Ω двигателя осуществляется изменением напряжения на якорной обмотке. Угловая скорость двигателя 13 измеряется датчиком 15 угловой скорости двигателя, например тахогенератором. Ток двигателя 13 измеряется с помощью датчика тока 12, например шунта. Измерение напряжения на якорной обмотке двигателя 13 производится датчиком напряжения 14.The electric rolling mill operates as follows. The armature winding of the independent excitation DC motor 13 is connected to the output of the power amplifier 11. The motor speed Ω is regulated by changing the voltage across the armature winding. The angular velocity of the engine 13 is measured by a sensor 15 of the angular velocity of the engine, for example a tachogenerator. The current of the motor 13 is measured using a current sensor 12, for example a shunt. The voltage measurement at the armature winding of the motor 13 is made by the voltage sensor 14.

На суммирующий вход первого элемента сравнения 3 с выхода задатчика 1 угловой скорости двигателя поступает сигнал u3, пропорциональный требуемому значению скорости двигателя 13. На вычитающий вход первого элемента сравнения 3 поступает выходной сигнал u15 датчика 15 угловой скорости двигателя, пропорциональный скорости Ω вращения ротора двигателя 13. В элементе сравнения производится вычисление ошибки регулирования ε=u1-u15. Сигнал ε с выхода элемента сравнения 3 поступает на объединенные первый вход нелинейного функционального преобразователя 5 и вход блока ограничения 8. На втором входе нелинейного функционального преобразователя 5 действует сигнал u2 с выхода масштабирующего усилителя 2, пропорциональный сигналу задания u3. На выходе нелинейного функционального преобразователя 5 формируется сигналThe signal u 3 proportional to the required value of the engine speed 13 is input to the summing input of the first comparison element 3 from the output of the engine angular speed setter 1. The subtracting input of the first comparison element 3 receives the output signal u 15 of the engine angular speed sensor 15 proportional to the rotor speed Ω of the motor rotor 13. In the comparison element, the calculation of the regulatory error ε = u 1 -u 15 . The signal ε from the output of the comparison element 3 is fed to the combined first input of the nonlinear functional converter 5 and the input of the restriction unit 8. At the second input of the nonlinear functional converter 5, the signal u 2 from the output of the scaling amplifier 2 is proportional to the reference signal u 3 . At the output of the nonlinear functional converter 5, a signal is formed

F ( ε , u 2 ) = { U e п р и   | ε | | u 2 | ; 0 п р и | ε | < | u 2 | ,

Figure 00000007
F ( ε , u 2 ) = { U e P R and | | | ε | | | | | | u 2 | | | ; 0 P R and | | | ε | | | < | | | u 2 | | | ,
Figure 00000007

где ε, u2 - первый и второй входные сигналы;where ε, u 2 - the first and second input signals;

Ue - напряжение, соответствующее уровню логической единицы.U e is the voltage corresponding to the level of a logical unit.

Выходной сигнал блока ограничения 8 имеет видThe output of block 8 is

u 8 = { ε п р и   | ε | < ε м ; ± | ε м | п р и | ε | ε м ( 5 )

Figure 00000008
u 8 = { ε P R and | | | ε | | | < ε m ; ± | | | ε m | | | P R and | | | ε | | | ε m ( 5 )
Figure 00000008

где εм - максимальное значение выходного сигнала блока ограничения.where ε m is the maximum value of the output signal of the restriction block.

Второй элемент сравнения 4, на суммирующий и вычитающий входы которого поступают сигналы с выходов соответственно задатчика 1 угловой скорости двигателя и датчика напряжения 14, вычисляет рассогласование u4=γ=u1-u14. В электроприводе постоянного тока скорость двигателя прямо пропорциональна напряжению u на якорной обмотке и моменту сопротивления нагрузки Mc:The second comparison element 4, to the summing and subtracting inputs of which the signals from the outputs of the engine speed sensor 1 and the voltage sensor 14 respectively, calculates the mismatch u 4 = γ = u 1 -u 14 . In a DC electric drive, the motor speed is directly proportional to the voltage u on the armature winding and the moment of load resistance M c :

Ω c = U c r M c c 2

Figure 00000009
; Ω c = U c - r M c c 2
Figure 00000009
;

где с - конструктивная постоянная двигателя,where c is the structural constant of the engine,

r - сопротивление якорной обмотки.r is the resistance of the armature winding.

