Аннотация
Задача согласования (выравнивания) нагрузок двигателей главных электроприводов верхнего и нижнего валков (ВГП и НГП) клетей толстолистовых прокатных станов является актуальной. В результате проведенных исследований показано, что при прокатке листов «тяжелого» сортамента в значительной части прохода имеет место различие моментов, при этом в первых проходах согласования скоростей и моментов не обеспечивается. При нагрузках выше номинальной более загруженный элек-тропривод может выйти на ограничение по моменту. Это приводит к нарушению управляемости и увеличению потерь электри-ческой энергии за счет снижения КПД. Данный вывод подтвержден ранее опубликованными результатами, полученными для электроприводов толстолистового стана 5000. Регулятор деления нагрузки (РДН), включенный в систему управления электро-приводами, не обеспечивает необходимого быстродействия в режиме согласования нагрузок, что подтверждено методом моде-лирования и многочисленными экспериментами. Это предопределило совершенствование алгоритма РДН за счет применения аппарата нечеткой логики (НЛ). Вклад статьи заключается в том, что на основе ресурса Fuzzy Logic Toolbox for MatLab разработан РДН с двумя каналами нечеткого регулирования скоростей: по разнице моментов двигателей и по производной разницы моментов. Рассмотрена структура, включающая блоки фаззификации, набора и применения правил нечеткого регулятора (НР) и деффазификации. Обоснован набор сигналов принадлежности входных переменных блоков фаззификации лингвистическим переменным. Заданы правила разработанного нечеткого регулятора по двум названным каналам. Выполнено моделирование режимов захвата раската валками и согласования нагрузок для различных функций принадлежности. Исследованы процессы при реализации различных входных воздействий, в том числе описываемых функциями Гаусса первого и второго порядков, а также при уменьшении перманентной зоны фаззификации разности моментов. При моделировании показано, что реализация функции Гаусса второго порядка является оптимальным решением. В этом случае время согласования моментов после включения РДН составляет десятые доли секунды, что превосходит ожидаемые результаты. Тем самым подтверждена целесообразность внедрения разработанного РДН с НЛ на стане 5000.
Ключевые слова
нечеткая логика, прокатная клеть, электропривод валков, регулятор деления нагрузок, разработка, функции входного воздействия, моделирование, рекомендации
1. A Survey of Fuzzy Algorithms Used in Multi-Motor Systems Control / V.J. Stil, T. Varga, T. Bensic, M. Barukcic // Electronics. 2020. No. 9(11). 1788. doi: 10.3390/electronics9111788
2. Wu Y., Cheng Y., Wang Y. Research on a Multi-Motor Co-ordinated Control Strategy Based on Fuzzy Ring Network Control // IEEE Access. 2020. Vol. 8. Pp. 39375-39388. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2974906
3. Multi-Motor Drives for Crane Application / N. Mitrovic, V. Kosti´c, M. Petronijevic, B. Jeftenic // Adv. Electr. Com-put. Eng. 2009. No. 9(3). Pp. 57-62. doi: 10.4316/AECE.2009.03011
4. A Review on Multi-motor Synchronous Control Methods / F. Niu, K. Sun, S. Huang, Y. Hu, L. Dong, Y. Fang // IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2022. No. 9(1). Pp. 22-33. doi: 10.1109/TTE.2022.3168647
5. Research on power balance of multi-motor drive for mining belt transportation / H. Zhao, W. Chen, F. Qu, H. Chen // 2022 7th International Conference on Electronic Technology and Information Science (ICETIS). Harbin, China, 2022, pp. 1-5. URL:https://ieeexplore.ieee.org/document/9788591 (дата обращения 27.07.2025)
6. Multi-objective optimization of rolling schedules on aluminum hot tandem rolling / Z. Hu, J. Yang, Z. Zhao, H. Sun, H. Che // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2016. No. 85. Pp. 85-97. doi: 10.1007/s00170-015-7909-1
7. Weizheng L., Ming Z., Ruicheng Z., Ying S. The Research on Load Balance Controller of Roller Single Roller Drive System Based on Fuzzy PID. 2020 Chinese Control And Decision Conference (CCDC). IEEE, 2020. doi: 10.1109/CCDC49329.2020.9164398
