ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ УРОВНЕМ МЕТАЛЛА В КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ МНЛЗ

  • О. С. Волуева Донецкий национальный технический университет
Ключевые слова: Непрерывная разливка стали, нестационарный режим литья, математическая модель, комбинированная система управления, регулятор, статический компенсатор

Аннотация

Одной из главных задач при получении непрерывно-литой стальной заготовки явля-
ется обеспечение внутренней однородности слитка, которая во многом определяется про-
цессами начальной кристаллизации. Несовершенство управления процессом разливки на
начальном участке «стальковш-промковш-кристаллизатор», а именно уровнем металла в
кристаллизаторе, приводит к возникновению не только внутренней неоднородности, но и
дефектов поверхности, а также искажению формы заготовки. Так, падение уровня ниже
заданного значения ведет к окислению внутренней поверхности образовавшейся корочки
слитка и его структурной неоднородности. При повышении уровня металла происходит
перелив за твердую корку, что приводит к увеличению глубины следов качания и захвату
неметаллических и шлаковых включений. Поэтому важнейшим технологическим элемен-
том машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) является кристаллизатор. Научная и
техническая сложность задачи управления уровнем обусловлена отсутствием технических
средств, способных осуществлять измерение уровня металла в реальных технологических
условиях с требуемой точностью, а также изменения параметров объекта в процессе
эксплуатации и в нестационарных режимах работы. Одним из направлений повышения
эффективности управления стабилизацией уровня металла в кристаллизаторе МНЛЗ яв-
ляется модернизация существующих систем управления за счет внедрения новых алгорит-
мов управления. Для этого необходимо выделить факторы, влияющие на стабильность
уровня металла, с целью их оценки и компенсации. В работе предложено использовать
принцип комбинированного управления на основе компенсации основных возмущений и об-
ратной связи по регулируемой координате. Выполнен синтез статических компенсаторов
с постоянным и переменным коэффициентом компенсации в соответствии с принципом
инвариантности, что позволило значительно уменьшить отклонение управляемой величи-
ны в нестационарных режимах работы.

