Серия «Энергетика»

Рассматривается электромеханическая система реверсивной клети толстолистового прокатного стана 5000 ПАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ПАО «ММК»). В результате экспериментальных исследований переходных процессов в режиме захвата металла валками установлены недопустимые динамические нагрузки, имеющие колебательный характер, и потеря управляемости электропривода. Это подтверждает актуальность разработки способов управления, обеспечивающих ограничение моментов двигателя и шпинделя. Отмечено, что известные системы управления скоростными режимами электропривода, обеспечивающие снижение упругого момента за счет предварительного замыкания угловых зазоров, по своей сути являются разомкнутыми системами задания скорости. Это не позволяет обеспечить контролируемое регулирование координат в динамических режимах. В качестве перспективного направления предложена разработка замкнутой системы автоматического регулирования координат двухмассовой электромеханической системы с наблюдателем момента упругого вала и скорости второй массы. Разработан наблюдатель неизмеряемых параметров двухмассовой системы прокатного стана, обеспечивающий косвенное определение (восстановление) скорости валка и момента шпинделя в online-режиме. В его основу положена система уравнений в пространстве состояний. Путем сопоставления восстановленных и экспериментально полученных переходных процессов подтверждена удовлетворительная точность результатов. На основе предложенного наблюдателя разработана система автоматического регулирования (САР) скорости валка с подчиненными контурами упругого момента вала, скорости и момента двигателя. Обоснована настройка регуляторов замкнутых контуров. Рассмотрены переходные процессы моментов и скоростей при ударном приложении нагрузки при увеличенном быстродействии контура регулирования скорости второй массы. В результате анализа ЛАЧХ и ЛФЧХ подтверждена устойчивость разработанной системы в частотном диапазоне. На основе анализа экспериментальных данных констатирован вывод о влиянии углового зазора на точность восстановления упругого момента в режиме захвата металла валками. Отмечены перспективы внедрения разработок на стане 5000 и других прокатных станах, работающих с ударным приложением нагрузки.

Sugiura K., Hori, Y. Vibration Suppression in 2- and 3-Mass System Based on the Feedback of Imper-fect Derivative of the Estimated Torsional Torque. IEEE Trans. on Industrial Electronics, 1996, vol. 43, no. 2, pp. 56–64. DOI: 10.1109/41.481408

Ji J.K., Sul S.K. Kalman Filter and LQ Based Speed Controller for Torsional Vibration Suppression in

a 2-Mass Motor Drive System. IEEE Trans. on Industrial Electronics, 1995, vol. 42, no. 6, pp. 564–571. DOI: 10.1109/41.475496

Szabat K., Orłowska-Kowalska T. Vibration Suppression in Two-Mass Drive System using PI Speed Controller and Additional Feedbacks – Comparative Study. IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2007, vol. 54, no. 2, pp. 1193–1206. DOI: 10.1109/41.475496

Karandayev A.S., Khramshin V.R., Andryushin I.Yu., Golovin V.V., Shilyayev P.V. [Technological schemes for controlling electric drives of the finishing group of a broadband hot rolling mill]. Trudy VII kon-gressa prokatchikov [Proceedings of the VII Congress of distributors]. Moscow, 2007, vol. 1, pp. 71–75. (in Russ.)

Selivanov I.A., Karandayev A.S., Evdokimov S.A., Khramshin V.R. [Improvement of automated elec-tric drives and diagnostics of power electrical equipment]. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika [Proceedings of universities. Electromechanics], 2009, no. 1, pp. 5–11.

Andryushin I.Yu., Galkin V.V., Golovin V.V., Karandayev A.S., Radionov A.A., Khramshin V.R. [Automatic speed correction of electric drives of stands of mill 2000 when rolling a pipe billet]. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika [Proceedings of universities. Electromechanics], 2011, no. 4, pp. 31–35.

Golovin V.V., Karandayev A.S., Khramshin V.R. [Evaluation of the effectiveness of the use of a thy-ristor electric drive with automatic change of the coordinate, regulated by the excitation circuit]. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika [Proceedings of universities. Electromechanics], 2006, no. 4, pp. 40–45.

