Компенсация неустойчивости работы одноклетьевого стана холодной прокатки с использованием ПИД-регулятора
Автор: Комаров Алексей Валерьевич, Большеков Иван Георгиевич, Васильев Виталий Альбертович, Чернявский Александр Олегович, Иванов Анатолий Иванович
Рубрика: Технология
Статья в выпуске: 2 т.26, 2026 года.
Бесплатный доступ
В металлургии при прокатке могут возникать проблемы, связанные с возникновением автоколебаний. При прокатке тонких полос автоколебания возникают, как правило, при скоростях прокатки выше тысячи метров в минуту и на частотах в пределах от 100 до 600 Гц. На одноклетьевых станах при прокатке особо тонких полос автоколебания могут возникать при скоростях в пределах 100–200 м/мин. При этом частоты колебаний находятся в пределах 9–10 Гц. Причиной автоколебаний являются неконсервативные силы в ядре прокатки или параметрические колебания за счет возникновения гистерезиса. Для низкочастотных автоколебаний существенным является влияние системы автоматического регулирования (САР) на процесс прокатки. Система САР представляет собой ПИД-регулятор, в котором каждая составляющая – пропорциональная, интегральная и дифференциальная – выполняет свою конкретную функцию. В черной металлургии в системах автоматического регулирования могжет быть использована только часть составляющих ПИД-регулятора, например, только интегральная составляющая или пропорциональная и интегральная составляющая. Это связано с тем, что в некоторых случаях дифференциальная составляющая, которая призвана выполнять функции стабилизации процесса прокатки, может приводить к потере устойчивости. Промышленные исследования показали, что использование пропорциональной составляющей совместно с интегральной составляющей приводит к возникновению интенсивных автоколебаний. Диапазон частот находится в пределах от 9 до 11 Гц. При работе с использованием только интегральной составляющей ПИД-регулятора автоколебания с частотами 9–11 Гц отсутствуют, но появляется неустойчивость в диапазоне частот от 0,2 до 1 Гц. Построение численных моделей стана средствами пакетов MATLAB, Math-CAD и пакета Анаконда (Питон). Для систем, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами, как линейных, так и не линейных, для стабилизации процессов прокатки необходимо использовать дифференциальную составляющую ПИД-регулятора.
Холодная прокатка, автоколебания, пид-регулятор, перерегулирование, промышленный эксперимент
Короткий адрес: https://sciup.org/147254518
IDR: 147254518 | УДК: 621.91.02 | DOI: 10.14529/engin260204
Compensation of instability of operation of a single-cell cold rolling mill using a PID controller
In metallurgy, problems may arise during rolling due to the occurrence of selfoscillations. When rolling thin bands, selfoscillations occur, as a rule, at rolling speeds above a thousand meters per minute and at frequencies ranging from 100 to 600 Hz. On singlecell mills, when rolling particularly thin strips, selfoscillations can occur at speeds in the range of 100–200 meters per minute. At the same time, the oscillation frequencies are in the range of 9–10 Hz. The cause of selfoscillation is nonconservative forces in the rolling core or parametric fluctuations due to the occurrence of hysteresis. For lowfrequency selfoscillations, the influence of the automatic control system (ATS) on the rolling process is significant. The CAP system is a PID controller in which each component, proportional, integral and differential, performs its specific function. In ferrous metallurgy, only a part of the components of the PID controller can be used in automatic control systems. For example, only the integral component or the proportional and integral component. This is due to the fact that in some cases, the differential component, which is designed to stabilize the rolling process, can lead to a loss of stability. Industrial studies have shown that the use of a proportional component in conjunction with an integral component leads to intense selfoscillation. The frequency range ranges from 9 to 11 Hz. When working using only the integral component of the PID controller, there are no selfoscillations with frequencies of 9–11 Hz, but instability appears in the frequency range from 0.2 to 1 Hz. Construction of numerical models of the mill using the MATLAB, MathCAD, and Anaconda packages (Python). For systems described by ordinary differential equations with constant coefficients, both linear and nonlinear, it is necessary to use the differential component of the PID controller to stabilize rolling processes.