Литература

1. Dyudkin D.A., Kisilenko V.V., Smirnov A.N. Proizvodstvo stali. T. 4. Nepreryvnaya razlivka
metalla [Production of steel. Vol. 4. Continuous casting of meta]. Moscow: Teplotekhnik,
2009, 528 p.
2. Kuberskiy S.V. Nepreryvnaya razlivka stali: ucheb. Posobie [Continuous casting of steel: a
textbook]. Alchevsk: DGMI, 2004, 65 p.
3. Smirnov A.N., Kuberskiy S.V., Shtepan E.V. Nepreryvnaya razlivka stali [Continuous casting
of steel]. Donetsk: DonNTU, 2011, 482 p.
4. Volueva O.S., Zhukova N.V., Korchak V.V. Sistema avtomaticheskogo upravleniya urovnem
metalla i skorosti vytyagivaniya zagotovki iz kristallizatora [The system of automatic control
of the metal level and the speed of pulling out a billet from a Crystallizer], Naukovі pratsі
Donets'kogo natsіonal'nogo tekhnіchnogo unіversitetu. Serіya: “Obchislyuval'na tekhnіka ta
avtomatizatsіya” [Scientific works of Donetsk National Technical University. Series:”
Computer Engineering and automation”]. Donets'k: DonNTU, 2011, Issue 183. pp. 6-11.
5. Volueva O.S., Zhukova N.V., Tkachenko V.N. Sistema avtomaticheskogo upravleniya urovnem
metalla i skorosti vytyagivaniya MNLZ [Automatic control of the metal level and the pulling
speed of the CCM], Materіali XVIII mіzhnarodnoї konferentsії z avtomatichnogo upravlіnnya
(Avtomatika-2011), 28-30 veresnya 2011 roku [Proceedings of the XVIII international conference
on automatic control (Automatika-2011), September 28-30, 2011]. L'vіv: Vidavnitstvo
L'vіvs'koї polіtekhnіki, 2011, pp. 204-205.
6. Dorf R., Bishop R. Sovremennye sistemy upravleniya [Modern control systems]: transl. from
engl. B.I. Kopylov. Moscow: Laboratoriy bazovykh znaniy, 2004, 832 p.
7. Denisenko V.V. PID-regulyatory: printsipy postroeniya i modifikatsii [PID-regulators: principles
of construction and modification], STA [Modern automation technologies], 2006, No. 4,
pp. 66-74. Available at: https://www.cta.ru/cms/f/342946.pdf (accessed 15 November 2020).
8. Zaytsev G.F. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya i regulirovaniya [Theory of automatic
control and regulation]. 2nd ed. Kiev: Vyshcha shk. Golovnoe izd-vo, 1989, 431 p.
9. Gudvin, G.K., Grebe S.F., Sal'gado M.E. Proektirovanie sistem upravleniya [Designing control
systems]: transl. from engl. A.M. Epaneshnikova. Moscow: BINOM. Laboratoriya znaniy,
2004, 911 p.
10. Volueva O.S., Chernyshev N.N. Modernizirovannaya sistema avtomaticheskogo regulirovaniya
urovnem metalla v kristallizatore MNLZ [Upgraded system for automatic control of the metal
level in the CCM mold], Suchasnі tendentsії rozvitku іnformatsіynikh tekhnologіy v nautsі,
osvіtі ta ekonomіtsі: materіali VІII Vseukr. nauk.-prakt. konf. (m. Lugans'k, 2014) [Modern
trends in the development of information technologies in science, education and economics:
materials of the VII all-Ukrainian science and practice. conf. (Luhansk, 2014)]. Lugans'k: Vidvo
DZ„ LNU іmenі Tarasa Shevchenka”, 2014, pp. 122-124.
11. Volueva O.S. Kombinirovannaya sistema upravleniya urovnem metalla v kristallizatore MNLZ
[Combined control system of metal level in the continuous casting mold], Zbіrnik naukovikh
prats' Donets'kogo іnstitutu zalіznichnogo transportu Ukraїns'koї derzhavnoї akademії
zalіznichnogo transport [Collection of scientific papers of the Donetsk Institute of railway
transport of the Ukrainian state Academy of railway transport]. Donets'k: DonІZT, 2013,
Issue 34, pp. 186-192.
12. Volueva O.S. Modifitsirovannaya sistema avtomaticheskogo upravleniya stabilizatsiey
urovnya metalla v nestatsionarnykh rezhimakh lit'ya zagotovok: disc. … kand. tekh. nauk
[Modified system of automatic control of metal level stabilization in non-stationary modes of
billet casting: cand. of eng, sc, diss.] 05.13.06. Donetsk, 2018, 161 p. Available at:
http://donntu.org/sites/default/files/documents/dissertaciya_volueva.pdf.
13. Dudnikov E.G. Avtomaticheskoe regulirovanie v khimicheskoy promyshlennosti [Automatic
regulation in the chemical industry]. Moscow: Khimiya, 1987, 368 p.
14. Chernyshev N.N. Sintez kompensatorov dlya kombinirovannykh sistem avtomaticheskogo
regulirovaniya [Synthesis of compensators for combined automatic control systems], Zbіrnik
naukovikh prats' Donets'kogo іnstitutu zalіznichnogo transportu Ukraїns'koї derzhavnoї
akademії zalіznichnogo transport [Collection of scientific papers of the Donetsk Institute of
railway transport of the Ukrainian state Academy of railway transport]. Donets'k: DonІZT,
2012, Issue 32, pp. 52-56.
15. Podchukaev V.A. Teoriya avtomaticheskogo upravleniya (analiticheskie metody): ucheb. dlya
vuzov [Theory of automatic control (analytical methods): textbook for universities]. Moscow:
Fizmatlit, 2005, 392 p.
16. Jabri Karim, Bertrand Bele, Alain Mouchette, Emmanuel Godoy, Didier Dimur. Disturbances
estimation for mold level control in the continuous casting process, Proceedings of the Fifth
International Conference on informatics in control, automation and robotics, signal processing,
systems modeling and control, Funchal, Madeira, Portugal, May 11-15, 2008,pp. 119-124. Available at: http://vigir.missouri.edu/~gdesouza/Research/Conference_CDs/
IFAC_ICINCO_2008/ICINCO%202008/SPSMC/Short%20Papers/C3_196_Jabri.pdf (accessed
15 November 2020).
17. Volueva O.S., Chernyshev N.N. Matematicheskaya model' izmeneniya urovnya zhidkogo
metalla na uchastke «stal'kovsh-kristallizator» ustanovki nepreryvnoy razlivki stali [Mathematical
model of changes in the level of liquid metal in the area, "the ladle with steel-mold" installation
of continuous casting of steel], Sb. trudov konferentsii «Zavalishinskie chteniya» 11-15
aprelya 2016 g. [Proceedings of the conference "Zavalishina read" April 11-15, 2016]. Saint-
Petersburg: Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy universitet aerokosmicheskogo
priborostroeniya, 2016, pp. 278-283.
18. Chernyshev N.N. Sintez matematicheskoy modeli sistemy avtomaticheskogo regulirovaniya
urovnem metalla v kristallizatore [Synthesis of a mathematical model of the system of automatic
control of the metal level in the mold], Zbіrnik naukovikh prats' «Modelyuvannya ta
іnformatsіynі tekhnologії» [Collection of scientific papers "Modeling and information technologies”].
Kiїv: Іnstitut problem modelyuvannya v energetitsі іm. G.Є. Pukhova, 2012, Issue 65,
pp. 195-202.
19. Perel'muter V.M. Pakety rasshireniya MATLAB. Control System Toolbox i Robust Control
Toolbox [MATLAB extension packages. Control System Toolbox and Robust Control
Toolbox]. Moscow: SOLON-PRESS, 2008, 224 p.
20. D'yakonov V.P. MATLAB. Polnyy samouchitel' [MATLAB. Complete tutorial]. Moscow:
DMK Press, 2012, 768 p.
Опубликован
2021-02-13
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ IV. ЭЛЕКТРОНИКА, НАНОТЕХНОЛОГИИ И ПРИБОРОСТРОЕНИЕ