Устройство для регулирования профиля и формы полосы на стане кварто

-чав РЮЖчВ ь ГОСУДАРСТВ Е ННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР=фф фцймъЦабЕ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ АВТОРСКОМУ С ТЕЛЬСТВ к прокатному влением синхронизации перемещения использовано клиньев, контактирующих с подушками веррокатных ста- хнего и нижнего валка, что затрудняет одновременный поворот этих валков на равные регулирова- углы их перекрещивания,сы на станах Наиболее близким к изобретению являным перекре- ется устройство для регулирования профиля лоскостях ра- и формы полосы на стане кварто путем симРегулировкаметричного взаимного перекрещивания ответственно валков в горизонтальной плоскости при пауществляется раллельных опорных валках, содержащее вленных меж- односторонние клинья, установленные ми станины. между боковыми поверхностями с соответвляется срав- ствующей клиновидностью подушек рабоегулирования чих валков и внутренними поверхностями зи с осущест- лап подушек опорных валков и обращенные Изобретение относится роизводству и может быть ри производстве листов на ах ква то.(56) Авторское свидетельство СССРМ 410837, кл. В 21 В 1/37.Тпе 1982 1 арапезе Сопегепсе акогТесппоЬоду о 5 Разбс 1 у, 1982, р.419. 422.Заявка Японии М 59-137104, кл. В 21 В1/28. 1984,Згоп апб 31 ее 1 ЕпдЬеег, 1984, ч.61; %10,р.26 - 33.Авторское свидетельство СССРМ 440174, кл, В 21 В 37/04, 1972. н рИзвестно устройство для ния профиля и формы поло кварто взаимным симметрич щиванием в горизонтальных и бочих валков или наоборот. угла перекрещивания и со формы межвалковой щели ос посредством клиньев, устано ду подушками валков и стойкаНедостатком устройства я нительно низкая точность р профиля и формы полосы в свя(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.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 элетрогидравлического 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 про цессов устройства, приведенные для доказательства устранения дефекта полосы в виде краевой волнистости; на фиг,З - схема канала регулирования профиля и формы полосы; на фиг.4 - схема регулятора канала 10 регулирования профиля и формы полосы.Устройство для регулирования профиляи формы полосы состоит. из привода 1 перекрещивания, который через валы 2 вращает эксцентрики 3 и через втулки 4 воздействует 15 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 20 валков; электрогидравлического усилителя8, связанного гидролиниями 9 с гидроцилиндрами 7 противоизгиба рабочих валков; датчика 10 положения электрогидравлического усилителя 8; дифференциального дат чика 11 давления; системы контроляудельных натяжений 12; задатчика 13 профиля; усилителя 14 небаланса, семи сумматоров 15 - 21, четырех интеграторов 22 - 25,Устройство работает следующим обра зом.При различии удельных натяжений поширине полосы на выходе системы контроля удельных натяжений 12 появляется сигнал, пропорциональный разности удельных 35 натяжений, который усиливаясь в усилителе14 небаланса, преобразуется в сигнал, пропорциональный изменению давления в гидроцилиндрах 7 противоизгиба рабочих валков. Этот сигнал с выхода усилителя 14 40 небаланса через последовательно соединенные второй сумматор 16, первый интегратор 22, третий сумматор 17, второй интегратор 23 и четвертый сумматор 18, поступает на.вход электрогидравлического 45 усилителя 8, с помощью которого изменяется в нужную сторону давление в гидроцилиндрах 7 противоизгиба рабочих валков.Для коррекции динамических характеристик электрогидравлического привода про тивоизгиба рабочих валков на входчетвертого сумматора 18 поступают сигналы, с выходом датчика положения 10 элект-.рогидравлического усилителя и дифференциального датчика 11 давления.55 Одновременно с выхода усилителя 14небаланса 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 перекрещивания, 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, повы 5 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 Р в гидроцилиндрах 7 противоизгиба рабочих валков. При этом увеличивается толщина по краю полосы и, следовательно, дефект краевой волнистости уменьшается.Одновременно сигнал с выхода усили 25 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 Р в гидроцилиндрах противоизгиба в исходное положение,Аналогично происходит отработка де 50 фекта полосы в виде центральной волнистости, При этом давление Р 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 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 ЩР) 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 ЧЧ 1 (Р) первого канала определяется эквивалентное возмущающее воздействие на второй маломощный, но быстродействующий канал управления, Если возмущающее воздействие профиля и формы подката имеет спектральную плотность Я в ( и), то спектральная плотность Я 2 (в) эквивалентного возмущения для второго канала определяется соотношениемЯ 2(со) = Е 1(ж )ЯЬ(а ),где Е(Р) - оператор ошибки первого оптимального канала, связанный с оператором И/1 (Р) замкнутого первого канала соотношением Е 1(Р) =1 - ЧЧ 1(Р).По полученному таким образом эквивалентному возмущающему воздействию для второго канала может быть определен оптимальный оператор ЧЧ 2 (Р) 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(6) причем матрица корреляционных моментовЧ 1 - С (ч"чф), Рб(1равна Ч 1 =Профиль и форма полосы, измеренная с помехой, равнаЯ)2(1) = Я(с) + )(т), (8) 50 где8(т) = Сх(т); (9)С=Ккл Со Сг (10) а корреляционный момент случайной помехи измерения Ф) равен Ч 2. 