Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cán thép tấm bằng bộ điều khiển thích nghi bền vững

 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÁN THÉP TẤM BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN VỮNG BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC NGƢỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN T.S BÙI CHÍNH MINH HỒ THỊ NGỌC HUYỀN Thái Nguyên, 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn  2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu tổng hợp tài liệu riêng tôi, số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Học viên Hồ Thị Ngọc Huyền Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn  3 LỜI CẢM ƠN Ngành thép ngành công nghiệp then chốt kinh tế quốc dân, đầu vào cho nhiều ngành công nghiệp khác Thép đƣợc đánh giá vật tƣ chiến lƣợc có vai trò quan trọng nghiệp CNH-HĐH đất nƣớc Sản phẩm thép đa dạng phải kể đến thép (lá) dạng sản phẩm cán kinh tế Từ thép thép băng ngƣời ta sản xuất thép ống, thép hình uốn, loại kết cấu hàn sản phẩm dập đa dạng Ở nƣớc ta, định hƣớng phát triển nghành luyện kim dự kiến tổng nhu cầu thép vào năm 2010 6.400.000 tấn, có 3.500.000 thép 2.900.000 thép hình dây Nhƣ khối lƣợng thép tấm, chiếm gần 55% tổng sản phẩm thép cán Hệ thống cán thép đƣợc nghiên cứu sử dụng rộng rãi sở nghiên cứu thực nghiệm nhƣng hầu hết công trình không xét đến ảnh hƣởng phi tuyến hệ thống thủy lực mô hình tƣơng đối đơn giản phạm vi ứng dụng hẹp Một vấn đề quan trọng điều khiển trình cán cần cải thiện thời kỳ độ Xuất phát từ lý trên, tác giả lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cán thép điều khiển thích nghi bền vững” Luận văn gồm chƣơng sau: Chƣơng 1: Tổng quan công nghệ cán thép Chƣơng 2: Điều khiển hệ thống trục cán thép điều khiển Chƣơng 3: Thiết kế điều khiển nâng cao chất lƣợng điều khiển hệ thống cán thép Trong trình làm luận văn, dƣới hƣớng dẫn nhiệt tình cán hƣớng dẫn nỗ lực thân việc tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn  4 tìm hiểu thực tế nhƣng thời gian kinh nghiệm hạn chế nên luận văn không tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp, lời nhận xét quí báu thầy cô bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, tháng năm 2010 HỌC VIÊN Hồ Thị Ngọc Huyền Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn  5 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn DANH MỤC HÌNH VẼ Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP TẤM 10 1.1 Phôi cho sản xuất thép thép băng cán nóng 11 1.2 Đặc điểm, thành phần cách bố trí thiết bị nhà máy cán 12 1.3 Kỹ thuật cán thép nhà máy cán 17 1.3.1 Cán phôi slab giá trục đứng 21 1.3.2 Cán giá thô 22 1.3.3 Cán giá cán tinh 28 1.4 Đặc điểm biến dạng thép cán nhà máy cán 29 1.5 Các thông số lƣợng trình cán 31 1.6 Tính toán chế độ ép cho máy cán 33 1.6.1 Điều kiện ăn thép 33 1.6.2 Độ bền trục cán 34 1.6.3 Công suất động truyền động 34 1.6.4 Nhiệt độ kim loại 35 1.7 Nhiệt luyện tinh chỉnh thép 36 1.8 Kết luận 38 Chương ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÁN THÉP TẤM BẰNG 39 CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN 2.1 Bộ điều khiển tuyến tính PI 40 2.1.1 Mô hình toán học 40 2.1.2 Cấu trúc điều khiển 42 2.1.3 Kết 43 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn  6 2.2 Bộ điều khiển đa biến 44 2.2.1 Mô hình toán học 44 2.2.1.1 Hệ thống thủy lực 46 2.2.1.2 Giá cán 47 2.2.2 Thiết kế điều khiển 49 2.2.2.1 Tuyến tính hóa phản hồi 49 2.2.2.2 Thiết kế không gian riêng 50 2.2.2.3 Cấu trúc điều khiển 52 2.2.3 Kết 53 2.3 Bộ điều khiển H 54 2.3.1 Ký hiệu 54 2.3.2 Phƣơng pháp tiêu chuẩn cho toán thiết kế H 54 2.3.3 Thiết kế điều khiển 56 2.3.3.1 Mẫu máy cán 57 2.3.3.2 Quá trình thiết kế 58 2.3.4 Kết 59 2.4 Kết luận 63 Chương THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN 64 VỮNG CHO HỆ THỐNG CÁN THÉP TẤM 3.1 Giới thiệu chung 64 Mô hình toán học hệ thống cán 65 3.2.1 Hệ thống thuỷ lực 67 3.2.2 Lực F 68 3 Thiết kế điều khiển 72 3.3.1 Phƣơng pháp thiết kế 72 3.3.1.1 Mục tiêu điều khiển 73 3.3.1.2 Trình tự thiết kế 74 3.3.2 