Поэтомуtherefore

γ = ε + r M c c 2

Figure 00000010
, γ = ε + r M c c 2
Figure 00000010
,

следовательно, рассогласование по напряжению в системе электропривода отличается от рассогласования по скорости на величину, пропорциональную моменту нагрузки Мc.therefore, the voltage mismatch in the electric drive system differs from the speed mismatch by an amount proportional to the load moment M c .

Сигнал u4 с выхода второго элемента сравнения 4 через управляемый ключ 7 поступает на один из входов сумматора, на втором входе которого действует выходной сигнал блока ограничения 8. Управляемый ключ 7 в соответствии с алгоритмом (1) работы нелинейного функционального преобразователя 5 замкнут при | ε | | u 2 |

Figure 00000011
и разомкнут при ε | < | u 2 |
Figure 00000012
. Это означает, что при большой ошибке системы электропривода по скорости ε, величина этой ошибки на первом суммирующем входе регулятора скорости 9 ограничивается значением εM, а на другом суммирующем входе регулятора скорости 9 действует сигнал, пропорциональный рассогласованию по напряжению. Регулятор скорости 9 преобразует входной сигнал в соответствии с законом регулирования, например пропорционально-интегральным, и формирует сигнал задания для подчиненного контура регулирования тока 10, который в свою очередь формирует сигнал управления для усилителя мощности 11. Работа системы управления происходит таким образом, что величина суммарной ошибки u4+u8 уменьшается, а следовательно, уменьшаются ε и γ. При достижении рассогласованием системы по скорости ε значения u2 происходит изменение выходного сигнала нелинейного функционального преобразователя 5 и размыкание управляемого ключа 7. Далее электропривод функционирует как двухконтурная система регулирования скорости с подчиненным контуром регулирования тока. Рассогласование ε электропривода при этом достигает значения, величина которого определяется структурой электропривода и погрешностью датчика скорости.The signal u 4 from the output of the second comparison element 4 through the controlled key 7 is fed to one of the inputs of the adder, the second input of which is the output signal of the restriction unit 8. The controlled key 7 in accordance with the algorithm (1) of the nonlinear functional converter 5 is closed when | | | ε | | | | | | u 2 | | |
Figure 00000011
and open when ε | | | < | | | u 2 | | |
Figure 00000012
. This means that with a large error of the electric drive system with respect to speed ε, the value of this error at the first summing input of the speed controller 9 is limited to ε M , and a signal proportional to the voltage mismatch acts on the other summing input of the speed controller 9. The speed controller 9 converts the input signal in accordance with the regulation law, for example, proportional-integral, and generates a reference signal for the slave current control loop 10, which in turn generates a control signal for the power amplifier 11. The control system operates in such a way that the total errors u 4 + u 8 decreases, and consequently, ε and γ decrease. When the mismatch of the system in speed ε reaches the value u 2 , the output signal of the nonlinear functional converter 5 changes and the controlled key 7 opens. Next, the electric drive functions as a two-loop speed control system with a slave current control loop. In this case, the mismatch ε of the electric drive reaches a value whose value is determined by the structure of the electric drive and the error of the speed sensor.

При прокатке металлов момент нагрузки на валу двигателя нелинейным образом зависит от скорости валков и скорости прокатки. На фиг.2 приведены типичные зависимости момента прокатки от скорости валков. В диапазонах линейных скоростей валков [ Ω 0 ( V П ) ; Ω 1 ( V П ) ]

