Устройство для регулирования профиля и формы полосы на стане кварто

 

Изобретение относится к прокатному производству и может использоваться при производстве листов на прокатных станах кварто. Цель - повышение точности регулирования профиля и формы полосы при изменении профиля и формы подката. Устройство представляет высокоточную систему регулирования профиля и формы полосы на стане кварто путем симметричного взаимного перекрещивания рабочих валков в горизонтальной плоскости при параллельных опорных валках и противоизгибе рабочих валков. В устройстве использованы оптимальные настройки регуляторов, при которых минимизируется дисперсия ошибки регулирования профиля и формы полосы при учете ограничений на управление и переменные состояния устройства. 4 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 21 В 37/02, 37/00

ГОСУДАРСТВ Е ННЫЙ .КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР— y0 iiiin y, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4850040/27 (22) 10.07.90 (46) 30.04,92. Бюл. N. 16 (71) Новосибирский металлургический за- вод им. А.Н.Кузьмина (72) Б.И.Кузнецов, Л.Б. Курцева, Н.П.Петров, О.Г.Хен, В.М.Левченко, В.А,Осокин и Ю.Б.Давыдов (53) 621.771.237-5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 441100883377, кл. В 21 B 1/37.

The 1982 Japanese Conference for

Technobogy of Plasticity, 1982, р.419. 422.

Заявка Японии N. 59-137104, кл. В 21 8

1/28, 1984.

J ron and Steel Engineer, 1984, ч.61; ¹ 10, р.26 — 33.

Авторское свидетельство СССР

¹ 440174, кл. В 21 В 37/04, 1972.

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при производстве листов на прокатных ста-. нах кварто.

Известно устройство для регулирования профиля и формы полосы на станах кварто взаимным симметричным перекрещиванием в горизонтальных плоскостях рабочих валков или наоборот. Регулировка угла перекрещивания и соответственно формы межвалковой щели осуществляется посредством клиньев, установленных между подушками валков и стойками станины.

Недостатком устройства является сравнительно низкая точность регулирования профиля и формы полосы в связи с осущест„„5UÄÄ 1729642А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПРОФИЛЯ И ФОРМЫ ПОЛОСЫ НА СТАНЕ

КВАРТО (57) Изобретение относится к прокатному производству и может использоваться при производстве листов на прокатных станах кварто. Цель — повышение точности регулирования профиля и формы полосы при изменении профиля и формы подката.

Устройство представляет высокоточную систему регулирования профиля и формы полосы на стане кварто путем симметричного взаимного перекрещивания рабочих валков в горизонтальной плоскости при параллельных опорных валках и противоизгибе рабочих валков. В устройстве использованы оптимальные настройки регуляторов, при которых минимизируется дисперсия ошибки регулирования профиля и формы полосы при учете ограничений на управление и переменные состояния устройства. 4 ил. влением синхронизации перемещения клиньев, контактирующих с подушками верхнего и нижнего валка, что затрудняет одновременный поворот этих валков на равные углы их перекрещивания.

Наиболее близким к изобретению является устройство для регулирования профиля и формы полосы на стане кварто путем симметричного взаимного перекрещивания валков в горизонтальной плоскости при параллельных опорных валках, содержащее односторонние клинья, установленные между боковыми поверхностями с соответствующей клиновидностью подушек рабочих валков и внутренними поверхностями лап подушек опорных валков и обращенные

1729642

50

55 узкими частями в направлениях от очага деформации, причем верхний и нижний клинья с каждой стороны подушек рабочих валков взаимодействуют между собой через плунжер распорного гидродомкрата, цилиндр которого с запирающимся объемом жидкости выполнен в нижнем клине, а соответствующими подушками опорных валков верхний и нижний клинья взаимодействуют через плунжеры гидродомкратов, цилиндры которых выполнены в этих подушках.

