автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Исследование, разработка и внедрение систем автоматического управления натяжением полос и нитей в технологических процессах

МИНИС ТТРС1 ВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН кл $ЛХС КИП НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ У!П:П!:!'Г!; ГГ,Т

«1 Л

Нп права* рукописм

1 о мло юс:^

РУТГАЙЧНРОЛМГ ЧИПОВЬЕГШЧ

УДК 681.513.7

ИССЛЕДОВАНИЕ , РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ

С ИСТ КМ АВТОМАТ ИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ НАТЯЖЕНИЕМ ПОЛОС И НИТЕЙ » ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

Специальность 05.13.07 -Автоматизация технологических процессов и произведен-

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

АЛМАТЫ 1996

Работа выполнена о Казахском Национальном техническом университете к Алчитинском -»нертическом uuciMtyie

Научный консультант - д.т.н., профессор СЬПДЫКОВ Д.Ж.

Ведуща» организация -НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ "КИЕВСКИЙ ИНСТИТУТ АВТОМАТИКИ"

Официальные оппоненты : - д.т.н., профессор БИТТЕЕВ Ш.Б.

- д.т.н., профессор ДАВИЛ ЬББКОВ Н.Х.

-д.т.н., профессор БОГАЕНКО И.Н.

Защита состоится " " ¿¿Шрт9 1996 года в / У часов па заседании специализированного совета Д 14.13.03 Казахского Национального технического университете по адресу :480013, А.гиаты, ул.Сатпаева, 22 С днссер» линей можно ознакомиться в библиотеке Казахского Национального технического университете

Автореферат разослан "_"_1996 года

Ученый секретарь спеиналтиров&щаго совета, в.т.н., доцент Судейиснов Б.А. ^

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ______________________________________Л кту а лъностъ проблемы

Значительное число технологических процессов протекает при наличии натяжения обрабатываемого материала, поскольку обработка полос и нитей часто связана с растягивающими напряжениями. Однако натяжение является лишь промежуточной переменной в технологических системах производства полос и нитей. Качество работы в таких технологических системах, в конечном итоге, оценивается отклонениями ширины полосы от заданного значения, отклонениями диаметра кити, ухудшением качества рулона горячекатанного листа, но не тем как стабилизируется величина натяжения при обработке всех этих изделий. В большинстве таких технологических систем из-за трудностей измерения указанных выходных переменных не удается реализовать замкнутую автоматическую систему, работающую по отклонению. В таких условиях на' практике реализуют систему автоматического регулирования натяжения (САРН), которая стабилизирует натяжение материала. При этом предполагается упрощенная модель влияния изменений параметров окружающей среды на обьект. Однако реальное взаимодействие рассматриваемых объектов с окружающей средой гораздо сложнее: параметры объекта изменяются в зависимости от внешней среды; объект может быть нелинейным, а характеристики нелинейности могут изменяться я зависимости от параметров срсдь:;нсдинейныи объект может иметь несколько устойчивых состояний, а переход из одного состояния в другое происходит при именении параметров среды. Поскольку существующие СЛРН в таких условиях не позволяют получить греоуемое качество выпускаемой продукции, то переход от стабилизации натяжения к управлению величиной натяжения в зависимости от влияния окружающей среды на параметры объекта и разработка принципов построения систем автоматического управления (САУ) натяжением, обеспечивающих повышение качества продукции, является актуальной проблемой.

Цель и задачи исследования Целью работы является разработка прикладной теории и схег. эффективных систем автоматического управления величиной натяженш полос и нитей в технологических объектах со сложной структурой и ( учетом влияния внешней среды на параметры объекта. Поставленна! цель работы определила основные ее задачи:

• разработка аналитических методов оценки эффективности управлснш величиной натяжения для многосвязанного объекта и формулировка основных условий, выполнение которых обеспечивает эффективное!! системы автоматического управления величиной натяжения;

• развитие моделей процессов взаимодействия натяжения и механизмо! технологических объектов со сложной структурой с учетом воздействш окружающей среды, выделение основных возмущений, определяющие качество продукции;

• разработка прикладной теории систем автоматического управление величиной натяжения с использованием адаптивных методог получения информации о параметрах нелинейных, многосвязанньи объектов и объектов с переменными параметрами;

• применение разработанных методов получения информации пр{-создании новых способов и устройств автоматического управление натяжением в сложных объектах производства листового проката хлопчатобумажных и стеклянных нитей;

• оценка эффективности разработанных систем автоматического управления.

Методика выполнения исследований Исследования базируются на использовании аппарата оптимизации, теории чувствительности, теории цепных дробей, теории устойчивости. Проводились моделирование и экспериментальные исследования.

Научная новизна

•______В диссертации разработаны алгоритмы оптимального, с точки

зрения получения минимума отклонения размеров продукции, управления величиной натяжения. В отличии от существующих алгоритмов управление натяжением предусматривается осуществлять лишь на участках полосы, для которых наблюдается положительная корреляция между отклонениями ширины и толщины полосы ог заданных значений.

Разработаны алгоритмы определения эффективности управления величиной натяжения полосы непрерывного стана, отличающиеся от известных тем, что они позволили выявить те межклетевые промежутки прокатного стана, где целесообразно управлять натяжением, и оценить потенциальные возможности такого управления.

Предложена концепция получения информации о значении параметров объекта с использованием пробных колебании натяжения для нелинейных и многосвязанных объектов, отличающаяся тем. что для информационных каналов используются сигн.шы скорости и тока двигателей приводов, обеспечивающих получение натяжения .

Предложен подход, на --сновании которого решена проблема использования пробных колебаний в системе, состоящей из нескольких подсистем, позволяющий оценить изменения коэффициента передачи каждой отдельной подсистемы.

Предложен и исследован новый тип адаптивных систем: система с пробными колебаниями и с выходом на границу устойчивости.

Связь д и с с с р т а ц и и с п л а н к и ы м и р а о о т а м и

Исследования автора выполнялись п соответствии с постановлением ГКНТ СССР, решением ВПК СССР, программой фундаментальных работ "Информатика, управление и вычислительная техника" министерства образования Республики Казахстан, а также в соответствии с плановой тематикой Казахского Национального технического

университета и Алматинского энергетического института: "Разработка и изготовление приборов и устройств САРН стана 1700 КМК" (1969-1974 г.г. N гос. регистрации 69045448), "Разработка и изготовление системы автоматического регулирования натяжения для стана 2000 НЛМЗ" (19731975 г.г. N гос. регистрации 72000110), "Исследование механизмов моталок стана 2000 НЛМЗ с целью повышения качества смотки" (19761979 г.г. N гос. регистрации 76050507), "Разработка системы автоматической стабилизации параметров шлихтования" (1981-1982 г.г. N гос. регистрации 81015973), "Внедрение системы автоматической коррекции параметров шлихтования" (1982-1984 г.г. N гос. регистрации 01822031802), "Разработка и исследование системы автоматического регулирования вытяжки полосы в чистовой группе непрерывных широкополосных станов горячей прокатки" (1983 г.г. N гос. регистрации 01830018482 ), "Исследование и разработка системы автоматического управления "формообразованием рулона горячекатанной полосы" (1985 г.г. N гос. регистрации 01850010214), "Разработка системы автоматического управления процессом вытяжки оптических волокон (.1985-1988 г.г. специальное постановление), "Разработка датчика продольной жесткости основы и исследование зависимости продольной жесткости шлихтованной основы от параметров шлихтования" (1989 г. N гос. регистрации 01890024991), "Исследование методов автоматического регулирования размеров полосы изменением межклетевого натяжения" (1989 г.г. N гос. регистрации 01890006538), "Разработка системы автоматической настройки и управления параметрами процесса вытяжки оптических волокон" (1990 г. специальное постановление), "Математические модели процесса вытяжки" (1990-1991 г.г. N гос. регистрации 01900033111), "Разработка и исследование оптических волокон для линий связи" (1993 г. субподряд КарГУ).

Реализация и в н с дреи и с рсзу ль та т о в

___Г1редпожеиные в работе методы, модели, подходы и алгоритмы

были использованы при разработке структурных и принципиальных схем систем автоматического управления величиной натяжения для чистовой группы прокатного стгна, моталок прокатного стана, шлихтовальной машины, дпя установки вытяжки оптических волокон. Разработаны, изготовлены и испытаны элементы САУ натяжением.

Проведены промышленные испытания САУ натяжением полосы в ■ чистовой группе непрерывного стана горячей прокатки 2000 па Ново-Липецком металлургическом заводе.

Проведены промышленные испытания САУ натяжением полосы на моталках непрерывного стана горячей прокатки 2000 на Ново-Липецком металлургическом заводе.

Проведены опытно-промышленные испытания САУ натяжением нитей на шлихтовальной машине Алмаптекого хлопчатобумажного комбинат а. Предложенные алгоритмы были приняты для внедрения на шлихтовальных машинах нового поколения, разрабатываемых МНТК 'Текстиль ".

