WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

КОНЯШИН Владимир Игоревич

МЕХАТРОННЫЙ КОМПЛЕКС СТАНА ПРОКАТКИ

ПРЕЦИЗИОННЫХ СПЛАВОВ

Специальность 05.02.05 – роботы, мехатроника

и робототехнические системы

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Владимир 2013

Работа выполнена на кафедре «Функциональный анализ и его приложения» ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

доктор технических наук, профессор

Научный руководитель:

А.А. Малафеева, ВлГУ доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты В.Е. Пряничников, ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, ведущий научный сотрудник, заведующий кафедрой МГТУ «СТАНКИН»;

кандидат технических наук А.В. Захаров, ОАО «НИПТИЭМ», ведущий специалист

Ведущая организация – Государственный космический научнопроизводственный центр имени М.В. Хруничева – КБ «Арматура», расчетно-аналитический центр.

Защита диссертации состоится 24 декабря 2013 г. в 16 час. 30 мин. в ауд. 335-1 на заседании диссертационного совета Д212.025.05 во Владимирском государственном университете имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87, www.vlsu.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВлГУ. Автореферат размещен на сайтах ВАК РФ (www.vak.ed.gov.ru) и ВлГУ (www.vlsu.ru).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета. Тел.: 8-(4922) 47-99-28; Факс: 8-(4922) 53-25-75;

E-mail: sim_vl@nm.ru Автореферат разослан 22 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент Е.А. Новикова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное развитие мехатроники происходит под влиянием практических потребностей совершенствования систем управления движением в различных областях техники. Значение и роль мехатронных систем убедительно демонстрируются многочисленными примерами их применения в различных областях: машиностроении, робототехнике, микроэлектромеханике и др. Неоценимый вклад в теорию и практику исследования мехатронных систем внесли выдающиеся российские и иностранные ученые: С.Л. Зенкевич, Ю.П. Коськин, А.С.

Ющенко, Ю.В. Подураев, С.Г. Герман-Галкин, В.Е. Пряничников, Ю.В.

Павловский, Охоцимский, С.В. Кулешов, Р.Т. Шрейнер, В.Я. Распопов, М. Вукобратович, Исии Т., Bichop R.H., R.C. Dorf, Pelz G., F.C. Moon и многие другие.

Важнейшим приложением мехатроники являются промышленные автоматизированные комплексы и технологические агрегаты в различных отраслях промышленности, в том числе, при прокатке металлов. Назначение мехатронных систем в этом случае – выполнение механической работы по изменению формы металлического слитка, управление его движением в процессе обработки, а также координация всех подсистем прокатного производства. Различными вопросами исследования работы прокатного оборудования (преимущественно прокатных станов) и процессов прокатки занимались отечественные ученые: А.И. Целиков, С.Н. Кожевников, В.И.Большаков, С.Л. Коцарь, О.С. Лехов, Ф.К. Иванченко, П.И.

Полухин, А.А. Королев, В.С. Смирнов, А.П. Чекмарёв, В.В. Веренев, Р.А.

Яковлев, П.В. Крот. В работах этих авторов глубоко исследованы различные процессы и компоненты прокатного производства.

В процессе прокатки пластическая деформация слитка сопровождается упругой деформацией валков и непрерывным обновлением их поверхности. Процесс прокатки характеризуется как «необратимый, интенсивный, плохо управляемый». Сложность и многообразие взаимосвязанных процессов, происходящих при прокатке в очаге деформации, упругой клети, механической трансмиссии, электроприводе и системе управления, не позволяет эффективно использовать традиционные автоматические системы регулирования процессов.

В условиях возрастания спроса в различных отраслях промышленности на прецизионные сплавы с заданными особыми физико-химическими свойствами возрастает актуальность разработки и совершенствования мехатронных систем для специальных малотоннажных прокатных станов.

Процессы обработки прецизионных сплавов давлением и, в частности прокатки, уникальны для каждого конкретного сплава и требуют индивидуального подхода, а так же «гибкого», легко и быстро перенастраиваемого прокатного оборудования. Таким образом, в основе дальнейшего совершенствования прокатного оборудования должны лежать мехатронные принципы, предполагающие перенос функциональной нагрузки от механических узлов к интеллектуальной легко перепрограммируемой электронике. Практическая необходимость реализации «гибкого», специализированного для прокатки прецизионных сплавов автоматизированного оборудования с одной стороны, и отсутствие адекватных моделей мехатронных систем, учитывающих технологические особенности процессов прокатки различных металлов при разных условиях, с другой стороны, определяют актуальность темы исследований.

Работа выполнялась в период с 2011 по 2013 г. во Владимирском государственном университете имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых и соответствует п. 13 «Технологии информационных, управляющих, навигационных систем» Перечня критических технологий Российской Федерации, утвержденного Указом Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 г. Научно-исследовательская работа проводилась в рамках реализации ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы (государственные контракты № 2010-400-074-3973 и П-236).

