Оптимальное управление процессом индукционного подогрева стальных колес перед раскаткой

• Автор: Фрыгин, Игорь Валентинович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 163 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. Современное состояние и проблемы оптимизации процессов индукционного

нагрева изделий перед деформацией

1.1. Постановка и методы решения задач оптимального управления процессами нагрева металла перед обработкой давлением.

1.2. Математическая модель объекта управления

2. Моделирование управляемых объектов индукционного нагрева

2.1. Постановка задачи и выбор метода решения

2.2. Конечноэлементная модель электромагнитного поля

2.3. Конечноэлементная модель расчета тепловых полей

2.4. Моделирование процессов теплообмена на предварительных стадиях обработки заготовок.
2.5. Расчет температурных полей на этапах технологического процесса
2.5.1. Этап 1
2.5.1.1. Операция выдачи заготовки из газовой печи
2.5.1.2. Операция выталкивания заготовки на рольганг
2.5.1.3. Операция подачи заготовки по рольгангу.
2.5.1.4. Операция подачи заготовки в камеру гидросбива
2.5.1.5. Операция гидросбива окалины с торцов заготовки.
2.5.1.6. Операция подачи заготовки хватом под пресс тонн.
2.5.1.7.Операция холостой ход пресса т.
2.5.2. Этап 2
2.5.2.1. Операция обжатия прессом т
2.5.2.2. Операция подачи заготовки хватом на рольганг.
2.5.2.3. Операция подачи заготовки по рольгангу.
2.5.2.4. Операция подачи заготовки хватом под пресс т
2.5.2.5. Операция холостого хода рабочего органа пресса т
2.5.3. Этап 3
2.5.3.1. Операция обжатия прессом т
2.5.3.2. Операция подъема заготовки столом пресса т
2.5.3.3. Операция подачи заготовки хватом на рольганг.
2.5.3.4. Операция подачи заготовки но рольгангу.
2.5.3.5. Операция подъема заготовки столом над рольгангом.
2.5.3.6. Операция подачи заготовки толкателем 1 под пресс 0 т.
2.5.З.7. Операция холостого хода пресса 0 т
2.5.4. Этап 4
2.5.4Л. Операция выдавливания центральной части заготовки прессом 0 т
2.5.4.2. Операция выдачи кольцевой заготовки толкателем на рольганг
2.5.4.3. Операция подачи заготовки по рольганг.
2.6. Аналитическая идентификация процесса индукционного нагрева
3. Оптимальное управление процессом индукционного нагрева кольцевых
заготовок перед раскаткой
3.1. Постановка задачи управления
3.2. Оптимизация конструктивных параметров индукционного нагревателя
3.3. Расчет оптимальных по быстродействию алгоритмов управления.
3.4. Оптимальное управление в задаче быстродействия с учетом
времени транспорта
4. Синтез систем оптимального управления индукционным нагревом
металла.
4.1. Синтез систем оптимального управления индукционным подогревом
кольцевых заготовок.
4.2. Стабилизация температуры при индукционном нагреве
4.2.1. Динамические свойства объекта управления
4.2.2. Аппроксимация передаточных функций процесса индукционного
нагрева как объекта с распределенными параметрами.
4.3. Реализация оптимальных систем управления.
Заключение
Список использованной литературы


B. Донского, A. A. Простякова, H. A. Павлова, и др. Первые исследования в области оптимизации индукционных нагревательных установок, посвященные методу ускоренного изотермического нагрева. С.А. Яицковым и H. A. Павловым. Вопросам аналитического и численного моделирования при индукционном нагреве с целью последующей оптимизации посвящены работы Д. А. Гитгарца, B. C. Немкова, М. Б. Коломейцевой, В. Б. Демидовича, Б. С. Полеводова, С. А. Горбаткова и др. Непосредственно в области оптимизации индукционного нагрева большинство работ относится к оптимизации алгоритмов управления работой нагревателей в установившихся и переходных режимах. Так, задача поиска в классе кусочно- постоянных функций оптимального управления, обеспечивающего минимизацию среднеквадратичного отклонения, рассматривалась в [, ], проблема управления индукционным нагревом с минимальным расходом энергии исследовалась в [, , ], некоторые вопросы оптимизации нестационарных режимов работы индукционных нагревателей рассматривались в []; в [] разработан метод направленного поиска алгоритмов оптимального по быстродействию управления в пространстве параметров управляющей функции; оптимизация режимов работы проходных индукционных нагревателей рассматривалась в [8]. Э.Я. Рапопорта, где с помощью разработанного им альтернансного метода решен ряд задач оптимизации индукционного нагрева с позиций требований технологии [- 1]. На основе предложенного метода выполнен ряд работ, направленных на оптимизацию периодических и непрерывных процессов индукционного нагрева [,,,, , , ,6, 7,1]. В качестве критерия оптимальности в общем случае целесообразно использовать приведенный доход, который является обобщенным экономическим показателем, характеризующим эффективность всего экономического комплекса «индукционный нагрев - обработка давлением». Приведенный доход стремится к максимуму при выполнении эквивалентного требования получения наибольшей прибыли в условиях постоянства капитальных затрат, характерных для действующих установок [, , ]. В работе [] показано, что, в свою очередь, максимальная прибыль достигается, как правило, при наивысшей производительности комплекса «печь- пресс». Это имеет место при минимальном времени производственного цикла «нагрев- раскатка». Как правило, узким местом, сдерживающим производительность комплекса и во многом определяющим качество продукции, является на1рсвательная установка. Периодические установившиеся процессы индукционного нагрева и деформации заготовки протекают параллельно во времени. Очевидно, нагрев очередной заготовки должен завершаться к моменту окончания раскатки предыдущего изделия. При этом темп работы индукционного нагревателя должен оптимизироваться исходя из задач обеспечения максимальной производительности комплекса [9,2, 3]. Тн - время нагрева, тп - полное время функционирования прессового оборудования в течение одного цикла, тв - вспомогательное время, которое неизменно и определяется быстродействием механизмов загрузки- выгрузки изделия. При таких условиях, если время тп не является фактором, сдерживающим рост производительности системы «нагреватель- обжимное оборудование», то последнюю можно увеличить за счет минимизации времени тн нагрева. Подобная ситуация часто имеет место в реальной производственной установке. П1Ш (1. Т'±едт, (1. Тк - заданное температурное распределение слитка; Х>у- пространственные координаты; тн - время нагрева слитка. Если оптимальное время нагрева Т1(ОПГГ1 > то задача управления индукционным нагревом слитка состоит в минимизации соответствующей доли регулярных затрат на нагрев. Основная часть в структуре затрат на на1рев изделий приходится на расход электрической энергии [5, ]. Так, расход электрической энергии при индукционном нагреве стальных заготовок перед пластической деформацией в среднем составляет 0 кВт-час/т, при на1рсвс алюминиевых заготовок - 0 кВт-час /т, в то время как расход электроэнергии на последующую деформацию составляет для стали - - кВт- -час /т, для алюминия - - кВт-час /т, г. Уг->тт (1.