Figure 00000013
момент прокатки уменьшается при увеличении скорости. Это означает, что в электроприводе действует положительная обратная связь по скорости. Действие этой связи вызывает колебания скорости и нарушение устойчивой работы электропривода. Диапазоны критических скоростей [ Ω 0 ( V П ) ; Ω 1 ( V П ) ]
Figure 00000014
при различных скоростях прокатки VП на фиг.2 показаны штриховкой. Устойчивость электропривода может быть достигнута исключением его работы в диапазоне указанных критических скоростей. При возникновении колебаний в электроприводе прокатного стана, происходящих на частотах вращения [ Ω 0 ( V П ) ; Ω 1 ( V П ) ]
Figure 00000015
, требуется либо уменьшение скорости ниже Ω0, либо ее увеличение выше Ω1,. Увеличение сигнала задания для главных контуров скорости и напряжения воздействием на задатчик скорости 1, во-первых, не обеспечивает требуемого быстродействия, а во-вторых, при большой амплитуде колебаний в электроприводе возникают дополнительные переключения порогового элемента 5 и управляемого ключа 7.When rolling metals, the load moment on the motor shaft non-linearly depends on the speed of the rolls and the rolling speed. Figure 2 shows a typical dependence of the rolling moment on the speed of the rolls. In ranges of linear speeds of rolls [ Ω 0 ( V P ) ; Ω one ( V P ) ]
Figure 00000013
rolling moment decreases with increasing speed. This means that the actuator has positive speed feedback. The action of this connection causes fluctuations in speed and a violation of the stable operation of the electric drive. Critical Velocity Ranges [ Ω 0 ( V P ) ; Ω one ( V P ) ]
Figure 00000014
at different rolling speeds V P in figure 2 are shown by hatching. The stability of the electric drive can be achieved by excluding its operation in the range of critical speeds indicated. When oscillations occur in the electric drive of the rolling mill occurring at rotational speeds [ Ω 0 ( V P ) ; Ω one ( V P ) ]
Figure 00000015
, either a decrease in speed below Ω 0 or its increase above Ω 1 , is required. An increase in the reference signal for the main circuits of speed and voltage by acting on the speed controller 1, firstly, does not provide the required speed, and secondly, with a large amplitude of oscillations in the electric drive, additional switching of the threshold element 5 and the controlled key 7 occur.

В предлагаемом электроприводе при критических угловых скоростях вращения электродвигателя 13, находящихся в диапазоне [ Ω 0 ( V П ) ; Ω 1 ( V П ) ]

Figure 00000016
, на выходе нелинейного функционального преобразователя 6 формируется сигнал U0, который действует на суммирующем входе регулятора тока 10. Это приводит к росту сигнала задания для подчиненного контура регулирования тока 10 и, таким образом, возрастанию угловой скорости вращения двигателя.In the proposed electric drive at critical angular speeds of rotation of the electric motor 13, which are in the range [ Ω 0 ( V P ) ; Ω one ( V P ) ]
Figure 00000016
, at the output of the nonlinear functional converter 6, a signal U 0 is generated, which acts on the summing input of the current controller 10. This leads to an increase in the reference signal for the slave current control loop 10 and, thus, an increase in the angular speed of rotation of the motor.

Таким образом, в предлагаемом электроприводе осуществляется регулирование скорости с помощью двух главных обратных связей - по напряжению, которая обеспечивает грубое регулирование скорости с погрешностью, зависящей от момента нагрузки, и по скорости, обеспечивающей точное регулирование скорости. При возникновении колебаний в электроприводе прокатного стана, при угловых скоростях вращения [ Ω 0 ( V П ) ; Ω 1 ( V П ) ]

Figure 00000017
, на выходе нелинейного функционального преобразователя 6 формируется сигнал U0, который действует на суммирующем входе регулятора тока 10. Это приводит к росту сигнала задания для подчиненного контура регулирования тока 10 и, таким образом, увеличению угловой скорости вращения двигателя.Thus, in the proposed electric drive, the speed is controlled using two main feedbacks - by voltage, which provides coarse speed control with an error depending on the load moment, and by speed, providing accurate speed control. If oscillations occur in the electric drive of the rolling mill, at angular speeds of rotation [ Ω 0 ( V P ) ; Ω one ( V P ) ]
Figure 00000017
, at the output of the nonlinear functional converter 6, a signal U 0 is generated, which acts on the summing input of the current controller 10. This leads to an increase in the reference signal for the slave current control loop 10 and, thus, an increase in the angular speed of rotation of the motor.

Благодаря введению сигнала смещения, воздействующего на сигнал задания подчиненного контура тока, обеспечивается стабильная работа электропривода прокатного стана без аварийных остановок.Thanks to the introduction of the bias signal, which acts on the reference signal of the slave current loop, stable operation of the electric drive of the rolling mill without emergency stops is ensured.

С целью подтверждения положительного эффекта, достигаемого при использовании предлагаемого технического решения, было выполнено компьютерное моделирование электропривода, реализованного по схеме, изображенной на фиг.1. Параметры системы имели следующие значения.In order to confirm the positive effect achieved by using the proposed technical solution, computer simulation of the electric drive was carried out, implemented according to the scheme depicted in figure 1. System parameters had the following meanings.