8. Yang J.M., Su B., Lv J., Che H.J. The improved load balance adjustor of multi-motor driving system. 32nd Chinese Control Conference (CCC). IEEE, 2013. Pp. 5305-5310. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/6640363 (дата обра-щения 27.07.2025)
9. A Cross Coupling Control Strategy for Dual-Motor Speed Synchronous System Based on Second Order Global Fast Terminal Sliding Mode Control / C. Zhu, Q. Tu, C. Jiang, M. Pan, H. Huang // IEEE Access. 2020. Vol. 8. Pp. 217967-217976. doi: 10.1109/ACCESS.2020.3042256
10. Kucsera P., Beres Z. Hot Rolling Mill Hydraulic Gap Control (HGC) thickness control improvement // Acta Polytechnica Hungarica. 2015. No. 12(6). Pp. 93-106. URL: https://acta.uni-obuda.hu/Kucsera_Beres_62.pdf (дата об-ращения 27.07.2025)
11. Способ управления электроприводами клети толстоли-стового стана в режиме асимметричной прокатки голов-ной части раската / В.Р. Храмшин, М.А. Зинченко, Б.М. Логинов, А.С. Карандаев // Электричество. 2023. № 4. С. 61-72. doi: 10.24160/0013-5380-2023-4-61-72
12. Чикишев Д.Н., Пожидаева Е.Б. Анализ причин верти-кального изгиба переднего конца полосы при горячей прокатке на основе математического моделирования // Известия высших учебных заведений. Черная Металлур-гия. 2016. № 59(3). С. 204-208. doi: 10.17073/0368-0797-2016-1-204-208
13. Technological Causes of Vertical Workpiece Asymmetry in Plate Rolling Mills / A.S. Karandaev, M.A. Zinchenko, A.Y. Semitko, S.A. Evdokimov, O.I. Petukhova // Lecture Notes in Mechanical Engineering. 2023. doi: 10.1007/978-3-031-14125-6_74
14. Rolling Level Impact on Roll Bending at Stand Output / B.M. Loginov, V.R. Khramshin, M.A. Zinchenko, A.A. Radionov // Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI). IEEE, 2023. Pp. 171-176. doi: 10.1109/PEAMI58441.2023.10299904
15. Method for Defining Parameters of Electromechanical System Model as Part of Digital Twin of Rolling Mill / V.R. Gasiyarov, A.A. Radionov, B.M. Loginov, M.A. Zin-chenko, O.A. Gasiyarova, A.S. Karandaev, V.R. Khramshin // Journal of Manufacturing and Materials Processing. 2023. No. 7(5). 183. doi: 10.3390/jmmp7050183
16. Justifying and Implementing Concept of Object-Oriented Observers of Thermal State of Rolling Mill Motors / S.S. Voronin, A.A. Radionov, A.S. Karandaev, I.N. Erdakov, B.M. Loginov, V.R. Khramshin // Energies. 2024. No. 17(16). 3878. https://doi.org/10.3390/en17163878
17. Improving Efficiency of Rolling Mill Stand Electric Drives Through Load Alignment / S.S. Voronin, A.A. Radionov, A.S. Karandaev, R.A. Lisovsky, B.M. Loginov, M.A. Zin-chenko, V.R. Khramshin, I.N. Erdakov // Energies. 2025. No. 18(12). 3175. doi /10.3390/en18123175
18. Пат. 2822900 Российская Федерация, МПК B21B 37/72, B21B 37/52, B21B 37/46. Способ управления приводными двигателями клети толстолистового прокатного стана с индивидуальным электроприводом валков / Храм-шин В.Р., Карандаев А.С. Храмшин Р.Р., Логинов Б.М., Зинченко М.А.; заявитель ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г.И. Носова». №2024101781, заявл. 25.01.2024, опубл. 16.07.2024.
19. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Издательский центр «Академия», 2006. 304 с.
20. Описание функций принадлежностей. URL: https://studopedia.ru/7_124267_opisanie-funktsiy-MatLab.html (дата обращения 27.07.2025)
21. Basics of Hardware-in-the-Loop Simulation. URL: https://www.mathworks.com/help/simscape/ug/what-is-hardware-in-the-loop-simulation.html (дата обращения 27.07.2025)
22. Perdukova D., Fedor P., Lacko M. DC motor fuzzy model based optimal controller // MM Science Journal. 2021. Pp. 4879-4885. doi: 10.17973/MMSJ.2021_10_2021033
23. Способ коррекции скоростей захвата полосы в непре-рывной подгруппе клетей широкополосного стана горя-чей прокатки / А.С. Карандаев, А.А. Радионов, В.Р. Храмшин, А.Н. Гостев // Электротехнические си-стемы и комплексы. 2012. № 20. С. 141-149.
Логинов Б.М. Нечеткий регулятор деления нагрузок взаимосвязанных электроприводов прокатной клети // Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 3(68). С. 4-14. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-3(68)-4-14