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

 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

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

T.S BÙI CHÍNH MINH

HỌC VIÊN

HỒ THỊ NGỌC HUYỀN

Thái Nguyên, 2010

 2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu và tổng hợp các tài liệu của

riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng

được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Học viên

Hồ Thị Ngọc Huyền

 3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Ngành thép là một ngành công nghiệp then chốt trong nền kinh tế quốc dân,

là đầu vào cho rất nhiều các ngành công nghiệp khác. Thép đƣợc đánh giá là vật tƣ

chiến lƣợc và có vai trò hết sức quan trọng trong sự nghiệp CNH-HĐH đất nƣớc.

Sản phẩm thép rất đa dạng trong đó phải kể đến thép tấm (lá) là một trong

những dạng sản phẩm cán kinh tế nhất. Từ thép tấm và thép băng ngƣời ta sản xuất

thép ống, thép hình uốn, các loại kết cấu hàn và các sản phẩm dập rất đa dạng.

Ở nƣớc ta, trong định hƣớng phát triển của nghành luyện kim đã dự kiến

tổng nhu cầu thép vào năm 2010 là 6.400.000 tấn, trong đó có 3.500.000 tấn thép lá

và 2.900.000 tấn thép hình và dây. Nhƣ vậy khối lƣợng thép tấm, lá chiếm gần 55%

tổng sản phẩm thép cán.

Hệ thống cán thép tấm đƣợc nghiên cứu và sử dụng rộng rãi tại các cơ sở

nghiên cứu và thực nghiệm nhƣng hầu hết các công trình này đều không xét đến ảnh

hƣởng phi tuyến của hệ thống thủy lực do vậy các mô hình này tƣơng đối đơn giản

và phạm vi ứng dụng hẹp. Một vấn đề quan trọng trong điều khiển quá trình cán là

cần cải thiện thời kỳ quá độ.

Xuất phát từ lý do trên, tác giả đã lựa chọn đề tài “ Nghiên cứu nâng cao

chất lượng điều khiển hệ thống cán thép tấm bằng bộ điều khiển thích nghi bền

vững”

Luận văn gồm các chƣơng sau:

Chƣơng 1: Tổng quan về công nghệ cán thép tấm

Chƣơng 2: Điều khiển hệ thống trục cán thép tấm bằng các bộ điều khiển cơ

bản.

Chƣơng 3: Thiết kế bộ điều khiển nâng cao chất lƣợng điều khiển hệ thống

cán thép tấm

Trong quá trình làm luận văn, dƣới sự hƣớng dẫn nhiệt tình của cán bộ

hƣớng dẫn cùng sự nỗ lực của bản thân trong việc tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu và

 4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

tìm hiểu thực tế nhƣng do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không

tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp, những

lời nhận xét quí báu của các thầy cô và các bạn đồng nghiệp để luận văn đƣợc hoàn

thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, tháng 9 năm 2010

HỌC VIÊN

Hồ Thị Ngọc Huyền

 5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Trang

1

Lời cam đoan 2

Lời cảm ơn 3

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP TẤM 10

1.1. Phôi cho sản xuất thép tấm và thép băng cán nóng 11

1.2. Đặc điểm, thành phần và cách bố trí thiết bị ở các nhà máy cán tấm 12

1.3. Kỹ thuật cán thép ở các nhà máy cán tấm 17

1.3.1. Cán phôi slab trong giá trục đứng 21

1.3.2. Cán trong giá thô 22

1.3.3. Cán trong giá cán tinh 28

1.4. Đặc điểm biến dạng của thép khi cán ở các nhà máy cán tấm 29

1.5. Các thông số năng lƣợng của quá trình cán tấm 31

1.6. Tính toán chế độ ép cho máy cán tấm 33

1.6.1. Điều kiện ăn thép 33

1.6.2. Độ bền của trục cán 34

1.6.3. Công suất của động cơ truyền động 34

1.6.4. Nhiệt độ kim loại 35

1.7. Nhiệt luyện và tinh chỉnh thép tấm 36

1.8. Kết luận 38

Chương 2. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÁN THÉP TẤM BẰNG

CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN CƠ BẢN

39

2.1. Bộ điều khiển tuyến tính PI 40

2.1.1. Mô hình toán học 40

2.1.2. Cấu trúc bộ điều khiển 42

2.1.3. Kết quả 43

 6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

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 bộ 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 bộ điều khiển 52