55При синтезе оптимального регулятора необходимо минимизировать дисперсию ошибки регулирования Я(т) и при этом учитывать ограничения на управляющее воз 45(7) седьмом сумматоре 21, охваченных соответствующими обратными связями,Во втором маломощном быстродействующем канале регулирования профиля иформы полосы противоизгибом рабочих 5валков фильтр реализован на последова тельно соединенных втором сумматоре 16,первом интеграторе 22, третьем сумматоре17, втором интеграторе 23 и четвертом сумматоре 18, охваченных соответствующими 10обратными связями.- Рассмотрим более подробно синтез оптимального первого канала регулированияпрофиля и формы полосы перекрещиванием рабочих валков в горизонтальной плоскости (фиг.3).Предположим, что морель привода перекрещивании в переменных состояниях хо(т)описывается уравнениемхо(1) = Аого(т) + ВоО; (1) 20б(т) = Сохо(1) (2)а модель возмущающего воздействия в переменных состояния х)(т) описывается урав.нениемх(т) Аг(4 т) + Оь(т: (3) 25ЯЬ(т) = (гхг(т (4)где Ж 1 г(т) - вектор возмущений типа белогошума с матрицей корреляционных моментовЧ 1 г = 1 (Я 1 И/1,(т30б - знак математического ожидания,Тогда расширенная система в расширенном пространстве состояний с векторомх(т) = (хо(1), хг(Е будет описываться уравнениемх(с) = Ах(с) + В О + Щт),) (5)гдедействие О(1), а также на некоторые переменные состояния, Эта задача может быть сведена к минимизации критерия.=Цйс)Язв) + О (1)В 2 О(с, (11) грей(т) = Ох(т) - вектор, компоненты которого необходимо минимизировать;йз - весовая матрица;й 2 - весовой множитель.Известно, что минимум критерию качества доставляет линейный регуляторО(т) = -Рх(Т), (12) где Го = 82 ВР; (13)Р - установившееся решение дифференциального уравнения Риккати-Р(т) = О йзО - Р(т)ВР 2 В О(т) + А Р(т) + +Р(т)А, (14) Оценка х(т) вектора переменных состояний х(т) определяется уравнениемхс) = Ах(т) + ВО + К (Яц-Сх(т), (15) где К - матрица оптимальных коэффициентов фильтра Калмана-БьюсиК =ОС Ч 2, (16) где С - установившееся решение уравнения РикаттиО )г) = Ч-О(ж)С Че СО)г) + АО)г) + +0 А . (17)Как показали многочисленные исследования, корреляционные функции случайного изменения профиля и формы полосы в первом приближении могут быть аппроксимированы экспоненциально-косинусной зависимостьюВ (г) = Огс сов фг, (18) В этом случае оператор формирующего фильтра случайного процесса от некоррелированного источника случайного сигнала типа белого шума единичной интенсивности имеет видЧ(Р) - "+, (19)Р 2+2 цР+2где ге = ае г)2 , Ч =Ч 2 аО, г 20)Примем переменные состояния модели формирующего фильтра в видех 1(т): р), х 2(с) = Ы 2Тогра модель фильтра (19) в переменных состоянияхХф) = (Х 1 г(1)Х 2 г(тописывается уравнениями (3) и (4),Ч )тт):2 а)Уравнение (15) описывает полный наблюдаель, т.е, наблюдатель полного порядка, размеренность вектора состояния которогоравна размерности вектора расширенной системы: бвх(1) = сНгпх(1) -Для упрощения технической реализации целесообразно использовать упрощенный наблюдатель, с помощью которого восстанавливается лишь вектор хф) состояния возмущающего воздействиями(1), В этом случае при измерении возмущающего воздействия г(1) с помехой т(1) упрощенный наблюдатель описывается уравнениемх(1) = А,х,(1) + Кгг(гц(1) (гх,(1), (22) где матрица оптимальных коэффициентов усиления фильтра КалманаьюсиКГ 0 Сг Ч 1 г . (23) где Ог - установившееся решение уравнения. РикаттиаФ) = Ч 1 -а(1)ст ЧИС а(1) + А а+ +Ог(1)Аг(24) Алгоритмическая схема упрощенного наблюдателя возмущающего воздействия с формирующим фильтром (19) показана на фиг,4.Коэффициенты усиления уз, уа обратных связей определяются моделью формирующего фильтра: После интегрирования управления Риккати (24) для упрощенного наблюдателя могут быть определены коэффициенты усиления оптимального фильтра КалманаБьюсиУ 1 = Ко:)2= Ког.Коэффициенты 6 и ууопределяютсяизрешения управления Риккати (14) для оптимального регулятора)6 = 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 цепях5 10 15 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 профиляи формы полосы на стане кварто путем симметричного взаимного перекрещивания рабочих валков в горизонтальной 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 тл и ч а ю ще еся тем,что, с целью повышения точности регулирова 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, последовательносоединенными пятым сумматором, третьиминтегратором, шестым сумматором, четвертым интегратором и седьмым сумматором, причем входы второго сумматора соедине 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 идифференциального датчика давления, вход электрогидравлического усилителя соединен с выходом четвертого сумматора, входы пятого сумматора соединены с выходами усилителя небаланса, дифференци ального датчика давления, третьего и четвертого интеграторов, входы шестого сумматоров соединены с выходом усилителя небэланса и дифференциального датчика давления, второй вход седьмого сумматора соединен с выходом третьего интегратора, а выход седьмого сумматора соединен с входом привода перекрещивания.1729642 Составитель А, СергеевРедактор Н, Швыдкая Техред М.Моргентал Кор И Муска изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 каз 1463Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5