Các bƣớc thiết kế điều khiển thích nghi bền vững cho hệ 79 thống cán thép 3.4 Mô đánh giá kết Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 81 http://www.lrc-tnu.edu.vn  7 3.4.1 Sơ đồ mô điều khiển thích nghi bền vững cho hệ 82 thống cán thép 3.4.2.Kết nhận xét 3.5 Kết luận 82 83 KẾT LUẬN CHUNG VÀ MỘT SỐ ĐỀ XUẤT 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 PHỤ LỤC 87 Phụ lục A 87 Phụ lục B 93 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn  8 DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu Tên hình vẽ hình vẽ 1.1 Trang Sơ đồ bố trí thiết bị máy cán giá đảo chiều kvarto 4300 14 1.2 Sơ đồ bố trí thiết bị máy cán giá 2800 16 1.3 Đặc điểm trình cán giá trục 19 1.4 Sơ đồ biến dạng phôi slab giá cán trục đứng 21 1.5 Các sơ đồ cán từ Slab 23 1.6 Sơ đồ cán góc 25 1.7 Sự phân bố kích thước ô rãnh bề mặt trục cán 27 1.8 Trục cán có ô gờ 27 1.9 Sơ đồ bố trí hệ thống đánh gỉ thủy lực 28 1.10 Sơ biến dạng đầu trước phôi thép cán trục đứng 1.11 Sơ đồ cán giá trục đứng trục ngang 1.12 Sơ đồ nắn phẳng thép với hai giàn lăn bố trí 29 30 song song 37 2.1 Mô hình hệ thống cán 40 2.2 Cấu trúc hệ thống cán với điều khiển PI 42 2.3 Phản hồi trạng thái vòng kín hệ điều khiển PI 43 2.4 Quá trình cán nhìn từ hướng vuông góc với hướng chuyển động phôi 2.5 Máy cán nhìn từ góc song song với chuyển động phôi 2.6 Sơ đồ khối cho hệ thống cán Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 44 45 45 http://www.lrc-tnu.edu.vn  9 2.7 Cấu trúc hệ thống cán với điều khiển đa biến 49 2.8 Phản hồi với thay đổi đầu vào cạnh 53 2.9 Sơ đồ khối hệ thống 55 2.10 Giá cán tầng 56 2.11 Mô hình máy cán nguội giá 57 2.12 Máy cán nguội biểu diễn biểu đồ khối tiêu chuẩn 59 2.13 Đáp tuyến tần số máy cán nhiễu 60 2.14 Đáp tuyến tần số điều khiển vòng Ki 60 2.15 Đáp tuyến tần số chức vòng vòng Li 61 2.16 Độ nhạy vòng Si 61 2.17 Các đáp tuyến tần số 62 3.1 Sơ đồ khối hệ thống cán 65 3.2 Hệ tương đương 66 3.3 Phân bổ áp suất 67 3.4 Sơ đồ mô bô điều khiển thích nghi bền vững 68 3.5 Kết mô trạng thái x1 điều khiển thích nghi bền vững 3.6 Kết mô trạng thái x2 điều khiển thích nghi bền vững 3.7 Kết mô trạng thái x3 điều khiển thích nghi bền vững Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 82 82 83 http://www.lrc-tnu.edu.vn  10 CHƢƠNG - TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP TẤM Thép hay gọi thép dạng sản phẩm cán kinh tế Từ thép thép băng ngƣời ta sản xuất thép ống, thép hình uốn, loại kết cấu hàn sản phẩm dập đa dạng Chế tạo dạng ống thép hình nhẹ từ thép thép băng (có độ dày nhỏ so với sản phẩm ống thép hình cán) cho phép tiết kiệm đƣợc 10- 15% kim loại Ở số nƣớc công nghiệp phát triển, tỷ trọng thép thép băng tổng khối lƣợng sản phẩm cán chiếm tới 50 - 70% Cùng vớ i gia tăng nhu cầu thép băng thép nói chung, khối lƣợng sản phẩm thép không ngừng tăng nhanh, chiếm tỷ trọng 40% tổng sản phẩm thép băng Ở nƣớc ta, định hƣớng phát triển ng ành luyện kim dự kiến tổng nhu cầu thép vào năm 2010 6.400.000 tấn, có 3.500.000 thép 2.900.000 th ép hình dây Nhƣ khối lƣợng thép tấm, chiếm gần 55% tổng sản phẩm thép cán Để đảm bảo nhu cầu nêu trên, dự kiến xây dựng, phân bổ phát triển lực thiết bị nhằm cân đối nhu cầu sản phẩm đƣợc đề xuất cho giai đoạn đến 2005 201 0, bao gồm nhà máy cán nóng, cán nguội thép băng liên tục với tổng sản lƣợng dự kiến đến 2010 tới triệu tấn/ năm [1] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... tài “ Nghi n cứu nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống cán thép điều khiển thích nghi bền vững Luận văn gồm chƣơng sau: Chƣơng 1: Tổng quan công nghệ cán thép Chƣơng 2: Điều khiển hệ thống. .. bô điều khiển thích nghi bền vững 68 3.5 Kết mô trạng thái x1 điều khiển thích nghi bền vững 3.6 Kết mô trạng thái x2 điều khiển thích nghi bền vững 3.7 Kết mô trạng thái x3 điều khiển thích nghi. .. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN 64 VỮNG CHO HỆ THỐNG CÁN THÉP TẤM 3.1 Giới thiệu chung 64 Mô hình toán học hệ thống cán 65 3.2.1 Hệ thống thuỷ lực 67 3.2.2 Lực F 68 3 Thiết kế điều khiển 72