-1ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH : TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN BỀN VỮNG, TỐI ƢU BỀN VỮNG CHO HỆ THỐNG CÁN THÉP TẤM BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC NGƢỜI HD KHOA HỌC HỌC VIÊN T.S BÙI CHÍNH MINH VŨ HOÀI THU Thái Nguyên, 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -2LỜI 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 Vũ Hoài Thu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -3LỜI CẢM ƠN Nước ta phấn đấu đến năm 2020 trở thành nước công nghiệp có trình độ phát triển Chiến lược năm tới phải đưa đất nước phát triển nhanh bền vững, xây dựng kinh tế tự chủ, chủ động hội nhập có hiệu với kinh tế quốc tế tiếp tục đổi sâu rộng Ngành thép ngành công nghiệp then chốt kinh tế quốc dân, đầu vào cho nhiều ngành công nghiệp khác Thép đánh giá vật tư chiến lược có vai trò quan trọng nghiệp CNH-HĐH đất nước Sản phẩm thép đa dạng phải kể đến thép (lá) dạng sản phẩm cán kinh tế Từ thép thép băng người ta sản xuất thép ống, thép hình uốn, loại kết cấu hàn sản phẩm dập đa dạng Ở nước ta, định hướng 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 Như khối lượng thép tấm, chiếm gần 55% tổng sản phẩm thép cán Hiện nước ta có nhà máy cán thép công ty TNHH thành viên Thép Cái Lân hoạt động Hệ thống cán thép nghiên cứu sử dụng rộng rãi sở nghiên cứu thực nghiệm hầu hết công trình không xét đến ảnh hưởng phi tuyến hệ thống thủy lực mô hình tương 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 “ Thiết kế điều khiển phi tuyến bền vững, tối ưu bền vững cho hệ thống cán thép tấm” Do một phần khối kiến thức dùng để nghiên cứu , giải vấn đề lớn đề tài thuộc lĩ nh vực Công nghệ cán thép , tác giả phải tự học một thời gian ngắn, tài liệu tham khảo để phục vụ cho luận văn gặp nhiều khó khăn , thời gian nghiên cứu luận văn và khả tự nghiên cứu của tác giả còn hạn chế, nên tránh khỏi thiếu sót Rất mong quan tâm, góp ý Thầy, Cô đồng nghiệp để tác giả lĩnh hội bổ sung cho chương trình nghiên cứu , nâng cao trì nh độ của bản thân ngày một tốt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -4Để luận văn hoàn thành thời hạn, với nỗ lực thân, tác giả nhận nhiều giúp đỡ; trước tiên tác giả xin chân thành cảm ơn T.S Bùi Chính Minh, người thầy hướng dẫn khoa học giúp tác giả hoàn thành luận văn Ngoài ra, tác giả xin chân thành cảm ơn Khoa Luyện kim Công nghệ vật liệu- Đại học Bách Khoa Hà Nội bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm giúp tác giả hoàn thành luận văn / Thái Nguyên, tháng năm 2010 Học viên Vũ Hoài Thu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -5MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU Phần I MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn Phần II NỘI DUNG Chương TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CÁN THÉP TẤM 1.1 Phôi cho sản xuất thép thép băng cán nóng 1.2 Đặc điểm, thành phần cách bố trí thiết bị nhà máy cán 1.3 Kỹ thuật cán thép