Проведены промышленные испытания САУ натяжения на установке вытяжки оптическою волокна института технического стекла. Система работает в режиме прямою цифровою управления с ЦВМ в контуре.

Экономический эффект внедрения указанных выше систем автоматического управления натяжением подтверждается

соогвгтсiьуюшими актами.

А пробаци я puñoты

Материалы по теме диссертации докладывались и получили одобрение на Всесоюзных и Международных научно-технических конференциях. В частности: на Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизация технологических процессов легкой

промышленности", МТИЛП, Москва, 1982г; на 2-ой Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективное™ тепломассобменных и гидродинамических процессов в текстильной промышленности и производстве химических волокон", МТИ, Москва 1985г; да Всесоюзной научно-технической конференции "Создание автоматизированных систем управления технологическими процессами г легкой промышленности на !2 пятилетку", ЦНИИТЭИ легпром, Москва. 1986г; на Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка и внедрение АСУТП в прокатном производстве"

ЦНИИТЭИнриборостроения, 1987г; на Всесоюзной научно-технической конференция "Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении (4-ые Бернардосовские чтения), Иваново, 1989г: на 4-ой научно- технической конференции "Автоматизированный электропривод прокатных станов", Свердловск, 1990г; на Международной .конференции по физике солнечно-земных связей, Алматы, 1994г; на 3-ей Международной конференции "Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов" (ИКАПП - 94), Барнаул, 1994г. Материалы диссертации докладывались также на семинарах в различных институтах: в институте технического стекла (г. Москва), в институте ВНИИМЕТМАШ (г. Москва), в институте Автоматики (г.Киев), в институте ВНИИачермет (г.Москва), на заседании кафедры ОМД Липецкого политехнического института.

Публикации

Основные результаты, выполненых исследований, опубликованы в 60 работах , из них 30 авторских свидетельств на изобретения. Кроме того, материалы работы отражены в отчетах по научно-исследовательским работам.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, семи глав, заключения, списка использованной литературы, и приложений (всего 2>ЧО страниц)_____________

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ь в е л е н и и обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи теоретических и практических разработок, приведены методы исследования, определены научная новизна л практическая ценность.

В первом разделе диссертации рассмотрены особенности процессов при производстве полос и нитей б сложных технологических системах, характеризуемых наличием натяжения материала в процессе его обработки.

В таких технологических процессах система автоматического

регулирования натяжения (САРН) является обязательной. САРН обеспечивает стабилизацию величины натяжения в условиях изменения параметров внешней спелы. Установлено, что в рассматриваемых технологических процессах при наличии натяжения материала а большей пли меньшей степени происходит деформация материала, что влияет на показатели качества ведения технологического процесса. Другая особенность рассматриваемых технологических процессов связана с тем, что наличие натяжения материала приводит к объединению отдельных подсистем в одну систему, особенно в динамических режимах. В такой системе возмущение, действующее в одной из подсистем, оказывает влияние на процессы, происходящие и в других подсистемах. Предполагается, что технологический процесс построен таким образом, что в системах стабилизирутся минимально возможная величина натяжения. Вместе с тем, эта величина не может быть жестко задана, так как уменьшение натяжения материала сказывается на переменных технологического процесса, которые могут использоваться в качестве составляющих показателя качества технологического процесса.

Например, уменьшение величины натяжения приводит к следующему : в чистовой группе стана горячей прокатки снижается устойчивость ведения прокатки; при смотке полосы в рулон уменьшается плотноть рулона; при смотке шлихтованной основы в ткацком производстве снижается плотность паковки; при производстве оптического волокна снижается устойчивость ведения технологического режима и увеличиваются высокочастотные колебания диаметра волокна.

В реальных объектах усилия натяжения существенно отличаются от минимально возможных значений, поэтому стабилизация натяжения с помощью САРН, при изменении параметров окружающей среды приводит к снижению точности стабилизации технологических размеров материала или снижению его качества. Например, при горячей прокатке в условиях стабилизации натяжения и изменения температуры материала, увеличивается разноширинность и разнотолщинность полосы; при смотхе полосы в рулон при постоянном натяжении й уменьшении сил трения между рулоном и барабаном происходит скольжение рулона относительно барабана и ухудшается качество смотки; при шлихтовании основной пряжи при постоянном натяжении и изменении свойств шлихты или основы происходит необратимое удлиннение основы; при вытяжке оптического волокна при постоянном натяжении возможно появление микротрещин и снижение прочности.

В разделе проанализированы основные подходы, позволяющие повысить точность ведения рассматриваемых технологических процессов, сделан вывод о том, что резервом повышения точности ведения технологических процессов является переход от стабилизации натяжения к его изменению в зависимости от влияния внешней среды на объект управления. Раздел завершается постановкой решаемых в диссертации задач.

Второй раздел диссертации посвящен вопросу определения условий, при которых будет эффективен переход от стабилизации натяжения материала к управлению величиной натяжения в

технологических процессах. На основании результатов исследования

предыдущего- раздела-делается- вывод--о--том,—-что---эффективность------------

изменения величины натяжения существенным образом зависит от результатов воздействия натяжения на координаты системы, которые эпределяют показатель качества системы. Причем натяжение по разному действует на координаты, определяющие показатель качества. Так, например,при прокатке полосы увеличение натяжения приводит к /меньшеник» как ширины полосы, так и ее толщины; при смотке горячекатанной полосы увеличение натяжения приводит к увеличению хлотности рулона, но с другой стороны возрастает и срывающее усилие и г.д. Таким образом, величина натяжения должна выбираться в каждый данный момент времени исходя из возможности удовлетворения требованиям изложенным выше.

Приведенная г. разделе математическая и графическая 1нтерпретация оптимизации управления величиной натяжения, зыполнена на примере прокатки горячекатанной полосы. Ошибка технологической системы представлена в виде Е = К: [ B(t) - Вт ] + Кг [ H(t) - Нт ]=Ki AB(t) +К2 AH(t) . (1) где К], Kz -весовые коэффициенты; B(t), H(t) -текущие значения цирины и толщины полосы ; Вт, Нт - требуемые значения ширины и олшины полосы.

Критерий качества управления величиной натяжения

J = М[(Е)2] = М [ Ki AB(t) + К2 AH(t) ]2 , (2) где \! - ?1атемагиче( ;со-; ожилаьие. >то выражение в данном случае предполагает получение максимальной ¡ытяжки полосы. Используя (2) и принимая, что зависимость ширины и •олщины полось! от изменения натяжения описываются выражениями :

ДВа = - а Да ; ДНСТ = - р До, где а и р -коэффициенты влияния натяжения на размеры полосы; Дст изменение натяжения ; ABff и дН0 - составляющие соответственно

ширины и толщины, зависящие от натяжения, можно определит! допустимые изменения величины натяжения. Ограничения на величию натяжения могут быть связаны как с возможностью обрыва полосы, та! и с тем, что существуют ограничения на переменные состояния : размерь полосы не должны выходить за пределы поля допуска. При этю ограничениях определено допустимое управление натяжением сообщающее минимальное значение показателю качества /. Особенности этого управления состоит в том, что если одна из координат системь: (ширина или толщина полосы) попадает на границу поля допусков, тс другая координата может находиться на значительном положительном расстоянии от границы своих допусков и натяжение должно изменяться е зависимости от скорости изменения координаты, которая попала на границу поля допусков. При этом одна из координат системы постоянно будет находиться на границе поля допусков. В разделе определена потенциальная эффективность р управления величиной натяжения, Изменение натяжения уменьшит отклонения ширины и толщины в соответствии со следующими выражениями

Б) = ДВ°(Ч) - а Ас = ДВ°(0 - а ДН°(1)/ р (3)

¥2 = ЛН°(0 - В Да = дН°(0 - ¡3 ДВ°(1)/ а Показатель качества системы управления при стабилизированном натяжении

Р= М[к I ДВ° (0 + кг ДН» (1)Р, (4)

где ЛВ" и), ДН° (г) - отклонения ширины и толщины полосы при стабилизированном натяжении.

Используя (4), выражение для потенциальной эффективности р управления натяжением получим в виде

Р =(1°-1)Д<> =1-{ М [к] дВ(1)Р+ кг ДН(0Р / М[Рз]:}, где Г3 = к, ЛВ° О) + к2 АН0 О).

Это выражение можно преобразовать, если учесть, что эффективность управления натяжением определяется значением-несхомпенсированных-

участков отклонений ширины Фв и толщины Фн

р = 1 - (к:- Фв + к:2 Фн ) / М [Рз]2 . (б)

Причем

Фв = М ПР, Р = М [2|] при (| И, > 0} , (7)

Фн = М [Р2 р = М [2г] при { Б2 I Р2 > 0} . (8)

Решение нелинейных уравнений Фв, Фн и выполнено метолом статистической линеаризации, при этом

Гг-

т

0,5+У

Ш1

4д]_

'

ш.