Двигатель постоянного тока: активное сопротивление якоря r=0,0244 Ом; индуктивность якорной цепи L=0,0046 Гн; конструктивная постоянная c=1 В·с/рад; приведенный момент инерции J=130 кг·м2; усилитель мощности: коэффициент передачи ky=132; ПИ-регулятор тока: коэффициент передачи kрт=0,0244; постоянная времени Tрт=5,3043 с; ПИ-регулятор скорости: коэффициент передачи регулятора kрс=80; постоянная времени Tрс=0,7 с; масштабирующий усилитель с коэффициентом передачи k=2.DC motor: armature resistance r = 0.0244 Ohm; anchor chain inductance L = 0.0046 H; design constant c = 1 V · s / rad; reduced moment of inertia J = 130 kg · m 2 ; power amplifier: transmission coefficient k y = 132; PI current regulator: transmission coefficient k rt = 0.0244; time constant T rt = 5.3043 s; PI speed controller: gear ratio of the controller k pc = 80; time constant T pc = 0.7 s; a scaling amplifier with a transmission coefficient k = 2.

Результаты имитационного моделирования приведены на фиг.2 и фиг.3. На фиг.2 представлена зависимость относительного момента нагрузки (по отношению к номинальному значению) от линейной скорости валков. Связь между линейной скоростью валков и угловой скоростью двигателяThe results of simulation are shown in figure 2 and figure 3. Figure 2 shows the dependence of the relative load moment (with respect to the nominal value) on the linear speed of the rolls. The relationship between the linear speed of the rolls and the angular speed of the engine

Figure 00000018
Figure 00000018

где Ω - угловая скорость вращения двигателя, рад/с, V - линейная скорость валков, м/с, R - радиус валков, м. При попадании рабочей точки на участок с отрицательным наклоном (фиг.2) в электроприводе прокатного стана возникают колебания фиг.3. Диаграммы процессов в электроприводе без коррекции и при использовании предлагаемой коррекции представлены на фиг.3.where Ω is the angular speed of the engine, rad / s, V is the linear speed of the rolls, m / s, R is the radius of the rolls, m. When a working point hits a section with a negative slope (Fig. 2), fluctuations in the electric drive of the rolling mill occur .3. Diagrams of processes in the electric drive without correction and when using the proposed correction are presented in figure 3.

Таким образом, использование в известном электроприводе прокатного стана, содержащем двигатель постоянного тока, якорная обмотка которого через датчик тока подключена к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом регулятора тока, подключенного первым суммирующим входом к выходу регулятора скорости, а вычитающим входом к выходу датчика тока, выходы задатчика и датчика угловой скорости двигателя подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого элемента сравнения, выход которого через блок ограничения подключен к первому суммирующему входу регулятора скорости и непосредственно соединен с первым входом нелинейного функционального преобразователя, реализующего функцию

Figure 00000019
Thus, the use in a known electric drive of a rolling mill containing a DC motor, the anchor winding of which is connected through a current sensor to the output of a power amplifier, the input of which is connected to the output of the current regulator, connected by the first summing input to the output of the speed controller, and by subtracting the input to the output of the sensor current, the outputs of the master and the engine angular velocity sensor are connected respectively to the summing and subtracting inputs of the first comparison element, the output of which is through the block niya is connected to the first summing input of the speed controller and is directly connected to the first input of a nonlinear functional converter that implements the function
Figure 00000019

где ε, u2 - первый и второй входные сигналы; Ue - напряжение, соответствующее уровню логической единицы,where ε, u 2 - the first and second input signals; U e is the voltage corresponding to the level of a logical unit,

второй вход которого через масштабирующий усилитель подключен к выходу задатчика угловой скорости двигателя, а выход соединен с управляющим входом управляемого ключа, присоединенного между суммирующим входом регулятора скорости и выходом второго элемента сравнения, суммирующий вход которого подключен к выходу задатчика угловой скорости двигателя, а вычитающий вход соединен с выходом датчика напряжения, подключенного к якорной обмотке двигателя, дополнительно датчика скорости прокатки и второго нелинейного функционального преобразователя, реализующего функциюthe second input of which is connected through a scaling amplifier to the output of the angular speed adjuster of the engine, and the output is connected to the control input of the controlled key connected between the summing input of the speed controller and the output of the second comparison element, the summing input of which is connected to the output of the angular speed adjuster of the engine, and the subtracting input is connected with the output of a voltage sensor connected to the armature winding of the motor, additionally a rolling speed sensor and a second non-linear functional conversion ovatelya realizing the function