Цель и задача работы. Цель работы состоит в повышении качества процессов управления в мехатронном комплексе прокатного стана при прокатке прецизионных сплавов на основе совершенствования алгоритмов управления, технических и программных средств и применения компьютерного моделирования.

Для достижения указанной цели сформулирована научная задача:

составить математические модели процесса прокатки и компонентов мехатронного комплекса прокатки; выполнить теоретическое и экспериментальное исследование взаимосвязанных процессов деформации металла, электромеханического преобразования энергии и процессов управления в мехатронном комплексе, а так же разработать аппаратные и программные средства контроля и управления, эффективные для процессов прокатки прецизионных сплавов.

Решение научной задачи предполагает составление математической модели процесса прокатки, ориентированного на решение задач анализа и синтеза мехатронного комплекса прокатки прецизионных сплавов;

исследование взаимосвязанных процессов деформации металла, электромеханического преобразования энергии и процессов управления в мехатронном комплексе; структурный и параметрический синтез системы управления мехатронным комплексом; теоретическое и экспериментальное исследование электромеханических процессов при прокатке прецизионных сплавов, анализ динамических нагрузок и сил трения при прокатке;

разработку; разработку алгоритмического, технического и программного обеспечения мехатронного комплекса.

Методы исследования. Для решения сформулированной научной задачи использованы математические методы моделирования физических процессов, классическая электромеханика, вычислительные методы решения нелинейных дифференциальных уравнений, теория автоматического управления, теория вычислительного эксперимента и обработки данных, теория обработки металлов давлением. Экспериментальные исследования проводились на линейном среднесортном прокатном стане ДУО-300 на Владимирском заводе прецизионных сплавов и точного литья при прокатке нихрома (Х20Н80 и Х15Н60).

Основные положения, защищаемые автором.

1. Математическая модель мехатронной системы прокатного стана ДУО-300, учитывающая взаимодействие электромеханических и информационных процессов и деформации прокатываемого металла.

2. Аналитические модели компонентов мехатронной системы прокатного стана и процессов при прокатке металлов, эффективные для выполнения вычислительных процедур при компьютерном моделировании:

уточненное аналитическое описание кривых деформационного упрочнения нихрома, новая модель технологической нагрузки, учитывающая влияние скорости валков, модель сил трения в подшипниках опор валков прокатного стана и модель рабочих клетей.

3. Результаты исследования влияния структуры и параметров мехатронной системы на электромеханические процессы на начальном этапе захвата слитка валками и в установившемся режиме прокатки.

4. Новые способы коррекции мехатронной системы, обеспечивающие снижение динамических нагрузок при прокатке, использующие введение дополнительной компенсирующей обратной связи по скорости, действующей на входе усилителя мощности; изменение скорости двигателя в зависимости от скорости прокатки с учетом нелинейной характеристики нагрузки; применении предиктивного ПИ-регулятора тока.

5. Способ идентификации силы трения при прокатке, основанный на преобразовании диаграммы нагрузки приводного двигателя с использованием экспериментальной диаграммы холостого хода.

6. Методика параметрического синтеза мехатронной системы прокатного стана ДУО-300.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые результаты: составлена и исследована математическая модель мехатронной системы линейного прокатного стана с клетями типа «ДУО», ориентированная на анализ, синтез и исследование систем управления; предложена новая модель технологической нагрузки механической системы прокатного стана, в которой учтено влияние линейной скорости валков на основе уточненного определения положения зоны прилипания в очаге деформации; исследовано влияние структуры системы управления электроприводом прокатного стана и её настроек на динамические нагрузки в момент захвата слитка валками и предложены способы их снижения; исследовано влияние структуры системы управления и её настроек на условия возникновения автоколебаний в мехатронной системе; сформулированы условия работы мехатронной системы прокатного стана без колебаний при прокатке; исследована сила трения при прокатке, предложен новый способ измерения диаграммы силы трения при прокатке металлов.

Практическая ценность работы. Предложенная модель мехатронной системы прокатного стана ДУО-300 позволяет проводить анализ и синтез регулирующих устройств, обеспечивающих снижение динамических нагрузок и отсутствие колебаний при прокатке, выбирать рациональные режимы прокатки с учетом характеристик обрабатываемого прецизионного сплава, определять силы трения при прокатке, оценивать причины вариаций технологического процесса. Разработанные технические средства управления двигателями прокатных станов ДУО-300 и ТРИО-500, подъемно-качающегося стола, рольгангов, летучих ножниц и другого оборудования обеспечивают повышение надежности и качества работы оборудования. Предложенная компьютерная система управления процессом прокатки повышает уровень автоматизации технологического процесса.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: результатами теоретических исследований, основанных на фундаментальных положениях физики, электротехники, электромеханики, математического анализа; корректностью сделанных допущений при построении математических моделей; сопоставлением результатов математического моделирования и экспериментальных данных, полученных в производственных условиях, и подтвердивших высокую сходимость результатов теоретических исследований.