2Д[/5]

(9)

1 4--^

т

{

т |

0.5+ (

I Гт

т ^ Л/?.'-',]2 1

I (10)

^' J

¡2тт1Щ

Эффективность управления величиной натяжения в соответствии с (6) определяется близос гью приведенных отклонений ширины и голшины между собой, а также зеличиной и знаком корреляции между отклонениями ширины и толщины при стабильном натяжении. Расширяя зги выводы на другие технологические системы, в которых предполагается управление натяжением, можно говорить об эффективности такич счсгсм при соблюдении следующих условий:

* управление натяжением осу шее.илчется з функции критерия качества, включающего несколько переменных системы, которые зависят от натяжения материала;

• математические ожидания переменных, входящих в показатель качества, близки по величине дм систем, работающих в режиме стабилизации натяжения;

• переменные, определяющие показатель качества, положительнс коррелированы между собой или они положительно коррелированы ж отдельных временных отрезках;

• управление натяжением может осуществляться в функции одно£ переменной, определяющей показатель качества, если эта переменна* находится на границе поля допуска или если изменение переменных, также определяющих показатель качества, компенсируется другими локальными системами;

• имеется информация об изменении переменных, определяющих показатель качества, или имеется информация об оценке величины самого показателя качества.

Третий раздел посвящен развитию моделей технологических процессов при наличии натяжения. Рассматриваются следующие модели процесса взаимодействия натяжения и механизмов обьектов:

• процесс транспортирования материала;

• процесс смотки материала в рулон;

• процесс, в котором технологией предусматривается активное воздействие натяжения на размеры материала .

Общая особенность рассматриваемых моделей заключается в том, что натяжение материала объединяет в единую систему ряд подсистем (механизмов), которые при отсутствии натяжения являются самостоятельными системами. Процесс транспортирования материала от одного механизма к другому широко распространен, он имеет место, например, на стане горячей прокатки, когда материал перемещается от одной клети к другой; при перемещении основы по всей длине шлихтовальной машины; при перемещении стеклянного волокна от зоны формирования волокна до сматывающего устройства. Ясно, что процесс транспортирования материала должен осуществляться при таком натяжении, чтобы его влиянием на размеры или свойства материала можно было пренебречь. В то же время в реальных условиях ведения

технологического процесса изменение размеров или изменение свойств материала происходит. В разделе эти процессы рассмотрены на примере

технологических-процессов горячей прокатки и процесса-шлихтования -------

нитей.

Для процесса прокатки предложена модель формирования ширины полосы, которая рассматривает процессы, происходящие в объекте, включающем несколько прокатных клетей и прокатываемую полосу между ними. Модель отличается от известных тем, что учитывает впияние механических свойств материала в виде фактического предела текучести ит на процессы формирования натяжения и ширины полосы.

Исследование этой модели показало, что изменение ширины полосы функционально связано с отношением с/срг, т.е. соотношением между усилиями растяжения и механическими свойствами полосы. Изменение величины этого отношения приводит и к изменению коэффициента передачи между скоростью полосы и натяжением объекта управления пропорционально величине <тг.

Таким образом, любое изменение внешних условий прокатки в виде изменения температуры полосы или содержания углерода сказывается как на изменении ширины полосы, так и на изменении параметров САРН.

Экспериментально установлено, что связь между шириной и температурой, определяемая коэффициентом взаимной корреляции и дисперсионным отношением, нелинейна и имеет значительную величину. Значительная величина этого коэффициента взаимной корреляции указывает на преобладающее влияние первых межклетевых промежутков прокатного стана в процессе формирования ширины полосы.

Экспериментально установлено также,что отклонения ширины и толщины положительно коррелированы между собой при изменении температуры полосы.

Для процесса шлихтования предложена модель воздействия натяжения на шлихтованную основную пряжу, которая рассматривает процессы, происходящие в объекте, включающим сматывающее

устройство, тянульный вал и шлихтованную основную пряжу между ними. В соответствии с этой моделью увеличение натяжения может привести к развитию процесса появления остаточных деформаций основы и тем самым ухудшению качества шлихтованной основой,пряжи. Оперативная оценка качества шлихтования на действующих машинах не выполняется. Предложенная модель отличается от известных тем, что вводится обобщающий показатель качества шлихтованной основы в виде дифференциальной жесткости пряжи Сдиф, определяемой отношением приращения натяжения к приращению деформации, т.е. Сдиф - й'Ше. Таким образом, показатель качества учитывает изменение механических свойств основы и процессы формирования натяжения .

Приведенный в разделе анализ зависимости изменения Сдиф от величины натяжения основы установил,что этот показатель качества позволяет получить информацию о предельном значении натяжения I, превышение которого можно связывать с резким возрастанием величины остаточных деформаций, т.е. разрушением тех связей между волокнами, которые и должны быть созданы в результате шлихтования основы.

Исследования, проведенные в разделе, позволили установить, что связь между Сдиф и величиной нагяжения нелинейная и неоднозначная. Нелинейная связь имеет экстремальную точку типа минимума. Изменение значения Сдиф ,при изменении механических свойств основы, приводит и к измененению параметров контура регулирования натяжения.

Модель процесса смотки материала рассмотрена на примере процесса смотки горячекатаной полосы в рулон. Модель объекта включает'моталку, тянущие ролики и полосу между ними. Модель отличается от известных тем, что учитывает процессы формирования сил трения между рулоном и барабаном моталки в зависимости от скорости скольжения между ними и величины усилий, действующих в месте контакта между ними, в том числе и от натяжения полосы.

Исследование этой модели показало, что в случае, если срывающие силы, связанные с величиной натяжения г, превышают силы трения

лежду рулоном и барабаном Гтр, то появляется разность скоростей V лежду ними, т.е. режим "пробуксовки барабана". Такой режим приводит < возможности появления аварийных ситуаций и ухудшению качества ;мотки за счет увеличения "телескопичности рулонов".

Экспериментальные исследования установили, что связь между эазностьто скоростей V и натяжением является существешго нелинейной и ге можно отнести к нелинейностям \'-типа. Технологический процесс шмотки полосы при наличии такой нелинейности может иметь три положения равновесия, причем, только одно из них соответствует предъявляемымым требованиям к качеству смотки рулона. При переходе к нежелательному положению равновесия системы, которое может произойти за счет изменения внешней среды, происходит изменение коэффициента передачи между скоростью барабана и натяжением полосы объекта управления.Таким образом, изменение внешних условий смотки в виде изменений коэффициента трения, температуры или давления рулона на барабан сказывается как на качестве рулонов, лак и на изменении параметров САРН.

Модель процесса, в котором технологией предусматривается активное воздействие натяжения на размеры материала, рассмотрена на примере вытяжки оптического волокна. Модель объекта включает устройство подачи заготовки, печь нагрева заготовки, устройство для смотки волокна и оптическое волокно между ними. Модель отличается от известных тем, что учитывает процессы формирования диаметра волокна в каждом сечении участков заготовки, находящихся в печи, а также связь величины натяжения с возможностью уменьшения прочности волокна.

Исследование этой модели показало, что увеличение натяжения Т способствует уменьшению высокочастотных колебаний диаметра, связанных с изменением вязкости материала, но одновременно возрастает вероятность появления микротрещин в волокне. При этом происходит и изменение коэффициента передачи между скоростью сматывающего устройства и натяжением. Таким образом, изменение параметров

1о

внешней среды может вызвать уменьшение точности ведения процесса вытяжки и ухудшение прочностных характеристик волокна, при этом происходит и изменение параметров САРН.

Экспериментально установлено, что величина коэффициента передачи между скоростью вытяжки и натяжением позволят оценить характеристики вязкости заготовки и контролировать влияние внешней среды на параметры процесса вытяжки.

Таким образом, приведенные выше результаты исследования моделей и результаты экспериментальных исследований установили, что воздействие окружающей среды на систему приводит к изменению: предела текучести металла от, жесткости шлихтованной основы Сдиф, сил трения между рулоном и барабаном Г-^, количества и глубины микротрешин при вытяжке оптического волокна. При этом, с одной стороны, качество этах систем является функцией указанных параметров и величины натяжения и может быть представлено в виде /(а/ат), До/Тт?), /(с/Сдиф), а, с другой стороны, одновременно измененяются параметры объекта управления и параметры САРН в зависимости от тех же функций.

В четвертом разделе представлены вопросы прикладной теории и исследования адаптивных систем управления величиной натяжения. Воздействие окружающей среды на систему, как выше было показано, приводит к изменению и параметров объекта управления и САРН. Информацию об изменениях указанных параметров или показателя качества не удается проконтролировать. Получение требуемого качества работы систем в таких условиях становится невозможным при использовании обычного принципа обратной связи. Естественным методом решения этой проблемы является использование адаптивных принципов получения информации о коэффициенте передачи объекта и использования полученной информации для управления величиной натяжения.