Figure 00000020
Figure 00000020

где Ω - входной сигнал датчика скорости; Ω0 и Ω1 - границы диапазона критических угловых скоростей, на которых возникают колебания, U0 - напряжение смещения, Vп - скорость прокатки, и оснащение регулятора тока вторым суммирующим входом, при этом первый и второй входы второго нелинейного функционального преобразователя подключены к выходам соответственно датчика угловой скорости двигателя и датчика скорости прокатки, а выход подключен к второму суммирующему входу регулятора тока, позволяет повысить качество регулирования скорости электропривода путем повышения устойчивости и демпфирования колебаний при прокатке металлов.where Ω is the input signal of the speed sensor; Ω 0 and Ω 1 are the boundaries of the range of critical angular velocities at which oscillations occur, U 0 is the bias voltage, V p is the rolling speed, and the current controller is equipped with a second summing input, while the first and second inputs of the second nonlinear functional converter are connected to the outputs respectively, the engine angular speed sensor and the rolling speed sensor, and the output is connected to the second summing input of the current regulator, improves the quality of regulation of the speed of the electric drive by increasing stability and vibration damping during metal rolling.

Использование предлагаемого устройства в промышленных системах управления прокаткой металлов позволит повысить технический уровень оборудования и качество технологического процесса.The use of the proposed device in industrial control systems for rolling metals will improve the technical level of equipment and the quality of the process.

Claims (1)

Электропривод прокатного стана, содержащий двигатель постоянного тока, якорная обмотка которого через датчик тока подключена к выходу усилителя мощности, вход которого соединен с выходом регулятора тока, подключенного первым суммирующим входом к выходу регулятора угловой скорости двигателя, а вычитающим входом к выходу датчика тока, выходы задатчика и датчика угловой скорости двигателя подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам первого элемента сравнения, выход которого через блок ограничения подключен к первому суммирующему входу регулятора скорости и непосредственно соединен с первым входом нелинейного функционального преобразователя, реализующего функцию
Figure 00000019

где ε, u2 - первый и второй входные сигналы; Ue - напряжение, соответствующее уровню логической единицы,
второй вход которого через масштабирующий усилитель подключен к выходу задатчика скорости, а выход соединен с управляющим входом управляемого ключа, присоединенного между суммирующим входом регулятора скорости и выходом второго элемента сравнения, суммирующий вход которого подключен к выходу задатчика скорости, а вычитающий вход соединен с выходом датчика напряжения, подключенного к якорной обмотке двигателя, отличающийся тем, что в него дополнительно введены датчик скорости прокатки и второй нелинейный функциональный преобразователь, реализующий функцию
Figure 00000021

где Ω - входной сигнал датчика скорости; Ω0 и Ω1 - границы диапазона критических угловых скоростей, на которых возникают колебания, U0 - напряжение смещения, Vп - скорость прокатки, а регулятор тока оснащен вторым суммирующим входом, при этом первый и второй входы нелинейного функционального преобразователя подключены к выходам соответственно датчика угловой скорости двигателя и датчика скорости прокатки, а выход подключен к второму суммирующему входу регулятора тока.
An electric drive of a rolling mill containing a DC motor, the anchor winding of which is connected through a current sensor to the output of a power amplifier, the input of which is connected to the output of a current regulator connected by the first summing input to the output of the angular speed controller of the motor, and by the subtracting input to the output of the current sensor, the outputs of the master and the engine angular velocity sensor are connected respectively to the summing and subtracting inputs of the first comparison element, the output of which through the restriction unit is connected to the first to the summing input of the speed controller and is directly connected to the first input of the nonlinear functional converter that implements the function
Figure 00000019

where ε, u 2 - the first and second input signals; U e is the voltage corresponding to the level of a logical unit,
the second input of which is connected to the output of the speed controller through a scaling amplifier, and the output is connected to the control input of a controlled key connected between the summing input of the speed controller and the output of the second comparison element, the summing input of which is connected to the output of the speed controller, and the subtracting input is connected to the output of the voltage sensor connected to the armature winding of the motor, characterized in that it additionally includes a rolling speed sensor and a second non-linear functional converter spruce that implements the function
Figure 00000021