Реализация результатов работы. Теоретические результаты и математические модели, прикладные программы, рекомендации, алгоритмы и практические разработки, использованы ОАО НПО «МАГНЕТОН» при организации малотоннажного производства проката из прецизионных сплавов. Новые схемотехнические решения мехатронных систем использованы в ООО Компания «Объединенная Энергия» (г. Москва) при проектировании и производстве специализированного оборудования для прокатного производства.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических мероприятиях:

1. XXXVII, XXXVIII, XXXIX Международных молодежных научнотехнических конференциях «Гагаринские чтения» (Москва, 2001, и 2013, 2012).

2. Международной научной конференции по математической теории управления и механике (Суздаль, 2013).

3. Международной научно-технической конференции «Трибология и надежность» (Санкт-Петербург, 2012).

4. Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы машиноведения: трибология - машиностроению (Москва, 2012).

5. IX Всероссийской научно-технической конференции «Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем».

(Чебоксары, 2011).

6. XVIII Международной конференции «Вычислительная механика и современные прикладные программные системы» (Алушта, 2013).

7. Международной конференции «Машины, технологии и материалы для современного производства», посвященной 75-летию Института машиноведения им. А.А. Благонравова (Москва, 2013).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в журналах из Перечня ВАК РФ.

Объём работы. Диссертация изложена на 210 с. машинописного текста, содержит введение, четыре главы, заключение, список литературы из 150 наименований, 4 приложения и иллюстрируется 104 рис.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, основные положения, вынесенные на защиту, и кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе рассмотрены современное состояние и тенденции развития мехатронных систем прокатных станов. Выполненный анализ дает основание отметить следующие обстоятельства.

1. Современное малотоннажное прокатное производство прецизионных сплавов - уникальный автоматизированный комплекс, в состав которого входит множество машин и механизмов и систем автоматического управления. При прокатке металлов из прецизионных сплавов гибкость производства, быстрая конфигурируемость, универсальность оборудования более приоритетны, чем производительность. В этих условиях мехатронный подход обеспечивает успешное решение поставленных задач.

2. В теории прокатки и при математическом моделировании процессов пластической деформации достигнуты значительные успехи: разработанные модели и программные продукты на их основе, которые позволяют исследовать напряженно-деформированное состояние слитка в течение всего процесса прокатки, но не позволяют выполнять синтез автоматических систем, поскольку преимущественно направлены на решение задач, связанных с выбором оптимальных технологических параметров, и не позволяют рассмотреть происходящие процессы на системном уровне.

3. При синтезе систем автоматического регулирования для прокатных станов используются классические модели, слабо отражающие реальные процессы; они спроектированы и настроены на гипотетический прокатный стан, в котором отсутствуют какие-либо упругие компоненты и люфты в передачах, а нагрузка представляет собой некоторую постоянную величину.

4. Разнообразие и сложность мехатронных систем прокатных станов и практическая потребность создания моделей и методов для их исследования и совершенствования систем управления с учетом новых компонент и схемотехнических решений требуют развития теории моделирования процессов прокатки и эффективных вычислительных методов.

В связи с этим проведение исследований, моделирование процессов и разработка на этой основе алгоритмов и средств управления в перспективных мехатронных системах прокатных станов обеспечивает качественно новый подход к управлению прокатным оборудованием.

Во второй главе рассмотрены вопросы математического описания мехатронной системы линейного прокатного стана ДУО-300 с учетом взаимодействия электропривода, клетей и деформируемого металла.

Модель мехатронной системы прокатного стана (рис. 1) содержит взаимосвязанные упруго-массовую люфтовую модель главной линии прокатного стана, пять упругих моделей рабочих клетей «ДУО», модель нагрузки холостого хода, модель технологической нагрузки, модель электропривода и системы управления. Таким образом, модель объединяет физические процессы разных временных масштабов: быстрые деформационные, относительно медленные электромеханические и информационные.