nhà máy cán 1.3.1 Cán phôi slab giá trục đứng 1.3.2 Cán giá thô 1.3.3 Cán giá cán tinh 1.4 Đặc điểm biến dạng thép cán nhà máy cán 1.5 Các thông số lượng trình cán 1.6 Tính toán chế độ ép cho máy cán 1.6.1 Điều kiện ăn thép 1.6.2 Độ bền trục cán 1.6.3 Công suất động truyền động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -61.6.4 Nhiệt độ kim loại 1.7 Nhiệt luyện tinh chỉnh thép 1.8 Kết luận chương Chương Điều khiển hệ thống cán thép điều khiển 2.1 Bộ điều khiển tuyến tính PI 2.1.1 Mô hình toán học 2.1.2 Cấu trúc điều khiển 2.1.3 Kết 2.2 Bộ điều khiển đa biến 2.2.1 Mô hình toán học 2.2.1.1 Hệ thống thủy lực 2.2.1.2 Giá cán 2.2.2 Thiết kế điều khiển 2.2.2.1 Tuyến tính hóa phản hồi 2.2.2.2 Thiết kế không gian riêng 2.2.2.3 Cấu trúc điều khiển 2.2.3 Kết 2.3 Bộ điều khiển H 2.3.1 Ký hiệu 2.3.2 Phương pháp tiêu chuẩn cho toán thiết kế H 2.3.3 Thiết kế điều khiển 2.3.3.1 Mẫu máy cán 2.3.3.2 Quá trình thiết kế 2.3.4 Kết 2.4 Kết luận chương Chương Thiết kế điều khiển phi tuyến bền vững, tối ưu cho hệ thống cán thép Mô hình toán học hệ thống cán 3.1.1 Hệ thống thuỷ lực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -73.1.2 Lực F 3.2 Một số công cụ toán học sử dụng trình thiết kế 3.2.1 Tính ổn định 3.2.1.1 Ổn định Luapunov 3.2.1.2 Ổn định đầu vào- trạng thái 3.2.1.3 Phương pháp lặp lùi dần 3 Thiết kế điều khiển 3.3.1 Thiết kế điều khiển phi tuyến bền vững 3.3.1.1 Phương pháp thiết kế chung 3.3.1.2 Thiết kế điều khiển bền vững cho hệ thống cán thép 3.3.2 Thiết kế điều khiển phi tuyến tối ưu gián tiếp 3.3.2.1 Phương pháp thiết kế chung 3.3.2.2 Thiết kế điều khiển tối ưu gián tiếp cho hệ thống cán thép 3.4 Mô 3.4.1 Mô điều khiển bền vững cho hệ thống cán thép 3.4.2 Mô điều khiển tối ưu bền vững cho hệ thống cán thép 3.4.3 Kết 3.5 Kết luận chương Phần III KẾT LUẬN CHUNG TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Phụ lục A Phụ lục B Phụ lục C Phụ lục D Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -8DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CN: Cán ngang ISS: Ổn định đầu vào- trạng thái CLF: Hàm ổn định Luapunov HJI: Hamilton- Jacobi- Isaacs HJB: Hamilton- Jacobi- Belman DANH MỤC HÌNH VẼ Hình vẽ 1.1 Tên hình vẽ Trang Sơ đồ bố trí thiết bị máy cán giá đảo chiều kvarto 4300 1.2 Sơ đồ bố trí thiết bị máy cán giá 2800 1.3 Đặc điểm trình cán giá trục 1.4 Sơ đồ biến dạng phôi slab giá cán trục đứng 1.5 Các sơ đồ cán từ Slab 1.6 Sơ đồ cán góc 1.7 Sự phân bố kích thước ô rãnh bề mặt trục cán 1.8 Trục cán có ô gờ 1.9 Sơ đồ bố trí hệ thống đánh gỉ thủy lực 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 song song 2.1 Mô hình hệ thống cán 2.2 Cấu trúc hệ thống cán với điều khiển PI 2.3 Phản hồi trạng thái vòng kín hệ điều khiển PI 2.4 Quá trình cán nhìn từ hướng vuông góc với hướng chuyển động phôi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -92.5 Máy cán nhìn từ góc song song với chuyển động phôi 2.6 Sơ đồ khối cho hệ thống cán 2.7 Cấu trúc hệ thống