Khramshin V.R., Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Baskov S.N., Loginov B.M. Constraining the Dy-namic Torque of a Rolling Mill Stand Drive. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engi-neering, 2018, vol. 18, no. 1, pp. 101–111. DOI: 10.14529/power180109

Antsupov A.V. (jr), Antsupov A.V., Nalimova M.V. [Model of failures of universal spindles hinges by

the criterion of wear resistance of bronze inserts]. Fundamental’nyye issledovaniya [Fundamental research], 2017, no. 4 (part 1), pp. 9–12.

Shubin A.G., Loginov B.M., Gasiyarov V.R., Maklakova E.A. [Substantiation of methods of limiting dynamic loads of electromechanical systems of rolling mill stand]. Elektrotekhnicheskiye sistemy i kompleksy [Electrical systems and complexes], 2018, no. 1 (38), pp. 14–25. DOI: 10.18503/2311-8318-2018-1(38)-14-25

Khramshin V.R., Karandayev A.S., Evdokimov S.A. et al. [Decrease of dynamic loads in universal stands of the rolling mill]. Metallurg [Metallurgist], 2015, no. 4, pp. 41–47.

Radionov A.A., Karandayev A.S., Evdokimov A.S. and other. [Mathematical modeling of intercon-nected electromechanical systems of a continuous subgroup of rolling mill stands. Part 1. Development of a mathematical model]. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering, 2015, vol. 15, no. 1, pp. 59–73. DOI: 10.14529/power150108

Galkin V.V., Karandayev A.S., Golovin V.V., Radionov A.A., Khramshin V.R., Gasiyarov V.R., Zalogin O.A. [Algorithm for calculating the speed and load modes of electric drives of the rolling mill stands when rolling thick strips]. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskiye nauki. Vyp. 3: v 5 ch. Bulletin of TulSU. Tech-nical science. Iss. 3: in 5 vol.], Tula, TulGU Publ., 2010, part. 2, pp. 12–17.

Khramshin V.R., Karandaev A.S., Gasiyarov V.R., Zinchenko M.A., Loginov B.M. Limiting Dynam-ic Loads in the Main Line of a Rolling Mill through an Automated Drive. International Russian Automation Conference (RusAu-toCon), 2020, pp. 1122–1126. DOI: 10.1109/RusAutoCon49822.2020.9208087

Khramshin V.R., Gasiyarov V.R., Karandaev A.S., Baskov S.N., Loginov B.M. Constraining the Dy-namic Torque of a Rolling Mill Stand Drive. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engi-neering, 2018, vol. 18, no. 1, pp. 101–111. DOI: 10.14529/power180109

Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Tverskoi M.M., Khramshin V.R., Loginov B.M. Implementation of telemetric on-line monitoring system of elastic torque of rolling mill line of shafting. 2017 2nd International Ural Conference on Measurements (UralCon), 2017, pp. 450–455. DOI: 10.1109/URALCON.2017.8120750

Krot P.V. Nonlinear Vibrations and Backlashes Diagnostics in the Rolling Mills Drive Trains. Proc. of

th EUROMECH Nonlinear Dynamics Conference (ENOC 2008), IPME RAS, St. Petersburg. – June 30 – July 4, 2008. DOI: 10.13140/2.1.3353.1840

Luk’yanov S.I., Karandayev A.S., Evdokimov S.A., Sarvarov A.S., Petushkov M.Yu., Khramshin V.R. [Development and implementation of intelligent systems for diagnosing the technical condition of elec-trical equipment]. Vestnik MGTU im. G.I. Nosova [Bulletin of G.I. Nosov MSTU], 2014, no. 1, pp. 129–136.

Szabat K., Serkies P., Cychowski M. Application of the MPC to the robust control of the two-mass drive system. 2011 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. DOI: 10.1109/isie.2011.5984448

Kolganov A.R., Lebedev S.K., Gnezdov N.E. Elektromekhanotronnyye sistemy. Sovremennyye meto-dy upravleniya, realizatsii i primeneniya: uchebnoye posobiye [Electromechanotronic systems. Modern meth-ods of management, implementation and application: textbook]. Moscow, Vologda, Infra-Inzheneriya Publ., 2019. 256 p.

Lebedev S.K., Kolganov A.R. Upravleniye dvizheniyem promyshlennykh manipulyatorov: uchebnik [Motion control of industrial manipulators: textbook]. Ivanovo, FGBOU VPO “Ivanovskiy gosudarstvennyy energeticheskiy universitet imeni V.I. Lenina” Publ., 2018. 340 p.