В настоящее время предложено большое количество прнпципов построения адаптивных систем. Однако, как показывает анализ, число реализованных в промышленности адаптивных систем, работающих в режиме реального времени и в условиях быстропротекаклцих технологических процессов, существенно ограничено, что связано с использованием в них существенно упрощенных моделей объектов. Упрощение модели объекта в адаптизиых системах объясняется тем, что при разработке системы не учитывается влияние внешней среды на те параметры, которые делают основной контур адаптивно!! системы нелинейным, что существенно снижает точность и эффективность таких систем.

Для разрешения противоречия между точностью определения параметров и ограниченным временем наблюдения управляемого процесса адаптивной САРН предложено использовать известный метод,

когда в систему вводят специальные пробные сигналы, с помощью которых в каждый данный момент времени проводится активный эксперимент на объекте управления. В качестве базовой системы предложено использовать известную схему системы с одним пробным сигналом. В условиях действия помех на реальном объекте и с целью повышения помехозащищенности адаптивных систем предложено использовать пробный сигнал в виде гармонического сигнала. Адаптивная система включает основной контур (САРН) и контур самонастройки. Контур самонастройки включает измеритель амплитуды пробных колебаний, подключаемый к выходу одной из переменных основного контура; устройство сравнения с заданной величиной колебаний; корректирующее устройство. которое формирует управляющий сигнал на входе САРН; генератор пробных гармонических колебаний.

Применение такой базовой схемы системы на реальных объектах производства полос и нитей требует решения ряда задач прикладной теории адаптивных систем. Среди вопросов прикладной теории

адаптивных систем, которые решены в разделе - вопрос оценки и использования информации об изменении амплитуды пробных колебаний в случае, если пробные колебания от специального генератора вводятся на вход системы, состоящей из подсистем. Как было показано выше, все системы управления величиной натяжения включают несколько таких подсистем, объединеных между собой материалом в напряженном состоянии. В разделе теоретически решен этот вопрос на примере чистовой группы стана горячей прокатки, в которой используются пробные гармонические колебания для оценки изменения коэффициента передачи каждой подсистемы, в такой системе каждую клеть можно рассматривать как отдельную подсистему. Создание колебаний скорости двигателя клети одной (например, первой) подсистемы приводит к изменению натяжения во всех межклетевых промежутках стана. При этом изменение параметров в этой и любой другой подсистеме приводит к изменению амплитуды пробных колебаний переменных первой подсистемы, которые оцениваются в контуре адаптации. В то же время коррекция величины натяжения не может носить распределенный характер : изменение величины натяжения должно произойти в конкретном межклетевом промежутке стана. Исследования этого вопроса, выполненые с использованием теории цепных дробей.позволили установить,что передаточная функция между натяжением полосы Тп в первом промежутке и скоростью прокатного двигателя первой клети щ может быть представлена в виде

&тп(р) _____

1

1

(П)

1+ед

1

I

В1(р) -функция параметров на выходе из / прокатной клети,

¿¡(р) - функция параметров межклетевого промежутка,_______________________

Ь, Ни - ширина и толшина полосы,соответственно. После преобразования (11), производя допустимые упрощения, ото выражение можно записать в виде

где к -число клетей непрерывной группы,

т -коэффициент, зависящий от режима прокатки, т > I. Как следует из (12), передаточная функция зависит от числа клетей стана к и при достаточно большом их числе выражение примет вид

Как видно из (13), при достаточно большом числе клетей в прокатном стане амплитуда пробных колебаний натяжения определяется, в основном параметрами одной первой клети. Кроме того установлено, что этот результат зависит от положении клети в нитке стана и справедлив для крайних клетей стана. Расширяя полученные результаты на другие адаптивные системы управления натяжением, можно сделать заключение, что вводя пробные колебания в крайнюю подсистему системы, мы получим информацию об изменении параметров только этой крайней подсистемы.

В разделе аналитически решен вопрос выбора точки съема информации для контура самонастройки и выбора частоты и амплитуды пробных колебаний. Информация об изменениях параметров объекта содержится во всех сигналах основного контура САРН, однако, в зависимости от выбора точки съема информации существенно изменяется точность системы и трудоемкость построения контура самонастройки.

±ти(р) _ гх{р)Ъ\

1

(12)

А7]2{р) = 2х(р)ЪЬи Щ р) Д (р) -к 1 (13)

■и

Важной особенностью основного контура, рассматриваемых систем является то, что САРН является обычно многоконтурной , что, с одной стороны, усложняет анализ системы, а, с другой стороны, позволяет получить лучшие характеристики точности и быстродействия. Другой особенностью рассматриваемых систем является использование двигателя постоянного тока в качестве исполнительного механизма САРН. Выбор координат основного контура, используемых для получения информации в адаптивном контуре, выполнен на основе теории чувствительности. Этот анализ проведен на примере САРН непрерывного стана горячей прокатки.

При использовании для контура самонастройки выходного сигнала основного контура в виде сигнала натяжения логарифмическая функция чувствительности 5 изменения передаточной функции замкнутой системы к изменению коэффициента передачи объекта к,е имеет вид

¿Ф(р)/Ф<р) _ 1

Жаб/Кб 1 +

где Ф(р) - передаточная функция замкнутой системы по контуру натяжения; №(р)к„б - передаточная функция разомкнутой системы. Из выражения (14) видно,что при частоте сигнала и>-> 0 и значении УУ(р) оо .чувствительность 5 -> 0. Для высоких частот при и> со значение 5 1. Таким образом, контролировать изменение амплитуды пробных колебаний для этой точки съема информации на низких частотах нецелесообразно, поскольку при этом чувствительность близка к нулю. При использовании пробных колебаний с частотой больше частоты среза системы контроль амплитуды возможен, например, в соответствии с (14) изменение значения параметров объекта на 10 % при высоких частотах вызывает изменение передаточной функции Ф(р) также на 10 %. Однако необходимо иметь в виду, что при и> -> да, Ф(р) 0 и сигнал колебаний натяжения также стремится к нулю. При этом, чтобы различить пробные колебания на уровне шумов необходимо повышать

амплитуду колебаний на выходе генератора, что может иметь нежелательные последствия для промежуточных координат системы. Поэтому в разделе сделан вывод, что при наличии в основном контуре обратной связи по натяжению материала, нецелесообразно использовать эту координату в качестве канала контура самонастройки. Проведенный анализ логарифмических функций чувствительности с точки зрения наибольшей чувствительности и быстродействия для различных точек съема информации, позволил остановить выбор на канале информации -ток якоря двигателя.

В разделе на основе анализа системы и моделирования работы основного контура произведен выбор точек съема информации для случая, когда помимо изменения параметров объекта управления происходит изменение других параметров основного контура. Это исследование выполнено для основного контура при изменении параметров исполнительного механизма - двигателя постоянного тока. В этом случае возникает необходимость в организации дополнительного канала информации для контура самонастройки. В качестве дополнительного какала предложен сигнал скорости исполнительного механизма.

В разделе проведены теоретические. исследования нового типа адаптивных систем: систем с пробными колебаниями и с выходом на границу устойчивости. При использовании базовой схемы адаптивной системы для нелинейных САРН с несколькими положениями равновесия (например, еоь еог, еоз) необходимо обеспечить управление величиной натяжения таким образом, чтобы исключить переход от одного состояния равновесия ем к другому еог, которое может являться нежелательным с точки зрения технологического режима. При этом адаптивный контур должен проводить оценку изменения коэффициента передачи объекта, однако, второе положение равновесия еоз, например, для нелинейности И-типа является неустойчивым. Поэтому. наличие

пробных колебания может вызвать кратковременный выход системы на границу устойчивости и даже вызвать неустойчивость системы.

В данном разделе с применением прямого метода Ляпунова определены условия устойчивости адаптивных нелинейных систем с несколькими положениями равновесия с кратковременным выходом на границу устойчивости. Определены условия устойчивости в зависимости от амплитуды и частоты периодических пробных колебаний, определены значения запаса сил притяжения положения равновесия для нелинейных систем первого, второго и третьего порядка. Дифференциальное уравнение, описывающее динамику системы третьего порядка, представлено в виде

dle .d2e nde , ч л —Т + А—Т + В— + e+kF(ë) = О dr aî at

F(e) = f(e)-R где А, в - коэффициенты,

е,к- сигнал ошибки и коэффициент усиления системы, f(t) - нелинейная функция, R - входной сигнал. Функция Ляпунова для неустойчивого положения равновесия еог выбрана в виде

V = 4 Ак jF(é)de + 2kF(e)y + Ву2 + (А у + z)2 (16)

где = délit, z = dyldt. Функция V знакоопределенная , положительная и равна нулю при е=0, >'=0, z=0. Тогда производная по времени от этой функции - W принимает значение

W = 2 )[{kF'{e) - АВ)у + kAF(e)\ . (17)

В соответствии с (17) получаем значения амплитуды пробных колебаний, -при которых система не.будет переходить из состояния eoi в состояние еог и в тоже время в контур самонастройки будет поступать информация о

запасе сил притяжения положения равновесия ем: амплитуда колебаний должна быть меньше значения еог на величину

При этом должно выполняться условие, что кР (е) <АВ.