Модель главной линии прокатного стана ДУО-300 описывает динамические процессы, происходящие в главной линии прокатного стана и содержит 11 масс: ротор двигателя и 10 валков, соединенных упругими связями. C учетом симметричности систем верхних и нижних валков, а так же одинаковой жёсткости упругих связей, соединяющих валки, модель упрощена до 6-массовой и представлена 6-массовой моделью с упругими связями и зазором в шестеренной клети. Схема модели показана на рис. 1, где обозначено: - угол поворота вала двигателя; c1,…, c5 - коэффициенты жесткости шпинделей; J1,…, J5 - эквивалентные моменты инерции Рис.1 Модель мехатронной системы прокатного стана клетей; J Д - момент инерции ротора двигателя; f1 1,…, f 5 5 - моугловые скорости валков менты нагрузки холостого хода;

соответствующих клетей; 1,…, 5 - углы поворота валков соответствующих клетей, F ( 1) - нелинейность типа «зона нечувствительности», характеризующая люфт в шестеренной клети, M1,…, M 5 - моменты нагрузки, вызванные пластической деформацией прокатываемого металла;

M - электромагнитный момент на валу двигателя.

Модель рабочей клети описывает упругие деформации рабочих клетей (они складываются из деформаций рабочих валков, станины, нажимных винтов и пр.) и предназначена для расчёта зазора между валками в реальном времени, поскольку его колебания приводят к эффекту «разнотолщности» проката и перераспределению нагрузок в очаге деформации, что влияет на значение момента нагрузки:

где m - масса валка, Fh - усилие прокатки; h - зазор между валками, k жесткость клети, - коэффициент демпфирования.

Модель электропривода клети ДУО-300 состоит из модели приводного двигателя – машины постоянного тока, модели системы управления и модели тиристорного преобразователя. Момент нагрузки приводного двигателя складывается из момента технологической нагрузки (момента прокатки) и момента нагрузки холостого хода, преимущественно вызванного трением в подшипниках прокатного стана – подшипниках жидкостного трения (ПЖТ).

Для определения силы трения в подшипниках жидкостного трения, определяющую нагрузку холостого хода, предложена эмпирическая формула:

где с - конструктивная постоянная приводного двигателя, a0, b0, c0 - постоянные, определяемые по экспериментальной зависимости f.

Адекватность модели (2) подтверждена экспериментально. Коэффициент детерминации, полученный при сравнении экспериментальных и теоретических диаграмм тока приводного двигателя (рис. 2), равен 0,97.

Модель технологической нагрузки представлена уравнениями А.И.

Целикова:

где b - ширина слитка; - коэффициент плеча момента ( 0,5 ), p среднее контактное давление металла на валки; h0, h1 - высота слитка до и после прокатки, h0, h1 - высота слитка до и после прокатки, h - высота слитка в нейтральном сечении, * - средний предел текучести, R - радиус валков, - коэффициент трения, - угол захвата.

При анализе распределения сил трения по очагу деформации получена формула для определения h в функции линейной скорости валков где VВ - линейная скорость валка, V0 - скорость слитка на входе в клеть.

Для вычисления зазора между валками (высоты слитка после прокатки h1 ) используется модель рабочих клетей (1).

Для аппроксимации кривых деформационного упрочнения нихрома (Х20Н80) предложена эмпирическая зависимость где а, b и c - параметры модели сопротивления деформации, линейно зависящие от температуры. Предложенная модель обладает стабильно высоким коэффициентом детерминации для широкого диапазона температур по сравнению с другими известными моделями (рис. 3); по сравнению с моделью Джонсона-Кука значительно упрощается алгоритм идентификации параметров модели.

Рис. 3. Зависимости коэффициента детерминации, скорректированного коэфффициента детерминации и средней квадратической ошибки для разных В третьей главе представлены результаты исследования переходных процессов в главной линии прокатного стана, рабочих клетях, электроприводе при прокатке с учётом всех внутренних взаимосвязей. Результаты моделирования зависимости момента технологической нагрузки от линейной скорости валков представлены на рис. 4. На диаграмме можно выделить участка: на участке 1 весь очаг деформации представляет собой зону отставания, на участке 2 - весь очаг деформации состоит из зоны опережения, а на участке 3 – в очаге деформации присутствуют как зоны опережения, так и отставания.

В результате сравнительного анализа осциллограмм крутящего и электромагнитного моментов для различных структур и параметров электроприводов с обратными связями по напряжению и по скорости было установлено следую- Рис. 4. Технологический момент 1. Причиной динамических нагрузок в механической системе прокатного стана на начальном этапе для электропривода с обратной связью по напряжению является инерционность приводного двигателя: электромагнитный момент возрастает с запаздыванием по отношению к крутящему (в приведенном примере ~0,11 с). Это вызывает снижение частоты вращения двигателя, приводящее к раскрытию люфта в шестеренной клети и развитию упругих колебаний. Увеличение коэффициента передачи П-регулятора напряжения приводит к росту динамических нагрузок.

2. В системе с обратной связью по скорости раскрытие люфта не происходит. Это обусловлено действием отрицательной обратной связи по скорости, за счет которой в момент захвата происходит рост сигнала задания на ПИ-регулятор тока. Увеличение коэффициента передачи пропорциональной составляющей ПИ-регулятора скорости приводит к снижению динамических нагрузок, а зависимость максимального крутящего момента от коэффициента передачи интегральной составляющей ПИ-регулятора скорости имеет минимум, соответствующий наилучшему режиму работы мехатронной системы.

