Controllo Intelligente di Laminatoi Autore: Giacomo Poli 1 Introduzione Verrà presentato il lavoro svolto per migliorare la qualità del processo di laminazione, questo riveste grande importanza all’interno di un’azienda siderurgica. Autore: Giacomo Poli 2 Argomenti Trattati Modellizzazione del Laminatoio Controllo del Laminatoio Implementazione Matlab Interfaccia Grafica Esempi di Simulazioni Autore: Giacomo Poli 3 Modellizzazione del Laminatoio Modello del Laminatoio Modello Attuatori Implementazione Matlab Autore: Giacomo Poli 4 Modello del Laminatoio Il modello è diviso in: Azionamento elettrico Sistema meccanico Autore: Giacomo Poli 5 Modello del Laminatoio Per l’Azionamento elettrico la coppia motrice necessaria viene fornita da un motore in corrente continua controllato mediante la tensione di armatura Il Sistema meccanico costituito dal motore, organi di trasmissione ed i cilindri, è schematizzato con due volani con momenti d’inerzia J1 e J2 collegati da un all’unga con rigidezza torsionale K Autore: Giacomo Poli 6 Modello del Laminatoio Coppia motrice Tm kmi Coppia resistente Tr Pmbmld a Autore: Giacomo Poli 7 Modello Attuatori Modello del motore j d F kmi Tm dt di L km Ri v dt d dt Autore: Giacomo Poli 8 Modello Simulink del Motore Autore: Giacomo Poli 9 Modello Simulink del Laminatoio Autore: Giacomo Poli 10 Controllo del Laminatoio Controllo Velocità Controllo di Corrente Controllo di Tensione Implementazione Matlab Autore: Giacomo Poli 11 Controllo Velocità Reference Speed 1 omega_rif 2 omega_altro motor Kdif f 1 i_rif P.I. 3 omega_motor Saturation P.I. Controller Real Speed Autore: Giacomo Poli 12 Controllo Corrente Autore: Giacomo Poli 13 Controllo Tensione Autore: Giacomo Poli 14 Strategie di Controllo Controllo Indipendente Controllo Combinato Controllo Combinato a Struttura Variabile Controllo Combinato con Osservatore Controllo Combinato con osservatore del disturbo, filtro quasi derivativo e guadagno ad anello Autore: Giacomo Poli 15 Controllo Indipendente Autore: Giacomo Poli 16 Controllo Combinato Autore: Giacomo Poli 17 Controllo Combinato a Struttura Variabile Implementazione di un regolatore VS-PI C ( s) Kp Ki 1 K1 pc Ki e s 1 1 C ( s) ce s 1 ci e 2 1 c p e 2 i p Segnale di uscita del controllore: e() u(t ) Ki d 2 1 c pe(t ) 0 1 ci e () Kc e(t ) t Autore: Giacomo Poli 18 Controllo Combinato a Struttura Variabile L’azione proporzionale passa con regolarità da una azione tipo relè, nel caso di segnale di errore molto grande, ad una classica azione proporzionale per piccoli valori dell’errore. L’azione integrale viene in pratica bloccata se l’errore è molto alto, mentre è operativa per bassi valori dell’errore. Il fenomeno del wind-up(saturazione attuatori) risulta eliminato in modo naturale con l’adozione del regolatore VS-PI. Autore: Giacomo Poli 19 Controllo Combinato a Struttura Variabile Autore: Giacomo Poli 20 Controllo Combinato con Osservatore Introducendo un osservatore si ha uno smorzamento energetico delle oscillazioni torsionali tra rotore e rullo dovute alle elasticità delle allunghe, mediante un segnale di reazione costituito dalla derivata della coppia torsionale stimata a partire dalla conoscenza della velocità del rotore e dalla corrente del motore. Autore: Giacomo Poli 21 Controllo Combinato con Osservatore Implementazione dell’osservatore: sJ11 Tm k sa k sJ11 k Tr ; Cm Cr J1 J 2 ; a k 1 1 2 s k( ) J1 J1 J 2 Il massimo smorzamento si ha per: J1 J1 a 2 (1 ) k J2 Autore: Giacomo Poli 22 Controllo Combinato con Osservatore sJ11 Tm k sa k J1 J1 a 2 (1 ) k J2 Autore: Giacomo Poli 23 Controllo Combinato con Osservatore del disturbo, filtro quasi derivativo e guadagno di anello L’innovazione sta nel considerare il Laminatoio come un sistema a due masse tenendo conto della coppia torsionale tra il motore ed il carico dovuta alle piccole torsioni compiute dall’allunga. Inoltre si considera non solo la frequenza di risonanza del sistema ma anche il rapporto di risonanza: l R Dove l rappresenta la frequenza di antirisonanza Autore: Giacomo Poli 24 Controllo Combinato con Osservatore del disturbo, filtro quasi derivativo e guadagno di anello L’osservatore del disturbo applicato al sistema a due masse stima la coppia torsionale ku che è reazionata dal motore, tale stima viene poi filtrata da un filtro passa basso, il guadagno di anello smorza l’effetto delle vibrazioni della risonanza meccanica. Autore: Giacomo Poli 25 Controllo Combinato con Osservatore del disturbo, filtro quasi derivativo e guadagno di anello Autore: Giacomo Poli 26 Interfaccia Grafica Utilizzo GUIDE in ambiente Matlab Impostazione del Laminatoio Simulazione Visualizzazione risultati Autore: Giacomo Poli 27 GUIDE in Matlab® 6.5 Per la creazione dell’interfaccia grafica si è utilizzato l’ambiente di sviluppo GUIDE presente in Matlab 6.5. Interfaccia: • Impostazione del Laminatoio • Simulazione • Verifica Risultati Autore: Giacomo Poli 28 Impostazione del Laminatoio Autore: Giacomo Poli 29 Errore WorkSpace Autore: Giacomo Poli 30 Parametri Laminatoio Autore: Giacomo Poli 31 Parametri Bramma Autore: Giacomo Poli 32 Parametri del Controllo Autore: Giacomo Poli 33 Simulazione Autore: Giacomo Poli 34 Visualizzazione Risultati Autore: Giacomo Poli 35 Visualizzazione Risultati Autore: Giacomo Poli 36 Visualizzazione Risultati Autore: Giacomo Poli 37 Simulazioni Controllo Indipendente Controllo Combinato Controllo Combinato a Struttura Variabile Controllo Combinato con Osservatore Controllo Combinato con Osservatore del disturbo, filtro quasi derivativo e guadagno ad anello Autore: Giacomo Poli 38 Controllo Indipendente Valori di K: KPs 4300 KIs 215 Autore: Giacomo Poli KPc 0.1453 KIc 1.3643 39 Controllo Combinato Valori di K: KPs 4300 KIs 215 Autore: Giacomo Poli KPc 0.1453 KIc 1.3643 40 Controllo Combinato a Struttura Variabile Valori di K: KPs 4300 KPc 0.1 KIs 215 KIc 0.227 Ci 0.01 Autore: Giacomo Poli 41 Controllo Combinato con Osservatore Valori di K: KPs 4300 KIs 215 Autore: Giacomo Poli KPc 0.484 KIc 4.545 42 Controllo Combinato con Osservatore del disturbo, filtro quasi derivativo e guadagno di anello KPs 4300 KPc 0.1453 Valori di K: Td 5 KIs 215 KIc 1.3643 Autore: Giacomo Poli 43