Недостатком данного устройства явля-. ется сравнительно низкая точность регулирования профиля и формы полосы при изменении профиля и формы подката. Кроме того, известное устройство имеет сложную конструкцию, Целью изобретения является повышение точности регулирования профиля и формы полосы при изменении профиля и формы подката.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее привод перекрещивания, электрогидравличе. ский усилитель, выходом соединенный гидромагистралями с гидроцилиндрами противоизгиба, датчик положения электрогидравлического усилителя, дифференциальный датчик давления, входом соединенный с выходом электрогидравлического усилителя, последовательно соединенные в систему контроля удельных натяжений, первый сумматор и усилитель небаланса, и задатчик профиля, выходом соединенный с вторым входом первого сумматора, дополнительно введены последовательно соединенный второй сумматор, первый интегратор, третий сумматор, второй интегратор и четвертый сумматор, последовательно соединенные пятый сумматор, третий интегратор, шестой сумматор, четвертый интегратор и седьмой сумматор, причем входы второго сумматора соединены с выходами, усилителя небаланса, первого и второго интеграторов, второй вход третьего сумматора соединен с выходом усилителя небаланса,, входы четвертого сумматора соединены с выходами первого интегратора, датчика положения и дифференциального датчика давления, вход электрогидравлического усилителя соединен с выходом четвертого сумматора, входы пятого сумматора соединены с выходами усилителя небаланса, дифференциального датчика давления, третьего и четвертого интеграторов, входы шестого сумматора соединены с выходом усилителя небаланса и дифференциального датчика давления, второй вход седьмого сумматора соединен с выходом третьего интегратора, а выход седьмого сумматора соединен с входом привода перекрещивания.

На фиг.1 изображена схема устройства; на фиг.2 (а,б,в) — графики переходных процессов устройства, приведенные для доказательства устранения дефекта полосы в виде краевой волнистости; на фиг.З вЂ” схема канала регулирования профиля и формы полосы; на фиг.4 — схема регулятора канала регулирования профиля и формы полосы

Устройство для регулирования профиля и формы полосы состоит. из привода 1 перекрещивания, который через валы 2 вращает эксцентрики 3 и через втулки 4 воздействует на опоры 5 рабочих валков 6 в разные стороны, создавая тем самым перекрещивание осей рабочих валков 6; гидроцилиндров 7 противоизгиба рабочих валков, установленных между втулками 4 и опорами 5 рабочих валков; электрогидравлического усилителя

8, связанного гидролиниями 9 с гидроцилиндрами 7 противоизгиба рабочих валков; датчика 10 положения электрогидравлического усилителя 8; дифференциального датчика 11 давления; системы контроля удельных натяжений 12; задатчика 13 профиля; усилителя 14 небаланса, семи сумматоров 15 — 21, четырех интеграторов 22 — 25.

Устройство работает следующим образом.

При различии удельных натяжений по ширине полосы на выходе системы контроля удельных натяжений 12 появляется сигнал, пропорциональный разности удельных натяжений, который усиливаясь в усилителе

14 небаланса, преобразуется в сигнал, пропорциональный изменению давления в гидроцилиндрах 7 противоизгиба рабочих валков. Этот сигнал с выхода усилителя 14 небаланса через последовательно соединенные второй сумматор 16, первый интегратор 22, третий сумматор 17, второй интегратор 23 и четвертый сумматор 18, поступает на.вход электрогидравлического усилителя 8, с помощью которого изменяется в нужную сторону давление в гидроцилиндрах 7 противоизгиба рабочих валков

Для коррекции динамических характеристик электрогидравлического привода противоизгиба рабочих валков на вход четвертого сумматора 18 поступают сигналы. с выходом датчика положения 10 элект-. рогидравлического усилителя и дифференциального датчика 11 давления.

Одновременно с выхода усилителя 14 небаланса через последовательно соединенные пятый сумматор 19, третий интегратор 24, шестой сумматор 20, четвертый интегратор 25 и седьмой сумматор 21 сигнал подается на вход привода 1 перекрещи1729642 вания, который через валы 2 вращает эксцентрики 3 и через втулки 4 воздействует на лапы 5 рабочих валков в разные стороны, изменяя тем самым перекрещивание рабочих валков. Причем за счет перекрестной обратной связи с выхода дифференциального датчика 11 давления на входы пятого

19 и шестого 20 сумматоров привод 1 перекрещивания изменяет угловое положение, рабочих валков до тех пор, пока давление в гидроцилиндрах 7 противоизгиба рабочих валков не возвратится в исходное положение. За счет этого уменьшается давление в гидроцилиндрах 7 и, следовательно, повы5

10 шается срок службы подшипников рабочих валков.