Kolganov A.R., Lebedev S.K., Gnezdov N.E. Sovremennyye metody upravleniya v elektromekhano-tronnykh sistemakh. Razrabotka, realizatsiya, primeneniye [Modern control methods in electromechanotronic systems. Development, implementation, application]. Ivanovo, FGBOU VPO “Ivanovskiy gosudarstvennyy energeticheskiy universitet imeni V. I. Lenina” Publ., 2012. 256 p.

Kolganov A.R., Lebedev S.K., Khanayev A.V. Matematicheskiye osnovy teorii avtomaticheskogo up-ravleniya: ucheb. dlya vuzov [Mathematical foundations of the theory of automatic control: textbook. for uni-versities], Ivanovo, GOU VPO “Ivanovskiy gosudarstvennyy energeticheskiy universitet imeni V. I. Lenina” Publ., 2010. 340 p.

Tomasov V.S., Denisov K.M., Tolmachev V.A. [Tracking electric drives of guidance systems of new generation optomechanical complexes. Problems and achievements]. Trudy V Mezhdunar. (XVI Vseross.) konf.

po avtomatizirovannomu elektroprivodu AEP-2007 [Proceedings of the V Intern. (XVI All-Russian) Conf. on

the automated electric drive AEP-2007], 2007, pp. 175–177. (in Russ.)

Vasil’yev V.N., Tomasov V.S., Shargorodskiy V.D., Sadovnikov M.A. [State and development pro-spects of precision electric drives of high-precision observation complexes]. Izvestiya vuzov. Priborostroyeni-ye [Proceedings of universities. Instrumentation], 2008, vol. 51, no. 6, pp. 5–12. (in Russ.)

Tolmachev V.A., Antipova I.V., Fomin S.G. [Mathematical model of the servo drive of the axis of

the support-rotary device]. Nauch.-tekhnich. vestn. SPbGU ITMO [Scientific and Technical Bulletin SPbSU ITMO], 2007, no. 44. (in Russ.)

Kotsegub P.Kh., Tolochko O.I., Fedoryak R.V. [Digital observer of the state of a two-mass electro-mechanical object]. Zbіrnik naukovikh prats’ Donets’kogo derzhavnogo tekhnіchnogo unіversitetu. Serіya: Elektrotekhnіka і energetika [Collection of Science Practitioners of the Donetsk State Technical University. Series: Electrical Engineering and Power Engineering], 2002, vol. 41, pp. 146–156. (in Russ.) Available at: http://masters.donntu.org/2004/eltf/tsyb/library/art3.htm (accessed 11.05.2021)

Tolochko O.I., Kotsegub P.Kh., Marinichev V.Yu., Rozkaryaka P.I. [Problems of creating new ma-chines and technologies. Scientific works of the KSPU], 2001, iss. 1/2001 (10), pp. 103–109. (in Russ.). Available at: http://masters.donntu.org/2004/eltf/cherkasov/library/art1/art1.htm (accessed 11.05.2021)

Tolochko O.I., Kotsegub P.Kh., Fedoryak R.V. [Parametric synthesis of a digital system of modal control of a two-mass electromechanical object]. Vіsnik Natsіonal’nogo tekhnіchnogo unіversitetu “Kharkіvs’kiy polіtekhnіchniy іnstitut”. Zbіrka naukovikh prats’. Tematichniy vipusk [Bulletin of the National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”. Collection of Science Works. Thematic release], 2003, vol. 1, no. 10,

pp. 97–100. (in Russ.)

Tselikov A.I., Polukhin P.I., Grebenik V.M. et al. Mashiny i agregaty metallurgicheskikh zavodov. Mashiny i agregaty dlya proizvodstva prokata [Machines and units of metallurgical plants. Machines and ag-gregates for the production of rolled products]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1988, vol. 3. 680 p.

Klyuchev V.I. Teoriya elektroprivoda: ucheb. dlya vuzov [Electric drive theory: textbook. for univer-sities]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 2001. 760 p.

Gasiyarov V.R., Khramshin V.R., Voronin S.S., Lisovskaya T.A., Gasiyarova O.A. Dynamic Torque Limitation Principle in the Main Line of a Mill Stand: Explanation and Rationale for Use. Machines, 2019, vol. 7 (4), no. 76. Available at: https://doi.org/10.3390/machines7040076 (accessed 11.05.2021).