where Ω is the input signal of the speed sensor; Ω 0 and Ω 1 are the boundaries of the range of critical angular velocities at which oscillations occur, U 0 is the bias voltage, V p is the rolling speed, and the current controller is equipped with a second summing input, while the first and second inputs of the nonlinear functional converter are connected to the outputs, respectively engine angular velocity sensor and rolling speed sensor, and the output is connected to the second summing input of the current regulator.
RU2013122503/07A 2013-05-15 2013-05-15 Rolling mill drive RU2523032C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122503/07A RU2523032C1 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Rolling mill drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013122503/07A RU2523032C1 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Rolling mill drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2523032C1 true RU2523032C1 (en) 2014-07-20

Family

ID=51217584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013122503/07A RU2523032C1 (en) 2013-05-15 2013-05-15 Rolling mill drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2523032C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1155992A1 (en) * 1983-05-26 1985-05-15 Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина System for controlling speed of d.c.motor
RU2065660C1 (en) * 1992-10-30 1996-08-20 Сергей Иванович Малафеев Automatic direct-current electric drive
RU2079962C1 (en) * 1994-01-17 1997-05-20 Сергей Иванович Малафеев Electric drive control method
RU2254665C2 (en) * 2003-07-14 2005-06-20 Малафеев Сергей Иванович Electric drive
US20060034592A1 (en) * 2004-08-12 2006-02-16 Stmicroelectronics S.R.I. Method for controlling a DC motor and relative open-loop voltage mode controller
RU2012100131A (en) * 2012-01-10 2013-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) ELECTRIC DRIVE

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1155992A1 (en) * 1983-05-26 1985-05-15 Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина System for controlling speed of d.c.motor
RU2065660C1 (en) * 1992-10-30 1996-08-20 Сергей Иванович Малафеев Automatic direct-current electric drive
RU2079962C1 (en) * 1994-01-17 1997-05-20 Сергей Иванович Малафеев Electric drive control method
RU2254665C2 (en) * 2003-07-14 2005-06-20 Малафеев Сергей Иванович Electric drive
US20060034592A1 (en) * 2004-08-12 2006-02-16 Stmicroelectronics S.R.I. Method for controlling a DC motor and relative open-loop voltage mode controller
US7049781B2 (en) * 2004-08-12 2006-05-23 Stmicroelectronics S.R.L. Method for controlling a DC motor and relative open-loop voltage mode controller
RU2012100131A (en) * 2012-01-10 2013-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) ELECTRIC DRIVE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1729407B1 (en) Controller of permanent magnet synchronous motor
US11002266B2 (en) Method for regulating the output pressure of a hydraulic drive system, use of the method and hydraulic drive system
CN102426417B (en) PI (Proportional Integral) parameter mixed setting method
EP2955842A1 (en) Motor drive device
CN101902187B (en) Control system for low-speed running of permanent magnet motor
CN103287937A (en) Automatic adjustment method and system of elevator starting torque
CN108249238A (en) A kind of elevator is without detent torque compensation method, the apparatus and system of weighing
CN107922041B (en) Motor control method and control device
Fan et al. Fuzzy self-tuning PID control of the main drive system for four-high hot rolling mill
EP2615053B1 (en) Control device for elevator
CN106253779A (en) A kind of permagnetic synchronous motor method for control speed
RU2523032C1 (en) Rolling mill drive
JP2010019713A (en) Electric inertia control device of power meter system
US11056992B2 (en) Motor controller
JP6703916B2 (en) Electric vehicle control device
RU2428735C1 (en) Automatic control device of electromechanical system
KR870000557B1 (en) Elevator control
TWM487575U (en) Adaptive fuzzy compensation supervisory sliding mode controller for switched reductance motor
JP4415615B2 (en) Power generation system and its generator control method
RU2254665C2 (en) Electric drive
RU2544483C1 (en) Automated electric drive of rolling mill
US7495408B2 (en) Method for the no-transmitter speed determination of an asynchronous machine
RU2489798C1 (en) Servo drive
JP2014090647A (en) Motor control device for electric vehicle and motor control method for electric vehicle
RU2491705C1 (en) Electric drive