3. Увеличение времени захвата слитка валками для рассмотренных структур мехатронных систем приводит к снижению динамических нагрузок; зависимость максимального крутящего момента от момента инерции валков имеет экстремальный характер.

На основе выполненных исследований предложено два способа снижения динамических нагрузок, основанные на упреждающем увеличении тока в якорной обмотке.

Первый способ заключается в увеличении сигнала задания на входе регулятора тока по сигналу датчика перемещения слитка, установленного на расстоянии l от валков клети. При этом ток в якорной обмотке начинает формироваться до прокатки (рис. 6) и раскрытия люфта не происходит, что способствует снижению максимального крутящего момента в механической системе линейного прокатного стана 300.

Второй способ заключается в использовании предиктивного ПИрегулятора тока (ППИ-регулятора). Увеличение динамических нагрузок связано с низким быстродействием электропривода при формировании тока в якорной обмотке, наличием люфта и инерционностью механической системы стана. Контур тока с передаточной функцией H I s, можно рассматривать как объект управления с запаздыванием. Замена традиционного ПИ-регулятора тока на предиктивный позволяет снизить динамические нагрузки более чем в 2 раза (рис. 6).

Рис. 6. Структурная схема ППИ - регулятора тока (а) и результаты моделирования При моделировании мехатронной системы прокатного стана с учётом взаимодействия всех рассмотренных компонентов и структурой с главной обратной связью по напряжению были выявлены автоколебания в определенном диапазоне скоростей, вызванные особенностью технологической нагрузки. На рис. 4 участок 3 имеет отрицательный наклон, т.е. создаёт в системе положительную обратную связь. При линеаризации модели были получены аналогичные результаты, подтверждающие данную гипотезу. В результате проведенного анализа был сформулирован условие работы прокатного стана без автоколебаний скорости: для обеспечения режима работы мехатронной системы прокатного стана без автоколебаний необходимо и достаточно, чтобы рабочая точка в процессе прокатки всегда находилась только на одном участке технологической нагрузки.

На начальном этапе захвата, вследствие затухающих упругих колебаний, положение рабочей точки, как правило, колеблется между участками технологической характеристики.

На основе полученного вывода предложены способы обеспечения режима работы прокатного стана без автоколебаний:

1. Параметрический - изменение коэффициента передачи Прегулятора напряжения, изменение скорости прокатки или линейной скорости валков. Диаграммы частоты вращения и внешние характеристики электропривода при различных коэффициентах передачи П-регулятора приведены соответственно на рис. 7 и рис. 8.

Рис. 7. Частоты вращения приводного двигателя при разных коэффициентах передачи П-регулятора напряжения (напряжение 500В) 2. Введение в систему компенсирующей отрицательной обратной связи по скорости, действующей на входе усилителя мощности.

3. Применение адаптивной системы, обеспечивающей автоматический перевод рабочей точки из участка с отрицательным наклоном путем изменения линейной скорости валков. При «резонансных напряжениях», которые можно определить как теоретически, так и экспериментально, будет происходить автоматическое изменение линейной скорости валков.

4. Использование предиктивного ПИ-регулятора тока по структуре, изображенной на рис. 6. На рис. 9 представлены результаты моделирования мехатронной системы с ППИ-регулятором для обеспечения режима работы прокатного стана без автоколебаний. Переходные процессы с классическим регулятором приведены на рис. 7 (Ku=30).

В электроприводе с отрицательной обратной связью по скорости, вследствие жесткой внешней характеристики, а так же способности демпфировать упругие колебания на начальном этапе, автоколебания в установившемся режиме прокатки отсутствуют во всем диапазоне скоростей.

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования, промышленной реализации и практической проверки математической модели мехатронного комплекса линейного среднесортного прокатного стана ДУО-300. Реализовано устройство сбора данных на основе платы Arduino с электропривода прокатного стана 300, ориентированное на передачу данных в среду Matlab. На языке Matlab реализовано приложение для обработки, вывода полученных данных и экспорт в Simulink-модель. В ходе экспериментальных исследований были подтверждены теоретические результаты. В случаях, когда проектные технологические параметры соответствовали реальным, коэффициент детерминации предложенной модели составлял 0,98 (рис. 10); в случаях, когда наблюдалось отклонение от проектных данных, коэффициент детерминации получался 0,87…0,91.

