Кушнір Андрій Петрович. Синтез двомасових електромеханічних систем переміщення електродів дугових сталеплавильних печей

Краткое описание

Кушнір Андрій Петрович. Синтез двомасових електромеханічних систем переміщення електродів дугових сталеплавильних печей : дис... канд. техн. наук: 05.09.03 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2005

Кушнір А.П. Синтез двомасових електромеханічних систем переміщення електродів дугових сталеплавильних печей. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 електротехнічні комплекси та системи. Національний університет Львівська політехніка”, Львів, 2005.
Дисертацію присвячено синтезу системи автоматичного керування (САК) переміщенням електродів, яка формує заданий перехідний процес і, тим самим, покращує техніко-економічні показники роботи дугових сталеплавильних печей (ДСП). Були розроблені уточнені математичні моделі механізму переміщення електродів. Дані моделі детально описують його динаміку і найповніше дозволяють аналізувати вплив на неї основних конструктивних особливостей. Використання даних моделей привело до того, що динамічні показники САК переміщенням електродів залежать не лише від полюсів, але й від нулів передавальної функції. В результаті чого для синтезу таких систем розроблено модифікований кореневий метод. Він дозволяє усунути нулі передавальної функції і формувати будь-яку стандартну форму перехідного процесу заданої швидкодії. Для визначення елементів вектора змінних стану використовуються спостерігачі. Синтез спостерігачів запропоновано здійснювати з усуненням нулів їх передавальних функцій шляхом введення двох коректуючих сигналів, або за допомогою використання модифікованого кореневого методу. Проведені дослідження підтвердили, що синтезовані САК переміщенням електрода забезпечують кращі показники перехідного процесу вихідної координати, а отже, кращі техніко-економічні показники роботи ДСП і такі системи є менш чутливими до параметричних збурень, ніж традиційні САК.

У дисертаційній роботі вирішена науково-прикладна задача синтезу САК переміщенням електродів ДСП з урахуванням пружних деформацій виконавчого механізму, з метою забезпечення заданих динамічних характеристик. Для вирішення даної проблеми була розроблена уточнена математична модель механізму переміщення електрода. Використання даної моделі при синтезі САК переміщенням електродів привело до потреби модифікувати кореневий метод синтезу. Завдяки цьому в синтезованій системі траєкторія зміни координат регулювання повністю відповідає бажаній стандартній формі перехідного процесу заданої швидкодії. Для визначення координат регулювання використані спостерігаючі пристрої, синтез яких здійснювався з усуненням нулів їх передавальних функцій. Завдяки вирішенню проблеми синтезу САК переміщенням електродів з урахуванням пружних деформацій елементів механізму переміщення забезпечуються бажані динамічні характеристики і, тим самим, покращуються техніко-економічні показники експлуатації ДСП.
Виконані в даній дисертаційній роботі дослідження дали змогу зробити такі висновки:

На основі представлення Денавіта-Хартенберга і методу Лагранжа розроблено математичну модель механізму переміщення електродів дугової сталеплавильної печі як об’єкта регулювання з пружностями першого роду де мають місце деформації згину. Вона дозволила досліджувати динаміку руху електрода з урахуванням конструктивних особливостей механізму переміщення, завдяки чому уточнено параметри пружних коливань електрода. Дана математична модель також дає змогу досліджувати динамічні властивості механізмів переміщення електродів, що знаходяться на стадії проектування, коли відсутня фізична модель, на котрій можна провести експериментальні дослідження для визначення параметрів його пружних елементів.
Проведені дослідження показали, що нехтування дією дисипативних сил при синтезі двомасових САК переміщенням електродів приводить до невідповідності між очікуваними та реальними динамічними і статичними показниками вихідної координати регулювання, а тому збільшується дисперсія регульованих координат, зокрема, потужності дуги.
Врахування дії дисипативних сил приводить до появи нулів у передавальних функціях САК переміщенням електродів, що обумовило необхідність модифікувати кореневий метод параметричного синтезу, завдяки чому ці нулі усуваються.
Модифіковано кореневий метод синтезу, завдяки чому здійснено синтез САК переміщенням електродів з усуненням нулів передавальної функції, виходячи з умов забезпечення будь-якої стандартної форми розподілу коренів характеристичного рівняння заданої швидкодії і, завдяки цьому, зменшено дисперсію довжини дуги, а отже покращено техніко-економічні показники роботи ДСП.
Розроблена процедура синтезу спостерігачів з декількома коректуючими впливами для усунення нулів в їх передавальних функціях, а також застосовано модифікований кореневий метод для синтезу спостерігачів з нулями в передавальних функціях, що дозволило забезпечити задані стандартні форми перехідних функцій координат регулювання спостерігача і, тим самим, покращити динамічні властивості САК переміщенням електродів.
На основі розроблених методик синтезовані двомасові САК переміщенням електродів зі спостерігачами, які забезпечують не тільки отримання бажаних динамічних властивостей координат регулювання, але й меншу їх чутливість до параметричних збурень, ніж в традиційних системах, що дозволяє покращити техніко-економічні показники роботи ДСП.
Синтезована САК переміщенням електродів з використанням математичної моделі механізму переміщення електродів, складеної на основі представлення Денавіта-Хартенберга і методу Лагранжа, дозволила забезпечити аперіодичний перехідний процес руху електрода при автоматичному запалюванні дуг і відпрацюванні випадкових збурень у дуговому просторі печі, і тим самим зменшити дисперсію довжини дуги на 16-20%.
Проведені симуляційні та експериментальні дослідження підтвердили ефективність прийнятих рішень, внаслідок яких синтезовані САК переміщенням електродів з практично відсутніми пружними коливаннями електродів без зниження швидкодії системи. Результати проведених досліджень ввійшли до держбюджетних тем ДБ7/”ВЕЕС”, ДБ/Критерій” і ДБ/”Оптимум”, а експериментальний стенд, на якому проводилися дослідження двомасових ЕМС, рекомендований для проведення лабораторних практикумів на кафедрі електроприводу та автоматизації промислових установок Національного університету Львівська політехніка”.