2.2.3. Kết quả 53

2.3. Bộ điều khiển H 54

2.3.1. Ký hiệu 54

2.3.2. Phƣơng pháp tiêu chuẩn cho bài toán thiết kế H 54

2.3.3. Thiết kế bộ điều khiển 56

2.3.3.1. Mẫu máy cán 57

2.3.3.2. Quá trình thiết kế 58

2.3.4. Kết quả 59

2.4. Kết luận 63

Chương 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN

VỮNG CHO HỆ THỐNG CÁN THÉP TẤM

64

3.1 Giới thiệu chung 64

3. 2. Mô hình toán học của hệ thống cán 65

3.2.1 Hệ thống thuỷ lực 67

3.2.2. Lực F 68

3. 3. Thiết kế các bộ 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 bộ điều khiển thích nghi bền vững cho hệ

thống cán thép tấm

79

3.4. Mô phỏng và đánh giá kết quả 81

 7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.4.1. Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển thích nghi bền vững cho hệ

thống cán thép tấm

82

3.4.2.Kết quả và nhận xét 82

3.5. Kết luận 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

 8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

DANH MỤC HÌNH VẼ

Số hiệu

hình vẽ

Tên hình vẽ Trang

1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị của máy cán tấm 1 giá đảo chiều

kvarto 4300

14

1.2 Sơ đồ bố trí thiết bị của máy cán tấm 2 giá 2800 16

1.3 Đặc điểm quá trình cán trong các giá trục 19

1.4. Sơ đồ biến dạng của phôi slab trong giá cán trục đứng 21

1.5 Các sơ đồ cán tấm từ Slab 23

1.6 Sơ đồ cán góc 25

1.7 Sự phân bố và kích thước ô rãnh trên 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 của đầu trước phôi thép khi cán trong trục

đứng

29

1.11 Sơ đồ cán trong giá trục đứng và trục ngang 30

1.12 Sơ đồ nắn phẳng thép tấm với hai giàn con lăn bố trí

song song

37

2.1 Mô hình hệ thống cán tấm 40

2.2 Cấu trúc của hệ thống cán với bộ điều khiển PI 42

2.3 Phản hồi trạng thái vòng kín của hệ điều khiển PI 43

2.4 Quá trình cán nhìn từ hướng vuông góc với hướng

chuyển động của phôi 44

2.5 Máy cán nhìn từ góc song song với chuyển động của

phôi

45

2.6 Sơ đồ khối cho hệ thống cán 45

 9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2.7 Cấu trúc của hệ thống cán với bộ điều khiển đa biến 49

2.8 Phản hồi với thay đổi đầu vào tại một cạnh 53

2.9 Sơ đồ khối hệ thống 55

2.10 Giá cán 4 tầng 56

2.11 Mô hình máy cán nguội một giá 57

2.12 Máy cán nguội biểu diễn trên biểu đồ khối tiêu chuẩn 59

2.13 Đáp tuyến tần số của máy cán và nhiễu 60

2.14 Đáp tuyến tần số của bộ điều khiển vòng trong Ki 60

2.15 Đáp tuyến tần số chức năng vòng của vòng trong Li 61

2.16 Độ nhạy vòng trong Si 61

2.17 Các đáp tuyến tần số 62

3.1 Sơ đồ khối của hệ thống cán 65

3.2 Hệ tương đương 66

3.3 Phân bổ áp suất 67

3.4 Sơ đồ mô phỏng bô điều khiển thích nghi bền vững 68

3.5 Kết quả mô phỏng trạng thái x1 của bộ điều khiển thích

nghi bền vững 82

3.6 Kết quả mô phỏng trạng thái x2 của bộ điều khiển thích

nghi bền vững 82

3.7 Kết quả mô phỏng trạng thái x3 của bộ điều khiển thích

nghi bền vững 83