Рис. 8. Внешние характеристики электроРис. 9. Осциллограмма скорости в привода при различных коэффициентах передачи П-регулятора напряжения Рис. 10. Диаграммы тока якорной обмотки приводного двигателя при прокатке Прокатное производство прецизионных сплавов организовано на Владимирском заводе прецизионных сплавов. В состав системы входят:

приёмный, рабочий, качающийся и индивидуальный рольганги, две методические печи и манипулятор со слиткодержателем, цепной транспортёр, подъемно-качающийся стол, 100-тонные и летучие ножницы, прокатные станы 500 и 300. Система выполнена по классической двухуровневой архитектуре: на первом уровне организовано локальное управление электроприводами основного и вспомогательного оборудования, а на втором – автоматизированное управление электроприводом (задание параметров и настроек системам управления первого уровня, реализация блокировок, сбор технологической информации (реальная скорость прокатки, температура слитков в печах на входе и выходе клетей) и информации о состоянии оборудования и датчиков).

В основе системы управления второго уровня лежит программируемый логический контроллер, а связь с периферией осуществляется при помощи специализированных модулей дискретного и аналогового ввода/вывода по интерфейсу RS-485.

Теоретические и экспериментальные исследования и компьютерное моделирование, выполненные в настоящей работе, позволили получить следующие результаты.

1. Разработана математическая модель мехатронной системы среднесортного линейного прокатного стана ДУО-300, ориентированная на компьютерный анализ и синтез систем управления прокатным станом; учтены упругость главной линии прокатного стана и рабочих клетей, особенности системы управления и электрической части, а так же технологической нагрузки, нагрузки холостого хода и сопротивления деформации металла.

2. Предложена и исследована модель технологической нагрузки мехатронной системы при прокатке, в которой учтено влияние скорости валков на основе уточненного определения положения зоны прилипания в очаге деформации.

3. Предложена и исследована модель холостого хода мехатронной системы прокатного стана, в которой учтено влияние сил трения в подшипниках жидкостного трения (подшипники опор валков рабочих клетей прокатного стана) на момент холостого хода.

4. Предложена и обоснована новая эмпирическая зависимость, аппроксимирующая кривые деформационного упрочнения нихрома (Х20Н80) в функции деформации, скорости деформации и температуры, обладающая стабильно высоким коэффициентом детерминации (0,98).

5. Разработана компьютерная модель мехатронной системы прокатного стана 300 для расчёта переходных и установившихся процессов на начальном и установившемся этапах прокатки. Адекватность разработанной компьютерной модели мехатронной системы обоснована идентификацией и верификацией на прокатном стане ДУО-300 Владимирского завода прецизионных сплавов и точного литья, разработанных на основе предложенных структур, аппаратного и программного обеспечения. Среднеквадратические значения токов при прокатке, полученные с помощью модели, отличаются от экспериментальных значений не более чем на 8%. Для коэффициентов детерминации экспериментальных и модельных диаграмм в экспериментах получены значения 0,85…0,98.

6. Предложена, теоретически обоснована и подтверждена экспериментально методика параметрического синтеза регуляторов мехатронной системы прокатного стана, обеспечивающая отсутствие автоколебаний. Сформулированы условия работы мехатронной системы прокатного стана без колебаний при прокатке.

7. Разработаны способы управления мехатронной системой, обеспечивающие снижение динамических нагрузок на начальном этапе прокатки, вызванные раскрытием люфта.

8. Разработан и реализован способ идентификации диаграммы сил трения при прокатке, основанный на регистрации тока якорной обмотки приводного двигателя и вычислении диаграммы силы трения с помощью эмпирической модели в реальном времени.

9. Разработан и реализован промышленный мехатронный комплекс прокатного стана, включающий систему электроприводов приемного, рабочего, качающегося, индивидуального рольгангов, подъемнокачающегося стола, 100-тонных и летучих ножниц, цепного транспортера, прокатных станов ТРИО-500 и ДУО-300.

10. Эффективность разработанного мехатронного комплекса подтверждена промышленными испытаниями при прокатке нихрома марки Х20Н80. Разработанные конструкция, аппаратное и программное обеспечение использованы в ЗАО «Владимирский завод прецизионных сплавов и точного литья».

Статьи в журналахиз перечня ВАК РФ:

1. Малафеев С.И., Коняшин В.И. Аппроксимация характеристики сопротивления деформации нихрома // Производство проката, 2013, № 3. – С. 9 - 13.

2. Малафеев С.И., Коняшин В.И. Силы трения при прокатке прецизионных сплавов: компьютерное моделирование // Трение и смазка в машинах и механизмах, 2013, № 2. – С. 36 – 38.

3. Малафеев С.И., Малафеева А.А., Коняшин В.И. Компьютерное моделирование процессов при прокатке металлов на стане 300 // Автоматизация в промышленности, 2013, №7. – С. 10 - 13.

Материалы международных научных конференций:

4. Малафеев С.И., Коняшин В.И. Электропривод прокатного стана 500:

Модернизация системы управления // Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем. Материалы IX Всероссийской научно-технической конференции ДНДС-2011. Чебоксары. Изд-во Чувашского ун-та, 2011. – С. 192 - 193.