В разделе аналитически определен также необходимый диапазон частот пробных колебаний прямоугольной формы в нелинейной системе с несколькими положениями равновесия. При частоте сигнала и- близкой к нулю любое попадание координаты за счет пробного колебания на неустойчивый участок нелинейности делает систему неустойчивой, с другой стороны при и> -> да и, следовательно, за очень малый промежуток времени не удается получить информацию о приближении ¡с зоне неустойчивости. В этом режиме высокочастотные колебания могут использоваться лишь для сглаживания нелинейностей. Минимальная же частота пробных колебаний должна иметь такое значение, чтобы в момент изменения полярности пробного сигнала с положительной на отрицательную выполнялись неравенства (18) и (19). Определение необходимого диапазона частот пробных колебаний проведено для систем первого и второго порядка. Исследования показали, что, например, для системы первого порядка зависимость нормированной частоты ь>„ от отношения предельно возможной амплитуды пробных колебаний, определяемой значением есг, и составляющей пробного сигнала Еп, попадающей на неустойчивый участок нелинейности может быть представлена в виде

гдее = (к//'(е)/-1).

Выражение (20) позволяет выбрать диапазон частот пробных колебаний для адаптивных систем с выходом на границу устойчивости и несколькими положениями равновесия.

Представленные выше исследования амплитуды и частоты пробных колебаний проведены только для сигналов одной формы и нелинейности одного вида. Эти исследования не позволяют оценить переходные процессы при введении пробных колебаний в нелинейных системах. С помощью анализа нелинейных систем и моделирования процессов на ЭВМ удалось расширить полученные результаты и получить рекомендации по использованию пробных колебаний синусоидальной и треугольной формы, проанализировать нелинейности другого вида, получить наглядное представление о переходных процессах в этих системах. Эти исследования показали, что предельная амплитуда пробных колебаний для нелинейной системы с несколькими положениями равновесия существенно зависит от величины произведения коэффициента усиления линейной части основного контура адаптивной системы и коэффициента усиления участка нелинейности с отрицательным наклоном. При значениях частоты пробного сигнала, выбранных в соответствии с (20), получены условия, при которых, оставаясь в рамках устойчивого режима, амплитуда пробных колебаний увеличивалась в 20 раз при попадании на участок с отрицательным наклоном. Однако в этом случае не удается использовать информацию об увеличении амплитуды колебаний координаты системы для контроля и прогноза состояния объекта, так как переключение из одного состояния в другое происходит при очень малых значениях запаса сил притяжения устойчивого положения равновесия. В то же время, повышение частоты пробного сигнала приблизительно в два раза по отношению к результатам, полученным в (20), позволяет наблюдать плавное увеличение амплитуды колебаний системы при уменьшении запаса сил притяжения для положения равновесия еоь Увеличение амплитуды колебаний свидетельствует о попадании на участок нелинейности с

отрицательным наклоном и может быть использовано для контроля состояния объекта. В этом случае информация о приближении к критическомурежимуТГерехода в другое состояние может быть получена еще при наличии запаса сил препятствующих этому переходу, этот запас может составлять до 10% амплитуды пробного сигнала. Дальнейшее повышение частоты приводит к тому, что изменение амплитуды колебаний координаты системы становится незначительным и может быть соизмеримо с шумами объекта. Анализ результатов моделирования позволяет сделать вывод, что изменение запаса сил притяжения положения равновесия ео1 несущественно зависит от формы пробного сигнала.

Проведенные выше исследования не могут учесть всего многообразия взаимодействия разрабатываемых систем управления с окружающей средой, поэтому в пятом разделе представлены

технические решения реализации адаптивных САРН для различных объектов. Эти решения выполнены в виде изобретений, которые явились основой разработки реальных систем автоматического управления величиной натяжения материала. Изобретения и экспериментальные исследования, подтверждающие технические возможности использования этих изобретений, представлены в нескольких подразделах, каждый из которых включает изобретения, связанные с одним из рассматриваемых объектов управления.

В первом подразделе представлены результаты экспериментальных исследований, проведенных на прокатных станах Карагандинского металлургического комбината (КМК), Челябинского металлургического завода (ЧМЗ), Новолипецкого металлургического завода (НЛМЗ), по введению пробных колебаний на вход системы автоматического регулирования скорости прокатного двигателяю. Исследование показало, что изменение амплитуды колебаний тока якоря двигателя, амплитуды колебаний скорости двигателя и натяжения полосы зависит от механических свойств прокатываемой полосы и важнейшего возмущения

- изменения температуры полосы. В этом же разделе для непрерывного стана горячей прокатки предложена адаптивная система управления величиной натяжения, которая базируется на алгоритме, включающим подачу гармонических сигналов на вход регулятора скорости прокатного двигателя и выделение переменной составляющей тока якоря двигателя, вызванной пробными колебаниями. Затем, в контуре самонастройки определяют средневыпрямленное значение этих колебаний, которое используют в качестве сигнала обратной связи для управления величиной натяжения.

Другое изобретение позволяет уточнить значение сигнала обратной связи и организовать сравнение этого сигнала с сигналом задания: сигнал обратой связи формируют путем перемножения средне-выпрямленного значения колебаний с сигналом, пропорциональным натяжению полосы. При этом сигнал задания натяжения для данной полосы формируют, запоминая величину полученного произведения на переднем конце полосы.

Функциональная схема системы управления

Еще одно изобретение позволяет выполнить дальнейшее уточнение алгоритма работы системы, которое необходимо при изменении параметров прокатного двигателя, оно связано с введением дополнительного канала контура самонастройки с выделением

переменной составляющей скорости прокатного двигателя, вызванной

пробными колебаниями. ________________________________________________

Во втором подразделе представлены результаты экспериментальных исследований процесса получения информации о пробуксовке барабана при смотке полосы в рулон, проведенные на НЛМЗ. В качестве пробных колебаний использовались естественные помехи, связанные с наличием переходного участка рулона на каждом новом витке. Исследования установили, что амплитуда периодически4: колебаний скорости двигателя моталки зависит от запаса сил трения и позволяет контролировать момент перехода координат системы на участок нелинейности с отрицательным наклоном. В подразделе представлен алгоритм работы устройств контроля наличия пробуксовки. Он предусматривает подачу гармонических пробных колебаний на вход регулятора натяжения, выделение переменной составляющей тока якоря двигателя, вызванной пробными колебаниями и сравнение амплитуды этих колебаний с заданным значением. Заданное значение амплитуды колебаний формируется на основании запоминания минимальной амплитуды колебаний на настроечной полосе. Другое изобретение позволяет повысить точность работы системы за счет того, что в качестве пробных колебаний в системе используются естественные помехи, связанные с наличием ет\пенчатообразного увеличения на каждом новом витке радиуса рулона на зеличину толщины полосы. При этом в контуре самонастройки выделяется переменная составляющая скорости двигателя .вызванная помехой, а заданное значение амплитуды колебаний формируется на основании запоминания амплитуды колебаний на переднем конце полосы. Еще одно изобретение позволяет повысить надежность системы за счет дополнительного воздействия на барабан моталки, изменяющегося диаметра, при обнаружении отклонения амплитуды периодических колебаний скорости двигателя моталки от заданного значения.

Б третьем подразделе представлены результаты экспериментальных исследований по использованию пробных колебаний при анализе коэффициента жесткости шлихтованной основы. Исследования установили, что амплитуда периодических колебаний натяжения основы на участке намотки основы на ткацкий навой пропорциональна жесткости основы и зависит от величины натяжения. В этом подразделе представлен алгоритм получения значения коэффициента жесткости, использующий информацию об амплитуде колебаний скорости сматывающего устройства, при этом учитывается радиус паковки. Повышение точности определения коэффициента жесткости достигается в другом изобретении за счет учета относительной деформации материала. Следующий уровень повышения точности связан с изобретением, в котором учитывается эластичность паковки. Целый блок изобретений, позволяющий дополнительно повысить точность определения коэффициента жесткости, включает алгоритмы, предусматривающие учет толщины нитей, скорости перемещения нитей и наличие зоны скольжения наматываемых нитей на поверхности паковки. Существенное повышение точности определения коэффициента жесткости достигается в изобретении за счет организации специальной зоны определения параметров деформации нитей и исключения, тем самым, влияния изменяющейся жесткости паковки на точность измерения.