При осуществлении процесса отработки устройством дефекта полосы, например, в виде краевой волнистости (фиг.2) сигнал с довательно соединенные блоки 16, 22, 17.

23 и 18 подается на вход электрогидравлического усилителя 8, с помощью которого увеличивают давление P в гидроцилиндрах

7 противоизгиба рабочих валков. При этом увеличивается толщина по краю полосы и, следовательно, дефект краевой волнистости уменьшается.

Одновременно сигнал с выхода усили25

30 теля 14 небаланса через последовательно соединенные блоки 19, 24, 20, 25 и 21 поступает на вход привода 1 перекрещивания, с помощью которого увеличивает угол а перекрещивания рабочих валков. При этом

35 толщина полосы по краю также увеличивается, за счет чего устраняется дефект краевой волнистости, Причем за счет наличия перекрестной связи с выхода дифференциального датчика 11 давления на входы пятого 19 и шестого 20 сумматоров канал регулирования формы полосы с помощью перекрещивания валков отрабатывает дефект профиля автономно (независимо) от работы канала регулирования профиля противоизгибом валков и в конце переходного

40 процесса всю статическую нагрузку берет на себя, возвращая давление P в гидроцилиндрах противоизгиба в исходное положение.

Аналогично происходит отработка де50 фекта полосы в виде центральной волнистости, При этом давление P в гидроцилиндрах противоизгиба уменьшается относительно среднего значения и соответственно уменьшается угол а перекрещивания рабочих

55 валков, за счет чего и устраняется дефект центральной волнистости, Так как дефекты профиля и формы подката являются случайными процессами по выхода усилителя небаланса и через после- 20 длине полосы, рассмотрим работу устройства при случайных воздействиях. Согласно теории оптимального управления оптимальная система представляет собой последовательное соединение формирующего фильтра возмущающего воздействия — наблюдающего устройства, в качестве которого используется оптимальный фильтр

Калмана, и объекта управления. Так как в данном устройстве первый основной канал регулирования профиля и формы полосы изменением перекрещивания рабочих валков работает автономно, независимо от работы второго менее мощного, но более быстродействующего канала регулирования профиля и формы полосы противоизгибом рабочих валков, то вначале может быть определен оптимальный оператор 1 W(P) первого канала, при котором минимизируется дисперсия ошибки регулирования профиля и формы полосы при соблюдении ограничений на управление и переменные состояния первого канала.

Затем по полученному оптимальному оператору W 1 (P) первого канала определяется эквивалентное возмущающее воздействие на второй маломощный, но быстродействующий канал управления. Если возмущающее воздействие профиля и формы подката имеет спектральную плотность S в (и), то спектральная плотность

Я (в) эквивалентного возмущения для второго канала определяется соотношением

Яг(в) = Е1(со )ЯЬ(а ), где E<(P) — оператор ошибки первого оптимального канала, связанный с оператором

W 1 (P) замкнутого первого канала соотношением Е1(Р) = 1 — W 1 (P).

По полученному таким образом эквивалентному возмущающему воздействию для второго канала может быть определен оптимальный оператор W 2 (P) второго канала, при котором дисперсия ошибки регулирования профиля и формы двухканальной системы принимает минимальное значение, а ограничения на управления и переменные состояния второго канала не нарушаются.

В устройстве каждый канал регулирования имеет свой оптимальный фильтр Калмана-Бьюси, включенный последовательно между выходом усилителя 14,небаланса и входами исполнительных устройств каналов регулирования.

В первом канале регулирования профиля и формы полосы перекрещиванием рабочих валков фильтр реализован на последовательно соединенных пятом сумматоре 19, третьем интеграторе 24, шестом сумматоре 20, четвертом интеграторе 25 и

1729642

А = )) — -)); 8 = (— ); Р/ (1) = /Яг ) (6) причем матрица корреляционных моментов

Vt -C {W (t), М(т)} равна V> =

Профиль и форма полосы, измеренная с помехой, равна

Su(t) = S(t) + f(t), (8) 50 где

S(t) = Cx(t); (9)

С =t 1Ккл Со Сг (, (10) а корреляционный момент случайной помехи измерения f(t) равен Ч2. 55

При синтезе оптимального регулятора необходимо минимизировать дисперсию ошибки регулирования S(t) и при этом учитывать ограничения на управляющее воз45 (7) седьмом сумматоре 21, охваченных соответствующими обратными связями.