5. Малафеев С.И., Коняшин В.И. Силы трения при прокатке прецизионных сплавов: компьютерное моделирование // Проблемы машиноведения:

Трибология - машиностроению. Труды Всероссийской научно-технической конференции с участием иностранных специалистов, Москва, 29 - 31 октября, 2012 года. - М., ИМАШ им. А.А. Благонравова, 2013. - С. 159 - 162.

6. Малафеев С.И., Малафеева А.А., Коняшин В.И. Компьютерное моделирование мехатронной системы линейного прокатного стана / / Вычислительная механика и современные прикладные программные системы. Материалы XVIII Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС’2013). Алушта, Крым, 22 – мая 2013 г. М.: Издательство МАИ, 2013. – С. 771 - 773.

7. Коняшин В.И. Автоматизация прокатного производства прецизионных сплавов // XXXVII Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения». Научные труды международной молодежной научной конференции в 8-ми т. Т. 8. – М., МАТИ, 2011. – С. 98 - 99.

8. Коняшин В.И. Экспериментальное исследование процессов в электроприводе стана 300 при прокатке нихрома // XXXIX Международная молодежная научная конференция «Гагаринские чтения». Труды международной молодежной научной конференции в 9-ми т. Т. 1. – М., МАТИ, 2013. – С. 218 – 220.

9. Малафеева А.А., Коняшин В.И. Математическое моделирование процессов прокатки в мехатронной системе прокатного стана // Международная конференция по математической теории управления и механике. Тезисы докладов. Суздаль, 5 – 9 июля 2013 г. – М., МИАН, 2013, с. 155 - 157.

10. Малафеев С.И., Малафеева А.А., Коняшин В.И. Экспериментальное исследование сил трения при прокатке металлов / Международная конференция «Машины, технологии и материалы для современного машиностроения», посвященная 75-летию Института машиноведения им. А.А. Благонравова РАН.

21 – 22 ноября 2013 года. Труды конференции. – М., ИМАШ им. А.А. Благонравова РАН, 2013. – С. 56.

[1, 5, 9] – программное обеспечение и анализ данных; [2, 3, 4] – разработка функциональной схемы и алгоритма; [6] - функциональная схема системы и программное обеспечение; [10] – экспериментальные исследования и разработка программ.

Формат 60х84/16. Бумага для множит. техники. Гарнитура Times. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 0,95. Уч.-изд. л. 0,98. Тираж 100 экз. Заказ 600020, г. Владимир, Б. Нижегородская, д. 88. Т/ф (4922) 322-

 
Похожие работы:

«Ноздрин Глеб Алексеевич МОДЕЛЬ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА ВО ВНУТРЕННЕМ КОНТУРЕ ДВИГАТЕЛЯ СТИРЛИНГА Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный политехнический университет на кафедре Двигатели,...»

«Шашев Александр Валентинович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ С ОБЪЕМНО-ПЛЕНОЧНЫМ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕМ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА РАПСОВОГО МАСЛА 05.04.02 – тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2007 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова (АлтГТУ) Научный...»

«Федулов Виталий Михайлович ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА НАТЯГА В ПРЕССОВЫХ СОЕДИНЕНИЯХ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ УСЛОВИЯМИ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТЕЙ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рыбинск – 2013 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Рыбинский государственный авиационный технический...»

«Кузьминых Дмитрий Владимирович УДК 622.24.053.6 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ ПРИ МНОГОКРАТНОМ СВИНЧИВАНИИ Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (нефтяной и газовой промышленности) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук г. Ухта – 2011 1 Диссертация выполнена на кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности Ухтинского государственного технического...»

«Бессуднов Иван Александрович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕМОНТА ДИСКОВ ГАЗОТУРБИННЫХ АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Рыбинск – 2014 2 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Рыбинский государственный авиационный технический...»

«Крайников Александр Вячеславович РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И РЕМОНТЕ ЛОПАТОК ТВД ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ С ЖАРОСТОЙКИМИ ПОКРЫТИЯМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ СИЛЬНОТОЧНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ Специальность: 05. 07. 05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2009 г. Работа выполнена в ОАО ММП имени В.В....»

«Козлюк Андрей Юрьевич П О В Ы Ш Е Н И Е С Т О Й К О С Т И Р ЕЖ УЩ Е Г О ИНСТРУМЕНТА ПУТЕМ КОМБИНИРОВАННОЙ М А Г Н И Т Н О- ИМПУ ЛЬ СНОЙ ОБР АБ О ТКИ Специальность 05.03.01. – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2007 2 Работа выполнена в Бийском технологическом институте (филиал) ГОУ ВПО Алтайский государственный технический университет имени И.И....»

