اصلاح و بهبود مدل های ریاضی سیستم کنترل نیرو در فرآیند تاندم میل به کمک شناسایی خطی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Recent developments in rolling process in steel industry are leading to more complexity in these systems. Rolling out with less force and power as well as providing a high quality product, is the goal of researchers and new ideas in this field has been introduced. Five stand tandem mill is one of the types of equipments which is used for rolling. With exerting appropriate force in the stands, steel sheet is deformed and its thickness is reduced. This force is determined by the second level in cold rolling process automation. In other words, there is a model in the second level of the cold rolling process, which estimates the appropriate force for the rolling process and transmits it as the set point to the first level. Different theories and models have been proposed for the calculation of the rolling force. In some models, the approximations are used for modeling which Decreases the accuracy of the calculations. Factors such as rolls erosion, inaccuracy in measuring, roll flattening and using lubricant between the rolls and steel increases error in the estimates of the rolling force. In other words, the system and process parameters are changed over time, which cause to decrease the accuracy of the reference value. A correction factor is required to compensate these errors which adapt itself to system changes and new conditions and provide a better estimate of the rolling force. In this thesis, it has been used More accurate models and adaptive correction coefficient, to reduce the modeling errors and compensate changes in system. New adaptive correction coefficient has been added to the mathematical model in rolling force control system which used to estimate the next coil rolling force. Gradient method has been proposed for the identification and adaptation of the correction coefficient with process changes and new conditions. To verify the proposed coefficient and the estimation rolling force, the recorded data in the first-level automation is used. In addition the least square error methods, is applied to identify and adapt the correction coefficient. Diagram of the relative error shows the effect of correction coefficient for improving the performance of the model. In several diagrams the effect of force correction coefficient and its adaptation in improving models is depicted, and in another diagram these two methods has been compared. Key Words: Five stand tandem mill control system, Second level in cold rolling process, Gradient method, Least square error, Adaptive correction coefficient, roll force estimation in level2, rolling force reference value

پیشرفت های اخیر فرآیند نورد در صنعت فولاد، منجر به پیچیده تر شدن این سیستم ها شده است. انجام نورد با نیرو و توان کمتر همچنین ارائه محصولی با کیفیت بالا، هدفی است که مورد توجه محققان قرار گرفته و ایده های جدیدی در این زمینه مطرح شده است. تاندم میل 5 قفسه ای یکی از انواع تجهیزاتی است که برای نورد استفاده می شود. با اعمال نیروی مناسب در قفسه ها، ورق فولادی تغییر شکل یافته و ضخامت آن کاهش می یابد. این نیرو در سطح دوم اتوماسیون فرآیند نورد سرد تعیین می گردد. به عبارت دیگر در سطح دوم فرآیند نورد سرد، مدلی وجود دارد که نیروی مناسب جهت فرآیند نورد را تخمین زده و برای سطح اول به عنوان مقدار مرجع ارسال می کند. نیاز صنعت به ورق هایی با کیفیت بالا و ضخامت های پایین، موجب شده است تا تئوری ها و مدل های متفاوتی برای محاسبه نیروی نورد ارائه گردد. پدیده هایی نیز نظیر لغزش به جلو، لغزش به عقب و تخت شوندگی غلتک در فرآیند نورد رخ می دهد که پژوهشگران سعی دارند آن ها را در مدل سازی دخیل کرده و برای بهبود محاسبات استفاده کنند. در برخی از مدل ها از تقریب هایی جهت مدل سازی استفاده شده که باعث پایین آمدن دقت محاسبات شده است. عواملی مانند فرسایش غلتک ها، عدم دقت در اندازه گیری و تغییرات ذاتی فرآیند، نظیر تخت شوندگی غلتک و استفاده از مایع روان کننده میان غلتک و ورق فولادی، باعث افزایش خطا، درسیستم تخمین نیروی نورد می شود. به عبارت دیگر، سیستم و فرآیند و پارامترهای آن، به مرور زمان تغییر می کنند که این امر منجر به ایجاد خطا در تعیین مقدار مرجع می گردد. همچنین خطایی نیز به خاطر ساده سازی مدل ها و تقریب های به کار رفته در آن، به سیستم تخمین و کنترل نیروی نورد اضافه می شود. برای جبران این خطاها به یک ضریب اصلاح نیاز است که خود را با تغییرات سیستم و شرایط جدید نورد تطبیق داده و تخمین بهتری از نیروی نورد ارائه دهد. بنابراین دو راه برای بهبود مدل سازی و کاهش خطای تخمین نیرو، در سیستم کنترل نیروی نورد وجود دارد. یک راه استفاده از مدل های دقیق تر، با ساده سازی های کمتر و راه دیگر شناسایی و تطبیق ضریب اصلاح، با تغییرات سیستم و شرایط جدید می باشد. در این پایان نامه، برای کاهش خطای مدل سازی و جبران تغییرات سیستم، از آن ها استفاده شده و مدل سیستم کنترل نیرو بهبود یافته است. ضریب اصلاح تطبیقی جدید، به مدل ریاضی سیستم کنترل نیرو اضافه شده و برای تخمین نیروی نورد کویل بعدی مورد استفاده قرار می گیرد. مقادیر اندازه گیری شده توسط حسگرها از سطح اول اتوماسیون به سطح دوم آن ارسال می گردد وبرای تطبیق ضریب اصلاح جدید و تخمین نیروی نورد مورد استفاده قرار می گیرد. سپس نیروی تخمین زده شده به سطح اول ارسال شده و به عنوان مقدار مرجع نیروی نورد، برای کویل بعد مورد استفاده قرار می گیرد. روش گرادیان برای شناسایی ضریب اصلاح و تطبیق آن با تغییرات فرآیند و شرایط جدید، پیشنهاد شده است. انجام محاسبات نیازمند داشتن مقادیر واقعی است. به این منظور داده های ثبت شده در صنعت آنالیز شده و اطلاعات مورد نیاز از آن استخراج شده است. برای بررسی صحت ضریب اصلاح پیشنهادی و تخمین نیروی نورد، از اطلاعات ثبت شده در سطح اول اتوماسیون استفاده شده است. در ادامه روش حداقل مربعات خطا، برای شناسایی ضریب اصلاح و تطبیق آن به کار برده شده و بر اساس آن تخمین نیروی نورد صورت گرفته است. با ترسیم نمودار درصد خطای نسبی، کارآیی ضریب اصلاح برای بهبود مدل نشان داده شده است. مدل سیستم کنترل نیرو شبیه سازی شده و ضریب اصلاح نیرو، برای چندین کویل محاسبه شده است. در نمودار دیگری تاثیر ضریب اصلاح نیرو و تطبیق آن، در بهبود مدل سیستم کنترل نیرو ترسیم شده و دو روش فوق با یکدیگر مقایسه شده است. کلمات کلیدی: سیستم کنترل تاندم میل 5 قفسه ای ، سطح دوم فرآیند نورد سرد ، روش گرادیان، حراقل مربعات خطا، ضریب اصلاح تطبیقی، تخمین نیروی نورد در سطح 2، مقدار مرجع نیروی نورد