Во втором маломощном быстродействующем канале регулирования профиля и формы полосы противоизгибом рабочих 5 валков фильтр реализован на последова тельно соединенных втором сумматоре 16, первом интеграторе 22, третьем сумматоре

17, втором интеграторе 23 и четвертом сумматоре 18, охваченных соответствующими 10 обратными связями.

Рассмотрим более подробно синтез оптимального первого канала регулирования профиля и формы полосы перекрещиванием рабочих валков в горизонтальной пло- 15 скости (фиг.3).

Предположим, что модель привода перекрещивании в переменных состояниях fj(t) описывается уравнением

xp(t) = Ао)()о(т) + BoU; (1) 20

d(t) = Coxo(t), (2) а модель возмущающего воздействия в переменных состояния x((t) описывается урав.нением

xgt) = Agxgt) + )))() {т)); (3) 25

Sb(t) = (гК(т)), (4) где V7lj){t) — вектор возмущений типа белого шума с матрицей корреляционных моментов

Vt„= (. {Wtgt), W>(t)}

30 — знак математического ожидания.

Тогда расширенная система в расширенном пространстве состояний с вектором хtt) = {хо(1), 1 ()} будет описываться урав- 3 т т нением

x(t) = Ax(t) + В U + Wq(t), } (5) где

P +-2 дP + m2 (19)

ttte m = tt +P, 0 =)(2 а (20)

Примем переменные состояния модели формирующего фильтра в виде

xqф) = r(t), x2gt) = — Ж.

Тогда модель фильтра (19) в переменных состояниях

x((t) = {x1r(1), х2)(т)} описывается уравнениями (3) и (4), V(P)— (21) ()

Сг- й1 0 1.

Уравнение (15) описывает полный наблюдатель, т.е. наблюдатель полного порядка, размеренность вектора состояния которого действие U(t), а также на некоторые переменные состояния, Эта задача может быть сведена к минимизации критерия.

I =Цйт т)Яз2(т) + UT(t)R2U(t)}, (11)

rpe7(t) = Dx(t) — вектор, компоненты которого необходимо минимизировать;

Яз — весовая матрица;

Я2 — ВЕСОВОЙ МНОжитЕЛЬ.

Известно, что минимум критерию качества доставляет линейный регулятор

U(t) = -F x(t), (12) где Fo = Я2 ВР; (13)

P — установившееся решение дифференциального уравнения Риккати

-P(t) = D Я30 — Р(т)ВР2" В D(t) + А P(t) +

+Р(т)А. (14)

Оценка x(t) вектора переменных состояний

x(t) определяется уравнением х 1) = Ax(t)+ BU+ К (Su-Cx(t)), (15) где К вЂ” матрица оптимальных коэффициентов фильтра Калмана-Бьюси

К =QC V2, (16) где Q — установившееся решение уравнения

Ри катти

Q (t) = Н1-Q(t)C Vz CQ(t) + AQ(t) +

+Q(t) А . (17)

Как показали многочисленные исследования, корреляционные функции случайного изменения профиля и формы полосы в первом приближении могут быть аппроксимированы экспоненциально-косинусной зависимостью

Я (г) = D 1 cos P t . (18)

В этом случае оператор формирующего фильтра случайного процесса от некоррелированного источника случайного сигнала типа белого шума единичной интенсивности имеет вид

1729642

10 равна размерности вектора расширенной системы; dimx(t) = dimx(t) -

Для упрощения технической реализации целесообразно использовать упрощенный наблюдатель, с помощью которого восстанавливается лишь вектор xr(t) состояния возмущающего воздействият(т). В этом случае при измерении возмущающего воздействия r(t) с помехой т(т) упрощенный наблюдатель описывается уравнением

xr(t) = Агхг(т) + Kr (r!!(t) (rxr(t)), (22) где матрица оптимальных коэффициентов усиления фильтра Калмана-6ьюси

Kr = Ог Сг V1r, (23) где Qr — установившееся решение уравнения. Рикатти

О(1) = V1r-Q(t)C< VztC

+Ог(т)Аг (24) Алгоритмическая схема упрощенного наблюдателя возмущающего воздействия с формирующим фильтром (19) показана на фиг.4.