«Уварова Стелла Германовна РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ЗАЩИТНЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ, ВЫПОЛНЕНЫХ СПОСОБОМ СВЕРХЗВУКОВОЙ ГАЗОПОРОШКОВОЙ НАПЛАВКИ НА ОБЪЕКТАХ РОСТЕХНАДЗОРА Специальность 05.02.10 –Сварка, родственные процессы и технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2012 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им.И.И. Ползунова Научный руководитель : доктор...»

«УДК 629.042.001.4 ХАКИМЗЯНОВ РУСЛАН РАФИСОВИЧ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ КАРКАСА КАБИНЫ ТРАКТОРА КЛАССА 1,4 05.05.03 – Автомобили и тракторы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ташкент-2011 Работа выполнена в лаборатории Механики жидкости, газа и систем приводов Института механики и сейсмостойкости...»

«Прокопенко Алексей Николаевич РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ВИБРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОАГРЕГАТОВ ОТ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ФАКТОРОВ Специальность 05.04.13 Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургский...»

«КОЛОДЯЖНЫЙ Дмитрий Юрьевич УСТОЙЧИВОСТЬ И ТОЧНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ ПРЕРЫВИСТОЙ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ ЗАГОТОВОК ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС Специальность 05.02.08 – технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2012 2 Работа выполнена в Федеральном бюджетном государственном образовательном учреждении Высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный политехнический университет....»

«Пещерова Татьяна Николаевна Технология формирования и повышения прочности клеевых соединений деталей машиностроительных конструкций Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2007 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском государственном технологическом университете Станкин Научный руководитель : доктор химических...»

«Хованов Георгий Петрович ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГИДРОФОБНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ КАЧЕСТВА И ОТДЕЛЬНЫЕ ВИДЫ ПОТЕРЬ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ 05.04.13 – Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2012 2 Работа выполнена на кафедре Гидромеханики и гидравлических машин имени В.С. Квятковского Национального исследовательского университета МЭИ Научный...»

«Калмыков Алексей Васильевич СНИЖЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ СИЛОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ТРАКТОРА ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ КРУТИЛЬНОЙ ЖЕСТКОСТИ РЕАКТИВНОГО ЗВЕНА 05.05.03 – Колёсные и гусеничные машины АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Волгоград – 2014 Работа выполнена на кафедре Автомобиле- и тракторостроение в Волгоградском государственном техническом университете Научный руководитель доктор технических наук, доцент Шеховцов Виктор Викторович....»

«Горячев Дмитрий Николаевич СИСТЕМА ГИДРОПРИВОДА ВЕНТИЛЯТОРОВ ОХЛАЖДЕНИЯ СИЛОВОГО АГРЕГАТА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Специальность 05.02.02 Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2011 г. Работа выполнена в ГОУ ВПО Ковровская государственная технологическая академия имени В. А. Дегтярева (КГТА). Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Даршт Я. А. Официальные оппоненты...»

«ЧУПРАКОВ АНДРЕЙ ИВАНОВИЧ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ДИЗЕЛЯ 4Ч 11,0/12,5 ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА ЭТАНОЛО-ТОПЛИВНОЙ ЭМУЛЬСИИ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2012 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Вятская государственная сельскохозяйственная академия Научный...»

«Сергеева Ирина Владиславовна Моделирование зацепления при проектировании приводов машин на основе спироидных передач Специальность 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин (технические наук и) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2012 Работа выполнена на кафедре Подъемно-транспортные, путевые, строительные и дорожные машин Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего...»

«ЧЕРНЫШЕВ Вадим Викторович МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ШАГАЮЩИХ ДВИЖИТЕЛЕЙ ЦИКЛОВОГО ТИПА МОБИЛЬНЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ Специальность 05.02.05 Роботы, мехатроника и робототехнические системы Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Санкт-Петербург - 2008 Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет Научный консультант доктор...»

«КЛИЧКО ВЛАДИСЛАВ ВЛАДИМИРОВИЧ ГИДРОАЭРОДИНАМИКА НЕСУЩЕГО КОМПЛЕКСА АМФИБИЙНЫХ СУДОВ НА ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ И МЕТОДЫ ДОСТИЖЕНИЯ ЗАДАННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОДДЕРЖАНИЯ, ОСТОЙЧИВОСТИ, ХОДКОСТИ И МОРЕХОДНОСТИ ЭТИХ СУДОВ Специальность 05.08.01 – теория корабля и строительная механика Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2009 Работа выполнена в ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова Официальные оппоненты : доктор технических наук, профессор...»

«ЗЫРЯНОВ Алексей Викторович МЕТОД ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ АВИАЦИОННЫХ ТУРБОАГРЕГАТОВ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА Специальность 05.07.05 – Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа 2008 Работа выполнена в ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет на кафедре авиационных двигателей. Научный руководитель :...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.