Еще один блок изобретений включает алгоритмы получения информации о коэффициенте жесткости нитей из материалов, для которых введение пробных колебаний может вызвать нежелательные последствия, при этом алгоритмы предусматривают поддержание постоянной амплитуды колебаний натяжения для одних материалов или поддержание постоянной амплитуды деформации нитей для других материалов. Кроме того, предусматривается возможность изменения частоты пробных колебаний. Несколько изобретений защищают алгоритмы, с помощью которых управляют величиной натяжения с

целью обеспечения выбора наиболее благоприятных режимов деформации нитей: Предложёнь! устройства, обеспечивающие оптимизацию коэффициента жесткости нитей в процессе шлихтования при воздействии на различные координаты системы: влажность основы, степень отжима шлихты, величину натяжения нитей.

В четвертом поаразделе представлены изобретения, связанные с изменением величины натяжения и подачей пробных колебаний в процессе вытяжки оптического волокна. Для осуществления непрерывности определения вязкости волокна в зоне формования создают пробные гармонические колебания скорости вытяжных роликов. Используя информацию об амплитуде переменных составляющих скорости вытяжных роликов и натяжения волокна, определяют значения скорости деформации и вязкости стекломассы. Знание значения вязкости стекломассы позволяет судить о важнейшем возмущении, действующем на систему регулирования сечения оптического волокна. Другое изобретение позволяет снизить высокочастотные колебания диаметра волокна, что достигается за счет использования многократной вытяжки и локализации изменении натяжений в рамках одной стадии вытяжки. Следующее изобретение связано с управлением по возмущению и позволяет уменьшить высокочастотные колебания диаметра оптического волокна, при этом колебания натяжения рассматриваются как сигнал возмущения, а информация о величине колебаний диаметра используется для иск;почения перекомпенсации. Еще одно изобретение позволяет уменьшить высокочастотные колебания диаметра волокна за счет оптимизации значения величины натяжения, которое выбирается на основе информации о частоте мнкротрешин, зависящей от величины натяжения.

В пятом подразделе представлены изобретения, связанные с цифровой фильтрацией периодических колебаний. Предложенные в изобретениях технические решения позволяют существенно снизить

фазовые сдвиги полезных сигналов при их фильтрации и тем самым повысить точность системы автоматического управления.

В шестом разделе диссертации рассмотрены вопросы реализации систем автоматического управления величиной натяжения. В начале раздела представлена структурная схема и проведено исследование возможных динамических ошибок адаптивной системы автоматического управления натяжением первого промежутка непрерывного стана горячей прокатки при действии типовых возмущений. Адаптивный контур системы использует канал тока и канал скорости. Разработаны, изготовлены и- испытаны элементы системы управления натяжением. Узлы системы выполнены на . усилителях, выпускаемых промышленностью, которые используются для реализации и других локальных автоматических систем стана. Частота пробных колебаний, используемая в системе, составляет 8 рад/с.

Разработана структурная схема аДагггивной системы управления величиной натяжения при смотке полосы в рулон. Представлены основные вопросы разработки, изготовления и испытания узлов системы автоматического управления натяжением полосы в процессе смотки рулонов для непрерывного прокатного стана. Система реализована на непрерывном, стане горючей прокатки 2000 НЛМЗ. Информацию в контуре адаптации о .моменте начала пробуксовки получают при использовании в качестве пробных сигналов, колебаний скорости двигателя моталки, вызванных "переходным участком" рулона.

Представлена структурная схема адаптивной системы управления величиной натяжения шлихтованной основы в зоне намотки основы на ткацкий навой. Разработаны, изготовлены и прошли испытания элементы системы регулирования коэффициента жесткости шлихтованной основы в зрне намотки основы.На вход регулятора тока двигателя ткацкого навоя, подаются гармонические колебания частотой 8 рад/с. Адаптивный -коьрур, позволяющий оценивать изменение коэффициента жесткости,.использует информацию о пробных колебаниях

скорости навоя и натяжения нитей. Требуемое значение натяжения поддерживается с помощью экстремального регулятора.

В""конне" раздела"П{Гёд^влёна" структурная схема системы стабилизации диаметра оптического волокна при управлении величиной его натяжения. Были разработаны и изготовлены элементы системы,которая работает в режиме прямого цифрового управления с ЦВМ в контуре. Система включает в себя цифро-аналоговый и аналого-цифровой преобразователи, блок связи с цифровым измерительным прибором, магистральный расширитель, систему автоматического управления скоростью вытяжных валков, микроЭВМ. Алгоритм работы микроЭВМ выполненен в виде шести подпрограмм.

В седьмом разделе приводятся результаты опытно -промышленных и промышленных испытаний разработанных систем. В начале раздела приводятся результаты промышленных испытаний систем автоматического управления величиной натяжения полосы 51а стане 2000 НЛМЗ и опытно-промышленных испытаний на стане 1700 КМК в режиме индикации и в режиме управления величиной натяжения. Результаты работы системы автоматического управления величиной натяжения были проанализированы для большинства прокатываемых профилей на НЛМЗ. Наиболее эффективно управление натяжением осуществляется для тонких профилей. Для этих профилей снижение разноширинности достигает 6 мм. Управление величиной натяжения при этом уменьшает изменение ширины полосы, которое определяется снижением температуры материала. Приводятся также результаты управления величиной натяжения в последнем промежутке прокатного стана, осуществляемого в зависимости от отклонений ширины и толщины полосы.

Приводятся результаты промышленных испытаний системы управления натяжением моталок на стане 2000 НЛМЗ. Результаты работы системы управления натяжением были проанализированы для большинства прокатываемых на НЛМЗ профилей. Испытания

подтвердили наибольшую эффективность использования системы управления для устранения пробуксовок при смотке толстых полос (И =6 - 9 мм).

Представлены результаты опытно-промышленных испытаний системы управления величиной натяжения для стабилизации заданного значения жесткости хлопчатобумажной основы.Система была реализована на шлихтовальной машине МШБ-9/140 Алматинского хлопчатобумажного комбината. Опытно-промышленные испытания системы автоматического управления величиной натяжения показали эффективность поддержания постоянного значения коэффициента жесткости нитей.

В конце раздела представлены результаты испытаний системы автоматической стабилизации диаметра оптического волокна при управлении величиной натяжения, она была реализована на установке вытяжки оптического волокна института технического стекла (г.Москва). Система автоматического управления прошла промышленные испытания и обеспечивает автоматическое регулирование диаметра оптического волокна при действии возмущений с периодом более 20 с с ошибкой не более ± 1%.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана и впервые практически решена задача перехода от стабилизации натяжения к управлению величиной натяжения прг производстве полос и нитей в сложных технологических системах I зависимости от влияния внешней среды на параметры объекта.

2. Разработаны алгоритмы оптимального, с точки зрения полученю минимума отклонения размеров продукции, управления величино{ натяжения, включающие использование знаковой корреляции межд] размерами полосы.

3. Разработаны аналитические методы оценки эффективностт управления величиной натяжения для многосвязанного объекта

целесообразность управления величиной натяжения. Сделана оценка потенциальной эффективности систем управления величиной натяжения. -

4. Разработаны модели процессов взаимодействия натяжения и механизмов объектов. Установлено, что воздействие окружающей среды на системы приводит к изменению: предела текучести материала от, жесткости шлихтованной основы Сдин, сил трения между рулоном и барабаном Г,Р, числа и глубины микротрещин оптического волокна при его вытяжке. При этом, с одной стороны, качество этих процессов является функцией указанных величин, а, с другой стороны, одновременно измененяются параметры объекта управления пропорционально тем же величинам.

5. Предложена адаптивная система автоматического управления величиной натяжения, в которой информацию о параметрах объекта получают путем создания пробных колебаний натяжения для нелинейных объектов, многосвязанных объектов, объектов с переменными параметрами. Определены информационные каналы, обеспечивающие наибольшую чувствительность к изменению параметров. Предложено использовать для информационных каналов контура самонастройки сигналы скорости и тока двигателей приводов, обеспечивающих получение натяжения, предложена методика определения частоты п р о б н ь! ■< колебаний.

6. Теоретически решена проблема использования пробных колебаний в системе, состоящей из нескольких подсистем, для оценки изменения коэффициента передачи отдельной подсистем!.;.

7. Проведены теоретические исследования нового типа адаптивных сисгемхистем с пробными колебаниями и с выходом на границу устойчивости. Для этих систем автоматического управления определены количественные характеристики запаса сил притяжения положения равновесия в зависимости от амплитуды, частоты и формы сигнала пробных колебаний.

8. Предложен и теоретически обоснован способ управления величиной натяжения при шлихтовании нитей, предусматривающий получение информации о коэффициенте жесткости шлихтованных нитей с помощью пробных колебаний натяжения.

9. Экспериментально получен обширный банк данных изменения размеров горячекатанной полосы при изменении параметров прокатки в промежутках стана, удаленных от штатных измерительных средств, а также банк данных об аварийных изменениях сигналов САУ моталок прокатного стана при различных настройках механизмов моталки и величинах натяжения.