Коэффициенты усиления у1, у4 обратных связей определяются моделью формирующего фильтра уз =-2а; у4= "m

: После интегрирования управления Риккати (24) для упрощенного наблюдателя могут быть определены коэффициенты усиления оптимального фильтра КалманаБьюси

g1 = KO1: уг = Ког.

Коэффициенты у6 и ууопределяютсяизрешения управления Риккати (14) для оптимального регулятора

У5 =F1; у6= Ег, Полученные коэффициенты усиления у! легко могут быть реализованы как на аналоговой; так и цифровой элементной базе.

После синтеза оптимального первого канала регулирования профиля и формы полосы перекрещиванием рабочих валков может быть определено эквивалентное возмущение для второго канала регулирования профиля и формы полосы противоизгибом рабочих валков. Для этого канала также может быть построена алгоритмическая схема аналогично схеме, показанной на фиг.3, и определен оптимальный регулятор в виде алгоритмической схемы, показанной на фиг.4, Заметим, что на схеме фиг.1 масштабные усилители у! не показаны, так как они могут быть реализованы на входных цепях

20 сумматоров. Структура регуляторов каналов и их взаимосвязи полностью соответствуют алгоритмической схеме, показанной на фиг.4.

Моделирование системы на ЭВМ подтвердило правильность расчетов и возможности существенного уменьшения дисперсии ошибок регулирования профиля и формы полосы.

Как показали исследования, проведенные на полунепрерывном узкополосном пятиклетевом стане 810 горячей прокатки, для устранения всего диапазона изменения профиля и всего сортамента, прокатываемого на стане, достаточно перекрещивания рабочих валков на 35 угловых минут, что соответствует линейному смещению подушек рабочих валков относительно станины на +10 мм. Такие перемещения. технически наиболее просто могут быть отработаны с помощью шагового двигателя и червячной передачи.

Формула изобретения

25 Устройство для регулирования профиля и формы полосы на стане кварто путем симметричного взаимного перекрещивания рабочих валков в гориз.онтальной плоскости при параллельных опорных

30 валках и противоизгибе рабочих валков, содержащее привод перекрещивания, электрогидравлический усилитель, соединенный гидромагистралями с гидроцилиндрами противоизгиба, датчик -положения

35 электрогидравлического усилителя, дифференциальный датчик давления, входом соединенный с выходом электрогидравлического усилителя, последовательно соединенные систему контроля удельных

40 натяжений, первый сумматор. усилитель небаланса и задатчик профиля, выходом соединенный с вторым входом первого сумматора, о т.л и ч а. ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности регулирова45 ния профиля и формы полосы при изменении профиля и формы подката, оно снабжено последовательно соединенными вторым сумматором, первым интегратором, третьим сумматором, вторым интегратором

50 и четвертым сумматором, последовательно соединенными пятым сумматором, третьим интегратором, шестым сумматором, четвертым интегратором и седьмым сумматором, причем входы второго сумматора соедине55 ны с выходами усилителя небаланса, первого и второго интеграторов, второй вход третьего сумматора соединен с выходом усилителя небаланса, входы четвертого сумматора соединены с выходами первого интегратора, датчика положения и

1729642

12 дифференциального датчика давления, вход электрогидравлического усилителя соединен с выходом четвертого сумматора, входы пятого сумматора соединены с выходами усилителя небаланса, дифференци- 5 ального датчика давления, третьего и четвертого интеграторов. входы шестого сумматоров соединены с выходом усилителя небаланса и дифференциального датчика давления, второй вход седьмого сумматора соединен с выходом третьего интегратора, а выход седьмого сумматора соединен с входом привода перекрещивания. бб

Фиг.З

1729642

Составитель А, Сергеев

Техред М.Моргентал . Корректор И. Муска

Редактор Н,Швыдкая

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1463 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5