cán với điều khiển đa biến 2.8 Phản hồi với thay đổi đầu vào cạnh 2.9 Sơ đồ khối hệ thống 2.10 Giá cán tầng 2.11 Mô hình máy cán nguội giá 2.12 Máy cán nguội biểu diễn biểu đồ khối tiêu chuẩn 2.13 Đáp tuyến tần số máy cán nhiễu 2.14 Đáp tuyến tần số điều khiển vòng Ki 2.15 Đáp tuyến tần số chức vòng vòng Li 2.16 Độ nhạy vòng Si 2.17 Các đáp tuyến tần số 3.1 Sơ đồ hệ thống cán 3.2 Sơ đồ khối hệ thống cán 3.3 Hệ tương đương 3.4 Phân bổ áp suất 3.5 Sơ đồ mô điều khiển bền vững cho hệ thống cán 3.6 Sơ đồ mô điều khiển tối ưu bền vững cho hệ thống cán 3.7 Mô tín hiệu hệ cán với điều khiển phi tuyến bền vững 3.8 Mô tín hiệu hệ cán với điều khiển phi tuyến tối ưu bền vững Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn -10Phần I- MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Công nghệ cán thép mẻ Việt Nam Sản phẩm thép đƣợc nhập 100% Trên giới, hệ thống cán thép đƣợc nghiên cứu sử dụng rộng rãi từ lâu nhƣng đƣợc đơn giản hóa, hệ hệ tuyến tính đầu vào - đầu hai đầu vào- hai đầu Tuy nhiên, phƣơng pháp có nhƣợc điểm là: vùng ổn định hệ thống bị thu nhỏ, có sai số lệch tâm trục cán, khe hở dầu bôi trơn dẫn đến làm giảm chất lƣợng sản phẩm Do phƣơng pháp không đƣợc ứng dụng hệ điều khiển yêu cầu độ xác cao, độ ổn định lớn Vì vậy, thiết kế điều khiển phi tuyến bền vững, tối ƣu thích nghi bền vững để ổn định hệ thống cán thép vấn đề cần thiết, cải thiện chất lƣợng sản phẩm thép thời kỳ độ Việc thiết kế đem lại lợi ích kinh tế to lớn, góp phần cải thiện chất lƣợng thép mở rộng phạm vi ứng dụng 7lý thuyết điều khiển vào thực tế Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Ý nghĩa khoa học Công nghệ cán thép đƣợc điều khiển nhiều phƣơng pháp khác Tuy nhiên phƣơng pháp điều khiển phi tuyến khắc phục đƣợc hạn chế phƣơng pháp truyền thống Bộ điều khiển xét đến phần tử phi tuyến hệ thống thủy lực, hệ thống giá cán, trục cán nhiễu 2 Ý nghĩa thực tiễn - Công nghệ cán thép mẻ nƣớc ta, sản phẩm chủ yếu nhập với giá thành cao Kết đề tài tạo sở khoa học để ứng dụng cho hệ thống cán thép chất lƣợng cao có Việt Nam với hệ thống điều khiển có phạm vi sử dụng rộng hơn, ổn định mang lại hiệu kinh tế cao - Đề tài hoàn thành tài liệu quan trọng giúp cán khoa học kỹ thuật thiết kế hoàn thiện hệ thống điều khiển trục cán thép mở ứng dụng thiết thực khác 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 ... ưu gián tiếp cho hệ thống cán thép 3.4 Mô 3.4.1 Mô điều khiển bền vững cho hệ thống cán thép 3.4.2 Mô điều khiển tối ưu bền vững cho hệ thống cán thép 3.4.3 Kết 3.5 Kết luận chương Phần III KẾT... thiết kế chung 3.3.1.2 Thiết kế điều khiển bền vững cho hệ thống cán thép 3.3.2 Thiết kế điều khiển phi tuyến tối ưu gián tiếp 3.3.2.1 Phương pháp thiết kế chung 3.3.2.2 Thiết kế điều khiển tối. .. chuẩn cho toán thiết kế H 2.3.3 Thiết kế điều khiển 2.3.3.1 Mẫu máy cán 2.3.3.2 Quá trình thiết kế 2.3.4 Kết 2.4 Kết luận chương Chương Thiết kế điều khiển phi tuyến bền vững, tối ưu cho hệ thống