10. Разработаны новые способы и устройства автоматического управления, защищенные авторскими свидетельствами, позволяющие управлять величиной натяжения в объектах с переменными параметрами, нелинейных и многосвязанных объектах, и тем самым повысить качество горячекатанного листа, качество рулонов горячекатанной стали, качество пряжи и оптических волокон.

11. Разработаны структурные и принципиальные схемы систем автоматического управления величиной натяжения для чистовой группы прокатного стана,для моталок прокатного стана, для шлихтовальных машин. Разработанная система вытяжки оптических волокон работает в режиме прямого цифровою управления с ЦВМ в контуре. Разработаны, изготовлены и испытаны элементы САУ натяжением.

12. Проведены опытно-промышленнные и промышленные испытания САУ управления величиной натяжения для указанных выше объектов, что подтверждается соответствующими актами.

Впервые пробные колебания были использованы в промышленных системах с исполнительными механизмами столь большой мощности (мощность двигателя главного привода клети чистовой группы КМК составляет 7200 кВт).

СПИСОК основных публикаций но теме диссертации

1. Заславская II.Я.. Рутгайзер О.З.. Бегдуллаев К.Б. Исследование действия помех на систему автоматизированного регулирования скорости двигателей главных приводов прокатного стана // Сб.MB и ССО КазССР .Технические науки Алма-Ата : КазПТИ,- ¡969 .-Вып.8-9.-с 40-42.

2. Шамин П.А., Заславская Н.Я., Рутгайзер О.З. Экспериментальное определение постоянных времени якорной цепи двигателей гчавных приводов прокатных станов Карагандинского металлургического завода .//Автоматизация производственных процессов. - Алма-Ата: Наука,- 1970 . - с.49-50.

3. Рутгайзер О.З., Козюльский В.В. Исследование динамических свойств системы автоматического регулирования натяжения

непрерывного стана горячей прокатки .//Сб. MB и ССО Каз. ССР Труды КазПТИ - Алма-Ата: КазПТИ,- 1970 . -Сб. 31.- с.300-301.

4. Заславская Н.Я., Рутгайзер О.З. Самонастраивающаяся система стабилизации натяжения непрерывного стана горячей прокатки.// Материалы конференции, посвященной 100-летию В.И. Ленина. - Алма-Ата: КазПТИ,- 1970 .- c.i73~577c.

5. Рутгайзер О.З., Топоров В.И., Заславская Н.Я. Выбор точки съема информации в С.Н.С с гармоническим пробным сигналам /' Технические науки, - Алма-Ата : КазПТИ .-1975 .- # 15. - с. 12-16.

6. Железное Ю.Д., Рутгайзер О.З., Заславская Н.Я., Амирбаев Т.Р. Приближенное определение передаточных ф\шшш « непрерывных станах горячей ирокатки /У Известия вузов. Черная металлургия,- 197& . -#4-с.86-89.

7. Францешок И.Б., Пономаренко А.Г.. Рутгайзер О.З., Харченко Ю.И. Коррекция натяжения полосы на непрерывных тонколистовых станах горячей прокатки // Металлург.-1977 . -#4. - с.28-30.

8. Григорян Г.Г., Железнов Ю.Д., Рутгайзер О.З. и др. Уменьшение разноширинности горячекатанных полос // Бюллетень института Черметинформатика.- 1977 . -#14. - с.40-41.

9. Рутгайзер О.З. Оптимальное регулирование натяжения полосы на станах горячей прокатки /Я1звестия вузов. Черная металлургия,- 1978 . -#8. - с.80-83.

.10. Рутгайзер О.З., Харченко Ю.И., Чернов Б.А. Математическая модель электропривода и процесса смотки рулонов на стане горячей прокатки II ' Электрофизика, электромеханика и прикладная электротехника. - Алма-Ата: Каз ПТИ,- 1979. - с.54-61.

11. рутгайзер О.З. Разработка и исследование системы автоматической коррекции величины натяжения для непрерывного стана горячей прокатки П Автореф.дисс.....канд. техн. Наук,-Киев: КИА.-1979.-24с.

12. Рутгайзер О.З. Оценка эффективности управления натяжением полосы на непрерывных станах горячей прокатки // Известия вузов. Черная металлургия,- 1982. -#4. - с .58-61.

13. Чернов Б.А., Рутгайзер О.З. Автоматическая коррекция параметров шлихтования // Тезисы Всесоюзной научно-технической конференции. Автоматизация технологических процессов легкой промышлености. - М.: МТИЛП,- 1982.- с.71-72.

14. Чернов Б. А., Рутгайзер О.З. Управление процессом шлихтования по физико-механическим свойствам шлихтованной основы // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции "Создание автоматизированных систем управления технологическими процессами в легкой промышленности на XII пятилетку. - М. : ЦНИИТЭИ легпром,- 1986.

15. Рутгайзер О.З., Чернов Б.А. Получение и использование информации . для управлениия параметрами клеильного аппарата

шлихтовальных машин // Библиографический указатель Депонированные научные работы, # 3. с. 113-115, - М.: ВИНИТИ , 1987.

-------------16. Рутгайзер О.З.г Харченко Ю.Иг,—Маслов-Е:Б.—Разработка'

локальной системы управления телескопичностыо рулонов на непрерывных ширикополосных станах горячей прокатки // Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Разработка и внедрение АСУТП в прокатном производстве. - М. : ЦНИИТЭИ приборостроения,- 1987.- с.26.

17. Рутгайзер О.З. Маслов Е.Б., Харченко Ю.И. Локальная система точного регулирования разнотолщинности и разноширинности полосы в последних промежутках /7 Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Разработка и внедрение АСУТП в прокатном производстве. - М.: ЦНИИТЭИ приборостроения .-1987. - с.27.

18. Чернов Б.А. ,Рутгайзер 0.3. Автоматическая оптимизация процесса шлихтования И Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции. Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении (IV Бенардосозские чтения. т.П).- Иваново : ИЭИ.- 1989,- с.¡67-168.

19. Чернов Б.Л..Рутгайзер О.З. Получение I! использование в процессе шлихтования информации о механических свойствах основной пряжи // Известия вузов. Технология текстильной промышленности.-1989. -#].- с.53-57.

20. Рутгайзер 0.3., Харченко Ю.И. Компенсация возмущений в электроприводе моталки непрерывного стана горячей прокатки // Тезисы докладов к 4-оч коучио-гечничсской конференции. Автоматизированный хтектропривод прокатных станов. - Свердловск: СПИ,- 1991-'. - с.73.

21. Рутгайзер О.З., Маслов Е.Б.. Леонидов Е.В. Система автоматического управления натяжением полосы непрерывного стана горячей прокатки // Тезисы докладов к 4-ой научно-технической конференции. Автоматизированный электропривод прокатных станов. -Свердловск : СПИ,-1990.- с.74.

22. Рутгайзер 0.3., Маслов Е.Б. Автоматическое устройство управления в системе с транспортным запаздыванием // Сб.научных трудов Каз.ПТИ .Устройства автоматики и системы передачи информации, - Алма-Ата: КазПТИ.- 1990 .- с.38-41.

23. Смирнов В.М., Рутгайзер О.З., Чернов Б.А.Непрерывный контроль продольной жесткости шлихтованной основы //Сб. научных трудов ЦНИХБИ.Исследования в области высокоэффективной технологии в хлопчатобумажной промышленности. - М. : ЦНИХБИ,-1991. - с.83-88.

24. Рутгайзер 0.3. Контроль состояния полисташюнарных систем автоматического управления //Доклады 3-ей Международной конференции. Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов. (ИКАПП-94). Международная инженерная академия. -Барнаул: БТУ,-1994 .-том1.-часть1,- с.104-105.

25. Рутгайзер 0.3. Контроль состояния полистационарных систем автоматического управления.// Энергетика и топливные ресурсы Казахстана.-!995 . -#1.

26. Рутгайзер О.З. Определение диапазона частот пробных колебаний в нелинейной системе с несколькими положениями равновесия // Материалы конференции. Энергетика, связь и высшее образование £ современных условиях. Энергетика и топливные ресурсы Казахстана . 1995. -#1.-(приложение к выпуску).- с.95

27. Рутгайзер 0.3., Кругов М.А. Математическая модель процесс; вытяжки оптического волокна // Материалы конференции. Энергетика связь и высшее образование в современных условиях. Энергетика i топливные ресурсы Казахстана.-1995. -#1.-(приложение к выпуску).- с.94.

Изобретения

28. A.c. 471645 СССР, МКИ Н02Р 5/46. Способ управлени: многодвигательным электроприводом постоянного тока. Рутгайзер 0.3 //Открытия.Изобретения.- 1975,-# 19.

29. A.c. 535703 СССР.МКИ H02P 5/46. Способ управления

шогодвигательным электроприводом постоянного тока. Рутгайзер О.З..-----------

1>ранценюк И.Б., Почомзренко А.Г. // Открытия.Изобретения. 1976. #42

30. A.c. 660747 СССР, МКИ В21С 47/00. Способ контроля наличия ;робуксозки рулона относительно барабана. Рутгайзер О.З., Харченко О.И., Иванов ЭА. и др..// Открытия.Изобретения.- 1979 .-#17.

31. A.c. 812376 СССР,МКИ В21С 47/00. Способ контроля буксовки ¡арабанп при смотке полосы в рулон. Рутгайзер О.З.. Харченко Ю.И.. lepHOB Б.А. и др. // Открытия.Изобретения.-1981. -#10.

32.А.С.1016836 СССР,МКИ Н02Р/46.Способ управления шогодвигательным электроприводом. Рутгайзер О.З,, Харченко Ю.И., 1ернов Б.А. и др. // Открытия.Изобретения..- 1983. - #17.

33. A.c. 994960 СССР,МКИ G01N 3/32.. Устройство для контроля :оэффициснта жесткости нитей в зоне намотки-размотки. Рутгайзер О.З., !асйленко Л.С., Чернов Б.А. // Открытия.Изобретения,- 1983. -#5.

34. A.c. 10955054 СССР,МКИ GO IN 3/32. Устройство для контроля оэффициенга жесткости текстильных материалов. Рутгайзер О.З., [ериов Б.А. .//Открытия.Изобретения.- 1984. -#20.

35. A.c. ! !49137 СССР. МКИ С01ЫЗ/32.Устройспво для контроля сесткости наматываемых нитей. Рутгайзер О.З., Чернов Б.А., Макштадг >.М //'Открытия. Изобретения.-1985.-#13.

36. A.c. 1142401 СССР,МКИ В65Н 77/00. Способ оптимизации ытяжки пряжи и устройство для его осуществления. Рутгайзер О.З., [ерчов Б.А. '/ Открытия.Изобретения,- 19"5. -# 8.

37 A.c. 1227583 СССР.МКИ В65Н 77/00. Способ оптимизации ытяжки клееной пряжи и устройство дач его осуществления, Рутгайзер Î.3., Чернов Б.А. // Открытия.Изобретения,- 1986. -# 16.

38. A.c. 1235590 СССР ,МКИ В21С 47/00.Способ смотки полосы в улон на моталке с барабаном изменяемого диаметра и устройство для :о осуществления. Рутгайзер О.З., Харченко Ю.И.// >ткрытия.Изобрегения.-1986. -# 21.

39. A.c. 124553! СССР, МКИ В65Н 77/00. Устройство для регулирования жесткости материала. Рутгайзер О.З., Чернов Б.А. // Открытия.Изобретения,- 1986. -# 27.

40. A.c. 1285369 СССР ,МКИ G01N 33/36. Устройство для контроля жесткости наматываемого материала. Рутгайзер 0.3., Чернов Б.А. Н Открытия.Изобретения,- 1987,- # 3.

41. A.c. 1321654 СССР, МКИ В65Н 77/00. Устройство для регулирования плотности паковки в процессе наматывания длиномерного материала.Чернов Б.А., Рутгайзер 0.3.//Открытия.Изобретения.-1987-#25.

42. A.c. 1359371 СССР, МКИ G05D 27/00.Устройство для регулирования отжима. Чернов Б.А., Рутгайзер О.З. Л Открытия.Изобретения,- 1987 . -#46.

43. A.c. N 1363445 СССР МКИ НОЗН 17/06. Экстремальный цифровой фильтр. Рутгайзер О.З., Малев A.M.// Открытия.Изобретения. -1987 . -#48.

44.А.С. 1368782 СССР, МКИ G01N 33/36. Устройство для контроля жесткости наматываемого материала. Рутгайзер О.З., Чернов Б.А. Л Открытия.Изобретения.- 1988. -# 3.

45. A.c. N 1569961 СССР МКИ НОЗН 17/06. Экстремальный цифровой фильтр. Рутгайзер О.З., Малев A.M. // Открытия.Изобретения,-1990.-#21.

46. A.c. 1619118 СССР, МКИ G01N 3/32. Устройство для контроля продольной жесткости образцов текстильного материала. Рутгайзер О.З., Чернов Б.А., Кайдаш А.Г. //Открытия.Изобретения,- 1991. -# 1.

47. A.c. ¡619116 СССР ,МКИ C-01N 3/32. Способ контроля продольной жесткости рулонных материалов и устройство для его осуществления. Рутгайзер О.З., Чернов Б.А. и др. h Открытия.Изобретения,- 1991,-# 1.

48. A.c. 1627487 СССР,МКИ В65Н 77/00. Способ оптимизации удлинения клееной пряжи. Рутгайзер О.З., Чернов Б.А. и др. Л Открытия.Изобретения,- 1991,- # 6.

49. A.c. N 1631349 СССР, МКИ GO IN 3/32. Устройство для контроля продольной жесткости образцов текстильного материала. Рутгайзер О.З.; Чернов Б. А. // Открытия.Изобретения.- 1991 . -#8.

.50. A.c. N 1662720 СССР, МКИ В21С 1/30. Способ непрерывной правки серповидной полосы и устройство для его осуществления. Рутгайзер 0.3., Харченко Ю.И. //Открытия.Изобрегения.- 1991 .-#26.

51. A.c. N 1680649 СССР ,МКИ СОЗВ 37/12. Способ выработки оптическою волокна. Рутгайзер О.З.. Илюшин М.А. и др. // Открытия.Изобретения.- 1991 .-#36.

52. A.c. 17022.36 СССР, МКИ G01N 3/32. Способ контроля продольной жесткости рулонных материалов и устройство для его осуществления. Рутгайзер О.З., Чернов Б.А. // Открытия.Изобретения,-1991.-#48.

53. A.c. 1702235 СССР,МКИ GO SN 3/32. Способ определения предела упругости материала и устройство для его осуществления. Рутгайзер О.З.. Чернов Б.А. // Открытия.Изобретения,- 1991. -# 48.

54. A.c. N 1784597 СССР, МКИ СОЗВ 37/05.Способ вытяжки стеклянного волокна. Рутгайзер О.З.. Илюшин М.Н.. Покалюхин Е.В. /7 Открытия.Изообретения.- 1992,- N45.

55. A.c. N 1802510 СССР, МКИ СОЗВ 37/07. Способ управления процессом вытягивания волокна. Рутгайзер О.З., Илюшин М.Нд'для служебного пользования).

56. A.c. N 1789908 СССР, МКИ G01N 11/00. Способ определения вязкости в зоне формования подокна и устройство для его осуществления. Рутгайзер О.З., Илюшин M.II., Чернов Б.А. II Открытие.Изобретения. -¡993 . -#3,

57. A.c. N 1802315 СССР, МКИ GO IN 3/32. Устройство для контроля продольной жесткости основы в выпускной части шлихтовальной машины. Рутгайзер О.З., Чернов Б.А. // Открытия.Изобретения,- 1993. -#10.

Рутгайзер Олег Зиновьевич Технологиялык процестердеп тиимдер мен жштердш Kepmyi бойытш автоматтык баскару жуйелерш зерттеу, жетшцру жэне енд'фюке енпзу

Технологиялык процестердш 6ipa3bi енделетш материалдын кершу барында етедт Колданылып журген автоматтык жуйелер кершст турактандырады. .Слайда сырткы орта эсершен материаддьн механикалык касиеттер1 езгергенде кершсп турактандыру тупк буйымнын сапасын гана нашарлатады. Диссертациялык жумыс керш; шамасын баскару эд1стерш жетщщршуше жэне керше бойынша бундам баскарудын тшмдшгш багалануына, бешмделу эд1стерш пайдаланз аркылы акпаратты алатын Kepüiyi бойынша баскару жуйелершп колданбалы теориясынын жспъдлиршуше.енеркэсшттк жуйелердег акпаратгын алынуынын жетшд;ршген эд1стершш колданылуыш арналган. Жетш,щршген Kepüiyi бойынша автоматтык баскарз жуйелер!н1н сапасы олардын онеркэсшке enri3y нетижелер1н!1 мысалдарына, атап айтканда: ыстьштай жоныштау станында, ыстьо тшмдо орагыштарда, токыма OHjiipiciHin шлихтаушы машинасында оптикальш талшыты созу хондыргысьшда, суйенш талданады.

Rutgaizer Oleg Zinovjevich Investigation, elaboration and introduction of systems for the automatic contro by the stripe and thread's stretch during technological processes.

Many technological processes happen under the stretch of the treated material The existing automatic systems stabilize the stretch. But the stabilization of th( stretch only change for the worse the quantity of the ultimate products undei the changing of the mechanical properties of the material and because of tht environmental influences. This work is devoted to the elaboration of the methods to control the stretch and the performance evaluation of such methods It is also elaborated the applied theory of the systems to control the stretcl using picked up methods. It deals with the putting of the elaborated system; into practice to obtain the information at the industry systems.

The quantity of these systems is analized by the experiments at the hoi rolled mill, during rolling a hot stripe, at the weaving industry, on the installation of the stretch of the optical fibre.